Меню

Скорость передачи интерфейса жестких дисков



Новые технологии в интерфейсах жестких дисков

С увеличением возможностей современных вычислительных машин, возникает потребность в передаче все больших объемов данных. Приложения мультимедиа, работа серверов и сетей также требуют увеличения скорости передачи данных. Соответственно, имеются все основания для увеличения скорости работы контроллеров жестких дисков.

На настоящий момент в компьютерной промышленности используются две технологии интерфейсов жестких дисков:

  • Стандартный интерфейс IDE (integrated drive electronics), предложенный фирмой IBM и разрабатываемый в настоящее время Western Digital
  • Small computer system interface (SCSI), предложенный Shugart Associates System Interface (SASI) и развиваемый American National Standards Institute (ANSI)

Обе технологии развиваются параллельно, покрывая различные части рынка: IDE — для настольных и портативных систем и SCSI — для серверов и рабочих станций. На этой странице описано настоящее положение и перспективы этих технологий контроллеров жестких дисков.

Кратко об Ultra DMA-33

С совершенствованием электроники, схемы управления жестким диском были уменьшены до 3.5 дюйма и интегрированы в сам жесткий диск. Вследствие этого необходимость в дополнительной интерфейсной карте отпала. Теперь такой IDE-контроллер стал стандартом для жестких дисков РС. В настоящее время название интерфейса IDE изменено на Advanced Technology Attachment (ATA).

Новый протокол Ultra DMA-33 (также называемый ATA-33) является попыткой увеличить пропускную способность интерфейса ATA. Представленные в стандарте ATA протоколы PIO (programmed input/output) mode 4 и DMA (direct memory access) Mode 2 позволяют передавать данные с максимальной скоростью 16,6 Mбайт в секунду. В действительности же реальная скорость передачи данных намного ниже.

Приемущества Ultra DMA-33:

  • Большая, чем у ATA скорость передачи данных. Ultra DMA-33 имеет три режима 0, 1 и 2. При использовании самого быстрого Ultra DMA 33 Mode 2 скорость передачи данных может достигать 33 Мбайт в секунду. Такая высокая скорость передачи данных достигается использованием для пересылки восходящего и спадающего уровня сигнала.
  • Протокол передачи данных в этих режимах использует контроль за наличием ошибок путем подсчета контрольной суммы cyclic redundancy check (CRC). Все предыдущие протоколы такой контроль не осуществляли.
  • Получением данных управляет приемник.

Для использования режима Ultra DMA-33 от системы требуется:

  • Жесткий диск, который поддерживал бы один из трех режимов Ultra DMA
  • Совместимые с Ultra DMA материнскую плату и BIOS
  • Драйвера операционной системы, способные включить режим Ultra DMA

Производительность Ultra DMA-33

На представленной диаграмме изображены результаты сравнения PIO Mode 4 и Ultra DMA-33 Mode 2. Они показывают, что Ultra DMA-33 Mode 2 значительно быстрее передает данные, чем PIO Mode 4 в офисных и High-End приложениях.

Эти тесты выполнялись на системе с 200-MHz Intel Pentium процессором на материнской плате с чипсетом 82430TX, 32 Mб памяти и жестким диском Quantum Fireball ST на 6,4 Гб, поддерживающим Ultra DMA-33.

Следует иметь в виду, что эти измерения проводились в системе с одним работающим приложением — ZD WinBench 97, в случае же реальной многозадачности разрыв был бы гораздо выше.

Будущее ATA

Скорее всего, дальнейшее развитие интерфейса ATA от Ultra DMA-33 до Ultra DMA-66 возможно только путем изменения схем соединения и принципов передачи сигналов. Таким образом, более перспективным направлением представляется замена интерфейса ATA на, например, высокоскоростную последовательную шину Fireware (IEEE 1394 или i.Link). Фактически адаптер, который соединял бы ATA-жесткий диск с шиной Fireware уже разработан. Этот адаптер называется Tailgate и вставляется в интерфейсный разъем жесткого диска.

Применение такой технологии позволит довести скорость передачи данных до 400 Мбит в секунду, увеличить надежность системы, а также осуществлять установку и конфигурирование дисков «на ходу», без отключения питания.

В ближайшие год-два ожидается начало массового производства жестких дисков с интерфейсом Fireware. А уже в середине 1998 года пропускная способность IEEE 1394 будет доведена до 800 Мбит в секунду.

Ultra SCSI

В отличие от ATA, поддерживающего ограниченный набор специфических перифирийных устройств, интерфейс SCSI был разработан, чтобы поддерживать много видов внутренних и внешних периферийных устройств. Первоначально, SCSI интерфейс поддерживал до восьми устройств с 5 MHz параллельной шиной.

Читайте также:  Windows обнаружила неполадки жесткого диска на ноутбуке что делать

Поскольку SCSI стандарт развивался, частота шины была увеличена до 10 MHz (Fast SCSI) и число сигнальных линий возросло с восьми до 16 (Wide SCSI), таким образом получилось Fast/Wide SCSI. Число обслуживаемых устройств также увеличилось до 16.

В настоящее время используется интерфейс Ultra SCSI, использующий шинную частоту 20 MHz. Но для возможности работы устройств на такой частоте длину соединительного кабеля пришлось ограничить полуторами метрами. Ultra/Wide SCSI поддерживает 16 устройств и обеспечивает скорость передачи данных до 40 Мбайт в секунду.

Ultra SCSI устройства могут работать и с более медленной SCSI шиной (также как и применение медленных устройств возможно на быстрой шине — при этом шина работает со скоростью наиболее медленного устройства), используя не все свои возможности, но наибольшей скорости передачи данных можно достичь лишь в случае использования устройств с одинаковым интерфейсом. Сравнение различных интерфейсов SCSI приведено в таблице:

Тип SCSI Количество поддерживаемых устройств Длина кабеля Частота шины Число линий Скорость передачи данных
SCSI-1/Original 8 6 м 5 MHz 8 5 Мб/с
SCSI-2/Fast 8 3 м 10 MHz 8 10 Мб/с
SCSI-2/Fast/Wide 16 3 м 10 MHz 16 20 Мб/с
SCSI-2/Ultra 8 1.5 м 20 MHz 8 20 Мб/с
SCSI-2/Ultra/Wide 16 1.5 м 20 MHz 16 40 Мб/с
SCSI-3/Ultra2 16 12 м 40 MHz 16 80 Мб/с

Будущее SCSI

В настоящее время планируется расширение параллельной шины SCSI до Ultra2, что обеспечит увеличение пропускной способности до 80 Мбайт в секунду. Такое усовершенствование будет базироваться на применении технологии LVD (low-voltage differential — низковольтовый дифференциал).

Применение устройств, использующих LVD-технологию, возможно одновременно на одной шине с устройствами, не поддерживающими такой протокол. Ultra2 позволит также увеличить длину кабеля до 12 метров.

Технология LVD может быть применена в application-specific integrated circuit (ASIC — интегрированная электроника, ориентированная на применение в конкретном приложении) — устройствах, таким образом реализация Ultra2 будет похожа на текущую Ultra технологию.

Другая технология интерфейса, названная Fibre Channel-Arbitrated Loop (FC-AL), позволит подключение до 126 SCSI-устройств и обеспечит скорость передачи более 100 Мб/с. Длина кабеля в этом случае достигнет 30 метров, в случае применения медной проволоки, или 1 километра в случае применения оптоволокна.

Применение FC-AL позволяет выполнять «горячее» подключение и имеет дополнительные линии для контроля и коррекции ошибок. Хотя решение FC-AL значительно дороже параллельного интерфейса SCSI, вероятно оно будет применяться в высококачественных серверах уже в начале следующего года.

Резюме

Повышение эффективности и частоты продолжает требовать усовершенствований оригинальных интерфейсов SCSI и АТА. Ultra SCSI призван удовлетворить потребности серверов и высококачественных рабочих станций. К тому же интерфейс SCSI — поддерживает множественные потоки данных, диски большой емкости, и с большими значениями скорости передачи данных — до 40 Мбайт в секунду. А на типичном настольном компьютере достаточно применения Ultra DMA-33, значительно улучшающего производительность по сравнению с предшественниками.

Источник

Компьютерная Энциклопедия

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Мини блог

Самое читаемое

Накопители на жёстких дисках

Скорость передачи данных

Вероятно, наиболее важной характеристикой при оценке общей производительности накопителя является скорость передачи данных, но, с другой стороны, она же считается наименее понятной. Дело в том, что в настоящее время для каждого дисковода можно определить сразу несколько скоростей передачи данных, чему, как правило, не придается значение. Не позвольте себе обмануться наличием интерфейса ATA-133 или SATA-150. Гораздо более важным показателем является средняя скорость передачи данных самого жесткого диска, а этот показатель может быть значительно ниже производительности интерфейса. Скорость передачи данных устройством представляет собой усредненную скорость операций чтения и записи на диск. В то же время скорость передачи интерфейса определяет объем данных, которые можно переместить между материнской платой и буфером устройства за единицу времени. На общую производительность жесткого диска сильное влияние оказывает и частота вращения шпинделя (несложно понять, что диск, вращающийся со скоростью 10000 об/мин способен быстрее записать или считать информацию, чем диск, имеющий скорость вращения 7200 об/мин). При оценке скорости обращайте внимание на производительность именно носителя, а не интерфейса.

Читайте также:  Что будет если удалить драйвера с внешнего жесткого диска

Дополнительную путаницу вносит то, что производители жестких дисков могут сообщатьлюбую из семи доступных скоростей передачи данных, которыми характеризуется любой диск. Наименее важной из них является номинальная скорость передачи данных интерфейса. В устройствах PATA она может достигать 100 или 133 Мбайт/с, а в устройствах SATA — 150 или 300 Мбайт/с. К сожалению, многие оценивают эту характеристику как способность диска записывать и считывать информацию с такой скоростью, что далеко не так. Более важной характеристикой является скорость передачи данных носителя. Обычно она представляется несколькими показателями: минимальными и максимальными скоростями формальной и фактической передачи данных, а также их средними значениями. Если средние значения отсутствуют, их несложно вычислить и вручную.

Средняя скорость передачи данных считается более важной характеристикой, чем скорость передачи данных интерфейса. Это связано с тем, что средняя скорость представляет собой действительную скорость непосредственного считывания данных с поверхности жесткого диска. При этом максимальная скорость является скорее ожидаемой постоянной скоростью передачи данных. Скорость передачи носителя обычно определяется ее минимальной и максимальной величинами, хотя многие компании, занимающиеся производством жестких дисков, указывают только максимальное значение скорости.

Наличие минимального и максимального значений скорости передачи носителя связано с использованием в современных накопителях так называемой зонной записи данных. В этом случае количество секторов, приходящихся на каждую дорожку внутренних цилиндров, меньше, чем в наружных. Как правило, жесткий диск разделен на 16 или более зон, причем количество секторов на каждой дорожке (а следовательно, скорость передачи данных) во внутренних зонах примерно вдвое меньше, чем во внешних. Скорость вращения жесткого диска практически постоянна, поэтому скорость считывания данных из внешних цилиндров примерно вдвое выше скорости считывания из внутренних.

Существует определенное различие между формальной и фактической скоростями передачи данных. Формальная скорость определяет, насколько быстро биты (единицы емкости памяти) могут быть считаны с поверхности жесткого диска. Далеко не все биты являются битами данных (это может быть промежуток между секторами или идентификаторы битов). Кроме того, следует учитывать время, затрачиваемое при поиске данных на перемещение головок с дорожки на дорожку. Таким образом, фактическая скорость передачи данных представляет собой реальную скорость считывания данных с диска или их записи на диск.

Учтите, что большинство производителей указывают только фактическую скорость, которая, как показывают несложные вычисления, составляет примерно три четверти формальной скорости передачи данных. Это связано с тем, что пользовательские данные на каждой дорожке составляют примерно три четверти всех имеющихся данных, определенная часть которых используется управляющими модулями или представляет собой код коррекции ошибок (ЕСС), идентификатор (ID) и другие служебные данные.

Рассмотрим в качестве примера дисковод Hitachi Deskstar T7K500, который на сегодняшний день является одним из самых быстрых накопителей SATA. Его основные параметры таковы: скорость вращения — 7200 об/мин и полная поддержка скорости передачи данных интерфейса SATA-300 (пропускная способность интерфейса между контроллером и системной платой — 300 Мбайт/с). Следует заметить, что фактическая скорость передачи данных гораздо ниже (см. таблицу ниже).

Как видите, реальная скорость передачи носителя колеблется в пределах от 88,47 до 44,24 Мбайт/с, что составляет в среднем 66,36 Мбайт/с, т.е. менее четверти от скорости передачи интерфейса SATA-300. Смею вас заверить, что вы не будете разочарованы, приобретая дисковод со скоростью передачи данных, равной 66,36 Мбайт/с. Фактически этот накопитель является одним из самых быстрых дисководов SATA на современном рынке.

Меня часто спрашивают о возможности модификации интерфейса ATA. Во многих компьютерах используются системные платы, поддерживающие только режимы ATA-100 (Ultra DMA Mode 5) и SATA-150 (1,5 Гбит/с) и не поддерживающие более быстрые спецификации. Зная фактические скорости передачи носителей большинства дисководов, вы поймете, почему я не рекомендую устанавливать в таких системах отдельные хост-адаптеры ATA-100 или ATA-133 (за исключением, конечно, тех случаев, когда необходимо подсоединить несколько дополнительных жестких дисков). Если говорить о повышении эффективности, то подобная модификация не даст никакого практического результата. Это связано с тем, что средняя скорость передачи данных используемых дисководов ниже скорости интерфейса ATA-66, не говоря уже об интерфейсах ATA-133, SATA-150 и SATA-300.

Читайте также:  Ценный металл в жестком диске

Существует два основных фактора, непосредственно влияющих на скорость передачи данных: скорость вращения диска и плотность линейной записи, или количество секторов на дорожке. Например, при равном количестве секторов на дорожке скорость передачи данных будет выше у дисковода, имеющего большую скорость вращения. Аналогично при равной скорости вращения накопитель с большей плотностью записи будет иметь большую скорость передачи. При сравнении эффективности накопителей следует учитывать оба фактора.

Как следует из приведенного примера, скорость передачи интерфейса никакого значения не имеет. Поэтому, если вы подумываете о приобретении новой системной платы или дополнительной платы хост-адаптера, пытаясь таким образом повысить производительность дисковода, то лучше потратьте деньги на что-нибудь другое. Повышение производительности интерфейса, используемого для передачи данных из буфера контроллера дисковода в системную плату, также не принесет ожидаемого результата. Объем буфера подобного типа составляет в среднем 4 Мбайт; установка диска с буфером даже емкостью 16 Мбайт даст небольшой выигрыш только приложениям, потребляющим с диска повторяющиеся данные. Совсем недавно были выпущены диски с флэш-буферами, названные гибридными дисками, которые поддерживают кэш SuperFetch в системе Windows Vista. Однако ввиду относительно низкого быстродействия флэш-памяти эта технология в основном предназначена для использования в ноутбуках, где способна продлить жизнь аккумуляторной батарее и, может быть, немного повысить производительность.

При прочих равных условиях жесткий диск, вращающийся с более высокой частотой, имеет более высокую скорость передачи данных, которая не зависит от скорости передачи интерфейса. К сожалению, параметры накопителей совпадают довольно редко, поэтому для получения более объективной информации следует обратиться к характеристикам дисковода, указанным в спецификации или техническом руководстве.

Не следует сравнивать накопители по какому-нибудь одному параметру, скажем, по скорости передачи данных интерфейса или частоте вращения жесткого диска, так как эти сведения могут оказаться обманчивыми. Быстродействие интерфейса не играет практически никакой роли, но, несмотря на то что скорость вращения является более важным параметром, существуют накопители, скорость передачи данных которых ниже скорости передачи данных более медленных устройств. Формальное сравнение технических характеристик ничего не дает. При выборе жестких дисков не забывайте, что скорость передачи данных является, вероятно, наиболее важным параметром, на который следует обращать внимание: чем выше скорость, тем лучше.

Для получения сведений о скоростях передачи конкретного дисковода обратитесь к спецификации или документации/руководству, прилагаемому к накопителю. Обычно необходимую документацию можно загрузить с сайта изготовителя. В ней часто указываются максимальное и минимальное количества секторов на дорожке. Эти величины, а также скорость вращения жесткого диска могут быть использованы для вычисления фактической скорости передачи данных. Для этого необходимо определить точное количество физических секторов, приходящихся на каждую дорожку внешней и внутренней зон. Следует учесть, что конфигурация многих накопителей поддерживает трансляцию секторов, т.е. количество секторов на дорожке, сообщенное BIOS, имеет мало общего с фактическими характеристиками дисковода. Для вычислений лучше подходят не параметры, сообщенные BIOS, а фактические физические параметры жесткого диска.

Зная количество секторов на дорожке (SPT) и скорость вращения жесткого диска, можно без труда определить фактическую скорость передачи носителя (MTR), выраженную в мегабайтах в секунду. Для этого необходимо воспользоваться следующей формулой:

MTR = SPT×512×RPM/60/1000000.

Здесь SPT (Sector Per Track) — количество секторов на дорожке, 512 — количество байтов данных в каждом секторе, RPM (Rotations Per Minute) — частота вращения дисков (оборотов в минуту), 60 — количество секунд в минуте.

Например, накопитель Hitachi Deskstar T7K500, скорость вращения которого равна 7200 об/мин, содержит в среднем 1080 секторов на дорожке. Средняя скорость передачи носителя для данного накопителя определяется следующим образом:

688×512×(7200/60)/1000000 = 42,27 Мбайт/с.

С помощью этой формулы можно вычислить реальную скорость передачи данных любого жесткого диска. Для этого достаточно знать скорость вращения и среднее количество секторов на дорожке.

Источник