Испытание жесткого диска Maxtor D740X и интерфейса ATA-133

Введение

В последние три года интерфейсы жестких прогрессировали от стандарта ATA-33 к ATA-66 и, теперь, к ATA-100. Когда был представлен интерфейс ATA-33 (UDMA Mode 2), не имелось сомнения относительно того, что этот интерфейс является большим шагом в увеличении производительности. Однако когда был представлен интерфейс ATA-66, и, тем более, ATA-100, многие подвергли сомнению целесообразность их введения.

Недавно компания Maxtor представила свой первый жесткий диск со скоростью вращения 7200 RPM, оснащенный новым интерфейсом ATA-133.

В этой статье мы сделаем попытку выяснить, какой прирост производительности могут ожидать пользователи при использовании самого последнего поколения IDE устройств, оснащенных новым ATA-133 интерфейсом. Может ли ATA-133 фактически увеличить производительность или существуют другие критические параметры, которые необходимо устранить в первую очередь?

Для получения ответа на поставленные вопросы мы сравним работу последнего IDE HDD Maxtor с предыдущим поколением жестких дисков этой же компании.

Немного теории

Стандарт ATA существует в неизменной форме уже несколько лет, начиная с введения чипсета Intel 440LX/BX, который был оснащен поддержкой интерфейса ATA-33 (UDMA Mode 2). С тех пор все последующие стандарты ATA просто увеличивали скорость, на которой данные передаются между буфером жесткого диска и контроллером на плате. Перемещение к ATA-66 (UDMA Mode 4), который получил активное распространение с выходом чипсетов Intel 810 и 820 в конце 1998 года. Способный к передаче данных на скорости до 66MB/s, ATA-66 удвоил пропускную способность шины данных, предлагаемую ATA-33. Неудивительно, что следующим эволюционным шагом стал интерфейс ATA-100 (UDMA Mode 5), который был представлен чуть более года назад. Он позволил увеличить пропускную способность до 100MB/s. И вот теперь новый интерфейс ATA-133 (UDMA Mode 6) должен увеличить скорость передачи до 133MB/s.

Каждая из вышеупомянутых спецификаций ATA была основана на параллельной архитектуре шины. Напомним, что пропускная способность шины зависит от двух факторов: ширины и скорости. К сожалению, с точки зрения электрических характеристик очень сложно спроектировать шину, которая имела бы очень большую ширину и высокую скорость. Так, обычно ширина жертвуется в пользу скорости или наоборот. В параллельной архитектуре шины ширина увеличена за счет скорости. Большие пакеты данных посылаются одновременно, но на более низкой скорости. Последовательная архитектура шины имеет большую скорость при уменьшении ширины. В этом случае пакеты данных посылаются по частям, но на более высокой скорости. Обе архитектуры имеют свои преимущества и недостатки и нельзя однозначно считать какую-либо архитектуру лучшей.

В последнее время основные производители чипсетов и жестких дисков обсуждают возможность применения последовательной ATA шины вместо текущей параллельной шины. Некоторые считают параллельную архитектуру ограниченной, и стремятся продвигать более высокоскоростную последовательную архитектуру, обращая внимание на такие преимущества этой архитектуры, как меньшее количество проводников, большую длину кабеля и поддержку большего числа устройств. Противники же утверждают, что производительность современных жестких дисков ограничена не интерфейсом, и кардинальное изменение стандарта ATA пока не требуется.

Год или два тому назад было предсказано, что к настоящему времени последовательный ATA интерфейс заменит текущий параллельный ATA интерфейс, и что ATA-100 будет вероятно последним параллельным ATA стандартом. Однако пока мы видим, что дело с последовательным интерфейсом обстоят не так хорошо, как предполагалось. Даже самые активные сторонники последовательного ATA, компании Maxtor, Seagate и Intel, пока молчат относительно кардинальных изменений ATA стандарта. В любом случае, учитывая ограничения шины PCI (об этом мы поговорим ниже), вполне логично, что ATA-133 станет последним эволюционным шагом перед резким революционным изменением.

Основная причина ограниченного развития индустрии жестких дисков заключается в том, что одна составляющая технологии прогрессировала быстрее, чем другая. Шина и интерфейс развивались значительно быстрее, чем сами диски. В результате, сегодня ни один современный IDE жесткий диск не может преодолеть барьер 40-45MB/s. Это говорит о том, что современные жесткие диски только недавно смогли полностью воспользоваться потенциалом ATA-33, не говоря уже о потенциале ATA-100 или ATA-133.

Новый Maxtor DiamondMax Plus D740X. Новый диск поддерживает интерфейс ATA-133.

Тогда, если мы не можем передавать данные со скоростью 50MB/s, зачем беспокоиться относительно ATA-133? Жесткие диски имеют возможность передавать короткие объемы данных на очень высокой скорости. Современные IDE устройства оснащаются DRAM буфером объемом 2 MB и системой предсказания. Эта система не такая мощная, как в процессорах Pentium 4 или Athlon XP, однако она позволяет контроллеру диска считывать и помещать в буфер данные, расположенные близко к данным текущего запроса. В случае совпадения эти данные будут посланы из буфера на значительно более высокой скорости.

Загрузка шины PCI

Другой проблемой, о которой необходимо помнить, является ограничение пропускной способности PCI шины - 133MB/s. Со старыми ATA-66, или даже ATA-100 устройствами, эта проблема не возникала, потому что вероятность того, что пользователь сможет полностью загрузить шину и создать "пробку" была очень низка.

С появлением спецификации ATA-133 вероятность заполнения значительно увеличилась, т.к. вполне реальна ситуация, когда жесткий диск сможет передать данные со скоростью 133MB/s, что полностью заполнило бы шину. Если к этому прибавить передачу данных звуковой, сетевой карт и модема, то возникает очень серьезный недостаток пропускной способности шины PCI.

Что все это означает? То, что, в некоторых ситуациях мы не можем воспользоваться полным потенциалом ATA-133 диска. Например, предположите, что мы запустили проигрывание MP3, и перемещаем некоторые файлы через сеть. Обе задачи требуют большой пропускной способности, что вызовет естественное сокращение пропускной способности диска. Естественно, эти ограничения не повлияют на работу пользователя Word или Internet Explorer, однако это явно показывает, что мы приближаемся к пределу текущего интерфейса ATA и шины PCI.

По этой причине в ближайшие годы мы станем свидетелями прихода на рынок настольных компьютеров таких новых технологий, как 3GIO, PCI-X, HyperTransport и 64-bit/66MHz PCI. В будущем эти технологии, объединенные, возможно, с последовательным, стандартом ATA, обеспечат увеличенную пропускную способность, и учтут возрастающие скорости жестких дисков, сетевых контроллеров, и высококачественного аудио и видео.

Maxtor DiamondMax Plus D740X

Как уже было упомянуто выше, в этой статье мы рассмотрим самый последний высокопроизводительный жесткий диск Maxtor D740X. D740X является первым 7200 RPM устройством, выпущенным Maxtor после приобретения компании Quantum, и, по крайней мере, внешне, он более похож на предыдущие диски Quantum, чем Maxtor.

DiamondMax Plus D740X (справа), старый DiamondMax Plus 60 (слева). Обратите внимание на главные отличия в дизайне, такие, как расположение привода головок, и радикально измененное размещение PCB.

Диск оснащен одной или двумя пластинами емкостью 40 GB каждая (от одной до четырех головок) для получения максимального объема до 80 GB. Ограниченное количество пластин позволяет уменьшить шум, выделение тепла, потребляемую мощность, а так же цену. В настоящее время диски оснащаются обычными шаровыми опорами, хотя Maxtor собирается выпускать диски с более тихой жидкостной опорой.

В настоящее время розничная версия этого жесткого диска поставляется с внешним ATA-133 контроллером, основанным на новом чипе Promise PDC20269. Так же Maxtor говорит о том, что, начиная с ноября этот контроллер, возможно, будет приобрести отдельно. OEM диски не оснащаются контроллером.

Среди технических характеристик мы хотим отметить время поиска 8.5ms и емкость буфера 2 MB SDRAM.

В ходе испытаний тестовый диск немного нагрелся. В случае, если Вы не планируете размещать диски в стеке друг над другом дополнительное охлаждение не требуется.

В неактивном состоянии диск оказался практически бесшумным, и мы думаем, что если бы диск был оснащен жидкостными опорами, он был бы самым тихим диском в мире. Во время активного поиска данных, уровень шума немного увеличивается, однако остается на невысоком уровне. В случае, если Вам необходимо максимально снизить уровень шума, мы рекомендуем воспользоваться утилитой Acoustic Management, которая эффективно уменьшает шум, заставляя привод головок двигаться медленнее, однако это негативно сказывается на производительности.

Испытания

Испытания проводились на системной плате, основанной на чипсете Intel 815E с 82801BA ICH2. Intel ICH2, по нашему мнению, является одним из лучших IDE контроллеров, доступных в настоящее время. Именно поэтому он будет использоваться в качестве референсного контроллера.

Диск D740X был протестирован в режиме ATA-133, используя контроллер Maxtor ATA-133, и в режиме ATA-100, используя бортовой контроллер IDE. На некоторых графиках мы отобразили дополнительный экстраполируемый результат. Чтобы определить непосредственное влияние карты контроллера на производительность, мы протестировали жесткий диск DiamondMax Plus 60 в режиме ATA-100, подключенный к бортовому IDE контроллеру и внешнему контроллеру Maxtor. Это позволит нам изучить воздействие платы контроллера на производительность и оценить то, какой уровень производительности можно ожидать от бортового IDE ATA-133 контроллера.

Идеальным способом получить экстраполируемый результат является установить дополнительный контроллер в режим ATA-100 с диском D740X, а не с DM Plus 60. Однако это оказалось невозможным в связи с отсутствием принудительного включения ATA-100. При подключении D740X контроллер автоматически переходит в режим ATA-133.

Тесты IOMeter проводились, используя сценарий, разработанный для моделирования нагрузки рабочей станции:

- 8kb блоки

- Процент Чтение/запись: 85/15

- Процент Случайно/Последовательно: 80/20

- Эмуляция легкой нагрузки: 8 I/O

- Эмуляция тяжелой нагрузки: 96 I/O

- Ramp-Up время было установлено в 60 секунд, и все испытания проводились в течение 10 на неразделенных дисках.

Этот сценарий учитывает главным образом испытание случайного чтения. Эмуляция легкой нагрузки позволяет увидеть поведение диска при работе с общими офисными приложениями, т.к. Internet Explorer или MS Word, в то время как эмуляция тяжелых нагрузок позволяет максимально приблизить нагрузку к реальным условиям работы рабочей станции (загрузка Windows или одновременная загрузка множества программ).

Все WinBench99 тесты, а так же испытание пиковой скорости обмена HDTach выполнились под NTFS. Испытания SYSMark2000 проводились под Windows 98, используя FAT32. Разрешение было установлено в 1024x768x16, 85Hz.

Пиковая скорость передачи

Базируясь на результатах DiamondMax Plus 60, карта контроллера фактически уменьшила пиковую скорость примерно на 3%. Экстраполируя этот результат на DiamondMax D740X, мы можем предположить, что в случае использования бортового ATA-133 контроллера пиковая скорость может быть выше на 3%. Обращаем Ваше внимание, что эта экстраполяция является нашим теоретическим предположением, и в реальной ситуации все может работать иначе.

Так же этот график показывает, что D740X вместе с контроллером ATA-133 оказывается на 10 MB/s быстрее, чем с ATA-100 контроллером. Некоторые из Вас могут задать вопрос, почему мы говорим об увеличении на 10 MB/s, и не замечаем того, что с обоими контроллерами жесткий диск не может превзойти барьер 100 MB/s - теоретический барьер стандарта ATA-100. Фактически, нельзя заставить работать устройство в полном потенциале 100 MB/s для ATA-100 шины.

Время доступа

Как Вы можете видеть, ни карта контроллера, ни ATA-133 интерфейс не имеют непосредственного влияния на время доступа. Новый жесткий диск DiamondMax D740X быстрее предыдущей модели примерно на 1ms. С одной стороны, уменьшение времени доступа на 1ms кажется незначительным, однако для современных жестких дисков это означает 7% улучшение времени доступа. Для лучшего понимания необходимо разложить полное время доступа на составляющие. Большая составляющая времени доступа (около 4 ms) зависит от вращательного времени ожидания и не может быть уменьшена без увеличения скорости вращения.

Скорость последовательной передачи

Этот график демонстрирует скорость последовательной передачи в начале и конце области данных. Скорость передачи в начале (большой радиус) области данных выше, чем в конце (внутренний радиус). Это связано с постоянной угловой скоростью. Именно поэтому линейная скорость выше ближе к внешнему краю.

Здесь мы видим, что ни один из тестовых дисков не способен показать скорость передачи выше 42MB/s. При этом D740X значительно превзошел предшественника, примерно на 15%.

IOMeter

В обоих случаях, дополнительный контроллер слегка увеличил производительность DiamondMax Plus 60. Мы можем предположить, что этот эффект так же будет воздействовать на производительность D740X. При любом уровне нагрузки DiamondMax Plus D740X показывает приличное увеличение производительности, примерно на 15%, по сравнению с DiamondMax Plus 60. С другой стороны, ATA-133, имеет незначительное влияние на производительность, которая увеличилась всего на 2% при сравнении с ATA-100.

SYSMark

Испытания SYSMark2000 оказались очень интересными. Во-первых, обратите внимание на то, что все результаты отличаются друг от друга в пределах 2%, так что мы имеем дело с очень незначительными отклонениями.

Во-вторых, используя плату контроллера, мы получили самое большое воздействие на производительность. В случае подключения DiamondMax 60 к внешнему контроллеру, мы получили прирост 1.5% от общего результата. Логично ожидать, что сам внешний контроллер увеличит производительность D740X на те же 1.5%. Отсюда становиться понятно, что использование ATA-133 не имеет никакого фактического влияния на производительность (менее 0.5%). Все это говорит о том, что увеличение производительности в этом тесте зависит в первую очередь из-за лучшего логического решения внешнего контроллера, а не из-за шины ATA-133.

В то время как D740X показывает 10-15% преимущество над своим предшественником во всех предыдущих тестах, здесь мы видим, что в стандартных приложениях все новые решения не оказывают никакого влияния. Имейте в виду, что жесткий диск DiamondMax Plus 60 до сих пор считается достаточно новым, так что мы сравниваем два жестких диска примерно одного уровня.

В приложении А показаны полные результаты каждого из тестов SYSMark2000. Каждый тест проводился три раза, с последующим усреднением результата.

Заключение

Проведенные испытания нового жесткого диска DiamondMax Plus D740X и интерфейса ATA-133, позволяют нам сделать следующий вывод:

Прежде всего, необходимо отдать должное инженерам компании Maxtor, которым удалось разрушить устоявшееся мнение об ограниченности параллельного интерфейса ATA и запустить первый в мире жесткий диск, опережающий предыдущую модель на 5-20%. Частично увеличение производительности связано с улучшением самого жесткого диска. Среди этих улучшений необходимо отметить уменьшение времени поиска.

Кроме этого, увеличение производительности связано с увеличенной пропускной способностью шины ATA. Так, новый интерфейс позволяет увеличить пиковую скорость на 10MB/s.

Несмотря на то, что обычный пользователь, скорее всего, не заметит этой разницы в общих офисных приложениях, где мы видим незначительное усовершенствование в 2%, при использовании тяжелых нагрузок, новый жесткий диск и ATA-133 показывают 15% увеличение производительности.

Приложение А

По вопросам консультаций, а так же приобретения новых жестких дисков Maxtor обращайтесь в компанию Ultra Computers (http://www.ultracomp.ru) по телефонам в Москве: (095) 115-25-13, 115-25-14, 115-25-15. Москва, ул. Коломенская, д. 17, 2-й этаж