Sata 2 6

Содержание

Sata 2 6
SSD SATA против SSD PCI-E | Часть первая: теоретическая
SATA-диски
- Достоинства:
- Недостатки:
PCI Express
- Достоинства:
- Недостатки:
Потребительские сценарии
Вместо вывода
Введение в SSD. Часть 2. Интерфейсная
Параллельные и последовательные порты
sata2 vs sata3 — разница в производительности и скорости работы ОС и ПО — сравнение и тест
SCSI
ATA / PATA
SATA
SAS
PCIe
Удаленные накопители
DDR-T
Заключение

В любом устройстве всегда найдется слабенькое звено – bottle neck (бутылочное горлышко), самый слабенький компонент, который будет лимитировать производительность других частей. Длительное время в настольных компьютерах главными “тормозами перестройки” были жёсткие диски, и ни 7200, ни 10000, ни даже 15000 об/мин, не меняли ситуацию кардинально. С возникновением твердотельных накопителей дело двинулось с мёртвой точки. Но прогресс не щадит и это резвое решение. Интерфейс SATA не способен удовлетворить запросы юзеров, потому стали появляться новые эталоны и интерфейсы.

В последние годы обновление парка компов идет существенно медлительнее, чем ранее. Часто, обновлять компьютер вообщем нет видимых обстоятельств. Все почаще и почаще компы отправляются на свалку из-за физического износа, ежели от морального устаревания. Единственное, чем угрожает работа на таковой машине, так это старенькыми разъемами и интерфейсами. Броский пример – порт SATA II, имеющийся в большинстве современных ПК. При всем этом все производители перебежали на выпуск жестких дисков и SSD с SATA 3.

При подключении новых устройств к старенькому порту SATA 2 заморочек обычно не появляется – конструктивно разъемы схожи. При всем этом SSD-носители хоть и не существенно, но теряют в производительности. И это закономерно, ведь их пиковая скорость выше пределов SATA 2, потому переходя на старенькый интерфейс мы урезаем пропускную способность. Но отразится ли внедрение старенького порта на скорости винчестеров, у каких она ниже ограничений как SATA 3, так и SATA 2. Чтоб получить ответ на этот вопрос, я провел обычный опыт – подключил передовой винт Western Digital Red WD10EFRX поначалу к порту SATA 2 и замерил результаты, а потом подключил накопитель к современному порту SATA 3 и повторно снял показания бенчмарков.

Жесткий диск Western Digital Red WD10EFRX, использованный в тестах

Стоит объяснить, что WD Red WD10EFRX – новинка рынка жестких дисков, он обладает интерфейсом SATA III, кэшем 64 Мбайт и скоростью линейного чтения около 160 Мбайт/с, что, кстати, ниже способностей SATA 2, но выше – первой версии SATA. Таковой винчестер прекрасно подойдет для наших тестов.

Сами измерения будут проводиться 3-мя программками HD Tune, CrystalDiskMark и ATTO, которые отлично известны всем, кто часто тестирует HDD. Службы дефрагментации, индексирования и т п остановлены, чтоб исключить их воздействие на конечные результаты.

Сопоставление производительности жесткого диска на SATA 2 и SATA 3 в тесте ATTO

Как видно из первой рисунки, оба результата похожи. Отличия в границах погрешности измерений. Можно сказать, что различия практически нет. Скачки видны лишь на блоках 4K и 8K, и лишь на записи, что возможно вызвано особенностями функционирования дискового кэша самого накопителя.

Сопоставление производительности жесткого диска на SATA 2 и SATA 3 в тесте Crystaldiskmark

Тут расхождений еще меньше. На всех режимах – как при записи, так и при чтении – получаются схожие числа. И только линейное чтение на SATA 3 получилось всего на мегабайт больше, чем на SATA 2. Но как показали дальнейшие измерения – это все таки погрешность. На мелких блоках незначительные расхождения – сотые доли мегабайта.

Сравнение производительности жесткого диска на SATA 2 и SATA 3 в тесте HD Tune

Проверенный временем тест HD Tune также показал полную идентичность скоростей. Более того, максимальная и минимальные скорости совпадают. Тоже самое можно сказать и о времени доступа. И это логично, ведь последний параметр зависит сначала от механики, а не от интерфейса. А вот что сильно отличается, так это «Пиковая скорость (Burst Rate)». Этот параметр обозначает скорость обмена с кэшем винчестера. Он находится в зависимости от памяти, которая используется в качестве кэша, и от интерфейса подключения. Как видно, при подключении через SATA 3 этот параметр увеличивается на 40 процентов. Впрочем, на общую производительность это почти никак не влияет.

Таким макаром, тесты наглядно показывают, что на практике старый порт SATA 2 никак не ограничивает производительность даже передовых жестких дисков, поэтому можно смело покупать такой винчестер любой компьютер. Более того, такая ситуация может сохраниться еще долгое время. А массовый переход производителей на SATA 3 – это скорее стремление унифицировать интерфейс подключения, чтобы в дальнейшем не пугать пользователей. Ну, и кроме того, это отличный маркетинговый ход – маркетологи в восторге.

Напоследок хотел бы предостеречь покупателей таких новинок. Винчестеры более 2,1 Тбайт будут полностью «видеться» лишь на современных системах (Windows 7 и старше), а чтобы использовать такой диск в качестве загрузочного, нужен UEFI BIOS. Советую заранее решить этот вопрос. Если же вам лень разбираться, или вы не уверены в своих силах, в качестве альтернативы могу посоветовать покупать диски емкостью до 2 Тбайт (включительно).

SSD SATA против SSD PCI-E | Часть первая: теоретическая

В любом устройстве всегда найдется слабое звено – bottle neck (бутылочное горлышко), самый слабый компонент, который будет лимитировать производительность остальных частей. Долгое время в настольных компьютерах главными “тормозами перестройки” были жёсткие диски, и ни 7200, ни 10000, ни даже 15000 об/мин, не меняли ситуацию кардинально. С появлением твердотельных накопителей дело сдвинулось с мёртвой точки. Но прогресс не щадит и это быстрое решение. Интерфейс SATA не способен удовлетворить запросы пользователей, поэтому стали появляться новые стандарты и интерфейсы.

Есть два новых пути развития SSD с интерфейсом PCI-E: SATA Express и NVMe – о них следует разговаривать отдельно, ну и в продаже их редко встретишь. Поэтому пока попробуем разобраться с обычными, доступными в рознице накопителями с интерфейсами PCI Express и SATA 6 ГБит/с.

Начнём с плюсов и минусов обоих интерфейсов:

SATA-диски

Краткая справочка из Wikipedia про этот интерфейс. Часто встречающийся на сегодня способ подключения твердотельного накопителя.

Достоинства:

Доступность на рынке
Большое количество производителей
Возможность подключения к любым современным материнским платам
Демократичная цена
Доступны объемы от 64 Гб до 1 Тб

Недостатки:

Ограничение по скорости передачи данных — предел интерфейса — 600 МБ/с на один канал.
Необходимость работы с контроллерами AHCI, которые разрабатывались для классических жёстких дисков

PCI Express

Снова дам ссылочку на Wikipedia — там много и подробно расписано про разные поколения этого интерфейса. Быстрый, классный, универсальный, дорогой.

Достоинства:

Высокая скорость передачи данных — пропускная способность одной линии шины ревизии 3.0 — 1 ГБ/с

Недостатки:

Высокая цена на рынке
Небольшой ассортимент брендов и моделей
Для некоторых моделей характерно падение производительности с течением времени (неработающий или не настроенный TRIM)

Потребительские сценарии

Обычные пользователи

Вместо вывода

Что можно сказать в конечном итоге. Для розничных покупателей и геймеров можно и нужно выбирать среди SATA-дисков. Большинство офисных пользователей будут счастливы, если в их рабочих станциях поселятся быстрые и бесшумные накопители, но 90 процентов из них никогда даже не задумаются о том, какой интерфейс у диска и бывают ли они вообще разные. Геймерам же придётся сложнее, выбор большой, запутаться сложно, зачастую производитель недобросовестно завышает показатели чтения и записи. Следите за нашим блогом и мы расскажем, какая методика тестирования по сути правильная.

Для корпоративного рынка и людей, работающих с мультимедиа контентом – крайне рекомендованы накопители с интерфейсом PCI-Express. Обработка огромных растровых изображений или работа с 4К-видео с GoPro Hero4 – всё это потребует от системы хранения высокой производительности. Если ваша основная задача – производить контент – смело выбирайте диски PCI-Express. Энтерпрайз сегмент уже практически перешёл на контроллеры NVMe – о таких SSD будет отдельный пост – они заслуживают много внимания.

Теоретические раскладки обязательно надо проверять на практике. Поэтому следующий пост будет про практическое сравнение PCI-E SSD диска и SATA SSD (в том числе в режиме RAID 0).
С наступающим Новым Годом!

Введение в SSD. Часть 2. Интерфейсная

В прошлой части цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков. Вторая часть расскажет про интерфейсы взаимодействия с накопителями.

Общение между процессором и периферийными устройствами происходит в соответствии с заранее определенными соглашениями, называемыми интерфейсами. Эти соглашения регламентируют физический и программный уровень взаимодействия.

Интерфейс — совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.

Физическая реализация интерфейса влияет на следующие параметры:

пропускная способность канала связи;
максимальное количество одновременно подключенных устройств;
количество возникающих ошибок.

Параллельные и последовательные порты

По способу обмена данными порты ввода-вывода делятся на два типа:

параллельные;
последовательные.

Параллельные порты, на первый взгляд, отлично масштабируются: больше сигнальных линий — больше бит передается за один раз и, следовательно, выше пропускная способность. Все же, из-за увеличения количества сигнальных линий между ними возникает интерференционное взаимодействие, приводящее к искажению передаваемых сообщений.

Последовательные порты — противоположность параллельным. Отправка данных происходит по одному биту за один раз, что сокращает полное количество сигнальных линий, но усложняет контроллер ввода-вывода. Контроллер передатчика получает машинное слово за один раз и должен передавать по одному биту, а контроллер приемника в свою очередь должен получать биты и сохранять в том же порядке.

Малое количество сигнальных линий позволяет без помех увеличивать частоту передачи сообщения.

sata2 vs sata3 — разница в производительности и скорости работы ОС и ПО — сравнение и тест

SCSI

Small Computer Systems Interface (SCSI) появился в далеком 1978 году и был изначально разработан, чтобы объединять устройства различного профиля в единую систему. Спецификация SCSI-1 предусматривала подключение до 8 устройств (вместе с контроллером), таких как:

сканеры;
ленточные накопители (стримеры);
оптические приводы;
дисковые накопители и прочие устройства.

Изначально SCSI имел название Shugart Associates System Interface (SASI), но стандартизирующий комитет не одобрил бы название в честь компании и после дня мозгового штурма появилось название Small Computer Systems Interface (SCSI). «Отец» SCSI, Ларри Баучер (Larry Boucher) подразумевал, что аббревиатура будет произноситься как «sexy», но Дал Аллан (Dal Allan) прочитал «sсuzzy» («скази»). Впоследствии произношение «скази» прочно закрепилось за этим стандартом.

В терминологии SCSI подключаемые устройства делятся на два типа:

инициаторы;
целевые устройства.

Используемая топология «общая шина» накладывает ряд ограничений:

на концах шины необходимы специальные устройства — терминаторы;
пропускная способность шины делится между всеми устройствами;
максимальное количество одновременно подключенных устройств ограничено.

Устройства на шине идентифицируются по уникальному номеру, называемому SCSI Target ID. Каждый SCSI-юнит в системе представлен минимум одним логическим устройством, адресация которого происходит по уникальному в пределах физического устройства номеру Logical Unit Number (LUN).

Команды в SCSI отправляются в виде блоков описания команды (Command Descriptor Block, CDB), состоящих из кода операции и параметров команды. В стандарте описано более 200 команд, разделенных в четыре категории:

Mandatory — должны поддерживаться устройством;
Optional — могут быть реализованы;
Vendor-specific — используются конкретным производителем;
Obsolete — устаревшие команды.

TEST UNIT READY — проверка готовности устройства;
REQUEST SENSE — запрашивает код ошибки предыдущей команды;
INQUIRY — запрос основных характеристик устройства.

Дальнейшее усовершенствование SCSI (спецификации SCSI-2 и Ultra SCSI) расширило список используемых команд и увеличило количество подключаемых устройств до 16-ти, а скорость обмена данными по шине до 640 МБ/c. Потому что SCSI — параллельный интерфейс, повышение частоты обмена данными было сопряжено с уменьшением максимальной длины кабеля и приводило к неудобству в использовании.

Начиная со стандарта Ultra-3 SCSI появилась поддержка «горячего подключения» — подключение устройств при включенном питании.

Первым известным SSD диском с интерфейсом SCSI можно считать M-Systems FFD-350, выпущенный в 1995 году. Диск имел высокую стоимость и не имел широкой распространенности.

В текущее время параллельный SCSI не является популярным интерфейсом подключения дисков, но набор команд до сего времени активно используется в интерфейсах USB и SAS.

ATA / PATA

Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment), так же известный как PATA (Parallel ATA) был разработан компанией Western Digital в 1986 году. Маркетинговое название стандарта IDE (англ. Integrated Drive Electronics — «электроника, встроенная в привод») подчеркивало важное нововведение: контроллер привода был встроен в привод, а не на отдельной плате расширения.

Решение разместить контроллер внутри привода решило сразу несколько проблем. Во-первых, уменьшилось расстояние от накопителя до контроллера, что положительным образом повлияло на характеристики накопителя. Во-вторых, встроенный контроллер был «заточен» только под определенный тип привода и, соответственно, был дешевле.

ATA, как и SCSI, использует параллельный способ ввода-вывода, что отражается на используемых кабелях. Для подключения дисков с использованием интерфейса IDE необходимы 40-жильные кабели, также именуемые шлейфами. В более поздних спецификациях используются 80-жильные шлейфы: больше половины из которых — заземления для уменьшения интерференции на высоких частотах.

На шлейфе ATA присутствует от двух до четырех разъемов, один из которых подключается в материнскую плату, а остальные — в накопители. При подключении двух устройств одним шлейфом, одно из них должно быть сконфигурировано как Master, а второе — как Slave. Третье устройство может быть подключено только в режиме «только чтение».

Положение перемычки задает роль конкретного устройства. Термины Master и Slave по отношению к устройствам не совсем корректны, потому что относительно контроллера все подключенные устройства — Slaves.

Особенным нововведением в ATA-3 считается появление Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Пять компаний (IBM, Seagate, Quantum, Conner и Western Digital) объединили усилия и стандартизировали технологию оценки состояния накопителей.

Поддержка твердотельных накопителей появилась с четвертой версии стандарта, выпущенной в 1998 году. Эта версия стандарта обеспечивала скорость обмена данными до 33.3 МБ/с.

Стандарт выдвигает жесткие требования к шлейфам ATA:

шлейф обязательно должен быть плоским;
максимальная длина шлейфа 18 дюймов (45.7 сантиметров).

SATA

Стандарт Serial ATA (SATA) был представлен 7 января 2003 года и решал проблемы своего предшественника следующими изменениями:

параллельный порт заменен последовательным;
широкий 80-жильный шлейф заменен 7-жильным;
топология «общая шина» заменена на подключение «точка-точка».

Шестнадцать сигнальных линий для передачи данных в ATA были заменены на две витые пары: одна для передачи, вторая для приема. Коннекторы SATA спроектированы для большей устойчивости к множественным переподключениям, а спецификация SATA 1.0 сделала возможным «горячее подключение» (Hot Plug).

Некоторые пины на дисках короче, чем все остальные. Это сделано для поддержки «горячей замены» (Hot Swap). В процессе замены устройство «теряет» и «находит» линии в заранее определенном порядке.

Чуть более, чем через год, в апреле 2004-го, вышла вторая версия спецификации SATA. Помимо ускорения до 3 Гбит/с в SATA 2.0 ввели технологию Native Command Queuing (NCQ). Устройства с поддержкой NCQ способны самостоятельно организовывать порядок выполнения поступивших команд для достижения максимальной производительности.

Последующие три года SATA Working Group работала над улучшением существующей спецификации и в версии 2.6 появились компактные коннекторы Slimline и micro SATA (uSATA). Эти коннекторы являются уменьшенной копией оригинального коннектора SATA и разработаны для оптических приводов и маленьких дисков в ноутбуках.

Несмотря на то, что пропускной способности второго поколения SATA хватало для жестких дисков, твердотельные накопители требовали большего. В мае 2009 года вышла третья версия спецификации SATA с увеличенной до 6 Гбит/с пропускной способностью.

Повышенное внимание твердотельным накопителям уделили в редакции SATA 3.1. Появился коннектор Mini-SATA (mSATA), созданный для подключения твердотельных накопителей в ноутбуках. В отличие от Slimline и uSATA новый коннектор был похож на PCIe Mini, хотя и не был электрически совместим с PCIe. Помимо нового коннектора SATA 3.1 мог похвастаться возможностью ставить команды TRIM в очередь с командами чтения и записи.

Команда TRIM уведомляет твердотельный накопитель о блоках данных, которые не несут полезной нагрузки. До SATA 3.1 выполнение этой команды приводило к сбросу кэшей и приостановке операций ввода-вывода с последующим выполнением команды TRIM. Такой подход ухудшал производительность диска при операциях удаления.

Спецификация SATA не успевала за бурным ростом скорости доступа к твердотельным накопителям, что привело к появлению в 2013 году компромисса под названием SATA Express в стандарте SATA 3.2. Вместо того, чтобы снова удвоить пропускную способность SATA, разработчики задействовали широко распространенную шину PCIe, чья скорость превышает 6 Гбит/с. Диски с поддержкой SATA Express приобрели собственный форм-фактор под названием M.2.

SAS

«Конкурирующий» с ATA стандарт SCSI тоже не стоял на месте и всего через год после появления Serial ATA, в 2004, переродился в последовательный интерфейс. Имя новому интерфейсу — Serial Attached SCSI (SAS).

Несмотря на то, что SAS унаследовал набор команд SCSI, изменения были значительные:

последовательный интерфейс;
29-ти жильный кабель с питанием;
подключение «точка-точка»

Максимальное количество одновременно подключенных устройств в SAS-домене по спецификации превышает 16 тысяч, а вместо SCSI ID для адресации используется идентификатор World-Wide Name (WWN).

WWN — уникальный идентификатор длиной 16 байт, аналог MAC-адреса для SAS-устройств.

Несмотря на схожесть разъемов SAS и SATA, эти стандарты не являются полностью совместимыми. Все же, SATA-диск может быть подключен в SAS-коннектор, но не наоборот. Совместимость между SATA-дисками и SAS-доменом обеспечивается с помощью протокола SATA Tunneling Protocol (STP).

Первая версия стандарта SAS-1 имеет пропускную способность 3 Гбит/с, а самая современная, SAS-4, улучшила этот показатель в 7 раз: 22,5 Гбит/с.

PCIe

Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) — последовательный интерфейс для передачи данных, появившийся в 2002 году. Разработка была начата компанией Intel, а впоследствии передана специальной организации — PCI Special Interest Group.

Последовательный интерфейс PCIe не был исключением и стал логическим продолжением параллельного PCI, который предназначен для подключения карт расширения.

PCI Express значительно отличается от SATA и SAS. Интерфейс PCIe имеет переменное количество линий. Количество линий равно степеням двойки и колеблется в диапазоне от 1 до 16.

Термин «линия» в PCIe обозначает не конкретную сигнальную линию, а отдельный полнодуплексный канал связи, состоящий из следующих сигнальных линий:

прием+ и прием-;
передача+ и передача-;
четыре жилы заземления.

«Аппетиты» твердотельных накопителей растут очень быстро. И SATA, и SAS не успевают увеличивать свою пропускную способность, чтобы «угнаться» за SSD, что привело к появлению SSD-дисков с подключением по PCIe.

Хотя PCIe Add-In карты прикручиваются винтом, PCIe поддерживает «горячую замену». Короткие пины PRSNT (англ. present — присутствовать) позволяют удостовериться, что карта полностью установлена в слот.

Твердотельные накопители, подключаемые по PCIe регламентируются отдельным стандартом Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification и воплощены в множестве форм-факторов, но о них мы расскажем в следующей части.

Удаленные накопители

При создании больших хранилищ данных появилась потребность в протоколах, позволяющих подключить накопители, расположенные вне сервера. Первым решением в этой области был Internet SCSI (iSCSI), разработанный компаниями IBM и Cisco в 1998 году.

Идея протокола iSCSI проста: команды SCSI «оборачиваются» в пакеты TCP/IP и передаются в сеть. Несмотря на удаленное подключение, для клиентов создается иллюзия, что накопитель подключен локально. Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN), основанная на iSCSI, может быть построена на существующей сетевой инфраструктуре. Использование iSCSI значительно снижает затраты на организацию SAN.

У iSCSI существует «премиальный» вариант — Fibre Channel Protocol (FCP). SAN с использованием FCP строится на выделенных волоконно-оптических линиях связи. Такой подход требует дополнительного оптического сетевого оборудования, но отличается стабильностью и высокой пропускной способностью.

Существует множество протоколов для отправки команд SCSI по компьютерным сетям. Все же, есть только один стандарт, решающий противоположную задачу и позволяющий отправлять IP-пакеты по шине SCSI — IP-over-SCSI.

Большинство протоколов для организации SAN используют набор команд SCSI для управления накопителями, но есть и исключения, например, простой ATA over Ethernet (AoE). Протокол AoE отправляет ATA-команды в Ethernet-пакетах, но в системе накопители отображаются как SCSI.

С появлением накопителей NVM Express протоколы iSCSI и FCP перестали удовлетворять быстро растущим требованиям твердотельных накопителей. Появилось два решения:

вынос шины PCI Express за границы сервера;
создание протокола NVMe over Fabrics.

Протокол NVMe over Fabrics стал хорошей альтернативой iSCSI и FCP. В NVMe-oF используются волоконно-оптическая линии связи и набор команд NVM Express.

DDR-T

Стандарты iSCSI и NVMe-oF решают задачу подключения удаленных дисков как локальные, а компания Intel пошла другой дорогой и максимально приблизила локальный диск к процессору. Выбор пал на DIMM-слоты, в которые подключается оперативка. Максимальная пропускная способность канала DDR4 составляет 25 ГБ/с, что значительно превышает скорость шины PCIe. Так появился твердотельный накопитель Intel® Optane™ DC Persistent Memory.

Для подключения накопителя в DIMM слоты был изобретен протокол DDR-T, физически и электрически совместимый с DDR4, но требующий специального контроллера, который видит разницу между планкой памяти и накопителем. Скорость доступа к накопителю меньше, чем к оперативки, но больше, чем к NVMe.

Протокол DDR-T доступен только с процессорами Intel® поколения Cascade Lake или новее.

Заключение

Почти все интерфейсы прошли долгий путь развития от последовательного до параллельного способа передачи данных. Скорости твердотельных накопителей стремительно растут, еще вчера твердотельные накопители были в диковинку, а сегодня NVMe уже не вызывает особого удивления.

Sata 2 6

Содержание

Sata 2 6

SSD SATA против SSD PCI-E | Часть первая: теоретическая

SATA-диски

Достоинства:

Недостатки:

PCI Express

Достоинства:

Недостатки:

Потребительские сценарии

Вместо вывода

Введение в SSD. Часть 2. Интерфейсная

Параллельные и последовательные порты

sata2 vs sata3 — разница в производительности и скорости работы ОС и ПО — сравнение и тест

SCSI

ATA / PATA

SATA

SAS

PCIe

Удаленные накопители

DDR-T

Заключение

Похожие статьи