探寻缓存的秘密之硬盘缓存

硬派沙龙

2010年3月1日第8期

电脑中有各种各样的缓存机制，它们与芯片的运算速度同样重要，也同时影响着整台电脑的性能。其中，我们常提到的缓存有内存，显存，处理器的一级、二级、三级缓存，硬盘缓存，虚拟内存等。虽然都是缓存，不过它们的容量差异却非常大，有的能够达到数GB，有的却只有几十KB，相信很多同学并不清楚这种情况出现的原因。接下来我们将带领同学们依次去拜访电脑中的各种缓存，问问它们为什么这么大？或者为什么这么小？不仅让同学们了解各种缓存所起到的作用，还能在配置新电脑时，合理选择拥有不同规格缓存的产品。

当我们静静地享受电脑对工作、学习、生活所带来的便捷的时候，在电脑的内部却正进行着一系列与数据相关的读取、传输、处理、显示、存储工作，非常繁忙。此时，电脑就如同一家围绕数据疯狂运转的工厂，各种数据在其间高速穿梭，最终为用户计算出富有价值的结果。然而在数据高速移动并等待各道工序处理的时候，总会碰见需要停歇或者通道拥堵的情况，这时候缓存就是暂时存放这些数据，保障数据高效有序运行的场所。

既然电脑是一个非常复杂的数据处理器工厂，那么我们不妨将它内部的零件再继续细分一下。其中，处理器和图形处理器就好比工厂中的生产线，所有数据只有在经过这两个生产线的加工后，才能得到我们所需要的“产品”，也就是显示屏中显示的各种游戏画面、图形或表格、网页和文字……在这个过程中，电脑中的各种缓存机制均扮演着不同的角色。

硬盘缓存是啥样？

从电脑开机的一瞬间起，硬盘就成为了数据供应的源头。在这里存放了各种各样来自光驱、闪存、网络等媒介的数据资源。在同学们对电脑下达各种命令后，硬盘上的磁头和磁头臂就如同采购员一样，在自己广阔的存储空间中寻找起各种所需播放的电影，或者有待运行的游戏。当找到这些数据时，采购员们就会开始将这些数据如同原料般源源不断地搬运至工厂的下一个环节。由于采购员寻找和搬运每个数据所需要的时间并不相同，而工厂又希望得到源源不断的原料供应，因此很多工厂都会设立一个原料仓库的机构，用推陈出新的方式储备一定量的原料。而这个仓库就是硬盘缓存。

让货物输送稳定

为了更快地处理数据保证原料的新鲜，每一个数据都只能等待极短的一段时间，然后就必须进入工厂的下一个处理环节，因此原料仓库中并不会蓄积太多货物。不过，虽然仓库容量不大备料也不多，但是一旦采购员出现不能及时送回原料时，这些仓库中的余有的原料就能及时发挥作用，将原料供应的缺口及时弥补，避免工厂因为原料的短缺，而全线停工。同样的道理，在计算机往硬盘写入数据的时候，硬盘缓存同样也发挥起仓库的作用，它能暂时收容多余的货物，并保证快递员都能有序地将货物配送。

出错时重新送货

由于硬盘需要数据线才能与主板连接，这在电脑内部可算是信号的长距离传输了。就像货物在长距离的运输中难免会发生损坏一样，硬盘传输给南桥的数据，也同样会出现错误。

而当负责接收数据的南桥芯片检查到这些错误时，就会重新命令硬盘读取这些数据。这对于采购员而言，不但需要放下现有的工作，还得重新去寻找货物的位置，大大降低了工作效率。不过幸好，在数据传送给南桥后，硬盘缓存还会将数据的备份暂存片刻，等待南桥芯片检验数据是否存在错误。一旦南桥芯片发现错误数据，硬盘缓存会立即将这些备份的数据进行重发，就不必再劳驾采购员反复奔波劳碌了，同时也保障了工作效率。

容量够用就好

这样看来硬盘缓存在电脑的工作中，起到了保障数据供应连续性和容错的重要作用。不过在实际工作中，由于硬盘与南桥芯片之间的数据传输非常快，硬盘读取的数据很快就会被传输到南桥芯片，很少出现数据积压的情况；再加上南桥芯片检验数据是否有错误的速度也是非常快的，传送后待检测的数据同样很少出现积压，所以硬盘缓存虽然非常重要，但容量却无需太大。因此，对于普通容量硬盘而言，8MB、16MB、32MB的缓存容量，已经足够硬盘使用了。不过随着硬盘单碟容量的增加、读写性能的提高，为了最大程度保障硬盘性能的发挥，在目前2TB的硬盘中已经开始搭配64MB容量的硬盘缓存了。