有关叠瓦式磁记录首映希捷企业级海量8TB硬盘毕业论文写作资料-论文写作网

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硬盘磁头论文范文

相比如今市场火热的SSD,机械硬盘依旧有着最大的优势—容量.在垂直同步技术将存储密度做到极致后,希捷又为我们带来了全新的叠瓦式磁记录技术,在不增加盘片数量的前提下,将单碟容量提升到了1.33TB.那么,什么是叠瓦磁记录技术?就让我们跟着这块希捷企业级海量8TB硬盘一起一探究竟吧！

论文范文R—叠瓦式磁记录硬盘读写方式介绍

硬盘技术发展到现在已经基本上达到了现有条件下温彻斯特架构存储的极限,如果想继续提高存储容量,除了技术突破、更改架构外,剩余的方法就是继续改良、深挖目前的硬盘结构,在这种情况下,论文范文R叠瓦技术,就是榨干温彻斯特架构现有条件的最新方法.

硬盘的读和写

现在我们使用的硬盘架构被称作温彻斯特架构.这个架构的特点在于：使用一个涂满了磁性敏感材料的旋转盘片和可移动的磁头来组成数据存储的基本结构.旋转的盘片上有很多磁性同心圆环,每个同心圆环都被称作一个磁道,数据就记录在磁道中,不同的数据可以使用不同的极性分别分隔开来,再由磁头读取或者写入.磁头分为写入磁头和读取磁头.写入磁头将电信号转化为磁信号,读取磁头则刚好相反,将磁信号转化为电信号.

传统的硬盘是这样的：每一个磁道都互不干扰,每一个磁道之间被称作“Guard Space”的隔离带隔离开来.

磁头在磁道上运作时,完全不会对隔壁的磁道形成干扰,也不会抹去周围磁道的数据.需要注意的是,写入磁头的体积往往比读取磁头大很多,读取磁头一般只读取每个磁道中间一小条磁性最强部分的数据（这一点很重要）,而写入磁头宽度则大很多,这也是为了避免磁头读取到周围其他磁道的数据.当然,有Guard Space存在,无论是写入磁头还是读取磁头也都只能在自己的范围内规规矩矩擦写数据.

叠瓦式存储再次挖掘硬盘潜力

在温彻斯特硬盘结构基本确立后,人们就开始不断地通过各种手段来提高磁盘的数据密度.比如提高磁头敏感性（使用磁阻磁头、巨磁阻磁头等）、不断地提高磁性材料的性能、采用垂直记录技术等新结构等,都大大提高了硬盘的数据存储密度.但是,随着这些技术逐渐到了极限,硬盘的容量终于走到了一个瓶颈.

在现有的技术、结构基础上,不用大规模改变硬盘结构就能提升硬盘容量的技术似乎只剩下最后一个了,那就是叠瓦式存储结构,英文为Shingled MagnetingRecording,简称论文范文R.所谓叠瓦式技术,顾名思义,大家如果仔细观察瓦房的屋顶上的瓦片的话,就会发现瓦片并不是头对头、脚对脚平铺的,而是一片盖着一片的.叠瓦式结构在存储架构方面和瓦片盖房上有着异曲同工之妙.回到硬盘上来.之前我们介绍过传统的硬盘磁道,其中有两点需要特别注意：一就是磁道中间有着Guard Space空间隔离；二则是读取磁头要比写入磁头窄很多.好了,现在问题在于需要继续提高磁盘的数据存储密度,那么传统的方式还存在很多空闲空间,比如Guard Space、比如读取磁头只需要窄窄一条,比写入磁头窄得多.这些空间是不是都可利用起来呢?

答案是—是的.

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叠瓦式硬盘的工作原理

说到这里,叠瓦式硬盘的工作原理大家也应该基本想得到了.首先,叠瓦式硬盘取消了Guard Space,所有的磁道都紧密贴在一起.其次,叠瓦式硬盘的磁头位置进行了调整,读取磁头不再是位于写入磁头的中间位置,而是和写入磁头采用端对齐的方式.第三,写入磁头在写入数据时,不再按照自身宽度来使用磁盘,而是按照读取磁头的宽度使用磁盘并留下磁道.这样的做法,就像瓦屋的瓦片一样,一片一片叠放在一起,最大限度地节约了硬盘盘片面积.

由于磁道在叠瓦式硬盘的“重叠“,实际上会导致磁道变窄,这就意味着读取磁头需要更为精确地定位磁道的位置,不要错误的偏移到周围的磁道上去.并且写入磁头也需要精确控制写入擦除区域,否则会伤及正确信息.叠瓦式硬盘对磁头、机械臂、硬盘等部件的稳定性要求变得极高,如果没有深厚的技术积累和尝试,是很难满足叠瓦式硬盘高密度、高难度、高精度的技术要求的.理论上,采用叠瓦式磁记录技术的硬盘在数据密度上最高可比目前的硬盘再提高25%至100%.这也就意味着,单个硬盘盘片最高存储容量有望提升至2TB,这样5碟装的硬盘就可以达到10TB的“海量”,硬盘的存储空间又可以提升一个档次.

不过,叠瓦式硬盘在读写方式上的改进,并不意味着这种新的读写方式就万事论文范文了.因为“叠”的存在,叠瓦式硬盘在每次使用较大的写入磁头擦除数据时,不但会擦去目标磁道的数据,还会顺便将目标磁道内圈临近磁道的数据擦除.在应用论文范文R之前,机械硬盘的最小读写单位是扇区,而在应用论文范文R之后,机械硬盘要改写其中一个扇区的数据,就面临写入操作会影响临近磁道信息的问题.

这就使得磁盘必须建立一定的补偿机制,在内圈磁道数据被擦除后要么重写,要么采用其他的数据存放方式将其尽可能留空—因为用户一般来说很难将一个硬盘塞得满满的.而为了解决这个问题,希捷的做法是将磁道编组,每组磁道的最后一个磁道是完整的、不再与后续磁道重叠.这样在需要改写数据时,应用了论文范文R技术的硬盘可以将从改写位置直至当前磁道编组末端的数据先读取到硬盘缓存内,然后在缓存内修改,最后将数据连续一口气写入到原位置覆盖,也就是说,应用论文范文R技术之后,机械硬盘也开始有“写入放大”了.

磁道编组就像是闪存中的Block,成为最小擦除单位.因此在应用了论文范文R技术之后,机械硬盘也将在写入数据时需要经历先读取、再修改,最后才能写入的流程,理论上会对影响写入性能,尤其是在随机写入的时候会触发更多“读取- 修改-写入”操作,造成更大的写入延迟.

希捷8TB硬盘

前文说了这么多,下面就来看看叠瓦式硬盘的实际体验究竟如何?我们拿到的这块8T B硬盘的具体型号为希捷Enter pr iseCapacity 8TB 3.5 HDD v5,属于希捷企业级3.5寸海量盘系列,单盘8TB也刷新了该系列的最高容量.目前希捷企业级3.5寸海量盘系列提供了8TB、6TB、5TB、4TB等版本,容量从大到小可谓是应有尽有,企业用户可以自由选择自身所需.当然,不同容量版本的产品在接口以及加密等规格上也有细微不同,Enterprise Capacity 8TB 3.5HDD v5拥有8个具体型号,其中四个为6Gb/s SATA接口,另四个则为12Gb/s SAS接口.两种接口规格都有标准型号与SED型号可选,后者采用了希捷SED加密技术,不仅可以在写入数据时设置密匙加密保护数据,还可以通过SeagateSecure应用对自加密硬盘进行数据即时擦除,在硬盘报废时节省了处理成本,也能确保静态数据的安全性.除了能选购自加密的型号以外,用户还可以分别选择4KN（原生4KB扇区）、512E（模拟512B扇区）两种扇区格式,因此总的来看Enterprise Capacity8TB 3.5 HDD v5拥有的8个型号通过接口、是否加密以及扇区进行了三层详细划分,用户可以根据实际需求去选择最适合自己的版本,这点希捷还是非常贴心的.我们手上的这款E n t e r p r i s eCapacity 8TB 3.5 HDD v5的具体型号为ST8 0 0 0 NM0 0 5 5,采用了6Gb /s SATA接口,512E扇区格式,无加密.外观方面,这块8 T B 硬盘与我们常见的普通硬盘并没有太多不同,与之前测试过的Enterprise Capacity 6TB 3.5HDD v4一样采用了六碟装,得益于叠瓦式磁记录技术的使用,单碟存储容量提升至1.33TB.性能方面,EnterpriseCapacity 8TB 3.5 HDD v5均使用了256MB缓存,转速为7200RPM,平均无故障时间达到了200万小时,可以发现相比Enterprise Capacity 6TB 3.5 HDDv4在缓存以及平均无故障时间上都有了明显的提升.希捷称这块8TB硬盘相比前代产品在随机读写性能上有了很大的提升,那么ST8000NM0055的具体表现究竟如何呢?

读写速度稳步提升

在去年我们测试过希捷S T 6 0 0 0 N M 0 0 2 4（E n t e r p r i s eCapacit y 6TB 3.5 HDD v4）,这款6TB硬盘的读写性能在当时的机械硬盘中已经堪称顶级,因此我们迫切想知道采用了叠瓦式磁记录技术的EnterpriseCapacity 6TB 3.5 HDD v5,也就是我们手上的这块ST8000NM0055在提升了存储密度的同时,读写性能是否会受到影响还是会进一步提升呢?

在H D T u n e 软件测试中,ST8000NM0055的最高持续读取和写入速度达到了231.5MB/s和230.5MB/s,相比ST6000NM0024的217MB/s、215MB/s的成绩有了略微提高.平均读取与写入速度则达到了惊人的185.4MB/s、184.8MB/s,相比ST6000NM0024的成绩虽然提升不大,但速度也确实是更快了,而与我们之前测试过的一众4TB硬盘相比优势更是非常明显.

仔细观察HD Tune测试曲线可以发现,ST8000NM0055即使是在内圈的最低读写速度也没有低于108MB/s,在前3.6TB的空间中更是一直保持了200MB/s以上的读写速度,足以表示它不仅读写速度快,也足够稳定.寻道时间方面,ST8000NM0055的成绩为11.7ms,与ST6000NM0024的11.5ms在伯仲之间,仍旧要明显优于主流机械硬盘15ms左右的寻道时间.

我们在前文的技术内容中提到,由于论文范文R架构的特殊性,理论上叠瓦式硬盘在存储容量满载时读写性能会有一定衰减,在实际测试中我们也验证了这一问题.当ST80 0 0NM0 055的硬盘存储量达到98%后,此时它的持续读写速度（CrystalDiskMark测试）均为120MB/s左右,而在空盘状态读写速度则都在200MB/s以上,相比起来可以发现性能下降还是比较明显的.

IOPS性能整体优秀

作为一块面向企业用户的硬盘,相比持续读写性能,我们更需要关注ST80 0 0NM0 055的IO性能.为此,我们模拟了We b服务器、文件服务器、数据库三种常见的企业应用环境,通过IOMeter应用进行测试,同时我们将继续与希捷ST6000NM0024（EnterpriseCapacity 6TB 3.5 HDD v4）进行对比.

其中,文件服务器主要负责论文范文存储和数据文件的恢复和管理,会由不同用户进行随机访问,因此其工作负载是随机性的,也更偏向读取一些.在这个情景的IO测试中,ST8000NM0055的表现比较一般,相比ST6000NM0024有着一定差距,并且随着队列深度的加大差距也更明显.当然,相比同样是应用于近线存储的希捷NAS HDD 4TB硬盘还是有着一定优势的,说明ST8000NM0055在这一情景下的IO性能依旧处于主流偏上的水准.而在Web服务器IOPS和DATABASEIOPS两项情景测试中,情况又不同了.在这两项测试中我们可以明显地发现ST8000NM0055和ST6000NM0024的表现优劣会随着队列深度的加大而发生变化,在队列深度8级前,ST6000NM0024的IO性能要略强于ST8000NM0055,而在队列深度8级时双方的成绩已经基本持平,直到队列深度32级与64级后,ST8000NM0055会彻底反超并逐渐扩大优势.我们知道Web服务器和数据库测试都更偏重于一些较小数据的读写,在这种工作状态下,ST8000NM0055强大的多线程处理能力就展现出来了.

总的来说,S T 8 0 0 0 N M 0 0 5 5 的单线程I O 性能要比ST6000NM0024弱上一些,但差距不算太大,而随着队列深度的加大,ST8000NM0055的IOPS表现非常优秀,算是目前机械硬盘中的佼佼者.

发热量与功耗测试

显然,ST8000NM0055的读写性能与IOPS性能都没有让人失望,但同时它的功耗与散热表现也是我们非常注重的.

令人欣慰的是,尽管ST8000NM0055采用了六碟装,但它的功耗却并没有我们想象的那么高,其待机功耗为8.23W,读写功耗则为12.3W,除了读写功耗略微有些高以外,总的来看基本属于比较正常的硬盘功耗.而且考虑到其单块硬盘的超大容量,企业用户在使用它来搭建数据中心时并不需要太多数量的硬盘堆积,因此整体的功耗也不会太高,完全是可以接受的.散热方面,我们进行了半小时的读写操作测试,然后利用热成像仪观察ST8000NM0055的发热情况.可以发现这块硬盘温度最高的地方位于右下方的主控芯片处,达到了49℃（室温18℃）,而其他区域硬盘表面的平均温度则大概在41℃左右,相比我们之前测试过的一些机械硬盘来说,ST8000NM0055的发热量并不算高,特别是在使用了六碟装加上7200rpm高转速的情况下,还能保证拥有这样的散热能力着实不易.

写在最后

在SSD如火如荼的今天,机械硬盘并没有停下自己的脚步,反而正在将自己独有的优势继续扩大.从我们这些天的测试体验来看,希捷企业级海量8TB硬盘（ST8000NM0055）显然是当今市面上最出色的机械硬盘之一,无论是容量、性能、功耗以及散热都无可挑剔,特别是对于企业用户来说,大容量机械硬盘依旧是不可或缺的所在.

总结：该文是关于硬盘磁头论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。

硬盘磁头数引用文献: