چگونگی دستیابی به کارایی بهتر سخت‌افزاری

 هر چند فناوری دیسک‌های سخت هم دستخوش تغییرات زیادی شده و پیشرفت شگرفی کرده است، هنوز‌ هارددرایوهای (گرداننده‌های) قدیمی با آن دیسک‌های مغناطیسی دوارشان نه از فناوری بالایی برخوردارند و نه نکته هیجان‌انگیز خاصی در مورد آنها وجود دارد. در این بحث سعی ما این است که روی ویژگی‌های اختصاصی و مؤثر و همچنین بهای پرداختی برای دیسک‌های سخت تمرکز داشته باشیم. در اینجا ابتدا به اختصار به فناوری و نکات ناشناخته انواع فضاهای ذخیره داده امروزی می‌پردازیم، سپس به طور کلی آنها را بررسی می‌کنیم.

یک دیسک سخت از دیسک‌های کوچک فلزی (platters) که با مواد حساس مغناطیسی پوشیده شده‌اند، تشکیل شده است. معمولا توده‌های 5 لایه‌ای این دیسک‌ها به صورت انباشته روی هم قرار گرفته و تا سرعت‌هایی برابر با سرعت 15000 دور (RPM) به دور خود می‌چرخند. برخی دیسک‌های سخت پیشرفته 10000 دور بوده، اما بیشتر آنهایی که در رایانه‌های دسکتاپ کارایی دارند 7200 دور و در لپ‌تاپ‌ها اکثرا 5400 دور، گاهی هم 7200 دور هستند. درایوهای 15000 دور (15K RPM) بیشتر در سرورها کاربرد دارند. یکی از جنبه‌های کلیدی دیسک‌های سخت، چگالی ناحیه‌ای (areal density) آنهاست، یعنی مقدار بایت‌های داده‌ای که شما می‌توانید در یک اینچ مربع جا دهید. با وجود کهنگی فناوری ساخت دیسک‌های سخت، تولیدکنندگان آنها تا امروز به ارتقای چگالی ناحیه‌ای آنها پرداخته‌اند. شرکت‌های سیگیت و سامسونگ هر دو اعلام کرده‌اند که تا پایان سال 2011 دیسک‌های سختی را به بازار می‌فرستند که قادرند یک تترابایت (tetrabyte) به ازای هر دیسک یا 625 گیگابایت (GB) به ازای هر اینچ مربع، ذخیره داده ارائه کنند.

هدهای مغناطیسی (Magnetic heads)آنها روی بازوهایی کار گذاشته شده‌اند که به وسیله یک موتور الکتریکی که اکتویتور(actuator) نامیده می‌شود حرکت کرده و به این طریق است که داده روی دیسک بازنویسی می‌شود. فناوری هد‌ها از اهمیتی برابر با چگالی منطقه‌ای برخوردار است، چون هنگامی که 625 بیلیون بیت داده منفرد در هر اینچ مربع فضای ذخیره داده دیسک وجود دارد، هدها باید برای خواندن تک تک آنها بشدت حساس باشند.

موارد زیر از وجوه کلیدی در کارایی گرداننده‌های ذخیره داده هستند:

این روزها تنها چیزی که واقعا بر کارایی گرداننده‌ها اثر گذار نیست، رابط کاربری آنهاست. حتی گرداننده‌های 10000 دور هم نمی‌توانند یک درگاه ساتای 3 گیگابایت بر ثانیه‌ای (3gbps SATA I port) را از داده کاملا اشباع کنند.

شرکت‌های وسترن دیجیتال و سیگیت خط تولیدی از دیسک‌های سخت سبز (کم مصرف) دارند که این گرداننده‌ها غیر از قرار داشتن در زیر بار کاری شدید، در موقعیت‌های بیکاری حالت‌های خواب دارند که برق خیلی کمی مصرف می‌کنند. بتدریج این فناوری در گرداننده‌های سطح بالای برخوردار از کارایی بیشتر نیز به کار گرفته می‌شود.

در حال حاضر گرداننده‌های وضعیت جامد به عنوان یک فناوری، مراحل ابتدایی خود را طی می‌کنند. محصولاتی از این سری مرتب در حال پیشرفت هستند و کارایی آنها دائما در حال افزایش است.

این امر بخصوص در مورد بازنویسی تصادفی (random write performance) بخوبی در حال تحقق یافتن است. اولین نسل گرداننده‌های SSD بشدت درگیر پایین بودن سرعت زمان‌های بازنویسی تصادفی داده بودند که حتی در بعضی موارد از سرعت گرداننده‌های سنتی دیسکی هم کمتر بود. هم‌اکنون این وضعیت با به میدان آمدن نسل جدید تنظیم‌کننده‌ها تغییر کرده است. قیمت تمام شده در ازای هر بیت SSD بسیار بالاتر از دیسک‌های سخت است. این قیمت تمام شده گران در ازای هر بیت، موجب محدودیت این صنعت در فرآیند تولید این گرداننده‌ها شده است. امروزه حافظه‌های فلش 25 نانومتری بسیار متداول هستند و انواع 20 نانومتری آنها نیز بزودی راهی بازار مصرف می‌شوند. عوامل کلیدی در کارایی فضاهای ذخیره داده SSD عبارتند از:

گرداننده‌های SSD که فلش SLC (سلول تک سطحی) در ساخت آنها به کار رفته سریع‌تر از انواعی است که با فلش MLC (سلول چند سطحی) ساخته شده‌اند. گرداننده‌های SSD بر پایه SLC از عمر بیشتری برخوردارند و برق کمتری مصرف می‌کنند، اما گران تر بوده و بنابراین اغلب در سرورها استفاده می‌شوند.

درایوهای SSD برخلاف دیسک‌های سخت سنتی براحتی می‌توانند یک رابط کاربری 3 گیگابایت بر ثانیه‌ای را اشباع کنند. بر همین اساس کسانی که از انواع جدید آنها استفاده می‌کنند استفاده از مشخصات ساتا (6gbps SATA) را ترجیح می‌دهند.

تنظیم‌کننده که به صورت درون ساخت در خود گرداننده قرار دارد، یکی از موارد سری آنهاست. دیسک‌های سخت دیسکی سنتی هم تنظیم‌گر دارند، اما تنظیم کننده‌های داخل SSD‌ها تاثیر‌گذاری ویژه‌ای را در کارایی آنها می‌گذارند.

بهترین تنظیم کننده‌های SSD از نوع سندفورس (Sandforce SF-2281) هستند، اما تنظیم‌گرهای اینتل نیز بخوبی عمل می‌کنند و تنظیم‌کننده‌های ایندیلینکس (Indilinx) شرکت OCZ نیز از نظر کیفیت با ارزشند. بنابراین جنگ تنظیم‌کننده‌ها بین شرکت‌ها دائما در جریان است.

مشکلات ناشی از لخت‌افزار، یکی از مشکلات واقعی در فناوری نسبتا تازه SSD‌ها است. اما این امر در کاربرد عملی چه معنایی دارد؟ باگ‌ها (Bugs)، اگر این روزها سری به سایت‌های فروم آنلاین بزنید، آن وقت از لا به لای نوشته‌های کاربران متوجه می‌شوید که این گرداننده‌ها چه مشکلات عجیب و غریبی دارند. برای مثال آبی شدن صفحه نمایش، از دست دادن ناگهانی ظرفیت ذخیره داده و... که اکثرا با انتشار لخت‌افزارهای جدید از طرف کارخانه‌های تولید کننده و نصب آنها از سوی کاربران، حل می‌شوند. از دیگرنکاتی که در انتخاب SSD‌ها باید به آنها توجه کنید، ظرفیت آنهاست. در حال حاضر بهترین انتخاب، نوع 120 گیگابایتی آنهاست که استاندارد 5‌/‌2 اینچی آنها بین 170 تا 300 دلار قیمت دارد. انواع جدیدتر 240 گیگابایتی بین 300 تا 500 دلار به فروش رفته و اگر قصد خرید یک SSD با ظرفیت 500 گیگابایتی را دارید، خود را آماده کنید که مبلغی حدود 800 دلار یا حتی بالاتر برای آن بپردازید.

خب حالا که توانستیم بیشتر با دیسک‌های سخت و گرداننده‌های وضعیت جامد آشنا شوید، آمادگی آن را دارید که بهترین نوع دیسک‌های سخت یا گرداننده‌های وضعیت جامد را برای رایانه خود انتخاب کنید و تاثیر شگفت‌انگیز ارتقای با آن را در لپ‌تاپ یا رایانه کار و بازی خود ببینید. اما در سیر کاربرد دیسک‌های سخت سنتی به سوی استفاده از SSD حتما بودجه، فضای لازم جهت سیستم‌عامل مورد نظر و حجم داده و برنامه‌های کاربردی خود را در نظر داشته باشید.

جواد ودودزاده

منابع: