成本VS性能——企业级硬盘与个人硬盘的对比(下)
硬件周刊
企业级硬盘与个人硬盘一方面除了在机械性能和电子元件有区别外(上期已讲述)，另外一方面，在常规的盘片，传输速率等方面也存在着很大的差异。这一期，我们来深入了解这些差异。
性能差异
1.容量
当主流IDE硬盘已经上百GB的时候，主流SCSI硬盘才72GB。为什么？PS硬盘在新容量产品推出方面与ES硬盘也有很大不同。我们看到的ES硬盘容量通常是成倍增长的，从9GB到18GB，36GB，73GB，一直到146GB。而PS硬盘只要容量比前一代高，就可以推出新品，因此从20GB开始，后面就是30GB，40GB，60GB……其实容量和盘片尺寸以及盘片数量密切相关。我们可以这样来看。
1) 盘片尺寸。由于ES硬盘和PS硬盘都在尽量追求单位存储密度的最大化，因此，二者使用的介质实际上是差不多的(不考虑极端情况的前提下)。而ES硬盘由于转速极高，导致其耗电量居高不下，如果使用与PS硬盘相同的3.5英寸盘片(目前多为2.8/2.5英寸)，那么，其功耗将更夸张。同时，带动小盘片进行高速运转比带动大盘片进行高速运转更容易实现和控制。此外，小盘片带来的性能也会好一些──因为磁道少一些，所以平均寻道时间会有所下降。尽管小盘片有这些优势，但小盘片的劣势就是──容量偏少，和PS硬盘相比更加明显。
2) 盘片数量。2000年～2001年的时候，硬盘的盘片数量是很高的(不少产品是4碟设计)， 这样的好处是，在盘片单位存储密度没有明显增加的情况下可以获得更高的容量。但是，其弱点也很明显，那就是，对马达的要求高(高转速的情况下尤为明显)，其次，磁头数量增加(盘片的每一面都必须有对应的磁头才能进行读写操作)。而这两点对设计ES硬盘来说却要慎重考虑，因为这涉及到硬盘的稳定性和速度。最近，由于单位存储密度的不断上升，获取大容量并不那么困难，因此各个厂商的产品都“不约而同”的减少了盘片数量。这样做的好处，最明显的一点就是寻道时间减少。由于磁头减少，磁头小车的总质量就减轻，这样可以在不增加功耗的情况下，加快磁头小车的移动速度──虽然只有零点几毫秒，但对于以毫秒为单位的寻道时间来说，这个数字并不算小。相信追求性能的用户在选购硬盘的时候都喜欢用多个硬盘组成阵列，其好处除了两块在不同通道(特指IDE接口)的硬盘可以同时进行读写操作带来性能提升以外，这零点几毫秒也能够造成足够大的影响。当然，还有一个好处是，可以均衡负载，但这并不在本文讨论之列。
2.传输速率
ES硬盘的传输速度比PS硬盘要高，纵观硬盘的发展，ES硬盘总是比同时代的PS硬盘传输速率要高。通过以下几个关系，我们可以了解是什么在影响硬盘的传输速度：
从上面三个公式我们可以看到，数据传输速度与盘片半径r，存储密度与转速成正比。在这一点上，我们可以看到，盘片较小的ES硬盘将会受到小盘片对传输速度的负面影响。而PS硬盘由于盘片较大，因此占有一定的优势。但是ES硬盘转速高的特性弥补了它的这一劣势。同时，由于ES硬盘对成本不敏感，对新技术的使用十分迅速，因此，当有高密度盘片出现的时候，通常是首先应用于ES硬盘。这样一来，ES硬盘就明显占优了。但是从以上分析可见，ES硬盘的最大优势并非在传输速度上。
3.随机性能
随机性能是指硬盘在读写大量小文件的时候所体现出来的性能。在随机性能上，ES硬盘与PS硬盘的差距十分明显。这也是ES硬盘比PS硬盘“快”的真实原因。因为多数情况下，硬盘都是在读写小文件(特别是作为文件服务器的时候)。
1)寻道时间。在这一点上，ES硬盘具有十分明显的优势：现在的PS硬盘，其寻道时间为4毫秒～5毫秒，而ES硬盘则普遍降到了2毫秒左右。作为影响随机性能的重要因素，ES硬盘在这一点上拥有绝对优势(当然，这是以牺牲成本为代价的)。
2)寻道调度。这项技术曾经一度是ES硬盘的“专利”。而PS硬盘由于成本限制，并不主动对寻道进行调度，并且采用了较短的请求队列。而ES硬盘，由于采用了高级调度技术，随着队列长度的增加，其性能优势也越发明显，并且读取性能一直保持在PS硬盘的2倍以上，而写入性能也有明显增强。与此相对，PS硬盘的读取性能增幅只有55%，而写入性能根本没有提高。当然，随着某些高级调度技术实现成本的降低，PS硬盘也开始引用这些技术，比如最近十分热门的NCQ(本地指令序列)。当然，要实现这些技术，必然增加电子线路的复杂程度，成本就……
4.旋转震动
所谓旋转震动，是指硬盘、光驱等设备的马达旋转所产生的震动。在PS硬盘系统中，由于用户通常只使用一个或两个硬盘，因此旋转震动所产生的影响并不太大。但对于组合使用的ES硬盘来说，大量的硬盘在一起协同工作所产生的旋转震动对于磁头定位是一个严峻的考验。因为旋转震动能够对盘片的转动产生消极影响，使其发生偏转，如果这种偏转超出了硬盘自身的处理能力，那么，将导致磁头无法保持在指定磁道的上方，造成读写操作中断，要等到盘片再旋转一周之后才能进行重试。这将导致性能的下降，同时也增加了硬盘的忙闲度(关于忙闲度，将在后面有讨论)，极端情况下甚至将使硬盘无法工作。同时，随着存储密度的增加，磁道的密度增加也使这一问题更加严峻。因此在ES硬盘上，出现了诸如旋转震动传感器之类的设备来解决这一问题。而PS硬盘中，由于旋转震动并不足以造成严重的问题，因此通常没有这类解决方案。当然，选择硬盘架刚性更高的机箱也可以在一定程度上降低旋转震动所造成的影响。(所以选择好的机箱很重要啊！)此外，加装硬盘风扇也会导致旋转震动的增加，这也是为什么有人说加装硬盘风扇会影响硬盘寿命。
5.可靠性
我们上期曾说某硬盘厂商被指责PS系列有“设计缺陷”的事。其实，这不能完全责怪厂商，是由于ES硬盘与PS硬盘不同的定位造成的。衡量硬盘可靠性有以下几个方面。
1) 预期通电小时数(POH)。由于不同的定位，ES硬盘与PS硬盘的POH是不同的。这在前面也已经说过，ES硬盘的POH是24小时×365天，而PS硬盘则是8小时×300天。在硬盘没有相关补偿措施的情况下，其POH相差越高，年故障率(AFR)也就越高。
从图2中我们可以看出，如果将硬盘的通电时间由4192小时提高到8760小时，其AFR几乎提高了三倍。当然，前提是硬盘本身没有进行补偿的话。因此，ES硬盘的定位要求是采取相应的补偿措施。而PS硬盘，由于定位和成本等原因，在这方面做得要薄弱得多。
2)忙闲度。所谓忙闲度是指硬盘寻道和牵引机械元件的总时间。AFR与硬盘的忙闲度成正比。在这里，有必要重提寻道调度，适当的寻道调度将会有效降低硬盘的忙闲度。有研究表明，处理相同请求的情况下，ES硬盘的忙闲度为40%，而PS硬盘的忙闲度则为75%。
3)温度。高温是所有电子器件的大敌，特别是对于硬盘这样的精密设备。硬盘的AFR与硬盘所处工作环境及其内部环境的温度成正比。因此，保持硬盘工作环境的凉爽是十分重要的──但是加装硬盘风扇绝对不是一个好办法，至少在温度不是主要问题的情况下是这样(其实，当温度成为主要问题时，风冷又无法满足降温的要求了)。
总结
ES硬盘和PS硬盘的定位不同决定了它们之间存在着巨大的差别。对于成本并不是最敏感因素的ES硬盘来说，所有能够增加性能和可靠性的新技术都将会迅速采用；而对于PS硬盘来说，价格因素限制了它对新技术的采用，只有当一项技术足够成熟，成本足够低的情况下，才会考虑采用，因此，相较ES硬盘，它更具有价格优势。但是，不管使用何种硬盘，至少有几点是十分重要，并且是共通的：
1.尽量选用优质的机箱，这样可以有效降低旋转震动所产生的影响，特别是在双硬盘甚至多硬盘的系统中。
2.最好不要使用硬盘风扇，它所产生的旋转震动对硬盘的影响将远高于其他设备，甚至会直接影响硬盘的寿命。
3.千万不要以为机箱内部的走线是不重要的，好的走线可以增加空气流动速度并有效减少紊流，使硬盘拥有更好的工作环境
4.如果有多块硬盘，一定要尽量增大每块硬盘之间的距离，这样可以有效加快空气流动，使硬盘的工作环境更好。即使只有一块硬盘，也不要随便放置，最好是位于机箱的前进气口处(如果有的话)。
此外，对于SCSI硬盘速度快的说法，通过上面对于性能的分析，我们也有了一个更明确的认识──在传输速度方面，SCSI硬盘并没有十分明显的优势，随机读取才是其强项。当然，由于SCSI的特性，以及ES硬盘本身的设计，使得这类硬盘的系统资源占有率较低，在读写大量数据的时候不会对系统运行速度造成太大影响。