Всем известны параметры производительности дисковых подсистем в теории. Но что на практике? Многие задают этот вопрос, некоторые строят свои гипотезы. Я решил провести серию тестов и определить «Who is who». Приступил к тестированию всеми известными утилитами dd, hdparm, далее перешел к fio, sysbench. Также был произведен ряд тестов используя UnixBench и несколько других аналогов. Было построено ряд графиков, но по мере дальнейшего тестирования было обнаружено что большинство этого ПО непригодно для адекватного сравнения разных дисков.
С помощью fio можно было составить сравнительную таблицу или график для SAS, SATA, но при тестировании SSD оказалось, что полученные результаты вовсе непригодны. Я конечно уважаю разработчиков этого всего софта, но в этот момент было принято решение создать ряд не синтетических тестов, а более близких к реальной обстановке.

Сразу скажу, что параметры теста и сами машинки были подобраны таким образом, чтобы результаты теста не были искажены типом процессора, его частотой или другими параметрами.

Тест 1

Создание файлов

В течении восьми циклов генерировалось создание небольших файлов с хаотическим содержанием и с постепенным ростом количества файлов на цикл. По каждому циклу измерялось время выполнения.

Из графика видно что большую скорость создания файлов имеют SSD KINGSTON SV300S3 и почти не зависят от их количества. Также стоит отметить что именно эти диски имеют более прямолинейную шкалу
По SAS дискам в Hardware RAID видно что скорость зависит от типа рейда, но совсем не зависит от количества дисков.
Но больше времени тратится не на создание файлов, как оказалось, а на их перезапись. По этому перейдем к второму тесту.

Тест 2

Перезапись файлов

Повторялись те что операции что в первом тесте, но файлы не создавались новые каждый раз, а использовался один и тот же файл, в который записывалась каждый раз новая информация.


Сразу бросается в глаза ужасная картина по дискам SATA 7,200 rpm MB2000GCVBR. Медленная запись и по 2x 300GB SAS SEAGATE. По этому решил выбросить их из графика для наглядности по остальным.


Самой быстрой подсистемой оказался одиночный SSD KINGSTON. Второе и третье место заняли 8x SEAGATE ST3300657SS и 4x SEAGATE ST3300657SS. Также видим что с ростом количества SSD в массиве скорость немного падает.

Тест 3

MySQL. Комбинирование sql-запросов INSERT, SELECT, UPDATE, DELETE

Была создана InnoDB таблица со следующей структурой:
CREATE TABLE `table` (
`id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`time` int(11) NOT NULL,
`uid` int(11) NOT NULL,
`status` varchar(32) NOT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
FULLTEXT KEY `status` (`status`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=cp1251;

Одновременно генерировалось несколько запросов:
- INSERT;
- UPDATE с выборкой по PRIMARY KEY;
- UPDATE с выборкой по FULLTEXT (поиск по 4 символам из 24-х): WHERE `status` LIKE "%(string)%";
- DELETE FROM с выборкой по PRIMARY KEY;
- DELETE FROM с выборкой без использования ключа: WHERE `time`>(int);
- SELECT с выборкой без использования ключа: WHERE `time`>(int);
- SELECT с выборкой по PRIMARY KEY;
- SELECT с выборкой по FULLTEXT (поиск по 4 символам из 24-х): WHERE `status` LIKE "%(string)%";
- SELECT с выборкой без использования ключа: WHERE `uid`>(int).

И снова наблюдаем ту же картину что во втором тесте.

В следующих тестах использую утилиту sysbench, которая генерирует файлы большого объема:
128 файлов, общим размером 10 Гб, 30 Гб и 50 Гб.
Размер блока 4 Кб.
Сразу хочу обратить внимание, что на некоторых графиках, по некоторым серверам нету данных на 10 Гб. Это связано с тем что на данных машинах имеется оперативной памяти более 10 Гб и выполняется кэширование данных. Отсутствие некоторых результатов на 50 Гб обусловлено нехваткой дискового пространства, в случае с SSD KINGSTON SV300S3.

Тест 4

Линейная запись (создание файлов)

Видно что лучшие показатели имеются у всех вариациях с SSD KINGSTON SV300S3, а также у 8x SEAGATE ST3300657SS в RAID10. Очень хорошо просматривается рост скорости с увеличение количества дисков SAS.
Здесь тот самый момент, где отлично видно что SSD совершенно разные бывают. Разница в 4 раза!

Тест 5

Линейная запись (перезапись файлов)

Лидеры все те же. Если сравнивать 2x SSD от INTEL и 2x SAS разницы практически никакой.

Тест 6

Линейное чтение

Здесь же видим чуть иную картину. Лидируют 4x SSD KINGSTON RAID10, с минимальным изменением результатов при увеличении объема файлов, и 8x SEAGATE в RAID10, с постепенным спадом скорости, на скоростях 700 Мбит/сек и 600 Мбит/сек.
Линии по 1x SSD KINGSTON и 2x SSD KINGSTON RAID1 совпали. Проще говоря для линейного чтения лучше брать или RAID10 или одиночный диск. Использование RAID1 не оправдано.
Хорошо видно что показали 2x SAS RAID1 и 4x SAS RAID10 очень похожи. Но при увеличении количества дисков в два раза просматривается огромный прирост скорости.
2x SSD Intel RAID1 имеет не малое падение скорости на промежутке 10 Гб - 30 Гб, а далее идут на одной скорости с SATA RAID1.

Тест 7

Рандомное чтение

В лидерах все SSD:
- 4x KINGSTON RAID10;
- 2x KINGSTON RAID1, 2x INTEL RAID1;
- 1 KINGSTON.

Всех остальных скопировал на следующий график для наглядности.


Наивысшую скорость среди этих имеет естественно 8x SAS RAID10, но скорость резко падает. Но исходя из данных по 2x SAS и 4x SAS предположу что с дальнейшем ростом объемом скорость стабилизируется.

Тест 8

Рандомная запись

Отличные показатели имеет 2x 120GB SSD INTEL SSDSC2CT12 Hardware RAID1 SAS1068E со стабильной скоростью 30 Мбит/сек. По KINGSTON с ростом количества дисков скорость, как ни странно, падает. На четвертом месте 8x SAS SEAGATE.

Тест 9

Комбинированные операции рандомного чтения и записи

Все мы знаем, что ни на одном сервере нету только чтения или только записи. Всегда выполняются обе операции. И в большинстве случаев это как раз рандомные операции, а не линейные. И так, посмотрим, что у нас получилось.


За счет отличной скорости записи с большим отрывом идет 2x SSD INTEL, за которым следует SSD KINGSTON. Третье место разделили 2x SSD KINGSTON и 8x SAS SEAGATE.

Тест 10

После проведения всех этих тестов я решил что будет удобно вывести зависимость скорости от соотношения операций рандомного чтения и рандомной записи.


У кого рост скорости, у кого падение, а у 8x SAS RAID10 прямая линия.

Тест 11

Произвел также сравнение больших массивов из SAS дисков, по которому видно, что от скорости диска больше зависит, чем от их количества.

Пришло время подвести итоги.
Машин было много, но не достаточно. К сожалению мне не удалось определить являются ли показатели по SSD INTEL SSDSC2CT12 их особенностью или же особенностью рейдового контроллера. Но полагаю, что таки контроллера.

1. С ростом количества SAS дисков в массиве все показатели только улучшаются.
2. Для MySQL медленные подсистемы это SATA RAID1 и SAS RAID1. По остальным отличия есть, но они не столь существенны.
3. Для линейно записи хороши как большие массивы из SAS дисков в RAID10, так и SSD. Смысла использовать массивы из SSD нет. Стоимость растет, а производительность на месте.
4. Для линейного чтения хороши любые большие массивы. Но на практике лин. чтение без записи у нас почти не встретить.
5. Рандомное чтение за SSD одиночными или в Software RAID.
6. Для рандомной записи лучше использовать Hardware RAID из SSD, хотя не сильно поступаются и одиночные SSD.
7. Рандомные чтение/запись, то есть один из самых важных показателей, имеют лучшие результаты на Hardware RAID из SSD.
8. Обобщая все вышесказанное, для большинства задач лучше использовать большие массивы (>=8) из SAS или Hardware RAID из SSD. Но для некоторых задач корректнее будет использовать одинарные SSD.
9. Исходя из объемов SSD, которые преимущественно предлагаются на нашем рынке, под VDS-ноды стоит использовать максимальной производительности процессоры в паре с большими SAS массивами или же средненькие процессоры и одинарные SSD. Считаю что использование hw raid для двух SSD будет дороговато.
10. Если вам необходима быстрая система и нет необходимости в большом дисковом пространстве 2x SSD в Hardware RAID будет лучшим выбором. Если желаете немного сэкономить в ущерб производительности, тогда можно взять одинарный SSD или два SSD в софтовом рейде.

Вопросы, которые остались без ответов:

1. Что происходит при увеличении количества SSD в Hardware RAID?
2. Что дешевле под виртуальные сервера: дорогие машинки и один большой массив из SAS или же несколько средненьких серверов с одинарными SSD? В этом вопросе также следует учесть надежность/долговечность SAS и SSD, так как по последним ходят разные слухи.

Кроме перечисленных тестов и серверов было еще множество, но они не попали в результаты, так как на них проводилась «калибровка» тестов и многие их них были признаны некорректными.
Также производилось тестирование RAMDisk. Показатели были довольно хорошие, но не лучшие. Вероятно из-за того что это была виртуальная машина.

Все тесты, кроме последнего, производились только на выделенных серверах.

Почему SAS?

Интерфейс Serial Attached SCSI - это не просто последовательная реализация протокола SCSI. В нём реализовано намного больше, чем простой перенос функций SCSI, таких как TCQ (Tagged Command Queuing, тэгированная очередь команд), через новый разъём. Если бы нам была нужна наибольшая простота, то тогда мы бы использовали интерфейс Serial ATA (SATA), являющийся простым соединением "точка-точка" между хостом и конечным устройством, таким как жёсткий диск.

Но SAS базируется на объектной модели, определяющей "домен SAS” - систему доставки данных, которая может включать в себя опциональные экспандеры (expander) и конечные устройства SAS, такие как жёсткие диски и host-адаптеры (host bus adapters, HBA). В отличие от SATA, устройства SAS могут иметь несколько портов, каждый из которых может использовать несколько физических соединений, чтобы обеспечивать более скоростные (широкие) подключения SAS. Кроме того, к любой определённой цели могут обращаться несколько инициаторов, а длина кабеля может составлять до восьми метров (для первого поколения SAS) против одного метра у SATA. Вполне понятно, что это обеспечивает немало возможностей для создания высокопроизводительных или избыточных решений хранения данных. Кроме того, SAS поддерживает протокол SATA Tunneling Protocol (STP), позволяющий подключать к SAS-контроллеру устройства SATA.

Стандарт SAS второго поколения увеличивает скорость соединения с 3 до 6 Гбит/с. Данный прирост скорости очень важен для сложных окружений, где требуется высокая производительность из-за высокоскоростных хранилищ. Новая версия SAS также призвана снизить сложность прокладки кабелей, а также число соединений на Гбит/с пропускной способности, увеличивая возможную длину кабелей и улучшая работу экспандеров (разбиение на зоны и автоматическое обнаружение). Чуть ниже мы поговорим об этих изменениях в деталях.

Увеличение скорости SAS до 6 Гбит/с

Чтобы донести преимущества SAS до более широкой аудитории, SCSI Trade Association (SCSI TA) представила учебник по технологии SAS на конференции Storage Networking World Conference, которая прошла чуть раньше в этом году в Орландо (США, Флорида). Так называемый SAS Plugfest, где демонстрировалась работа SAS на 6 Гбит/с, совместимость и функции, прошёл ещё раньше в ноябре 2008 года. LSI и Seagate стали первыми на рынке, кто представил "железо", совместимое с SAS на 6 Гбит/с, но остальные производители тоже должны вскоре подтянуться. В нашей статье мы рассмотрим текущее состояние технологий SAS и некоторые новые устройства.

Функции и основы SAS

Фундаментальные основы SAS

В отличие от SATA, интерфейс SAS работает на основе полного дуплекса, предоставляя полную пропускную способность в обоих направлениях. Как уже упоминалось ранее, соединения SAS всегда устанавливаются через физические подключения, используя уникальные адреса устройств. Напротив, SATA может адресовать только номера портов.

Каждый адрес SAS может содержать несколько интерфейсов физического уровня (PHY), что позволяет создавать более широкие подключения через InfiniBand (SFF-8470) или кабели mini-SAS (SFF-8087 и -8088). Обычно четыре интерфейса SAS с одним PHY на каждом объединяются в один широкий интерфейс SAS, который уже подключается к SAS-устройству. Связь может осуществляться и через экспандеры, которые работают больше как коммутаторы, нежели как устройства SAS.

Такие функции, как разбиение по зонам (zoning) теперь позволяют администраторам привязывать конкретные устройства SAS к инициаторами. Именно здесь будет полезна увеличенная пропускная способность SAS 6 Гбит/с, поскольку у четырёхканального соединения теперь будет в два раза большая скорость. Наконец, устройства SAS могут даже иметь несколько адресов SAS. Поскольку накопители SAS могут использовать два порта, с одним PHY на каждом, то накопитель может иметь два адреса SAS.

Соединения и интерфейсы

Нажмите на картинку для увеличения.

Адресация соединений SAS происходит через порты SAS, используя SSP (Serial SCSI Protocol), но связь на нижнем уровне от PHY до PHY осуществляется, используя одно или несколько физических соединений по причинам увеличения пропускной способности. SAS использует кодирование 8/10 бит, чтобы преобразовывать 8 бит данных в 10-символьные передачи в целях восстановления синхронизации, баланса DC и определения ошибок. В итоге мы получаем эффективную пропускную способность 300 Мбайт/с для режима передачи 3 Гбит/с и 600 Мбайт/с для подключений 6 Гбит/с. Технологии Fibre Channel, Gigabit Ethernet, FireWire и другие работают по схожей схеме кодирования.

Интерфейсы питания и данных SAS и SATA очень похожи друг на друга. Но если у SAS интерфейсы данных и питания объединены в один физический интерфейс (SFF-8482 на стороне устройства), то SATA требует двух раздельных кабелей. Зазор между контактами питания и данных (см. иллюстрацию выше) в случае SAS закрыт, что не позволяет подключать устройство SAS к контроллеру SATA.

С другой стороны, устройства SATA могут прекрасно работать на инфраструктуре SAS благодаря STP или в "родном" режиме, если не используются экспандеры. STP добавляет дополнительную задержку при прохождении через экспандеры, поскольку им нужно устанавливать соединение, что происходит медленнее, нежели прямая связь SATA. Впрочем, задержки всё равно очень малы.

Домены, экспандеры

Домены SAS можно представить в виде древовидных структур наподобие сложных сетей Ethernet. Экспандеры SAS могут работать с большим количеством SAS-устройств, но они используют принцип коммутации каналов, а не более распространённую коммутацию пакетов. Некоторые экспандеры содержат в себе устройства SAS, другие - нет.

SAS 1.1 распознаёт граничные экспандеры (edge expander), которые позволяют инициатору SAS связываться с до 128 дополнительными адресами SAS. В домене SAS 1.1 можно использовать только два граничных экспандера. Впрочем, один экспандер расширения (fanout expander) может подключать до 128 граничных экспандеров, что существенно увеличивает возможности инфраструктуры вашего решения SAS.

Нажмите на картинку для увеличения.

По сравнению с SATA интерфейс SAS может показаться сложным: разные инициаторы обращаются к целевым устройствам через экспандеры, что подразумевает прокладку соответствующих маршрутов. SAS 2.0 упрощает и улучшает прокладку маршрутов.

Следует помнить, что SAS запрещает петли или множественные пути. Все соединения должны быть "точка-точка" и эксклюзивными, но сама по себе архитектура подключений хорошо масштабируется.

Новые функции SAS 2.0: экспандеры, производительность

	SAS 1.0/1.1
Функция	Сохраняет наследственную поддержку SCSI Совместим с SATA	Совместим с 3 Гбит/с Улучшенная скорость и прохождение сигналов Управление зонами Улучшенная масштабируемость
Функции хранилищ	RAID 6 Малый форм-фактор HPC Накопители SAS большой ёмкости Замена Ultra320 SCSI Выбор: SATA или SAS Blade-серверы	RAS (защита данных) Безопасность (FDE) Поддержка кластеров Поддержка более крупных топологий SSD Виртуализация Внешние хранилища Размер сектора 4K
Скорость передачи данных и пропускная способность кабеля	4 x 3 Гбит/с (1,2 Гбайт/с)	4 x 6 Гбит/с (2,4 Гбайт/с)
Тип кабеля	Медь	Медь
Длина кабеля	8 м	10 м

Зоны экспандера и автоматическая конфигурация

Граничные (edge) и расширяющие (fanout) экспандеры практически остались в истории. Это часто связывают с обновлениями в SAS 2.0, но причина на самом деле кроется в зонах SAS, появившихся в 2.0, которые позволяют убрать разделение между граничными и расширяющими экспандерами. Конечно, зоны обычно реализуются специфически для каждого производителя, а не как единый индустриальный стандарт.

По сути, теперь на одной инфраструктуре доставки информации можно располагать несколько зон. Это значит, что к целям (накопителям) в хранилище могут обращаться разные инициаторы через один и тот же экспандер SAS. Сегментация домена выполняется через зоны, доступ осуществляется эксклюзивным образом.

Данная статья призвана объяснить разницу между типами жестких дисков и помочь вам определиться с выбором при покупке выделенного сервера.

SATA - Serial ATA

В настоящее время SATA диски используются на большинстве персональных компьютеров в мире и на бюджетных конфигурациях серверного оборудования. По сравнению с SAS и SSD дисками скорость чтения и записи SATA дисков заметно ниже, но их выбирают из-за больших объемов хранимой информации.

Диски SATA хорошо подойдут для игровых серверов, работа которых не требует частой записи и чтения информации. Также SATA диски целесообразно использовать для следующих целей:

• потоковые операции, например, кодирование видео;
• хранилища данных;
• системы резервного копирования;
• объемные, но не нагруженные файл-серверы.

SAS - Serial Attached SCSI

Диски SAS изначально разработаны с учетом корпоративных и промышленных нагрузок, что положительно сказывается на их производительности. Скорость вращения SAS дисков вдвое выше, чем у SATA, поэтому их стоит выбирать для задач, которые чувствительны к скорости и требуют многопоточного доступа. Также диски SAS (в отличие от SSD) могут обеспечить надежную и многократную перезапись данных.

Для организации хостинга диски SAS будут оптимальны, так как они могут обеспечить высокую надежность хранения данных. Помимо этого жесткие диски SAS хорошо подойдут для реализации следующих задач:

• cистемы управления базами данных (СУБД);
• WEB-серверы с высокой нагрузкой;
• распределенные системы;
• системы, обрабатывающие большое количество запросов - терминальные серверы, 1С серверы.

Единственным недостатком SAS дисков (как и у SSD) является их небольшой объем и высокая цена.

SSD - Solid-state Drive

В последнее время SSD становятся все более и более популярными. SSD не использует для записи магнитные диски, а содержит только микросхемы энергонезависимой памяти, аналогичные тем, что используются в USB-флешках.

В SSD дисках нет движущихся частей, что обеспечивает высокую механическую стойкость, сниженное энергопотребление и высокую скорость работы. В данный момент SSD диски обеспечивают максимально возможную скорость чтения и записи, что позволяет использовать их для любых высоконагруженных проектов.

Главным минусом SSD дисков является то, что они ограничены по объему информации, которую можно перезаписать на диск. Соответственно, если в день ваша система перезаписывает более 20 Гб данных, будьте готовы через некоторое время сменить SSD диск. Кстати цена таких дисков выше, чем у обоих вышеперечисленных типов.

Многие современные CMS при генерации страницы зачастую требуют одновременного обращения к нескольким файлам на диске. Именно для работы с подобными системами SSD диски - идеальный выбор. Использование SSD дисков для нагруженных сайтов является гарантией того, что вы получите максимум скорости чтения данных.

В этой статье речь пойдет о том, что позволяет подключить жесткий диск к компьютеру, а именно, об интерфейсе жесткого диска. Точнее говорить, об интерфейсах жестких дисков, потому что технологий для подключения этих устройств за все время их существования было изобретено великое множество, и обилие стандартов в данной области может привести в замешательство неискушенного пользователя. Впрочем, обо все по порядку.

Интерфейсы жестких дисков (или строго говоря, интерфейсы внешних накопителей, поскольку в их качестве могут выступать не только , но и другие типы накопителей, например, приводы для оптических дисков) предназначены для обмена информацией между этими устройствами внешней памяти и материнской платой. Интерфейсы жестких дисков, не в меньшей степени, чем физические параметры накопителей, влияют на многие рабочие характеристики накопителей и на их производительность. В частности, интерфейсы накопителей определяют такие их параметры, как скорость обмена данными между жестким диском и материнской платой, количество устройств, которые можно подключить к компьютеру, возможность создания дисковых массивов, возможность горячего подключения, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д. Также от интерфейса жесткого диска зависит, какой кабель, шнур или переходник для его подключения к материнской плате вам потребуется.

SCSI - Small Computer System Interface

Интерфейс SCSI является одним из самых старых интерфейсов, разработанных для подключения накопителей в персональных компьютерах. Появился данный стандарт еще в начале 1980-х гг. Одним из его разработчиков был Алан Шугарт, также известный, как изобретатель дисководов для гибких дисков.

Внешний вид интерфейса SCSI на плате и кабеля подключения к нему

Стандарт SCSI (традиционно данная аббревиатура читается в русской транскрипции как «скази») первоначально предназначался для использования в персональных компьютерах, о чем свидетельствует даже само название формата – Small Computer System Interface, или системный интерфейс для небольших компьютеров. Однако так получилось, что накопители данного типа применялись в основном в персональных компьютерах топ-класса, а впоследствии и в серверах. Связано это было с тем, что, несмотря на удачную архитектуру и широкий набор команд, техническая реализация интерфейса была довольно сложна, и не подходила по стоимости для массовых ПК.

Тем не менее, данный стандарт обладал рядом возможностей, недоступных для прочих типов интерфейсов. Например, шнур для подключения устройств Small Computer System Interface может иметь максимальную длину в 12 м, а скорость передачи данных – 640 МБ/c.

Как и появившийся несколько позже интерфейс IDE, интерфейс SCSI является параллельным. Это означает, что в интерфейсе применяются шины, передающие информацию по нескольким проводникам. Данная особенность являлась одним из сдерживающих факторов для развития стандарта, и поэтому в качестве его замены был разработан более совершенный, последовательный стандарт SAS (от Serial Attached SCSI).

SAS - Serial Attached SCSI

Так выглядит интерфейс SAS серверного диска

Serial Attached SCSI разрабатывался в усовершенствования достаточно старого интерфейса подключения жестких дисков Small Computers System Interface. Несмотря на то, что Serial Attached SCSI использует основные достоинства своего предшественника, тем не менее, у него есть немало преимуществ. Среди них стоит отметить следующие:

• Использование общей шины всеми устройствами.
• Последовательный протокол передачи данных, используемый SAS, позволяет задействовать меньшее количество сигнальных линий.
• Отсутствует необходимость в терминации шины.
• Практически неограниченное число подключаемых устройств.
• Более высокая пропускная способность (до 12 Гбит/c). В будущих реализациях протокола SAS предполагается поддерживать скорость обмена данными до 24 Гбит/c.
• Возможность подключения к контроллеру SAS накопителей с интерфейсом Serial ATA.

Как правило, системы Serial Attached SCSI строятся на основе нескольких компонентов. В число основных компонентов входят:

• Целевые устройства. В эту категорию включают собственно накопители или дисковые массивы.
• Инициаторы – микросхемы, предназначенные для генерации запросов к целевым устройствам.
• Система доставки данных – кабели, соединяющие целевые устройства и инициаторы

Разъемы Serial Attached SCSI могут иметь различную форму и размер, в зависимости от типа (внешний или внутренний) и от версий SAS. Ниже представлены внутренний разъем SFF-8482 и внешний разъем SFF-8644, разработанный для SAS-3:

Слева - внутренний разъём SAS SFF-8482; Справа - внешний разъём SAS SFF-8644 с кабелем.

Несколько примеров внешнего вида шнуров и переходников SAS: шнур HD-Mini SAS и шнур-переходник SAS-Serial ATA.

Слева - шнур HD Mini SAS; Справа - переходной шнур с SAS на Serial ATA

Firewire - IEEE 1394

Сегодня достаточно часто можно встретить жесткие диски с интерфейсом Firewire. Хотя через интерфейс Firewire к компьютеру можно подключить любые типы периферийных устройств, и его нельзя назвать специализированным интерфейсом, предназначенным для подключения исключительно жестких дисков, тем не менее, Firewire имеет ряд особенностей, которые делают его чрезвычайно удобным для этой цели.

FireWire - IEEE 1394 - вид на ноутбуке

Интерфейс Firewire был разработан в середине 1990-х гг. Начало разработке положила небезызвестная фирма Apple, нуждавшаяся в собственной, отличной от USB, шине для подключения периферийного оборудования, прежде всего мультимедийного. Спецификация, описывающая работу шины Firewire, получила название IEEE 1394.

На сегодняшний день Firewire представляет собой один из наиболее часто используемых форматов высокоскоростной последовательной внешней шины. К основным особенностям стандарта можно отнести:

• Возможность горячего подключения устройств.
• Открытая архитектура шины.
• Гибкая топология подключения устройств.
• Меняющаяся в широких пределах скорость передачи данных – от 100 до 3200 Мбит/c.
• Возможность передачи данных между устройствами без участия компьютера.
• Возможность организации локальных сетей при помощи шины.
• Передача питания по шине.
• Большое количество подключаемых устройств (до 63).

Для подключения винчестеров (обычно посредством внешних корпусов для жестких дисков) через шину Firewire, как правило, используется специальный стандарт SBP-2, использующий набор команд протокола Small Computers System Interface. Существует возможность подключения устройств Firewire к обычному разъему USB, но для этого требуется специальный переходник.

IDE - Integrated Drive Electronics

Аббревиатура IDE, несомненно, известна большинству пользователей персональных компьютеров. Стандарт интерфейса для подключения жестких дисков IDE был разработан известной фирмой, производящей жесткие диски – Western Digital. Преимуществом IDE по сравнению с другими существовавшими в то время интерфейсами, в частности, интерфейсом Small Computers System Interface, а также стандартом ST-506, было отсутствие необходимости устанавливать контроллер жесткого диска на материнскую плату. Стандарт IDE подразумевал установку контроллера привода на корпус самого накопителя, а на материнской плате оставался лишь хост-адаптер интерфейса для подключения приводов IDE.

Интерфейс IDE на материнской плате

Данное нововведение позволило улучшить параметры работы накопителя IDE благодаря тому, что сократилось расстояние между контроллером и самим накопителем. Кроме того, установка контроллера IDE внутрь корпуса жесткого диска позволила несколько упростить как материнские платы, так и производство самих винчестеров, поскольку технология давала свободу производителям в плане оптимальной организации логики работы накопителя.

Новая технология первоначально получила название Integrated Drive Electronics (Встроенная в накопитель электроника). Впоследствии был разработан описывающий ее стандарт, названный ATA. Это название происходит от последней части названия семейства компьютеров PC/AT посредством добавления слова Attachment.

Для подключения жесткого диска или другого устройства, например, накопителя для оптических дисков, поддерживающего технологию Integrated Drive Electronics, к материнской плате, используется специальный кабель IDE. Поскольку ATA относится к параллельным интерфейсам (поэтому его также называют Parallel ATA или PATA), то есть, интерфейсам, предусматривающим одновременную передачу данных по нескольким линиям, то его кабель данных имеет большое количество проводников (обычно 40, а в последних версиях протокола имелась возможность использовать 80-жильный кабель). Обычный кабель данных для данного стандарта имеет плоский и широкий вид, но встречаются и кабели круглого сечения. Кабель питания для накопителей Parallel ATA имеет 4-контактный разъем и подсоединен к блоку питания компьютера.

Ниже приведены примеры кабеля IDE и круглого шнура данных PATA:

Внешний вид интерфейсного кабеля: cлева - плоский, справа в круглой оплетке - PATA или IDE.

Благодаря сравнительной дешевизне накопителей Parallel ATA, простоте реализации интерфейса на материнской плате, а также простоте установки и конфигурации устройств PATA для пользователя, накопители типа Integrated Drive Electronics на длительное время вытеснили с рынка винчестеров для персональных компьютеров бюджетного уровня устройства других типов интерфейса.

Однако стандарт PATA имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ограничение по длине, которую может иметь кабель данных Parallel ATA – не более 0,5 м. Кроме того, параллельная организация интерфейса накладывает ряд ограничений на максимальную скорость передачи данных. Не поддерживает стандарт PATA и многие расширенные возможности, которые имеются у других типов интерфейсов, например, горячее подключение устройств.

SATA - Serial ATA

Вид интерфейса SATA на материнской плате

Интерфейс SATA (Serial ATA), как можно догадаться из названия, является усовершенствованием ATA. Заключается это усовершенствование, прежде всего, в переделке традиционного параллельного ATA (Parallel ATA) в последовательный интерфейс. Однако этим отличия стандарта Serial ATA от традиционного не ограничиваются. Помимо изменения типа передачи данных с параллельного на последовательный, изменились также разъемы для передачи данных и электропитания.

Ниже приведен шнур данных SATA:

Шнур передачи данных для SATA интерфейса

Это позволило использовать шнур значительно большей длины и увеличить скорость передачи данных. Однако минусом стало то обстоятельство, что устройства PATA, которые до появления SATA присутствовали на рынке в огромных количествах, стало невозможно напрямую подключить в новые разъемы. Правда, большинство новых материнских плат все же имеют старые разъемы и поддерживают подключение старых устройств. Однако обратная операция – подключение накопителя нового типа к старой материнской плате обычно вызывает куда больше проблем. Для этой операции пользователю обычно требуется переходник Serial ATA to PATA. Переходник для кабеля питания обычно имеет сравнительно простую конструкцию.

Переходник питания Serial ATA to PATA:

Слева общий вид кабеля; Cправа укрупнено внешний вид коннекторов PATA и Serial ATA

Сложнее, однако, дело обстоит с таким устройством, как переходник для подключения устройства последовательного интерфейса в разъем для параллельного интерфейса. Обычно переходник такого типа выполнен в виде небольшой микросхемы.

Внешний вид универсального двунаправленного переходника между интерфейсами SATA - IDE

В настоящее время интерфейс Serial ATA практически вытеснил Parallel ATA, и накопители PATA можно встретить теперь в основном лишь в достаточно старых компьютерах. Еще одной особенностью нового стандарта, обеспечившей его широкую популярность, стала поддержка .

Вид переходника с IDE на SATA

О технологии NCQ можно рассказать чуть подробнее. Основное преимущество NCQ состоит в том, что она позволяет использовать идеи, которые давно были реализованы в протоколе SCSI. В частности, NCQ поддерживает систему упорядочивания операций чтения/записи, поступающих к нескольким накопителям, установленным в системе. Таким образом, NCQ способна значительно повысить производительность работы накопителей, в особенности массивов жестких дисков.

Вид переходника с SATA на IDE

Для использования NCQ необходима поддержка технологии со стороны жесткого диска, а также хост-адаптера материнской платы. Практически все адаптеры, поддерживающие AHCI, поддерживают и NCQ. Кроме того, NCQ поддерживают и некоторые старые проприетарные адаптеры. Также для работы NCQ требуется ее поддержка со стороны операционной системы.

eSATA - External SATA

Отдельно стоит упомянуть о казавшемся многообещающим в свое время, но так и не получившем широкого распространения формате eSATA (External SATA). Как можно догадаться из названия, eSATA представляет собой разновидность Serial ATA, предназначенную для подключения исключительно внешних накопителей. Стандарт eSATA предлагает для внешних устройств большую часть возможностей стандартного, т.е. внутреннего Serial ATA, в частности, одинаковую систему сигналов и команд и столь же высокую скорость.

Разъем eSATA на ноутбуке

Тем не менее, у eSATA есть и некоторые отличия от породившего его стандарта внутренней шины. В частности, eSATA поддерживает более длинный кабель данных (до 2 м), а также имеет более высокие требования к питанию накопителей. Кроме того, разъемы eSATA несколько отличаются от стандартных разъемов Serial ATA.

По сравнению с другими внешними шинами, такими, как USB и Firewire, eSATA, однако, имеет один существенный недостаток. Если эти шины позволяют осуществлять электропитание устройства через сам кабель шины, то накопитель eSATA требует специальные разъемы для питания. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, eSATA в настоящее время не пользуется большой популярностью в качестве интерфейса для подключения внешних накопителей.

Заключение

Информация, хранящаяся на жестком диске, не может стать полезной для пользователя и доступной для прикладных программ до тех пор, пока к ней не получит доступ центральный процессор компьютера. Интерфейсы жестких дисков представляют собой средство для связи между этими накопителями и материнской платой. На сегодняшний день существует немало различных типов интерфейсов жестких дисков, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и характерные особенности. Надеемся, что приведенная в данной статье информация во многом окажется полезной для читателя, ведь выбор современного жесткого диска во многом определяются не только его внутренними характеристиками, такими, как емкость, объем кэш-памяти, скорость доступа и вращения, но и тем интерфейсом, для которого он был разработан.

Интерфейс SAS.

Интерфейс SAS или Serial Attached SCSI обеспечивает подключение по физическому интерфейсу, аналогичному SATA , устройств, управляемых набором команд SCSI . Обладая обратной совместимостью с SATA , он даёт возможность подключать по этому интерфейсу любые устройства, управляемые набором команд SCSI - не только жёсткие диски, но и сканеры, принтеры и др. По сравнению с SATA, SAS обеспечивает более развитую топологию, позволяя осуществлять параллельное подключение одного устройства по двум или более каналам. Также поддерживаются расширители шины, позволяющие подключить несколько SAS устройств к одному порту.

Протокол SAS разработан и поддерживается комитетом T10. SAS был разработан для обмена данными с такими устройствами, как жёсткие диски, накопители на оптических дисках и им подобные. SAS использует последовательный интерфейс для работы с непосредственно подключаемыми накопителями, совместим с интерфейсом SATA. Хотя SAS использует последовательный интерфейс в отличие от параллельного интерфейса, используемого традиционным SCSI, для управления SAS-устройствами по-прежнему используются команды SCSI. Команды (рис. 1), посылаемые в устройство SCSI представляют собой последовательность байт определенной структуры (блоки дескрипторов команд).

Рис. 1.

Некоторые команды сопровождаются дополнительно "блоком параметров", который следует за блоком дескриптора команды, но передается уже как "данные".

Типичная система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонентов:

1) Инициаторы. Инициатор - это устройство, которое порождает запросы на обслуживание для целевых устройств и получает подтверждения по мере исполнения запросов.

2) Целевые устройства . Целевое устройство содержит логические блоки и целевые порты, которые осуществляют приём запросов на обслуживание, исполняет их; после того, как закончена обработка запроса, инициатору запроса отсылается подтверждение выполнения запроса. Целевое устройство может быть как отдельным жёстким диском, так и целым дисковым массивом.

3) Подсистема доставки данных . Является частью системы ввода-вывода, которая осуществляет передачу данных между инициаторами и целевыми устройствами. Обычно подсистема доставки данных состоит из кабелей, которые соединяют инициатор и целевое устройство. Дополнительно, кроме кабелей в состав подсистемы доставки данных могут входить расширители SAS.

3.1) Расширители. Расширители SAS - устройства, входящие в состав подсистемы доставки данных и позволяют облегчить передачи данных между устройствами SAS, например, позволяет соединить несколько целевых устройств SAS к одному порту инициатора. Подключение через расширитель является абсолютно прозрачным для целевых устройств.

SAS поддерживает подключение устройств с интерфейсом SATA. SAS использует последовательный протокол передачи данных между несколькими устройствами, и, таким образом, использует меньшее количество сигнальных линий. SAS использует команды SCSI для управления и обмена данными с целевыми устройствами. Интерфейс SAS использует соединения точка-точка - каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом. В отличии от SCSI, SAS не нуждается в терминации шины пользователем. Интерфейс SCSI использует общую шину - все устройства подключены к одной шине, и с контроллером одновременно может работать только одно устройство. В SCSI скорость передачи информации по разным линиям, составляющим параллельный интерфейс, может отличаться. Интерфейс SAS лишён этого недостатка. SAS поддерживает очень большое количество устройств, в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине. SAS поддерживает высокие скорости передачи данных (1,5, 3,0 или 6,0 Гбит/с). Такая скорость может быть достигнута при передаче информации на каждом соединении, в то время как на шине SCSI пропускная способность шины разделена между всеми подключёнными к ней устройствами.

SATA использует набор команд ATA и поддерживает жёсткие диски и накопители на оптических дисках, в то время как SAS поддерживает более широкий набор устройств, в том числе жёсткие диски, сканеры и принтеры. SATA-устройства идентифицируются номером порта контроллера интерфейса SATA, в то время как устройства SAS идентифицируются их WWN идентификаторами (World Wide Name). Устройства SATA (версии 1) не поддерживали очередей команд, в то время как устройства SAS поддерживают теггированные очереди команд. Устройства SATA с версии 2 поддерживают Native Command Queuing (NCQ).

Аппаратура SAS поддерживает связь с целевыми устройствами по нескольким независимым линиям , что повышает отказоустойчивость системы (интерфейс SATA такой возможности не имеет). В то же время, интерфейс SATA версии 2 использует дубликаторы портов для достижения аналогичной возможности.

SATA преимущественно используется в некритических приложениях, например в домашних компьютерах. Интерфейс SAS, благодаря своей надёжности, может быть использован в критически важных серверах. Выявление ошибок и обработка ошибочных ситуаций определено в SAS гораздо лучше чем в SATA. SAS считают надмножеством SATA, и не конкурирует с ним.

Разъёмы SAS гораздо меньше разъёмов традиционного параллельного интерфейса SCSI, что позволяет использовать разъёмы SAS для подключения компактных накопителей типоразмером 2,5 дюйма. SAS поддерживает передачу информации со скоростью от 3 Гбит/с до 10 Гбит/с. Существует несколько вариантов разъёмов SAS:

SFF 8482 - вариант, совместимый с разъёмом интерфейса SATA;

SFF 8484 - внутренний разъём с плотной упаковкой контактов; позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8470 - разъём с плотной упаковкой контактов для подключения внешних устройств; позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8087 - уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внутренних устройств; поддерживает скорость 10 Гбит/с;

SFF 8088 - уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внешних устройств; поддерживает скорость 10 Гбит/с.

Разъём SFF 8482 позволяет подключать устройства SATA к контроллерам SAS, что избавляет от необходимости устанавливать дополнительный контроллер SATA только потому, что необходимо, к примеру, подключить устройство для записи дисков DVD. Наоборот, устройства SAS не могут подключаться к интерфейсу SATA, и на них устанавливается разъём, предотвращающий их подключение к интерфейсу SATA.