ارتقا کارایی هارددیسک‌ها با تکنولوژی NCQ
Posted by بهروز حاتم (hatam) on Aug 14 2009
سخت افزار و تكنولوژي >>

اگر نظرسنجی دقیقی شکل گیرد، حتم دارم کمتر از پنج درصد کاربران بازار با تکنولوژی NCQ آشنایی دارند. البته اهالی حرفه‌ای مدت‌هاست که با تکنولوژی اصیل‌تری با نام TCQ آشنایی دارند و به‌همین دلیل می‌توانند حدس‌هایی درباره NCQ مطرح کنند.

تکنولوژی NCQ در واقع یکی از فرزندان خلف تکنولوژی TCQ است و فقط در هارددیسک‌های SATA عرضه می‌شود و شرایطی را فراهم می‌کند تا دسترسی به محل‌های ذخیره‌سازی داده‌ها به شیوه‌ای هوشمندانه انجام شود. اصطلاح NCQ مخفف Native Command Queuing است و همچنان که گفتم از فرزندان TCQ که در سال ۱۹۹۴ برای استفاده در هارددیسک‌های SCSI۲ ارایه شده بود.

● مفهوم NCQ

همچنان که می‌دانید بخش کنترل‌گر هارددیسک براساس درخواست‌هایی که توسط چیپ ست‌های اصلی مادربرد ارسال می‌شود فعالیت می‌کند. این درخواست‌ها شامل نوشتن و خواندن‌ داده‌ها هستند. از این‌رو اگر هارددیسک را مجموعه‌ای از منطقه‌های ذخیره‌سازی (سلول‌های حافظه) فرض کنیم،‌ هد خواندن و نوشتن برای انجام دستورات بخش کنترلی، لازم است که بین سلول‌های توزیع شده روی دیسک مدور جابه‌جا شود و دستورات مشخص را یک به یک انجام دهد.

در خرید قطعه مهمی مانند هارددیسک کمتر به نوع تکنولوژی مورد استفاده توجه می‌شود و خریدار محترم بیشتر بر سرعت گردش و میزان بافر آن ‌تمرکز می‌کند. سرعت گردش محور مرکزی و ظرفیت بافر، دو پارامتر مهم در افزایش کارایی هارددیسک‌ها محسوب می‌شوند، اما چیزهای دیگری نیز وجود دارند که در ظاهر امر به چشم نمی‌آیند، اما اثربخشی آن‌ها غیرقابل انکار است. در این نوبت و به قدر فرصتی که در اختیار دارم در این‌باره صحبت خواهم کرد.

● تکنولوژی NCQ

● مفهوم NCQ

با یک مثال ساده توصیف بهتری از عملکرد هد خواندن و نوشتن ارایه می‌کنیم. فرض کنید که دستورات بخش کنترلی هارددیسک این چنین باشد که:
۱) داده X را از سلول حافظه ۸ بخوان،
۲) داده Y را در سلول حافظه ۴ ثبت کن،
۳) داده Z را از سلول حافظه ۷ بخوان،
۴) داده W را در سلول حافظه ۱ ثبت کن.
هد خواندن و نوشتن برای انجام این امور باید از موقعیت سکون خود (سلول حافظه صفر) حرکت کند و پس از گذر از سلول‌های ۱ تا ۷، خود را به سلول شماره ۸ برساند. سپس باید به از ۳ سلول عبور کند و خود را به سلول ۴ برساند. آنگاه نوبت به سلول ۷ می‌رسد که با عبور از سلول‌های حافظه ۵ و ۶ قابل دسترسی خواهد بود و در پایان هد خواندن و نوشتن باید که به سلول ۱ بازگردد و دستور چهارم را انجام دهد. هد خواندن و نوشتن برای انجام این چهار دستور مختصر لازم است که از روی حداقل ۲۱ سلول حافظه عبور کند.
استفاده از تکنولوژی NCQ شرایط دیگری را رقم خواهد زد. به این صورت که بخش کنترلی پیش از ارسال دستورات برای هد خواندن و نوشتن قدری فکر می‌کند و سعی دارد که مسیرهای تکراری را حذف کند. اگر دستورات چهارگانه ذکر شده را با استفاده از تکنولوژی NCQ انجام دهیم این‌چنین می‌شود که هد خواندن و نوشتن اول دستور‌العمل چهارم را به انجام می‌رساند و به سلول حافظه یک منتقل می‌شود، سپس دستورالعمل دوم را به انجام می‌رساند و پس از آن نوبت به انجام دستورالعمل سوم در موقعیت ۷ می‌رسد. در پایان دستورالعمل اول را در سلول ۸ به پایان می‌رساند. مشهود است که موارد چهارگانه فوق فقط با ۸ جابه‌جایی انجام می‌شود، در صورتی که این دستورات بدون استفاده از این تکنولوژی در ۲۱ جابه‌جایی انجام می‌گرفت.
البته هر چه شرایط پیچیده‌تر شود، میزان اثرگذاری تکنولوژی NCQ کاهش خواهد یافت، اما در همان حالت حداقلی نیز تفاوت مشهود است.
● مزایای تکنولوژی NCQ
اصل‌ترین استفاده از تکنولوژی NCQ، در کاربردهای چندگانه است. به‌ بیان دیگر این تکنولوژی برای افزایش کارایی سرورهایی طراحی شده است که درخواست‌های متنوع چندین کاربر به‌صورت همزمان برای هارددیسک ارسال می‌کند. نکته جالب این است که بیشتر کاربران کنونی کامپیوترها از چندین برنامه به صورت همزمان استفاده می‌کنند و به‌همین دلیل این تکنولوژی کارساز خواهد بود.
علاوه بر افزایش کارایی هارددیسک در دسترسی به داده‌ها، چند مزیت دیگر را نیز می‌توان عنوان کرد.
۱) هد خواندن و نوشتن کمتر جابه‌جا می‌شود و عمر مفید آن افزایش خواهد یافت.
۲) استفاده بلندمدت از تکنولوژی NCQ موجب کاهش مصرف‌انرژی خواهد شد.
۳) هر چه تماس هد خواندن و نوشتن با سطح هارددیسک کمتر باشد، احتمال بروز خطا در ثبت و خوانش داده‌ها کاهش خواهد یافت. دیگر اینکه، کاهش تماس هد یا سطح هارددیسک احتمال برخورد فیزیکی این دو موجود و بروز صدمات غیرقابل جبران فیزیکی هارددیسک را کاهش خواهد داد. به‌ بیان دیگر امر ذخیره‌سازی داده‌ها با درصد خطای کمتری انجام می‌شود و داده‌ها با امنیت بیشتری نگهداری می‌شوند.
۴) زمان انتظار انجام دستورات بعدی کاهش خواهد یافت و حافظه بافر با سرعت بالاتری خالی می شود و پذیرای داده‌ها و دستورالعمل‌های جدید خواهد شد. نتیجه اینکه با این اقدام شاهد وقفه‌های طولانی برای ثبت یا دریافت داده‌ها نخواهیم بود.
● آخر اینکه
بیشتر هارددیسک‌هایی که از رابط SATA استفاده می‌کنند همراه با تکنولوژی NCQ عرضه می‌شوند، اما برخی مدل‌ها همچنان بدون این تکنولوژی تولید شده و خریدار از همه جا بی‌خبر نیز بدون اطلاع قبلی آن را می‌خرد. به‌طور معمول قیمت اضافه‌ای به‌دلیل ارایه امکان استفاده از این تکنولوژی دریافت نمی‌شود!
دیگر اینکه، استفاده از تکنولوژی NCQ علاوه بر افزایش کارایی کلی هارددیسک، احتمال بروز خطا یا خرابی (MTBF) را نیز کاهش می‌دهد. اگر از آن دسته کاربرانی هستید که به‌ صورت همزمان از چند نرم‌افزار استفاده می‌کنید لازم است که هارددیسک شما مجهز به تکنولوژی NCQ باشد.
این را هم بگویم و خلاص که ترکیب تکنولوژی‌های NCQ و RAID در سیستم‌هایی که از چندین هارددیسک استفاده می‌کنند فوق‌العاده است. همین!