ЕSata – плюсы и минусы
Технология SATA имеет и внешний «отпрыск» – external SATA. Его прямыми конкурентами на сегодняшний день являются внешние накопители данных, подключаемых к ПК посредством USB и FireWire (IEEE 1394) интерфейсов. Со своей стороны eSATA обеспечивает полную скорость SATA-интерфейса как такового, максимальная длина соединительного кабеля не превышает двух метров (интерфейсы USB и FireWire допускают более длинный кабель), минимальное и максимальное напряжение при передаче данных увеличено до 500-600 мВ (с 400-600 мВ), минимальное и максимальное напряжение при приеме данных уменьшено до 240-600 мВ (с 325-600 мВ).
Основным преимуществом eSATA являются более высокая скорость и меньшая латентность. Кроме того, eSATA полностью поддерживает такие функции, как NCQ, Port Multiplier, Hot Plug и т.п. Еще одним козырем в рукаве нового стандарта является поддержка внешних RAID-массивов. eSATA пригоден для легкого наращивания дисковой емкости и в серверных системах, поскольку легко может быть подключен к SATA II и SAS-контроллерам. Впрочем, такой вид наращивания объема дисковой подсистемы вряд ли получит распространение в серверном сегменте.
Старички USB и FireWire уступают новинке в основном по скорости передачи данных. Так, например, более скоростной FireWire ограничен пропускной способностью в 400 Мбит/с (50 Мбайт/с), что более чем в два раза медленнее eSATA. Таким образом, подключение емких высокоскоростных внешних накопителей данных, не говоря уже о RAID-массивах, в данном случае не совсем целесообразно. Нельзя сбрасывать со счетов и вынужденную переконвертацию ParallelATA-потока данных в понятный для USB/IEEE1394 формат. Это снижает латентность и обуславливает полную неработоспособность технологий NCQ, Port Multiplier, Hot Plug и т.п.
Тем не менее, у USB и FireWire есть свои преимущества. В первую очередь это широкая распространенность этих интерфейсов. У eSATA на данный момент с этим проблемы. Только в 2007-ом году и только некоторые материнские платы стали оснащать встроенным eSATA-контроллером. Наиболее перспективным на наш взгляд методом подключения eSATA-устройств является пассивный преобразователь SATA-eSATA. Но простота и дешевизна такого решения имеет и обратную сторону – длина кабеля сократится до 1 м.
Разумеется, на рынке существуют периферийные платы с гнездами eSATA различных форматов – от PCI/PCI-EX 1х для настольных ПК до PCMCIA для ноутбуков. Недостаток здесь очевиден – необходимость приобретения такого адаптера.
На сегодняшний момент в продаже есть жесткие диски SATA-1 и SATA-2. У первого передача данных достигает 150 Мб/сек, у второго 300 Мб\сек. на некоторых дисках есть переключатели из режима SATA-2 в режим SATA-1, это когда ваша материнская плата не может работать с дисками данного интерфейса. Стоит заметить, что 150 и 300 Мб/сек – это пропускная способность интерфейса, скорость чтения/записи с пластин редко превышает 80 Мб/сек.
Интерфейс SCSI
Интерфейс SCSI (Small ComputerSystem Interface) – в народе именуемый «скази» (или ласково - «сказик» :)) появился достаточно давно и изначально был нацелен на рынок серверных платформ и решений требующих множества одновременных запросов (web-сервер) и высокой линейной скорости чтения/записи (системы линейного видеомонтажа). Диски с интерфейсом SCSI также внешне похожи на IDE-собратьев, но интерфейс их подключения, а так же механика отличаются довольно ощутимо. Во-первых SCSI – это шина, а не канал, как IDE и SATA и на одной шине SCSI может располагаться до пятнадцати устройств. Принцип подключения и конфигурации SCSI весьма специфичен и сложен, мы не будем углубляться настолько, это разговор для отдельной статьи.
Шлейф для подключения SCSI дисков очень длинный и может достигать 12 метров (!). Поскольку шина SCSI может применяться не только для передачи данных между дисковым накопителем и компьютером, но и для передачи данных между различными устройствами, такими как сканеры, принтеры, а также оптические приводы с интерфейсом SCSI, для этого также существует свой интерфейс, который сильно отличается от дискового и смахивает на LPT.
Скорость передачи данных по современной шине SCSI сейчас колеблется от 160 Мб/сек до 320 Мб/сек, и уже существует шина 640 Мб/сек! Но сегодня SCSI диски и контроллеры остаются дорогими и применяются только в Hi-end системах или серверах.
Ну а SAS – это новое поколение и развитие SCSI интерфейса, на ровне с оптоволоконным интерфейсом Fibre Channel, SAS обладает более высокой производительностью и масштабируемостью.
О накопителях SAS (Serial Attached SCSI) говорить не будем, потому как этот тип накопителей предназначен для использования в серверах среднего и высокого уровня, по причине своей дороговизны простому пользователю он недоступен. Стоит отметить что эти накопители работают на скорости 15 000 rpm и требуют принудительного охлаждения.
Жесткий диск изнутри
Как же все-таки устроен жесткий диск изнутри? Неразобранный винт видели все, давайте ткрутим восемь винтов и сниму крышку гермокамеры.
Схема устройства жесткого диска
Гермокамерой ее стали называть, потому что внутри нее царит строгая чистота и сбалансированное давление. Все контрольно-технологические отверстия наглухо заклеены прочной пленкой, а электроника общается с БМГ через специальное резиновое уплотнение. Когда мы заглянули во внутрь, то обнаружили пластину с магнитным покрытием, в нашем случае она одна, но пластин может быть и несколько. Пластина имеет толщину примерно 2.5 мм, выполнена из алюминия и имеет зеркальную поверхность, которая очень легко поддаётся повреждениям (например, прикосновением отвертки). Покрытие наносится на пластины с двух сторон путем сложного электролиза и напыления.
Перевернём диск, и посмотрим на плату управляющей электроники. На данной плате находится контроллер, разъемы подключения шлейфа, питания и джамперов. Плата прикручивается четырьмя винтами и соединяется с роторным двигателем посредством шлейфа через зажим, а под ней самой лежит специальная прокладка сделанная из антистатического материала, которая предотвращает влияние магнитного поля на электронику.
Пластины крепятся на двигатель через систему втулок четырьмя винтами. Двигатель крепится к корпусу тремя винтами и соединяется шлейфом с внешней электроникой.
БМГ (блок магнитных головок) представляет собой систему, которая напоминает головку динамика, в народе БМГ называют солиоидной катушкой или звуковой катушкой, она то и издает трескающий звук при поиске информации на винте, при этом сильно греется железный магнит, в который она вставляется, этот магнит крепится двумя длинными винтами к корпусу (корпус винта выполнен из силумина). Головка садится на втулку и крепится стопорным кольцом, она сдвоенная, и несущий корпус головки тоже, в зависимости от количества магнитных дисков, будет зависеть и количество магнитных головок, также стоит отметить, что головки это самая дорогая часть гермокамеры и когда одна сторона пластины бракуется, то и головка на нее не ставится, это справедливо и для тонких дисков, которые в силу своей специфики должны быть как можно плоскими.
(БМГ)
Зазор между головкой и пластиной составляет примерно 90 нанометров (фото ниже) и, пока двигатель не раскрутится, головка не выходит из парковочной зоны (парковочная зона у настольных винтов - у центра, как на первом фото, а у ноутбуков - за пластинами, и когда ноутбук падает с высоты во время работы, головки за несколько миллисекунд переносятся в эту зону). После выхода из парковочной зоны, головки начинают парить над поверхностью пластин под действием воздушного потока, и не дай Бог попасть под головку пылинке, сразу получите царапину!
Конечно совсем без «мусора» в гермокамере нельзя :-) ведь износ деталей (хоть они и высококачественные) всё равно происходит. Для борьбы с этим мусором в каждом винтике установлен специальный пыльник, на него и оседает вся технологическая пыль.
Ходит очень много споров на тему, в каком положении должен работать винт. Специалисты ведущих фирм утверждают, что все тесты и расчеты при проектировке производят в классическом положении (электроника снизу), поэтому и нагрузка на подшипники диска и осыпание мусора и втулки БМГ будут изнашиваться быстрей в других положениях.
Альтернатива
Недостатки, присущие HDD очевидны: это не совсем надежная механика, это низкая устойчивость к механическим нагрузкам, это также чувствительность к электромагнитным полям, низким и высоким температурам. Последнее поколение HDD с перпендикулярным методом записи тоже имеют свой логический рубеж, вызванный так называемым эффектом супермагнетизма – когда дальнейшее увеличение плотности записи невозможно физически (хотя в последнее время идут разработки в направлении термомагнитной записи HAMR и самоорганизующихся магнитных решеток SOMA которые позволят очень сильно увеличить плотность записи, например SOMA до 50-ти терабит на квадратный дюйм, а HAMR до 5-ти терабит на квадратный дюйм).
Инженеры давно начали думать над тем, каким образом избавиться от этих неприятностей, и обратили свой взор на разработки накопителей, в основе которых лежит SDRAM память. Вспомнить хотя бы Gigabyte i-RAM. Но этот тип накопителей так и не прижился, по той причине, что ему требовалась постоянная подпитка энергией, а это не есть хорошо, хотя со стороны скоростных характеристик он намного быстрей HDD. Другим камнем преткновения стали малый объем и высокая цена памяти накопителя.
Но совсем недавно инженерам компании Samsung был найден выход из этой ситуации. Все-таки удалось найти достойную замену старому-доброму HDD, и самое интересное, что этот тип накопителя в данный момент находится не в проекте, а в продаже! Встречайте – Flash SSD (Solid State Disk) твердотельный диск основанный на Flash-памяти, собственной персоной!
В чем же все-таки преимущество этих накопителей перед обычными жесткими дисками и в чем их недостаток, мы постараемся проанализировать.
Внешне данный накопитель смахивает на PCMCIA карту. Он так же построен на модулях памяти (данная модель имеет 16 модулей по 4 Гб), только не SDRAM, а память типа NAND-Flash . У этого типа памяти есть и преимущества и недостатки. К преимуществам стоит отнести низкое потребление энергии, хорошую ударопрочность, высокую скорость работы, такая память энергонезависима.
Но у нее есть и недостатки. Конечно, если сравнивать с SDRAM эта память дешевая, но если пересчитать стоимость одного гигабайта на HDD и SSD диске, то выигрыш будет на стороне HDD. Однако поскольку в IT мире все имеет тенденцию с течением времени дешеветь, перспектива носителей очевидна. Второй недостаток тоже весомый – количество циклов перезаписи одного сектора у Flash памяти ограничен: он составляет примерно 10 000 циклов, на новых модулях 100 000, израсходовав свой запас такой сектор превращается в аналог бэда на HDD. Хотя контроллер таких винтов и распределяет данные таким образом, чтобы нагружать ячейки минимально, всерьёз говорить о применении данного типа хранителей на специфических рабочих станциях и серверах не актуально. Например, принт-сервер крупной компании может за один год исчерпать весь ресурс такого винчестера.
Ну, довольно о грустном, давайте рассмотрим данный накопитель поближе. Рассматривать мы будем Flash SSD диск Samsung объемом 64 Гб (существуют модели вплоть до 128 Гб).
Прежде всего, хочется заметить, что первые партии SSD имеют форм-фактор 2.5& и конечно же нацелены на использование в ноутбуках. Для мобильных устройств это просто находка. Посудите сами: энергопотребление в пассивном режиме (это когда нет обращения к данным на диске) всего 0.03 Вт, а в режиме обращения к диску 0.9 Вт. По сравнению с HDD такого же форм фактора, это просто технологический прорыв! Энергопотребление HDD составляет 0.6 Вт и 2.4 Вт соответственно.
Дальше – больше: вес такого устройства едва ли дотягивает до 100 Гр. Температурный режим колеблется в диапазоне от -25°С до +85°С, тогда как у жестких собратьев эти диапазоны куда скромнее – от 0 до 50 градусов соответственно.
Также весьма ощутимо расширенны диапазоны ударных нагрузок накопителя во время работы – до 1000 G по сравнению с HDD 500 G в нерабочем состоянии! (и это учитывая то, что сравнение производится с HDD специально предназначенного для мобильных систем, в десктопных моделях эти параметры куда меньше).
Данная модель SSD имеет интерфейс IDE, но уже сейчас можно найти девайсы, в которых применен контроллер SATA. При подключении SSD накопителя к системе он определяется как стандартный накопитель. Время доступа к сектору у такого диска составляет всего 0.2 мс! Такого не снилось даже SCSI/SAS дискам с их 15 000 тысячами оборотов (у флэш-дисков показатели ниже 0.5 мс не опускаются), в SSD термин ожидание оборота вообще отсутствует как класс. Скорость чтения/записи тоже приятно удивляет. Это при том, что в SSD накопителе считывание и запись производятся с одинаковой скоростью в начале адресного пространства и в его конце (напомню, что HDD на внутренних дорожках чтение/запись производит медленнее).
Судя тестам, скорость чтения SSD накопителей составила более 50 Мб/сек. Это при том, что скорость была ограничена интерфейсом ATA-66 загруженным под завязку. Следует ожидать, что модели с интерфейсом SATA покажут более достойные результаты. Запись происходила на скорости 30 Мб/сек, что не является рекордом (у среднестатистического HDD 2.5& она 25-30 Мб\сек). Время загрузки ОС показали результат почти вдвое превышающий скорость HDD 7200 rpm.
Перспективы SSD очевидны. С недавним выходом ОС Vista в которой активно используется система под названием ReadyBoost/Superfetch, суть которой сводится к расширению системной памяти посредством использования внешних Flash накопителей, будет только подстёгивать желающих приобрести флэш-накопитель для своего настольного компьютера. Конечно, малый объем накопителей и высокая цена отпугивает потенциального покупателя, но это - дело времени