Co je vyrovnávací paměť pevného disku a k čemu slouží

Co je mezipaměť pevného disku?

Vyrovnávací paměť pevného disku je často označována jako mezipaměť disku. Funguje jako dočasný paměťový prostor, zatímco pevný disk čte a zapisuje data do trvalého úložiště na plotnách.

Vyrovnávací paměť pevného disku si můžete představit jako paměť s náhodným přístupem (RAM), která je speciálně určena pro pevný disk. Pevné disky mají vestavěné mikrořadiče, které řídí a zpracovávají data přicházející a odcházející podobně jako procesor. Vyrovnávací paměť pracuje ve spojení s mikrořadičem a ukládá paměť v průběhu jejího zpracování.

Jak to funguje?

Když pevný disk čte a zapisuje data, stahuje je z ploten. Pevný disk velmi často pracuje se stejnými daty opakovaně, protože osoba používající počítač obvykle pracuje na jedné nebo dvou úlohách najednou. Pevný disk (HDD) uchovává ve své mezipaměti data, která vy nebo vaše programy používáte nejčastěji a nejnověji, čímž odpadá nutnost vytahovat je z ploten pokaždé, když jsou data potřeba. Tato činnost zrychluje výkon disku.

Čtení před a za primárním obsahem

Pevný disk obvykle nepřebírá jen data, která potřebuje. Čte také data, která jsou kolem něj. Pevné disky nejsou v tomto ohledu příliš efektivní. Rotující plotny a čtecí/zapisovací hlavy jsou ze své podstaty omezeny fyzickými pohyblivými částmi, které jsou mnohem pomalejší než polovodičové disky SSD, které nemají žádné pohyblivé součásti. Proto se pevné disky snaží kompenzovat odhadem.

Když si uživatel nebo program vyžádá data, pevný disk tato data a okolní data přečte z plotny a uloží je všechna do vyrovnávací paměti. Protože existuje slušná pravděpodobnost, že okolní data jsou podobná, disk předpokládá, že uživatel nebo proces brzy požádá i o okolní data.

Tok dat

Při načítání dat z pevného disku existuje řada různých kroků. Každý z nich zabere nějaký čas a málokdy se synchronizují. Přenos dat z pevného disku přes rozhraní SATA obvykle probíhá mnohem rychleji, než jednotka dokáže číst a zapisovat data na plotny. Vyrovnávací paměť disku se často používá k vyrovnání tohoto toku dat a k tomu, aby byl proces mnohem plynulejší.

Minimalizace čekací doby při zápisu

Pevné disky jsou bohužel v kontextu dalších komponent velmi pomalé. Jsou pravděpodobně časově nejnáročnější součástí každého počítače, protože mají fyzicky pohyblivé části. Zápis dat je pro uživatele obvykle "časově bolestivý".

Mezipaměť pomáhá urychlit procesy zápisu dat tím, že prakticky ošálí zbytek počítače. Pevný disk převezme data do své mezipaměti a začne je zapisovat. Místo aby čekal, až se všechna data zapíší na plotny, dá pevný disk počítači signál, že tak učinil. Počítač PC nebo Mac buď pokračuje v odesílání dalších dat, nebo přejde k jiným úlohám v domnění, že proces je dokončen. V každém případě to umožňuje počítači jako celku pokračovat v další události.

Má to však i svou nevýhodu. Zatímco se pevný disk snaží splnit svůj příkaz a zapsat data, může je za určitých okolností ztratit. Pokud dojde k náhlému vypnutí počítače, všechna data uložená v mezipaměti zmizí. Mezipaměť je stejně jako paměť RAM nestálé úložiště. Záchrana dat ztracených tímto způsobem bohužel nemá perspektivu. Typickým případem kdy dojde ztrátě dat tohoto typu je např. editace souborů. Do fyzického uložení upravovaného souboru jsou aktuální změny uloženy buď v RAM nebo diskové vyrovnávací paměti. V případě neočekávaného vypnutí počítače dojde k definitivní ztrátě dat držených mimo oblasti trvalého zápisu (plotny disku, NAND flash u SSD atp.)   

Zrychlení pevného disku

Mezipaměť se nebude rovnat přímo rychlejšímu výkonu disku při jednotlivých úlohách. Není to tak, že by způsobovala rychlejší pohyb disku. Vyrovnávací paměť disku však umožňuje pevnému disku mnohem efektivněji vykonávat více úloh a je pravděpodobné, že to budete potřebovat.

Málokdy se stává, že by disk dělal jen jednu věc nebo že by komunikoval jen s jedním procesem najednou. Pevné disky založené na discích jsou stále dobře známými úložnými zařízeními v moderních počítačích. Pevné disky (SSD) však tyto disky postupně nahrazují. I v případě jedné úlohy může být potřeba, aby k tomuto úložišti přistupovalo více programů najednou. Můžete pracovat se dvěma nebo více soubory z úložné jednotky najednou.

Dalším prostředím, kde je rozhodující mít mezipaměť v pevných discích, jsou servery. Na serverových pevných discích se vždy bude provádět více činností. Představte si databázi stojící za webovou stránkou. Pokaždé, když uživatel dokončí akci, kterou musí web uložit nebo zaznamenat, web přistoupí k informacím a zapíše je do databáze. Pokaždé, když si někdo tento web dokonce zobrazí, čte z databáze. Málokdy by se stalo, že by disky ukládající tuto databázi neprováděly více úloh současně.

Vyrovnávací paměť v discích SSD

Disky SSD nejsou tak pomalé jako klasické pevné disky, potřebují tedy také mezipaměť? Stručně řečeno, mají. Zatímco mezipaměť v pevných discích se chová jako paměť RAM, mezipaměť v SSD slouží jako dynamická paměť s náhodným přístupem (DRAM). Je mnohem rychlejší a drží krok s disky SSD.

I když jsou disky SSD mnohem rychlejší než jejich protějšky založené na plotnových discích, mezipaměť stále přináší výhody. Pevné disky stále využívají mezipaměť k regulaci vstupu/výstupu a poskytují o něco rychlejší přístup ke čtení a zápisu. Některé disky SSD mezitím nemají vestavěnou paměť DRAM. To sice šetří spotřebu energie, ale nutí to disky kompenzovat jinými způsoby.