Какое влияние оказывает размер жёсткого диска на обработку данных и скорость интернета? Параметры, влияющие на быстродействие жесткого диска.

При оценке производительности жестких дисков наиболее важной характеристикой является скорость передачи данных. При этом на скорость и общую производительность влияет целый ряд факторов:

Интерфейс подключения - SATA/IDE/SCSI (а для внешних дисков - USB/FireWare/eSATA). Все интерфейсы имеют разную скорость обмена данных.
Объем кэша или буфера жесткого диска. Увеличение объема буфера позволяет увеличить скорость передачи данных.
Поддержка NCQ, TCQ и прочих алгоритмов повышения быстродействия.
Объем диска. Чем больше данных можно записать, тем больше времени нужно на чтение информации.
Плотность информации на пластинах.
И даже файловая система влияет на скорость обмена данных.

Но если мы возьмем два жестких диска одинакового объема и одного интерфейса, то ключевым фактором производительности будет скорость вращения шпинделя.

Что такое шпиндель

Шпиндель - единая ось в жестком диске, на которой установлено несколько магнитных пластин. Эти пластины закреплены на шпинделе на строго определенном расстоянии. Расстояние должно быть таким, чтобы при вращении пластин считывающие головки могли читать и записывать на диск, но при этом .

Чтобы диск нормально функционировал, двигатель шпинделя должен обеспечивать стабильное вращение магнитных пластин на протяжении тысяч часов. Поэтому неудивительно, что иногда проблемы с диском связаны именно , а вовсе не с ошибками в файловой системе.

Двигатель отвечает за вращение пластин, и это позволяет работать жесткому диску.

Что такое скорость вращения шпинделя

Скорость вращения шпинделя (spindle speed) определяет, насколько быстро вращаются пластины в нормальном режиме работы жесткого диска. Скорость вращения измеряется в оборотах в минуту (RpM).

От скорости вращения зависит, как быстро компьютер может получить данные от жесткого диска. Перед тем как винчестер сможет считать данные, он должен их сначала найти.

Время, которое требуется для , чтобы перейти к запрошенной дорожке/цилиндру, называется временем поиска (seek latency) . После того как считывающие головки переместятся в нужную дорожку/цилиндр, надо дождаться поворота пластин, чтобы необходимый сектор оказался под головкой. Это называется задержками на вращение (rotational latency time) и является прямой функцией скорости шпинделя. То есть, чем быстрее скорость шпинделя, тем меньше задержки на вращение.

Общие задержки на время поиска и задержки на вращение и определяют скорость доступа к данным. Во многих программах для оценки скорости hdd это параметр access to data time .

На что влияет скорость вращения шпинделя жесткого диска

Большинство стандартных 3,5″ жестких дисков сегодня имеют скорость вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту. Для таких дисков время, за которое совершается половина оборота (avg. rotational latency ), составляет 4,2 мс. Среднее время поиска у этих дисков - около 8,5 мс, что позволяет обеспечить доступ к данным примерно за 12,7 мс.

У жестких дисков WD Raptor скорость вращения магнитных пластин - 10 000 оборотов в минуту. Это уменьшает среднее время задержки на вращение до 3 мс. У «рапторов» и пластины меньшего диаметра, что позволило сократить среднее время поиска до ~5,5 мс. Итоговое среднее время доступа к данным - примерно 8,5 мс.

Есть несколько моделей SCSI (например, Seagate Cheetah), у которых скорость вращения шпинделя достигает 15 000 оборотов в минуту, а пластины еще меньше, чем у WD Raptor. Среднее время rotational latency у них - 2 мс (60 сек / 15 000 RPM / 2), среднее время поиска - 3,8 мс, среднее время доступа к данным - 5,8 мс.

Диски с высокой частотой вращения шпинделя имеют низкие значения как времени поиска, так и задержки на вращение (даже при произвольном доступе). Понятно, что жесткие диски с частотой шпинделя 5600 и 7200 обладают меньшей производительностью.

При этом при последовательном доступе к данным большими блоками разница будет несущественна, так как нет задержки на доступ к данным. Поэтому для жестких дисков рекомендуется регулярно делать дефрагментацию.

Как узнать скорость вращения шпинделя жесткого диска

На некоторых моделях скорость шпинделя написана прямо на наклейке. Найти эту информацию несложно, так как вариантов немного - 5400, 7200 или 10 000 RpM.

Жесткий диск - устройство, обладающее невысокой, но достаточной для повседневных нужд скоростью работы. Однако из-за определенных факторов она может быть гораздо меньше, в результате чего замедляется запуск программ, чтение и запись файлов и в целом работать становится некомфортно. Выполнив ряд действий по увеличению скорости работы винчестера, можно добиться заметного прироста производительности в работе операционной системы. Рассмотрим, как ускорить работу жесткого диска в Windows 10 или других версиях этой операционной системы.

На скорость работы жесткого диска влияет несколько факторов, начиная от того, насколько он заполнен, и заканчивая настройками BIOS. Некоторые жесткие диски в принципе имеют невысокую скорость работы, которая зависит от частоты вращения шпинделя (обороты в минуту). В старых либо дешевых ПК обычно установлен HDD со скоростью 5600 об/м, а в более современных и дорогих - 7200 об/м.

Объективно — это очень слабые показатели на фоне остальных комплектующих и возможностей операционных систем. HDD - очень старый формат, и на смену ему потихоньку приходят . Ранее мы уже делали их сравнение и рассказали, сколько служат SSD:

Когда один или несколько параметров влияет на работу жесткого диска, он начинает работать еще медленнее, что становится ощутимо заметно пользователю. Для повышения скорости могут использоваться как простейшие способы, связанные с систематизацией файлов, так и смена режима работы диска путем выбора другого интерфейса.

Способ 1: Очистка жесткого диска от лишних файлов и мусора

Такое, казалось бы, простое действие может ускорить работу диска. Причина, по которой важно следить за чистотой HDD, очень проста - переполненность косвенно влияет на скорость его работы.

Мусора на компьютере может быть гораздо больше, чем вам кажется: старые точки восстановления Windows, временные данные браузеров, программ и самой операционной системы, ненужные установщики, копии (дублирующиеся одни и те же файлы) и др.

Самостоятельно очищать это затратно по времени, поэтому можно использовать различные программы, ухаживающие за операционной системой. Познакомиться с ними вы можете в другой нашей статье:

Если нет желания устанавливать дополнительный софт, можно использовать встроенное средство Windows под названием «Очистка диска» . Конечно, это не так эффективно, но тоже может быть полезно. В этом случае вам нужно будет самостоятельно очищать временные файлы браузера, которых тоже бывает очень много.

Вы также можете завести дополнительный накопитель, куда переместите не особо нужные вам файлы. Таким образом, основной диск будет более разгружен и начнет быстрее работать.

Способ 2: Разумное использование дефрагментатора файлов

Один из излюбленных советов касательно ускорения работы диска (да и всего компьютера) - дефрагментация файлов. Это действительно актуально для HDD, поэтому имеет смысл его использовать.

Что представляет собой дефрагментация? Мы уже давали развернутый ответ на этот вопрос в рамках другой статьи.

Очень важно не злоупотреблять этим процессом, потому что это даст лишь негативный эффект. Одного раза в 1-2 месяца (в зависимости от активности пользователя) вполне достаточно для поддержания оптимального состояния файлов.

Способ 3: Чистка автозагрузки

Этот способ не напрямую, но влияет на скорость работы жесткого диска. Если вы считаете, что ПК медленно загружается при включении, программы долго запускаются, и виной тому медленная работа диска, то это не совсем так. Из-за того, что система вынуждена запускать нужные и ненужные программы, а жесткий диск имеет ограниченную скорость обработки указаний Windows, и возникает проблема снижения скорости.

Разобраться с автозагрузкой вы можете, используя другую нашу статью, написанную на примере Windows 8.

Способ 4: Изменение параметров устройства

Медленная работа диска может зависеть и от его рабочих параметров. Чтобы их изменить, необходимо использовать «Диспетчер устройств» .

Способ 5: Исправление ошибок и битых секторов

От состояния жесткого диска зависит его скорость работы. Если у него есть какие-либо ошибки файловой системы, битые сектора, то обработка даже простых задач может быть медленнее. Исправить существующие проблемы можно двумя вариантами: использовать специальный софт от различных производителей или встроенную в Windows проверку дисков.

Мы уже рассказывали, как устранить ошибки HDD в другой статье.

Способ 6: Изменение режима подключения жесткого диска

Даже не очень современные материнские платы поддерживают два стандарта: режим IDE, который преимущественно подходит для старой системы, и режим AHCI - более новый и оптимизированный для современного использования.

Внимание! Этот способ предназначен для опытных пользователей. Будьте готовы к возможным проблемам с загрузкой ОС и другим непредвиденным последствиям. Несмотря на то, что шанс их возникновения крайне мал и стремится к нулю, он все же присутствует.

В то время, как у многих пользователей доступна возможность смены IDE на AHCI, часто об этом даже не знают и мирятся с невысокой скоростью работы винчестера. А между тем это - довольно действенный способ ускорения HDD.

Сперва нужно проверить, какой у вас стоит режим, и сделать это можно через «Диспетчер устройств» .

В Windows 7 нажмите «Пуск» и начните набирать «Диспетчер устройств» .

В Windows 8/10 нажмите по «Пуск» правой кнопкой мыши и выберите пункт «Диспетчер устройств» .
Найдите ветку «Контроллеры IDE ATA/ATAPI» и разверните ее.
Посмотрите на название подключенных дисков. Зачастую можно встретить имена: «Стандартный контроллер Serial ATA AHCI» либо «Стандартный контроллер PCI IDE» . Но бывают и другие названия — все зависит от конфигурации пользователя. Если в названии встречаются слова «Serial ATA», «SATA», «AHCI», то значит используется подключение по протоколу SATA, с IDE все аналогично. На скриншоте ниже видно, что используется подключение AHCI — желтым выделены ключевые слова.

Если определить не получается, тип подключения можно посмотреть в BIOS/UEFI. Определить это просто: какая настройка будет прописана в меню BIOS, та и установлена на данный момент (скриншоты с поиском этой настройки немного ниже).

При подключенном режиме IDE его переключение на AHCI нужно начать с редактора реестра.

Если этот способ вам не помог, ознакомьтесь с другими методами включения AHCI в Windows по ссылке ниже.

Мы рассказали о распространенных способах решения проблемы, связанной с низкой скоростью работы жесткого диска. Они могут дать прирост производительности HDD и сделать работу с операционной системой более отзывчивой и приятной.

Насколько важен SSD диск для игр, на что он влияет и в чем полезность данной технологии – именно об этом пойдет речь в нашей статье. Твердотельный накопитель в сравнении с обычным жестким диском имеет целый ряд значимых преимуществ. Одним из самых ценных среди них является способность мгновенно загружать записанные на него файлы. Это связано с тем, что устройство такого типа не имеет движущихся частей, благодаря чему не затрачивается время на перемещение головки диска.

Кроме этого ССД накопители обладают маленьким весом, крайне низким энергопотреблением, высокой скоростью записи, отсутствием шума и возможностью полноценно функционировать с самыми быстрыми интерфейсами. С их помощью любые файлы считываются значительно быстрее, чем на обычных HDD, при этом сама операционная система становится более оперативной.

Подробнее обо всем этом, а также про то, нужен ли SSD диск для игр и почему стоит его устанавливать, мы и поговорим дальше.

Операционная среда

Следует начать с того, что твердотельные накопители значительно ускоряют загрузку программ. Например, операционная система грузится всего до 13 секунд.

Если говорить об играх, которые имеют старую архитектуру, где ресурсы располагаются в качестве огромного количества небольших файлов, то обычный жесткий диск обрабатывает их невероятно медленно. В качестве примера можно взять всем известный World of Tanks. Даже на самых мощных ПК становится заметным значительное падение производительности при массовых перестрелках, в ротных боях и сражениях на глобальной карте.

Используя же игровой SSD, вы сможете устранить имеющийся недостаток и поддерживать необходимую скорость игры. Что касается прироста кадров в секунду, то он совсем незначительный. Разработчики прекрасно понимают, что накопитель является самым слабым звеном компьютера, поэтому его нельзя чрезмерно нагружать. В основном на производительность в играх влияют процессор и видеокарта.

Быстрая загрузка уровней

Один из самых важных факторов, отличающий твердотельный накопитель от обычного устройства. Игры весят по 50 ГБ не просто так, и они постоянно используют необходимую информацию, забрасывая ее в оперативную память. В этом случае загрузка с SSD осуществляется значительно быстрее. Причем, чем хуже оптимизация приложения, тем более ощутима разница между накопителями. Поэтому задаваясь вопросом, можно ли устанавливать игры на SSD, знайте, что это необходимо делать для улучшения быстродействия.

Если посмотреть время загрузки на примере Battlefield 3, то можно увидеть, что ССД «Crucial MX 255 GB» значительно выигрывает (почти в 3 раза) обычный HDD «Seagate 3TB», не смотря на то, что они оба работают по более скоростному интерфейсу SATAIII.

В основном данная особенность проявляет себя в офлайн играх, хотя многие пользователи говорят, что загрузка с твердотельного винчестера в онлайн сражениях также осуществляется достаточно быстро и приходится постоянно ждать «медленных» игроков. В этом случае владельцы ПК с SSD могут заранее обсудить тактику, в то время как остальные все еще будут любоваться экраном загрузки и пить чай.

Также важно сказать о нескольких окнах одной игры (касается геймеров в MMORPG), что для HDD является пыткой, в то время как ССД легко переносит такие нагрузки. Не стоит забывать о модах, которые часто «прикручиваются» к движку с помощью сторонних скриптов и библиотек. То есть, загружаются в память нештатным путем. Обычные диски не любят деятельность такого рода, в то время как для SSD в играх вообще нет никакой разницы.

Стабильный FPS

Твердотельный винчестер особенно полезен, когда пользователь играет в игры с обширным открытым миром. Каким объемом оперативной и видеопамяти в этом случае не обладал бы ПК, приложение постоянно грузит память новыми участками на карте и ее деталями, что сильно нагружает систему и просаживает FPS. В этом случае SSD значительно лучше выполняет свою работу, работая с минимальным количеством задержек, чем механический накопитель, считывающая головка которого должна переместиться к нужному участку и считать информацию.

Кроме того, если вы поставите SSD для игрового компьютера, то сможете компенсировать недостачу оперативки в тех случаях, когда игра оказывается чрезмерно прожорливой. Операционная система Windows любит использовать «по делу и без» файл подкачки, при этом большинство игр вообще не работают без активированного swap, который занимает гигабайты памяти винчестера для использования в качестве ОЗУ.

Устройства HDD значительно проигрывают твердотельным накопителям по скорости доступа к данным. Поэтому если с первым вас ждет «слайдшоу», то в случае с ССД ПК или ноутбук вытянет игру даже «через не могу».

Быстрая загрузка текстур

В основном в онлайн-играх текстуры и прочие объекты грузятся при приближении к ним персонажа, а не во время входа. Ввиду этого становится возможным значительное уменьшение быстродействия, если вы двигаетесь по местности со сложным оформлением и архитектурой.

Стандартному диску будет не под силу в режиме реального времени загружать объемные текстуры и из-за этого он будет сильно тормозить, что непременно скажется на вашей эффективности и удовольствии от игры. Поэтому если вы решили купить SSD под игры, то это однозначно правильное решение.

Тишина и надёжность

Как мы уже говорили ранее, твердотельные устройства не имеют подвижных частей. Поэтому оснащенные ими компьютеры не шумят и не издают странных звуков даже при сильной нагрузке. Учитывая современные технологии, используемые при производстве компьютерных комплектующих, можно собрать абсолютно бесшумное устройство. Более того, отсутствие подвижных частей делает сам диск надежнее и минимизирует вероятность его поломки.

Также нужно сказать, SSD стоит покупать и устанавливать по той причине, что он обеспечит полную сохранность информации там, где обычный магнитный накопитель потеряет ее. В стандартных жестких дисках сектора памяти «умирают» без возможности восстановления, а в ССД информация просто переходит в режим чтения. То есть, сохраненный игровой процесс можно будет перенести на другой накопитель.

Развеиваем некоторые мифы

Подведение итогов

Учитывая вышеизложенную информацию, теперь мы можем ответить на вопрос, нужен ли ССД для игрового ПК. Для обычного пользователя он не станет чем-то революционным и будет выступать, скорее всего, в качестве приятного дополнения. Но вот если вы геймер, то при возможности данное устройство без сомнений нужно брать и устанавливать на компьютер. Особенно если вы любите требовательные игры с хорошей графикой.

Твердотельный винчестер сделает ваш ПК более продуктивным как в онлайн, так и в офлайн играх. Вы сможете без проблем играть в командные игры с большим количеством участников и обширными картами. Обладая SSD, вы не просто будете получать максимальный комфорт, но и получите превосходство перед другими игроками.

Нашел хорошую картинку, где показаны слабые и сильные стороны каждого устройства.

Говоря о том, SSD или HDD – что лучше для игр, достаточно лишь упомянуть тот факт, что наличие твердотельного диска – это обязательное требование для всех участников соревнований по киберспорту. Без этого комплектующего вы бы были просто не допущены к соревнованиям.

Однако если же у вас ограниченный бюджет и стоит выбор, купить ССД или доложить средств на мощный процессор или видеокарту, то в этом случае лучше прибегнуть ко второму варианту для максимального увеличения быстродействия.

Также при ограниченном количестве средств можно ограничиться обычным жестким диском в том случае, если у вас достаточно оперативной памяти.

Теперь вы знаете, можно ли ставить игры на SSD и в чем его основное превосходство перед обычными накопителями. Решение по выбору ССД диска остается исключительно за вами. Учитывайте свои финансовые возможности, а также особенности и преимущества современных винчестеров.

Сравнительное видео

Перевод

Это перевод ответа на вопрос о влиянии свободного пространства на диске на производительность с сайта superuser.com - прим. переводчика

Ускоряет ли освобождение дискового пространства ваш компьютер?

Освобождение дискового пространства не ускоряет компьютер, по крайней мере не само по себе. Это действительно распространённый миф. Этот миф так распространён, потому что заполнение вашего жёсткого диска часто происходит одновременно с другими процессами, которые традиционно могут замедлить* ваш компьютер. Производительность SSD может снижаться по мере заполнения , однако это сравнительно новая проблема, свойственная SSD, и, в действительности, малозаметная для простых пользователей. В общем случае, недостаток свободного места - просто красная тряпка для быка (отвлекает внимание - прим. переводчика ).

Прим. автора: * «Замедление» - термин с весьма широкой трактовкой. Здесь я использую его в отношении процессов связанных с I/O (т.е. если ваш компьютер занимается чисто вычислениями, содержимое диска не оказывает никакого влияния), либо связанных с процессором и конкурирующих с процессами потребляющим много процессорных ресурсов (т.е. антивирусом, сканирующим большое количество файлов)

Например, такие явления как:

Фрагментация файлов. Фрагментация файлов является проблемой**, однако отсутствие свободного места, хоть и является одним из многих факторов, не является единственной причиной фрагментации. Основные моменты:
Прим. автора: ** Фрагментация влияет на SSD за счёт того что операции последовательного чтения обычно значительно быстрее чем случайный доступ, хотя для SSD не существует тех же ограничений, что для механических устройств (даже в этом случае, отсутствие фрагментации не гарантирует последовательного доступа в силу распределения износа и подобных процессов). Однако, практически в любом типовом сценарии использования, это не является проблемой. Различия в производительности SSD связанные с фрагментацией обычно незаметны для процессов запуска приложений, загрузки компьютера и прочих.
- Вероятность фрагментации файла не связана с объёмом свободного места на диске. Она зависит от размера наибольшего непрерывного блока свободного пространства на диске (т.е. «пробелов» свободного пространства), который ограничен сверху объёмом свободного пространства. Другой зависимостью является метод, используемый файловой системой при размещении файлов (об этом далее).
  Например: Если на диске занято 95% пространства и всё что свободно представлено одним непрерывным блоком, то у новый файл будет фрагментирован с вероятностью 0% (если, конечно нормальная файловая система не фрагментирует файлы специально - прим. автора ) (также и вероятность фрагментации расширяемого файла не зависит от объёма свободного пространства). С другой стороны, диск, заполненный на 5% данными равномерно распределёнными по нему имеет очень высокую вероятность фрагментации.
- Обратите внимание, что фрагментация файлов влияет на производительность только когда осуществляется доступ к этим файлам . Например: У вас есть хороший, дефрагментированный диск с большим количеством свободных «пробелов» на нём. Типичная ситуация. Всё работает хорошо. Однако, в какой-то момент вы приходите к ситуации когда больше не осталось больших свободных блоков. Вы скачиваете большой фильм, и этот файл оказывается сильно фрагментирован. Это не замедлит ваш компьютер . Файлы ваших приложений и прочие, что были в полном порядке, не станут моментально фрагментированными. Фильм конечно может дольше грузиться (однако, типичные битрейты фильмов настолько значительно ниже скорости чтения жёстких дисков, что вероятно это пройдёт незамеченным), также это может сказаться на производительности I/O пока фильм загружается, но ничего более не изменится.
- Хотя фрагментация и является проблемой, часто проблема компенсируется кэшированием и буферизацией со стороны операционной системы и аппаратного обеспечения. Отложенная запись, упреждающее чтение и прочее помогают решить проблемы, вызываемые фрагментацией. В общем случае вы не замечаете ничего , пока уровень фрагментации не станет слишком высок (я даже рискну сказать, что пока ваш файл подкачки не фрагментирован, вы не заметите ничего)
Другой пример - Поисковая индексация. Предположим, что у вас включена автоматическая индексация, и операционная система не слишком хорошо её реализует. По мере того как вы сохраняете всё больше индексируемых файлов на свой компьютер (документы и тому подобное), индексирование начинает занимать всё больше времени и может начать оказывать заметное влияние на наблюдаемую производительность компьютера в ходе своей работы, съедая одновременно I/O и процессорное время. Это не связано со свободным пространством, но связано с количеством индексируемых данных. Однако исчерпание дискового пространства происходит одновременно с сохранением большего количества контента, поэтому многие устанавливают неверную взаимосвязь.
Антивирусы. Всё очень похоже на пример с поисковым индексом. Скажем, у вас есть антивирус, осуществляющий фоновое сканирование вашего диска. У вас появляется всё больше и больше файлов для сканирования, поиск начинает потреблять всё больше и больше ресурсов I/O и процессора, возможно мешая работе. Снова, проблема связана с количеством сканируемого контента. Больше контента - меньше свободного места, но отсутствие свободного места е является причиной проблемы.
Установленные программы. Предположим, у вас установлено множество программ, которые запускаются при загрузке компьютера, что увеличивает время загрузки. Это замедление происходит потому, что загружается много программ. Одновременно, установленные программы занимают место на диске. Следовательно, объём свободного пространства уменьшается одновременно с замедлением, что может привести к неверным выводам.
Можно привести множество других подобных примеров, которые дают иллюзию связи исчерпания дискового пространства и снижения производительности.

Написанное выше иллюстрирует другую причину распространённости этого мифа: хотя исчерпание свободного пространства не является напрямую причиной замедления, деинсталляция различных приложений, удаление индексируемого и сканируемого контента и т.п. иногда (но не всегда, такие случаи находятся за рамками этого текста) приводит к увеличению производительности по причинам, не связанным с объёмом свободного места. При этом дисковое пространство высвобождается естественным образом. Следовательно, и здесь проявляется ложная связь между «больше свободного пространства» и «быстрый компьютер».

Смотрите : если у вас компьютер медленно работает из-за большого числа установленных программ и т.п., и вы клонируете, в точности, ваш жёсткий диск на жёсткий диск большего объёма, а затем расширите разделы, чтобы получить больше свободного пространства, компьютер не станет по мановению руки быстрее. Те же программы загружаются, те же файлы фрагментированы тем же образом, работает тот же сервис индексирования, ничто не изменяется, несмотря на увеличение свободного пространства.

Связано ли это как-то с поиском места для размещения файлов?

Нет, не связано. Здесь есть два важных момента:

Ваш жёсткий диск не занимается поиском места для размещения файлов . Жёсткий диск глуп. Он ничто. Это большой блок адресуемого хранилища, который слепо повинуется операционной системе в вопросах размещения. Современные диски оснащены сложными механизмами кэширования и буферизации, созданными чтобы предсказывать запросы операционной системы на основе накопленного людьми опыта (некоторые диски даже знают о файловых системах). Но, по сути, о диске следует думать как о большом глупом хранящем данные кирпиче, иногда обладающем функциями повышения производительности.
Ваша операционная система также не занимается поиском места для размещения. Нет никакого «поиска» . Большие усилия были приложены для решения этой проблемы, т.к. она является критичной для производительности файловых систем. Данные располагаются на вашем диске так как определено файловой системой , Например, FAT32 (старые компьютеры с DOS и Windows), NTFS (новые системы Windows), HFS+ (Mac), ext4 (некоторые системы Linux) и многие другие. Даже концепция «файла» или «директории» («папки» - прим. переводчика ) - всего лишь плод типичной файловой системы: жёсткие диски знать не знают о таких зверях как «файлы». Детали лежат за пределами этого текста. Однако, по сути, все распространённые файловые системы содержат способ отслеживания свободного пространства на диске и потому «поиск» свободного пространства, при нормальных обстоятельствах (т.е. при нормальном состоянии файловой системы), не является необходимым. Примеры:
- NTFS содержит главную таблицу файлов (master file table) которая включает специальные файлы (например, $Bitmap) и множество метаданных, описывающих диск. По сути, она отслеживает последующие свободные блоки, так что файлы могут быть записаны на диск без необходимости сканировать диск каждый раз.
- Другой пример, ext4 имеет сущность, называемую «bitmap allocator» , улучшение по сравнению с ext2 и ext3, которое помогает напрямую определить положение свободных блоков, вместо сканирования списка свободных блоков. Ext4 также поддерживает «отложенное распределение», по сути являющуюся буферизацией данных операционной системой в оперативную память перед записью на диск, с тем чтобы принять наилучшее решение по размещению для снижения фрагментации.
- Множество других примеров.

Может дело в перемещении файлов туда-сюда для выделения достаточно длинного непрерывного места при сохранении?

Нет, этого не происходит. По крайней мере ни в одной из знакомых мне файловых систем. Файлы просто фрагментируются.

Процесс «перемещения файлов туда-сюда для выделения длинного непрерывного блока» называется дефрагментацией . Этого не происходит при записи файлов. Это происходит когда вы запускаете программу дефрагментации диска. по крайней мере, в новых системах Windows это происходит автоматически по расписанию, но запись файла никогда не является причиной для старта этого процесса.

Возможность избегать необходимости в перемещении файлов подобным образом является ключевой для производительности файловых систем, и причиной почему происходит фрагментация, а дефрагментация является отдельным шагом.

Сколько свободного места следует оставлять на диске?

Это более сложный вопрос, а я уже и так много написал.

Основные правила, которым можно следовать:

Для всех типов дисков:
- Самое важное - оставлять достаточно места для того чтобы самому пользоваться компьютером эффективно . Если заканчивается место, возможно вам нужен диск большего объёма.
- Многие утилиты дефрагментации дисков требуют наличие некоторого минимума свободного места (кажется, поставляемая в комплексе с Windows в худшем случае требует 15% свободного места) для своей работы. Они используют это место для временного хранения фрагментированных файлов, пока производится перемещение других объектов.
- Оставьте места для других функций операционной системы. Например, если у вашего компьютера нет большого количества физической оперативной памяти, и виртуальная память включена с файлом подкачки динамического объёма, следует оставлять достаточно свободного места для размещения файла подкачки максимального размера. Если у вас ноутбук, который вы отправляете в гибернацию (hibernation), вам потребуется достаточно свободного места для сохранения файла состояния гибернации. Такие вот вещи.
Касательно SSD:
- Для оптимальной надёжности (и в меньшей степени производительности) на SSD должно быть некоторое свободное пространство, которое, не вдаваясь в детали, используется для равномерного распределения данных по диску, чтобы избежать постоянной записи в одно и то же место (что приводит к истощению ресурса). Концепция резервирования свободного места называется перезакладывание (over-provisionning) . Это важно, но во многих SSD обязательное резервное пространство уже выделено . То есть, у дисков часто есть на несколько десятков гигабайт больше места, чем они демонстрируют операционной системе. Более дешёвые диски часто требуют, чтобы вы оставили неразмеченным часть пространства. Но при работе с дисками, у которых есть принудительное резервирование, этого не требуется . Важно отметить, что дополнительное место часто берётся только из неразмеченных областей . Поэтому не всегда будет работать вариант, когда ваш раздел занимает весь диск, а вы оставляете немного свободного места на нём. Ручное перезакладывание требует чтобы вы сделали ваш раздел меньше, чем размер диска. Сверьтесь с руководством пользователя вашего SSD. TRIM и сбор мусора (garbage collection) и подобные вещи тоже оказывают влияние, но они лежат за рамками этого текста.

Лично я обычно покупаю новый диск большего размера, когда у меня остаётся примерно 20-25% свободного пространства. Это не связано с производительностью, просто, когда я дохожу до этой точки - это означает, что скоро место закончится, а значит, пора купить новый диск.

Более важным делом, нежели слежение за свободным местом, является проверить, что запланированная дефрагментация включена там, где надо (не на SSD), так что вы никогда не придёте к моменту, когда она достаточно велика чтобы оказать заметное воздействие.

Послесловие

Есть ещё одна вещь, о которой следует упомянуть. Один из других ответов на этот вопрос упоминает, что полудуплексный режим SATA не даёт возможности читать и писать одновременно. Хотя это действительно так, это сильное упрощение и оно по большей части не связано с проблемами производительности, обсуждаемыми здесь. В действительности, это просто означает, что данные не могут передаваться по проводу одновременно в двух направлениях. Однако

Скорость передачи данных по шине дискового интерфейса — это далеко не единственный параметр, влияющий на быстродействие винчестера в целом. Наоборот, производительность жестких дисков с одинаковым типом интерфейса иногда очень существенно различается. В чем же причина?

Дело в том, что жесткий диск является совокупностью большого количества разнообразных электронных и электромеханических устройств. Быстродействие же механических компонентов винчестера существенно уступает быстродействию электроники, в состав которой входит и шинный интерфейс. Общая производительность диска, к сожалению, определяется по скорости работы самых медленных компонентов. «Горлышком бутылки» при передаче данных между накопителем и компьютером является именно внутренняя скорость передачи — параметр, определяемый быстродействием механики винчестера, что является одной из причин ремонта ноутбуков . Поэтому в самых современных режимах обмена PIO 4 и UltraDMA максимально возможная пропускная способность интерфейса в ходе реальной работы с накопителем почти никогда не достигается. Для определения быстродействия механических компонентов, а также всего накопителя необходимо знать следующие параметры.

Частота вращения дисков — количество оборотов, совершаемых пластинами (отдельными дисками) винчестера в минуту. Чем выше частота вращения, тем быстрее происходит запись или считывание данных. Типичное значение этого параметра для большинства современных EIDE-дисков — 5400 об/мин. В некоторых новейших накопителях диски вращаются с частотой 7200 об/мин. Технический предел, достигнутый на сегодняшний день, — 10000 об/мин — реализован в SCSI-накопителях серии Seagate Cheetah.

Среднее время поиска — среднестатистическое время, необходимое для позиционирования блока головок из произвольного положения на заданную дорожку для чтения или записи данных. Типичное значение этого параметра для новых винчестеров составляет от 10 до 18 мс, причем хорошим можно считать время доступа 11-13 мс. В наиболее быстродействующих SCSI-моделях значение времени доступа — меньше 10 мс.

Среднее время доступа — среднестатистический отрезок времени от выдачи команды на операцию с диском до начала обмена данными. Это — составной параметр, включающий в себя среднее время поиска, а также половину периода вращения диска (с учетом того, что данные могут находиться в произвольном секторе на нужной дорожке). Параметр определяет величину задержки до начала считывания нужного блока данных, а также общую производительность при работе с большим количеством мелких файлов.

Внутренняя скорость передачи-скорость обмена данными между интерфейсом диска и носителями (пластинами). Значения этого параметра существенно различаются для чтения и записи. Они определяются частотой вращения дисков, плотностью записи, характеристиками механизма позиционирования и другими параметрами накопителя. Именно эта скорость имеет решающее влияние на быстродействие накопителя в установившемся режиме (при чтении большого цельного блока данных). Превышение общей скорости передачи над внутренней достигается только при обмене данными между интерфейсом и кэш-памятью винчестера без немедленного обращения к пластинам. Поэтому на быстродействие накопителя влияет еще один параметр, а именно…

…объем кэш-памяти. Кэш-память — обычное электронное ОЗУ, установленное на винчестере. Данные после считывания с винчестера одновременно с передачей их в память компьютера попадают и в кэш-память. Если эти данные потребуются снова, они будут считаны не с пластин, а из кэш-буфера. Это позволяет значительно ускорить обмен данными. Для повышения эффективности кэш-памяти разработаны специальные алгоритмы, выявляющие наиболее часто используемые данные и помещающие в кэш именно их, что повышает вероятность того, что при следующем обращении будут затребованы данные именно из электронного ОЗУ — произойдет так называемое «попадание в кэш». Естественно, чем больше объем кэш-памяти, тем быстрее обычно работает диск.