Материал опубликован - 03/05/2001

С появлением новых протоколов передачи для жестких дисков - Ultra DMA/100 и Ultra3 SCSI, очень сложно непрофессионалу выбрать именно нужное оборудование. Нужен ли Вам SCSI? Или выбрать контроллер и жесткий диск UDMA/100? Знаете ли Вы реальные различия в производительности между ними?
Мы постараемся ответить на все эти вопросы. Для начала необходимо ознакомиться с терминологией.

Надо заметить, что это руководств скорее всего больше подходит для неопытных пользователей, которые не знают всех тонкостей и технологий жестких дисков. Поэтому описания даны немного в упрощенной форме. Если же вы собираете себе машину и подумываете о SCSI, но вы знаете не так много об этом, или же вы слышали об IEEE 1394, но не имеете и малейшего понятия об этом, то это руководство как раз для вас.

Технологии Жестких Дисков: Общие термины, и что они означают.

IDE (Integrated Drive Electronics)

Встроенная Электроника Диска - любой диск со встроенным контроллером. Это означает, что большинство схем по управлению диском встроено в "IDE Диск", а не в контроллер. Многие из нас считают, что любой ATA диск должен быть "IDE Диск".

ATA (Advanced Technology Attachment)

Технология Улучшенного Соединения. ATA диски - подкласс IDE дисков, которые используют шлейф с 40 или 80 контактами. Серия интерфейсов и протоколов, используемых для организации доступа к жестким дискам в компьютерах. Часто ATA сопоставляют (даже если это и неправильно) с IDE (ATA диск = IDE диск).

PIO Mode (Programmed I/O Mode)

Программируемый ввод/вывод. Определяет режим ввода/вывода для установленного ATA диска. Говоря проще, это означает скорость работы шины. Более высокий режим PIO, обеспечивает более быструю шину. Это понятие вышло из употребления при появлении UDMA.

DMA (Direct Memory Access)

Прямой Доступ к Памяти. Открывает доступ к памяти напрямую, не загружая центральный процессор. Это ускоряет работу устройства, передачу данных, и снимает значимую часть нагрузки с процессора.

Areal Density

Плотность Размещения. Измеряется в байт/квадратный дюйм. Чем плотность размещения больше, тем больше байт считает головка диска в секунду, т.е. тем больше скорость передачи. Это параметр указывает на то, как расположена информация на "блинах" диска. Чем больше плотность размещения, тем больше информации вместиться на "блин". Плотность размещения часто проверяется при покупке диска, и важна не менее, чем скорость вращения диска. А большая плотность означает больший объем жесткого диска, и большую скорость передачи.

Rotational Speed

Скорость вращения. Обычно, измеряется в оборотах в минуту (rpm - revolutions per minute). Для большинства существующих жестких дисков она составляет от 4200 rpm до 15000 rpm. Стандартный высокопроизводительный IDE диск работает на частоте вращения диска 7200 rpm. Скорость вращения - основная характеристика производительности диска. К примеру, если производительность какого-нибудь диска принять за константу, а затем увеличить скорость вращения, к примеру, вдвое, производительность также увеличится вдвое. Обычно высокая скорость вращения означает высокую производительность - эта основная характеристика, на которую стоит обратить внимание при покупке.

Seek time

Время поиска. Означает, сколько времени тратится на поиск дорожки диска. Эту характеристику часто не правильно толкуют. К примеру, часто компании публикуют данные, о своих дисках, как - время поиска дорожки диска (которое составляет 1-4 мс) и как - среднее время доступа к информации на диске (которое составляет 6-13 мс). Как правило, все диски, даже разных производителей, с примерно одинаковой ценой имеют также одинаковое время поиска (различия около миллисекунды), следовательно, не стоит делать выбор в пользу какого-нибудь производителя только по этому параметру.

MTBF (Mean Time Between Failure)

Время работы диска. Означает, как долго диск способен работать. Этот параметр игнорируется, т.к. обычно он намного превосходит все разумные пределы использования диска - ведь к этому времени, до которого доживет ваш диск, он будет абсолютным "тормозом".

Cache

Кэш. Место, буфер, через которое проходит информация между диском и ее конечным назначением. Большой кэш всегда означает большую производительность, но из-за дороговизны кэша во многих случаях его занижают. В некоторых случаях преимущество большого кэша сказывается больше на цене, чем на производительности. Поэтому не переплачивайте за кэш, если прирост производительности незначителен. Скорость вращения и плотность размещения играют большую роль в производительности жесткого диска.

Platter

Сам диск, "блин". Он сделан из намагниченного материала, который несет на себе единички и нули. (00010111011011). Большинство жестких дисков имеют несколько "блинов". Размер всех современных дисков не превышает 3.5 дюймов, так что это не параметр для выбора диска.

A/V (Audio/Visual).

Этот параметр означает, что диск оптимизирован для профессиональной обработки аудио/видео изображений. Т.к. они имеют большой объем, создается необходимость в последовательном, продолжительном чтении или записи, что приводит к увеличению температуры диска и в дальнейшем может привести к сбою. Как правило, для этого требуется также большой объем кэш-памяти. В настоящее время практически все современные диски оптимизированы таким образом, но не помечаются.

Типы жестких дисков: от IDE до Fiber Channel

Широко распространена ошибка в названии жестких дисков: под IDE подразумевают ATA. Это происходит из-за того, что контроллер IDE встроен в сам жесткий диск ATA. ATA это интерфейс (как и SCSI), который использует контроллер IDE.

В настоящее время практически все используют Ultra DMA, но многие пользователи наверное еще помнят использование жестких дисков "mode 3" или "mode 4". Это были ATA-2 диски, которые использовали PIO mode 3 или mode 4. Ниже представлена таблица эволюции интерфейса ATA начиная с 1993 г.

Интерфейсы

При покупке жесткого диска вам сперва необходимо определиться какой интерфейс будет у вашего диска. Может быть это будет IDE диск? А как на счет SCSI, IEEE 1394, USB? Интерфейсы различаются по скорости, цене, длине кабеля, гибкости и по многим другим факторам. Из чего следует, что было бы разумно дать описание интерфейсам жестких дисков.

UDMA

По мере того как технологии по производству дисков становились лучше и плотность размещения возрастала более чем на 20% за год, появилась потребность в новом стандарте-интерфейсе передачи данных. Такой, который позволит разместить два устройства на одном ATA шлейфе, что бы загрузка была минимальной. Скорости передачи 16,6Мб/с определенно не хватало и Quantum разработал стандарт Ultra-ATA/33 (UDMA/33), увеличив пропускную способность вдвое. Для того, чтобы достичь такого эффекта сигнал остался прежним, но данные передавались как по нарастающему, так и по заднему фронту импульса, а не как прежде только по нарастающему. Далее, по мере развития технологий, применяемых в дисках, появились стандарты ATA/66/100.

IDE/ATA

IDE - так обозначается типа диска, который использует интерфейс ATA. IDE - не дорогая электроника, которая использует ATA для подключения c помощью параллельного шлейфа, и создана для подключения устройств внутри компьютера. Т.е. для подключения внешнего или переносного устройства к компьютеру он плохо подходит: шлейф как правило имеет только 2 разъема и, по нашему опыту не более двух футов (один метр) длиной. Конечно же существуют и длинные шлейфы с большим количеством разъемов, но мы бы не рекомендовали пользоваться такими.

Как уже говорилось, ATA канал поддерживает до двух устройств - "master" и "slave". Обычно жесткий диск используется первым, и называется "master", "slave" используется для вторичного устройства, например, CD-ROM. По такому кабелю за один рабочий такт может работать только одно устройство, поэтому использование "slave"-устройства не рекомендуется. На современных материнских платах существует два разъема для подключения IDE устройств, поэтому мы рекомендуем установить жесткий диск как "master" на одном разъеме, а CD-ROM, или DVD-ROM как "master" на втором.

В настоящее время доступны три основных варианта IDE дисков: это ATA/33, ATA/66, и ATA/100 (или UDMA/33, UDMA/66, UDMA/100). Цифра в этой записи означает пиковое (максимальное) пропускную способность, измеряемую в Мб/с. ATA/66 и ATA/100 требуют специальный 80-контактнцый разъем для работы в полную силу (такой кабель обычно поставляется с материнской платой, поддерживающей такие режимы). Если же такой кабель не поставляется, то такие диски работают как через интерфейс ATA/33 и скорость передачи не превышает 33 Мб/с. Как уже говорилось выше, эти варианты так же называют как UDMA. Но, с другой стороны, неправильно приравнивать под одно значение такие понятия, как UDMA, ATA и IDE.

Все IDE диски ДОЛЖНЫ работать со всеми вариантами ATA. Т.е. любой ATA/100 диск будет работать с контроллером ATA/33, а диск ATA/33 - с контроллером ATA/100. Сигнал будет подаваться на уровне компонента низшего класса. В вышеописанном примере оба диска будут работать на ATA/33, это значит они будут передавать данные со скоростью 33Мб/с. Не исключено, что вы можете столкнуться с проблемой несовместимости IDE, когда определенный диск не будет работать с определенным шлейфом, или когда два диска от разных производителей не будут работать на одном канале IDE, но такого рода проблемы редкость в наше время.

Различие между производительностью ATA/33, 66 и 100, как правило, очень малы. На сегодняшний день не существует дисков ATA/100, способных работать со скоростью 66 Мб/с, и очень мало дисков, полностью использующих частоту ATA/33. Только дисковый кэш может улучшить частоту работы диска, при этом работа диска увеличивается, но не намного.

Главный недостаток дисков IDE: они не считаются профессиональными, т.е. диски для SCSI всегда быстрее. К примеру, можно приобрести IDE диск с 7200 об/мин, который является быстрейшим IDE диском… но для SCSI доступен диск с 15000 об/мин, который, все же, быстрее. Еще один недостаток - это относительно низкое значение MTBF у IDE, чем у SCSI.

Немного о перспективах. Жизнь ATA продлится при широком распространении последовательного ATA (Serial ATA). Этот интерфейс будет использовать только два провода (один для приема, другой для передачи) для обмена данными со скоростью 1.5 Гб/с и быстрее. Это более, чем в два раза быстрее, нежели у сегодняшних ATA/100 дисков! Недостаток - на один канал может быть помещено только одно устройство, но и он легко решаем - введением дополнительных каналов.

Плюсы

· Превосходная производительность за низкую цену
· Большое распространение

Минусы

· Сейчас не доступны более быстрые диски
· Маленькая длина кабеля
· Только для внутреннего использования

SCSI

SCSI - это стандартный интерфейс для жестких дисков, которые чаще всего устанавливаются на рабочие станции и сервера. Диски с этим интерфейсом более дорогие, чем IDE. Это параллельный интерфейс, по которому обмен данных происходит быстрее, который поддерживает больше устройств и может работать на больших расстояниях (до 12 метров в известных SCSI устройствах), а также является многозадачным.

Узкая шина SCSI имеет 8 адресов, а широкая шина имеет 16 адресов. Сам контроллер резервирует один адрес, а остальные 15(7) доступны для устройств. Чем выше адрес у устройства, тем выше приоритет устройства, следовательно, благодаря этому каждое устройство имеет свой приоритет доступа к шине. Это позволяет более корректно настроить систему, но и вызывает некоторые сложности для неподготовленных пользователей.

Почему же UDMA со своей довольно неплохой пропускной способностью - 66Мб/с не может тягаться со SCSI. Одно из важных отличий SCSI от IDE - эффективность пропускной способности SCSI, которая была достигнута увеличением тактовых частот и небольшим изменением протокола.

Как видите, существует большое количество SCSI вариантов. Остановимся поподробней на самых распространенных: Ultra, Ultra2, Ultra160. Ultra SCSI работает со скоростью 20 Мб/с и поддерживает 8 адресов. Ultra2 - это расширенная версия Ultra, основное улучшение - скорость 40 Мб/с. Еще Ultra2 SCSI называют LVD (Low Voltage Differential) - Дифференциал Низкого потребления. Wide Ultra2 SCSI - работает со скоростью 80 Мб/с. Ultra160 SCSI (или Ultra3 SCSI) - это самая последняя версия SCSI, работающая со скоростью 160 Мб/с.

Устройства SCSI в основном совместимы с контроллерами и дисками, которые используют другой вариант SCSI, но 100% гарантии в совместимости нет. Может случиться так, что со старым диском на новом контроллере все остальные диски автоматически работают со скоростью старого. Это зависит от используемого контроллера. А так же при использовании шлейфа узкого типа на шине приводит к тому, что все устройства работают на скорости работы узкого шлейфа.

Со всеми нововведениями SCSI можно запутаться, особенно с кабелями. Что в них больше всего сбивает с толку, так это то, что они называются не по типу шины. Существуют два типа внутренних SCSI кабелей и четыре типа внешних, не включая LVD (у которого просто-напросто больше проводов). Смущает то, что любой внутренний SCSI кабель имеет 68 контактов и является "SCSI-3" кабелем. Это вовсе не означает, что диски на этом шлейфе являются устройствами "SCSI-3" или то, что он будет работать только с устройствами Ultra3. 68-контактный разъем "SCSI-3" может быть LVD и нормально соединять UltraWide или Ultra2Wide устройства.

SCSI часто называют "черной магией", т.к. грамотная настройка может обеспечить просто колдовскую производительность! Или наоборот, длина кабеля, или адресные конфликты могут быть источником головной боли. А вообще, SCSI - это проверенный, способ соединения жестких дисков для обеспечения высокой скорости.

Главное преимущество SCSI - это то, что этот стандарт разработан для высококачественных и высокопроизводительных жестких дисков. Это означает, что все быстрые и объемные диски проектируются для него. К примеру, жесткий диск от Seagate Cheetah, со скоростью вращения 15000 об/мин не доступен для IDE. Плюс ко всему, на одной шине может находиться 15 устройств при минимальных потерях в скорости.

Будущие SCSI устройства будут еще быстрее. Следующий шаг - это Ultra320, а в планах Ultra640.

Плюсы

· Масштабируемая производительность
· Масштабируемый объем
· Используется как для внешних, так и для внутренних устройств

Минусы

· Большая цена как контроллеров, так и устройств
· Сложности в настройке

Оптический Канал (Fibre CHannel)

Оптический канал - это интерфейс, сильно отличающийся от IDE и SCSI. Его устройство напоминает устройство Ethernet и InfiniBand. Этот интерфейс в одинаковой мере предназначен для жестких дисков, для сети, и для другой периферии. Оптический канал часто используется для присоединения SCSI RAID (или просто RAID) к сети рабочих станций, или серверов.

Оптический канал на сегодняшний момент имеет реальную скорость 100 Мб/с, но его теоретическая скорость составляет 1.06 Гб/с. Несколько компаний предлагают оптические каналы следующего поколения, со скоростью 2.12 Гб/с. Некоторые из супер-современных высококачественных решений на оптическом канале (кстати, даже самый слабый оптический канал является высококачественным и профессиональным решением) на рынке используют множество оптических каналов как одни, за счет чего достигается большая пропускная способность.
В отличие от SCSI, оптический канал довольно гибкий. И если длина SCSI ограничена 12 метрами, то его длина оптического канала может достигать 10 километров, и даже значительно больше при использовании специальных дорогостоящих медных кабелей.

Плюсы
· Высокая масштабируемость
· Очень большая длина кабеля
· Высокая скорость
· Различное его применение
· Множество компьютеров в сети могут иметь один RAID

Минусы
· Высокая стоимость
· Очень высокая стоимость
· Постоянно растущая стоимость

IEEE 1394

IEEE 1394, или FireWire (название Apple), или iLink (название Sony), становится стандартом для передачи цифрового видео, но может использоваться для присоединения жестких дисков, сканеров, сети, цифровых камер, передачи профессионального аудио, и других процессов, требующих большой пропускной способности. FireWare на сегодняшний день ненамного дороже, чем другие форматы, но цена на него быстро падает.

FireWare поддерживает до 63 устройств на одном канале со скоростью 400 Мб/с. 1394b, первое его дополнение, будет поддерживать до 800 Мб/с на один канал. FireWare обеспечивает устройство энергией по необходимости, что делает этот стандарт очень удобным для внутренних устройств.

Сейчас вы не найдете жестких дисков, созданных для использования с этим стандартом, но они обязательно появятся в будущем. Ну а сейчас можно использовать специальный IDE/FireWare преобразователь. Также можно подключить видеокамеры, сканеры, принтеры. FireWare может использоваться для сетей, соединения нескольких компьютеров, при этом создается сеть FireWare, т.е. устройствами могут пользоваться все компьютеры одновременно. Некоторые новые ПК, а также практически все Mac имеют один или два порта FireWare.

Одно из замечательных свойств FireWare, кроме скорости и цены, это высокая стабильность и подключаемость. К примеру, можно на компьютере смотреть видео с диска FireWare, затем отключить диск, включить его, и смотреть видео без всякой настройки или установки драйверов. При этом нет необходимости выключать компьютер! Совместимость Plug&Play зависти от установленной операционной системы, но практически для всех ОС предусмотрена поддержка FireWare.

Будущее стандарта IEEE 1394 также в увеличении скорости. Стандарт 1394b уже набирает силу, так что проблем с этим не будет.

Плюсы

· Высокая подключаемость
· Скорость
· Нет устройств "master"
· Возможно подключение к нескольким машинам одновременно

Минусы

· Высокая стоимость адаптеров жестких дисков

USB

USB 1 (Universal Serial Bus) - Универсальная Последовательная Шина - это распространенная на ПК шина для внешних устройств. В высокоскоростном варианте скорость составляет 12 Мбит/с, и 1.5 Мбит/с в низкоскоростном. При использовании высокоскоростного варианта, максимальная длина кабеля 5 метров, и только 3 метра при низкоскоростном. Пока что у USB не хватает скорости для работы с основным жестким диском, но ее вполне хватает для второстепенного, CD-R, сканеров, сети, и др. устройств.

Один USB канал поддерживает 127 устройств, используя USB хабы. USB использует контроллер "master", так что любой сигнал от одного устройства другому, скажем, от USB жесткого диска до USB CD-R, должен пройти через контроллер на компьютере, а затем до необходимого устройства. Это значительно уменьшает скорость. Кроме того, через USB не может быть подключено более одного компьютера, хотя два компьютера могут быть связаны через специальное устройство - USB мост.

USB также высоко подключаемый стандарт, т.е. можно подключать устройства, не выключая компьютер. Несмотря на это, поддержка этого стандарта ОС не столь хорошее. К примеру, под Windows 2000 каждая подключаемая мышь должна быть с драйвером.
Будущее USB называется…. USB 2. Скорость увеличилась до 480 Мбит/с, а этого вполне достаточно для подключения как основного жесткого диска, так и второстепенного.

Плюсы

· Широкое распространение
· Низкая цена
· Высокая подключаемость

Минусы

· Плохой алгоритм связи между устройствами
· Низкая скорость (не в USB 2)
· Небольшая длина кабеля

Итак, какой же интерфейс необходим мне?

Если вы покупаете компьютер для дома, или офиса, интерфейс IDE будет для вас оптимален как по цене, так и по скорости. USB - это хороший выбор при использовании внешнего CD-R, или сканера. IEEE 1394 хорош для простого и быстрого соединения внешнего жесткого диска к вашему компьютеру, или ноутбуку. Если же вам нужна рабочая станция, производительность которой сильно зависит от скорости жесткого диска, особенно при использовании RAID, то SCSI подойдет как нельзя лучше. Если же есть несколько рабочих станций, нуждающихся в одновременном доступе на высокой скорости к одному жесткому диску, то оптический канал вам подойдет лучше всего. При использовании RAID в этом случае, можно выбрать RAID как на оптическом канале, так и на SCSI RAID. Ну а для серверов, традиционно, лучшим выбором является SCSI. Для малостоящего, не важного сервера подойдет даже IDE.

RAID?

RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) - матрица независимых дисковых накопителей с избыточностью. RAID используется для увеличения надежности и увеличения скорости. Основные способы использования: RAID 0, 1, и 0+1. RAID 0 использует два жестких диска одновременно, осуществляет чтение и запись одновременно с обоих дисков. При этом возрастает производительность. RAID 1 тоже использует два диска, но данные из первого дика просто дублируются на втором через секунду. Это обеспечивает высокую надежность системы, ведь при повреждении одного диска, второй остается рабочим, и данные не теряются. RAID 0+1 использует четыре диска, первые два работают как и RAID 0, вторые - как RAID 1, т.е. дублируют. Существуют и другие варианты использования RAID, различным образом увеличивая надежность, к примеру, сравнение данных на дисках для проверки их сохранности.

Что же вам покупать

Для машины, ориентированной на домашнее или рабочее пользование со средней производительностью, жесткий диск - 7200rpm с 2Мб кэша и ATA/66 или более быстрым интерфейсом даст неплохую производительность за сравнительно небольшие деньги. Вы, конечно можете сэкономить на диске с 5400 оборотами, но могу сказать с уверенностью - вы от этого не выиграете. Диски со SCSI интерфейсом дадут больше производительности, но, опять же, обойдутся гораздо дороже, нежели ATA.

Как бренд и модель, нам нравятся модели от Seagate линии Barracuda. Линейка IDE дисков от IBM так же заслуживает внимания. Производительность дисков от Quantum последнее время была не на высшем уровне, но не смотря ни на что этот производитель производит надежные диски. Мы не в восторге от дисков от Western Digital (WD), но к ним можно прибегнуть, если вам нужен медленный, недорогой диск с большой емкостью. Еще можно сказать о дисках от Maxtor, который производит быстрые, недорогие диски, которым мы особенно не доверяем.

Наш безусловный любимчик сейчас - диск от Seagate линейки Barracuda интерфейса ATA II, который вскоре будет заменен интерфейсом ATA III.

Размер

У вас проблемы с тем, какого объема диск выбрать? 10 ГГб будет более чем достаточно для обычного домашнего пользователя, как минимум на несколько лет вперед. Если вы коллекционируете MP3'шки, видео, или другие файлы, которые периодически скачиваются вами из Интернета, то вам лучше поискать диск емкостью 20-30ГГб. Если же занимаетесь сложным, многоступенчатым редактированием видео, то вам не помешает приобрести второй диск большой емкостью, как правило у него меньше оборотов, чем у ведущего диска. Если же ничего сверхъестественного с видео вы не делаете, то вам понадобится как минимум диск 20ГГб, а идеальным приобретением будет диск емкостью 50-100ГГб, которые значительно облегчит работу и условия работы.

Итак, что мы имеем?

Мы надеемся вы теперь более осведомлены о жестких дисках. Теперь настало время выяснить что же есть сейчас у нас рынке, сравнить характеристики, цены и приобрести.

Главный редактор Джон Симон (Jon Simon)
Перевод и дополнение Иван "Reg" Пешалов
Дополнение и редактирование Дмитрий "Digit" Петрусенко
Источники, которые были использованы в статье:
www.sharkyextreme.com