全面优化ATA磁盘性能

一、硬件方面优化ATA磁盘性能

• 选择合适的控制器及检查相关兼容性
  • 系统需要有支持硬盘驱动器高级ATA模式的控制器，大多数ATA控制器向后兼容，例如ATA/100控制器一般支持ATA/33甚至更早标准的磁盘。控制器支持可能是主板ATA芯片组的功能，也有系统的控制器是外插的PCI卡（如ATARAID控制器）。Intel在ATA芯片组市场占比较大，也有其他厂商如威盛提供ATA控制器芯片组。要了解主板上芯片组或控制卡的功能，若ATA控制芯片在主板上，还需检查BIOS是否支持想要使用的ATA模式，可能存在控制芯片支持但BIOS不支持的情况，这时需更新主板BIOS。
• 采用适当的连接方式
  • 尽量把不同的磁盘连接到不同的传输通道（电缆）上。因为ATA通道默认以当前通道上最慢设备的速率工作，例如若一个ATA/33和一个ATA/100磁盘连接在同一个通道上，该通道最大传输速率将是ATA/33。所以要把低速的ATA设备（如CD - ROM、CD - R、CD - RW、Zip或老式硬盘）接入一个通道，高速的ATA硬盘接入另一个通道。
• 注意连接电缆的选择
  • ATA/33、ATA/66、ATA/100规范需求使用专用的80线电缆，而早期ATA硬盘使用的通常是40线的电缆。额外增加的电缆线主要起接地的作用，能够有效地降低电缆传输的信噪比。

二、系统软件方面优化ATA磁盘性能

• 利用微软补丁优化视窗系统对ATA的支持
  • Microsoft不断发行各种补丁来改进视窗系统对ATA的支持。要让ATA设备在视窗系统（如Windows 2000）下以最佳状态运行，需要掌握一些基础知识，包括ATA接口、必需的硬件、相关软件（如Win2K的补丁，内建和第三方的驱动程式）。
• 了解数据传输方式并确保兼容性
  • 早期的IDE/ATA规范使用ProgrammedI/O(PIO)的数据传输方法，这种方法依赖CPU进行数据转移。DMA是对CPU依赖程度低的传输方式，后来发展成UltraDMA。目前绝大多数硬盘为了向后兼容，支持所有较老的数据传输模式（包括PIO和DMA）。在视窗系统下要确保这些传输方式的兼容性以保障磁盘性能。

三、从磁盘自身物理结构和算法角度优化

• 磁盘物理结构优化
  • 磁盘内部机械结构速度改进较小，但磁盘片磁性表面位密度较高，且盘片上每个磁道的扇区数外层比内层多4%左右，增加了环带且每个环带上磁道有相同数量扇区。这种结构的优化有助于提升磁盘性能。
• 寻道算法优化
  • 寻道算法可缩短寻道时间。例如最短寻道优先(SSF)算法，总是选择距离当前磁道最近的磁道，但存在远离中部区域服务差、公平性和最短响应时间冲突的问题。电梯算法类似乘坐电梯逻辑，需要维持一个方向数据，当指定方向无请求时方向取反，这种算法也有助于提升磁盘性能。
  • 磁盘驱动程序维持磁道请求表，通过磁盘臂调度算法减少寻道过程的总柱面数，提升性能。
• 利用高速缓存
  • 在控制器中存在高速缓存，当磁道上一个扇区被请求时，其相邻扇区会被读出放到高速缓存（约2M）中，预测成功时数据可从控制器高速缓存直接读出，提升磁盘性能。

四、从应用层面优化ATA磁盘性能

• 设计合理的数据存储和访问策略
  • 例如给存放的数据设计索引，通过寻址索引来加快和减少磁盘的访问量。
• 采用异步和非阻塞方式
  • 这种方式可以加快磁盘的访问速度。
• 合理应用RAID策略
  • RAID0将数据平均写到多个磁盘阵列中，读写数据并行，可提高磁盘的IOPS；RAID1将一份数据复制到多个磁盘阵列中，用于提高数据安全性；RAID5是前两者的折中方式，将数据写到多数磁盘并在另一磁盘写入奇偶校验信息，可在磁盘损坏时恢复数据；RAID0 + 1根据数据备份情况分组，同时进行多分组的并行读写，通过合理选择RAID策略可提升磁盘I/O性能。