ディスクの基本、ハードディスクの単体ディスク性能(パフォーマンス)

ディスクの構造からハードディスクの性能を考える


ハードディスク単体の性能値として回転数がある。
現段階でハードディスクの回転数は、5400回転数/分(rpm)~15000回転数/分(rpm)のハードディスクが存在する。

ディスク上の使用可能な記憶領域は、番地付けにより区画管理されている。
(ディスクドライブ自身が内部で使用するため、若干の領域が予約されている。この領域には、ヘッド調整情報やエラー訂正情報などが保存されている。)
プラッタが回転する時にヘッドが走査する環状のデータ列を、トラック(track)と呼ぶ。
アーム位置を変更せずにアクセス可能な全プラッタ上のトラックの集合を、シリンダ(cylinder)と呼ぶ。
シリンダはディスクの外部から内部に向かって番号が振られる。(つまり、値の最も小さい番号のシリンダが最外周である。)
トラックは、さらにセクタ(sector)という単位に分割される。
セクタは通常512バイト長である。(このセクタサイズはSCSI規格により規定されている)
1トラックあたりのセクタ数は、プラッタの容量と記憶密度に依存する。

通常、OSが管理するファイル・システムでは、連続するいくつかのセクタをまとめた「クラスタ(cluster)」を記憶域の最小単位として扱う。



ハードディスクの記録密度とシリンダとディスク性能



















仮にトラックのせく多数が一定であれば、ディスクの外周に行くにしたがい、記録密度が下がる。
このため、容量を損してしまう。
この問題に対応するため、ハードディスクドライブはゾーンビットレコーディング(ZBR。Zone Bit RecordingもしくはZone Bit Rate)という方式を導入している。
ゾーンビットレコーディングはディスクを複数のゾーンに分割し外側のトラックほどより多くのセクタを格納するというものである。
奇異さい番号のゾーンには大きい番号のゾーンよりも多くのセクタを持たせることにより、1インチあたりのビット数という大まかだが一定の記録密度になる。

またシリンダ番号が異なれば、記録可能なデータの容量も異なるようになる。
アクセスするシリンダにより転送速度が変化することがわかる。
番号の最も小さいシリンダが最速であり、容量も最大で記録密度が高い(シリンダあたりのビット数が最大)。
対して最も大きい番号のシリンダは、速度が最も遅く、容量も最小で記録密度が最も低い(シリンダあたりのビット数が最小)

さらに、同じ大きさで異なるディスク容量を持つハードディスクを考えてみる。
同数のプラッタで作られているハードディスクでは、ディスク容量が大きいハードディスクほど記録密度は上がるのでディスク性能が高いと言える。しかしこの性能差は回転数による性能差よりは低い。



ハードディスク1台の単体パフォーマンス(ディスク性能)

1トラックをぐるぐる回転するようなシーケンシャルアクセスのハードディスク1台の単体パフォーマンス(ディスク性能)を数値化すると

速度(MB/s)=(1トラックあたりのセクタ数×RPM(1分間の回転速度)×512(セクタサイズ))/60秒/1000000

と言える。
そしてこの数値がディスクのデータ転送可能な最大の速度である。
(オーバーヘッドとして、データ異常に起因するディスクエラーを防ぐ、エラー訂正コード等もある)

上記を考えると、単体ディスクの性能(単体ディスクのパフォーマンス)は
  • ハードディスクドライブの回転数
  • ハードディスクドライブのディスク容量
のみでほぼ決定することがわかる。
また、ディスクの物理的なサイズ(3.5インチと2.5インチ)でも2.5インチの方が記録密度が高いためディスク性能がよいといえる。

しかし、最も大きくディスク性能(パフォーマンス)に影響するのはハードディスクドライブの回転数である



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