RAID IDE - в массы!

Еще совсем недавно обязательными компонентами ПК, подключаемыми к IDE-интерфейсу, были жесткий диск с возможностью подсоединения второго и один дисковод CD. А сейчас доступность перезаписывающих устройств CD-R(W) и распространение DVD, а также несоответствие заслуженной 1,44-Мбайт дискеты сегодняшним объемам информации обусловили желание применять Zip, Jazz, Ls-120, магнитооптику или стримеры. Так что теперь порой бывает нужно подключать к системной плате больше четырех IDE-накопителей.

И неизвестно, как долго эта потребность оставалась бы нереализованной, если бы не поспособствовала ситуация, сложившаяся в компьютерной индустрии. Преследующие Intel относительные неудачи на ниве разработки новых наборов микросхем и медленная работа с памятью аналогичных изделий фирмы VIA поставили разработчиков системных плат перед фактом: набор Intel 440BX до сих пор обеспечивает бо,льшую скорость, чем выпускаемый VIA, и к тому же, в отличие от i810, позволяет подсоединить внешний видеоадаптер. Таким образом, можно считать, что лишь он мог служить основой для систем среднего и высокого уровня. Речь идет о времени появления первых плат с RAID IDE, т. е. до выхода i815. Но поддерживает этот набор только относительно низкоскоростной метод доступа к дисковой памяти UDMA33. Конечно, для дорогих систем можно применить и дополнительный SCSI-интерфейс, но что делать с компьютерами среднего уровня? Здесь и возникла идея установить на системной плате дополнительный контроллер UDMA100. Но не пропадать же встроенному! Так что стало возможным подключить четыре IDE-устройства к основному набору микросхем и еще четыре — к дополнительному контроллеру. Благодаря этому идея создания избыточного массива недорогих дисков (Redundant Array of Inexpensive Disks), которые позднее превратились в Independent—независимые, высказанная еще в 1987 г., приблизилась наконец к своей первоначальной трактовке. Новинка неожиданно понравилась покупателям, и производство плат с RAID IDE поставили на поток.

Спецификация RAID предусматривает довольно большое число уровней (и разновидностей) реализации, различающихся степенью дублирования информации, защиты от ошибок и, следовательно, емкостью одного и того же набора накопителей (табл. 1).

Сегодняшние RAID IDE поддерживают только уровни 0 и 1, т. е. либо объединение двух физических дисков в логический, либо зеркалирование. В случае логического диска и емкость, и скорость передачи данных возрастают вдвое, а при зеркалировании второй диск становится невидимым, но содержит полную копию данных с первого, что повышает надежность хранения. При применении четырех устройств могут сочетаться оба уровня, а для обычных систем большего, собственно, и не нужно.

Рассмотрим четыре системные платы с установленными на них RAID-контроллерами. Хотя три из них выпущены компанией Abit, в плане идей это тестирование все равно довольно интересно, поскольку не было похожих конфигураций. Две тестируемые платы с одинаковыми RAID-контроллерами (одна — на наборе микросхем Intel 440BX, а другая — на базе Intel 815E) предназначены для работы с Pentium II, Pentium III или Celeron, а еще две — с различными RAID-контроллерами (табл. 2), но с одним и тем же набором — с Аthlon либо Duron.

Были взяты только RAID-массивы с уровнем 0, так как именно они наиболее показательны с точки зрения увеличения объема дискового пространства и повышения скорости передачи.

Таблица 3. Скоростные характеристики жестких дисков в различных условиях

Методика тестирования

В основном применялись те же тесты, что и ранее (см. «Мир ПК» № 9/2000, с. 14), лишь тест по определению скорости доступа к произвольным ячейкам памяти был переписан как 32-разрядное приложение. Теперь измерялись скорости как записи, так и чтения данных, и кроме того, расширился их диапазон. Добавлен также тест на запись в видеопамять в режиме LFB и создано несколько тестов специально для дисковой подсистемы.

На скорость передачи данных с диска влияют скорость чтения с поверхности пластин и скорость передачи через интерфейс жесткого диска. Примечательно, что для современных дисков узким местом при работе в DOS оказалась скорость передачи через интерфейс, однако после установки в Windows UDMA-драйверов она существенно возрастает и уже не ограничивает общую скорость поступления данных.

Чтобы оценить скорость чтения информации с поверхности диска, можно использовать команду верификации. При этом внутренний контроллер считывает данные с пластин, проверяет их на целостность, но не передает через интерфейс, поэтому в начале диска измеренные скорости чтения и верификации близки к максимальным. Кроме того, определялась скорость чтения со всей поверхности диска (рис. 1 и 2), а в дополнение к скорости передачи — среднее время поиска по всему диску (т. е. с момента вызова прерывания чтения сектора до того момента, как данные становились доступными). Иными словами, вычислялось время, затраченное на вызов прерывания, на передачу команд контроллеру, на позиционирование на нужную дорожку, на стабилизацию головки, на передвижение нужного сектора под головку, на считывание данных и на возврат из прерывания. В данном случае время вызова и выхода из прерывания составило порядка 0,5—5 мкс, время чтения сектора — 25—30 мкс, а вот время передачи команд контроллеру оценить было трудно, но оно, скорее всего, является величиной того же порядка. Среднее время ожидания нужного сектора при скорости вращения 5400 об/мин равно 5,56 мс, а практически все остальное время складывается из ушедшего на позиционирование и стабилизацию.

Перед тестированием плат были проведены сравнения некоторых характеристик используемых дисков, RAID-контроллера со стандартным, а также одного диска с RAID-массивом, измеренных при одной и той же конфигурации (Duron 700/Abit KX7).

При этом определялась скорость последовательного чтения одного и того же блока информации, помещенного в кэш-память внутреннего контроллера и передающегося наружу без повторного считывания его с поверхности диска, т. е. скорость передачи информации через интерфейс. В среде DOS без драйверов UDMA скорость передачи данных ограничивается именно скоростью интерфейса, а в Windows она реализуется полностью, но при встроенном в набор микросхем дисковом контроллере. Для RAID-контроллера же дело обстоит несколько иначе, поскольку его драйверы, имеющиеся в BIOS, позволяют производить обмен с максимальной скоростью без помощи загружаемых драйверов. Кроме того, в Windows очень низка скорость верификации, которая, видимо, дублируется на уровне как внутреннего контроллера, так и ОС.

Объединение двух дисков в RAID-массив уровня 0 вдвое увеличивает максимальную пропускную способность системы, но не влияет на среднее время доступа.

KT7-RAID

Первое, что бросается в глаза при взгляде на эту плату, — вентилятор, установленный на микросхеме северного моста набора. Для плат Abit уже стало традицией, что в BIOS Setup сначала идет не обычное «Standard CMOS», а «Soft Menu», где можно задать частоту процессора от 500 МГц до 1 ГГц, а также вручную установить частоту шины, коэффициент умножения и напряжение на ядре процессора и цепях ввода-вывода. Плата допускает загрузку с дискеты любого из четырех жестких дисков IDE-контроллера, CD-ROM, Ls-120, Zip, SCSI-устройств, из локальной сети и RAID-массива. Кроме дублирования VideoBIOS в адресах C0000—C8000 в теневой памяти плата позволяет и в диапазоне адресов C8000—DFFFF сделать «тень» блоками по 16 Кбайт. Из BIOS Setup можно включать и отключать RAID-контроллер. Предусмотрен и контроль частоты вращения двух подключенных к плате вентиляторов, хотя она имеет для этого четыре разъема, не считая того, к которому подсоединен вентилятор на одной из микросхем.

В комплект поставки входит монтажная скоба с двумя дополнительными разъемами USB. Хотя в документации говорится только об одном прилагаемом UDMA66/100-кабеле, в коробке их оказалось два, и это приятно, поскольку в продаже обычно бывают только UDMA33-кабели.

По скорости последовательного доступа к оперативной памяти процессоры AMD и соответствующие им наборы микросхем традиционно опережают процессоры и наборы Intel. При чтении и записи этот разрыв больше, при пересылке — меньше. Здесь плата Abit не стала исключением, продемонстрировав практически по всем показателям второй результат в обзоре (табл. 4).

При произвольном доступе картина получилась несколько иная: когда вся выборка идет внутри процессорного кэша, результаты, показываемые обеими платами, для Duron/ Athlon были выше, чем для Pentium III/Celeron. Это в общем-то неудивительно, ведь по тактовой частоте процессоры AMD значительно превосходят изделия Intel (рис. 3 и 4). Когда же объем данных, из которых происходит выборка, превышает размер кэша и информацию приходится запрашивать из оперативной памяти, скорость выборки резко снижается, причем гораздо значительнее у плат для процессоров AMD, чем для устройств Intel. По этому показателю KT7 занимает последнее место в обзоре.

С точки зрения темы настоящего обзора наиболее важным показателем, конечно, можно считать производительность дисковой системы. Поскольку время поиска зависит только от характеристик накопителя, интерес представляет скорость обмена данными между жестким диском и оперативной памятью. Скорость чтения данных (рис. 2) зависит от номера дорожки, т. е. от их положения на поверхности пластины, однако полученные результаты различаются незначительно. В начале диска при максимальных скоростях обмена чуть-чуть впереди идут платы для процессоров AMD, но серьезного различия между ними не наблюдается. На большей же части поверхности диска все рассмотренные платы продемонстрировали почти одинаковую производительность.

По скорости доступа к видеопамяти в режиме окна (табл. 5) плата показала практически наивысшую производительность, а в режиме LFB — самую низкую, и это, безусловно, минус.

По сортировке данных, по их компрессии алгоритмом Lzw, а также по поиску кратчайшего пути в графе КТ7-RAID несколько уступает Gigabyte для того же процессора. А ее превосходство над остальными двумя платами VIA объясняется более высокой тактовой частотой процессора, поэтому с ними сравнивать вряд ли будет корректным. При компрессии данных алгоритмом Lzh в защищенном режиме плата показала результаты лучше, чем у GA-7ZXR, да и вообще это наилучший результат в обзоре, а в реальном она обошла платы для устройств Intel, несмотря на более высокую тактовую частоту.

При решении системы линейных уравнений на небольших массивах результаты целиком определяются процессором (рис. 5), а при увеличении объема обрабатываемых данных KT7-RAID уступила Gigabyte на аналогичном наборе и SA6R на i815, обогнав только BX133 на стареньком Intel 440BX. В тесте на нахождение простых чисел методом «решето Эратосфена» при работе за пределами процессорного кэша плата оказалась аутсайдером (рис. 6). При решении системы дифференциальных уравнений в частных производных результаты тестов у нее были хуже, чем у Gigabyte, а при большом объеме данных она вообще осталась последней (рис. 7).

В отдельных тестах из набора PC WorldBench 2000 в большинстве случаев плата заняла либо второе место, уступая плате Gigabyte, или последнее, четвертое (табл. 6). Совсем плохой результат она показала в тесте на многозадачность, но этот тест не влияет на суммарный балл. По общему индексу производительности КТ7-RAID оказалась последней, несмотря даже на гораздо более быстрый процессор, чем использовался в платах BX133 и SA6R. А вот при работе с тем же процессором на частоте 500 МГц некоторые показатели из набора тестов PC WorldBench 2000, в частности теста на многозадачность, существенно улучшились. Видимо, в процессе разработки плата доводилась на процессорах с невысокой тактовой частотой, и тогда же был допущен просчет, сказывающийся при ее работе с высокопроизводительными процессорами.

BX133-RAID

Частоты шины и коэффициенты умножения частоты в процессоре на этой плате можно задавать как dip-переключателями, так и из BIOS Setup, но почему-то нигде не предусмотрен режим автоматической установки частоты процессора. Если задавать частоту внешней шины переключателями, то будет доступно только восемь фиксированных значений: 66 МГц, 75, 83, 100, 103, 112, 124, 133 МГц. Из BIOS Setup набор намного шире: в диапазоне от 83 до 200 МГц возможна установка любой частоты с дискретностью 1 МГц. Не совсем понятно только, для чего это нужно, — используемый в плате набор микросхем может гарантированно работать только до 100 МГц.

На плате установлены два термодатчика (и еще один можно подсоединить кабелем) и три разъема для подключения вентиляторов, но частоту вращения можно контролировать только у двух. В комплект платы входят два кабеля — UDMA33 и UDMA66. С таким раскладом создать RAID-массив, подключив два диска как основные к разным каналам, уже не получится.

В качестве дополнительного ПО к плате прилагается дистрибутив Linux.

При последовательном доступе к данным эта плата занимает по большинству показателей последнее место в обзоре, — набор микросхем все-таки устарел, а при произвольном она вышла на второе место по операциям как записи, так и чтения, лишь несколько уступив лидирующей SA6R. При чтении с диска в области максимальных скоростей передачи плата также оказалась несколько хуже своих конкурентов, правда на основной части поверхности пластин весьма незначительно. По доступу к видеопамяти в оконном режиме она заняла последнее место, в режиме LFB — второе. По сортировке, нахождению пути в графе, компрессии (кроме реального режима с алгоритмом Lzh) ВХ133-RAID опять же осталась в конце. Однако не стоит забывать, что частота процессора на этой плате существенно ниже, чем у KT7 и 7ZXR. В тестах на нахождение простых чисел и на решение системы дифференциальных уравнений при больших объемах данных она стала второй, несмотря на низкую тактовую частоту процессора. При решении системы линейных уравнений у нее последнее место (за исключением результатов в узком диапазоне объема данных вблизи границы кэша второго уровня).

В тестах из набора PC WorldBench 2000 плата занимала различные места. Так, при проверке на многозадачность она вышла на третье место, а по общему индексу производительности — на второе.

В общем, это неплохая плата, ведь при слабом процессоре она сумела прийти к финишу второй.

GA-7ZXR

Это изделие не позволяет изменять коэффициент умножения процессора, а частота шины регулируется только dip-переключателями. Возможны две частоты памяти — 100 и 133 МГц. На плате имеется много всяких перемычек, но бо,льшая часть из них просто включает-отключает «пробуждение» по поступлении тех или иных сигналов. Она также снабжена двумя микросхемами BIOS (технология DualBIOS Gigabyte, позволяющая восстановить BIOS, испорченный, например, вирусом). Вообще-то всевозможные усовершенствования усложнили процесс загрузки, и теперь, чтобы попасть в нужный раздел BIOS Setup, следует нажимать одну из установленных комбинаций клавиш, причем в определенное время, поскольку активизация основного BIOS Setup, Dual BIOS и RAID BIOS Setup происходит последовательно.

На плате установлена микросхема обработки звуковых сигналов фирмы Creative. Предусмотрены также контроль температуры от двух датчиков и измерение частоты вращения двух вентиляторов, в то время как разъемов для подключения вентиляторов — 3.

Вообще, BIOS Setup отличается аскетизмом: некоторые экраны меню заполнены менее чем на четверть, так что ни в одном из них не понадобилась полоса прокрутки.

К плате прилагается довольно объемная документация, включающая более 100 страниц, однако не сразу удается найти в ней то, что нужно. Так, ни на одной из 30 схем платы в документации почему-то не показан контроллер RAID.

«Пробуждением» ПК от шины USB можно управлять с помощью перемычек от двух фронтальных разъемов или от двух других, расположенных на задней панели.

Кроме того, в комплект поставки платы входят три (!) шлейфа UDMA66/100.

Так как плата при частоте FSB (внешняя шина процессора) в 100 МГц позволяет установить 133-МГц частоту работы с памятью, то именно в таком режиме и проводились тестовые испытания. При последовательном доступе к данным (кроме тех случаев, когда они не выровнены) эта плата показала лучший результат в обзоре, а при произвольном обошла KT7, но уступила изделиям, предназначенным для Pentium III/Celeron. По скорости же обмена с диском эта плата стала лидером. Она оказалась на первом месте и по скорости записи в видеопамять в оконном режиме, но на третьем в режиме LFB, уступив здесь платам другой платформы. По сортировке, обработке графа и компрессии алгоритмом Lzw плата опять продемонстрировала наилучший результат, по сжатию данных алгоритмом Lzh она пропустила вперед KT7, а вот в реальном режиме вообще осталась аутсайдером. При решении системы линейных уравнений плата вышла в победители, при нахождении же простых чисел и решении системы дифференциальных уравнений (при больших объемах массивов) отстала от изделий для процессоров Intel, но обошла KT7.

В тестах из набора PC WorldBench 2000 GA-7ZXR почти во всех случаях продемонстрировала наивысшие результаты, за исключением Visio Standard, где у нее третье место после плат для процессоров Intel. Как по результатам теста на многозадачность, так и по общему индексу производительности это изделие занимает первое место среди рассмотренных плат. Столь высокие результаты, видимо, обусловлены работой памяти на частоте 133 МГц.

Плата GA-7ZXR хороша во всех отношениях, ее единственный недостаток — высокая цена.

SA6R

Единственная плата в обзоре, позволяющая подсоединять до четырех модулей памяти.

Для установки некоторых режимов работы, например частоты шины, на системной плате есть dip-переключатель на восемь направлений. Однако зачем-то в число управляемых им режимов были включены и такие, которые пользователю вообще-то трогать просто не следует, — отладочные. Установить частоты шины можно как dip-переключателем на плате (66, 100, 133 МГц), так и из Soft Menu. В последнем случае плата позволяет изменять частоту шины от 50 до 250 МГц с шагом 1 МГц и коэффициенты между частотами шин FSB, PCI и памяти от 2:1:3 до 4:1:4.

Плата снабжена тремя термодатчиками, и можно подключать четвертый, но в комплект поставки он не входит. Зато есть монтажные скобы со шлейфами для подсоединения второго последовательного порта и второй пары разъемов USB. На плате имеется три разъема для подключения вентиляторов, частоту вращения которых можно контролировать. С платой поставляются два шлейфа UDMA66/100.

Примечательно, что после создания RAID-массив опознается другими системными платами и при его использовании не требуется дополнительных манипуляций, начиная с RAID BIOS Setup и заканчивая высокоуровневым форматированием логических дисков.

В большинстве тестов по последовательной передаче данных эта плата заняла третье место, пропустив вперед изделия для Duron/Athlon, за исключением пересылки невыровненных данных, где стала первой. При произвольном доступе к большим массивам данных она также продемонстрировала лучший результат. В области высоких скоростей обмена с диском (где и наблюдается небольшое различие между платами) SA6R пришла третьей.

Хотя у платы и оказалась невысокая скорость обмена с видеопамятью в режиме банков, она опередила всех в режиме LFB, причем более чем в два раза платы для процессоров AMD, и это весьма показательно, ведь именно данный режим сегодня наиболее распространен.

По сортировке и компрессии данных, а также по поиску пути в графе SA6R превосходит BX133, но уступает платам для процессоров AMD, что неудивительно, учитывая разницу в тактовой частоте. В этой группе тестов она показывает наилучший результат при компрессии в реальном режиме работы процессора.

В тесте на решение системы линейных уравнений при размере массивов в несколько сотен килобайт плата стала первой, а при большем объеме данных — второй. В тестах на нахождение простых чисел методом «решето Эратосфена» и решение системы дифференциальных уравнений в частных производных при большом объеме данных плата снова лидировала, несмотря на невысокую тактовую частоту процессора.

По результатам тестов из набора PC WorldBench 2000 система, собранная на этой плате, заняла третье место, опередив BX133, но уступив платам, процессор которых работает на более высокой тактовой частоте. По отдельным показателям она также чаще всего становилась третьей, а в тесте на многозадачность была второй.

* * *

В целом можно сказать, что из плат для процессоров Athlon/Duron лучшими характеристиками обладает Gigabyte GA-7ZXR, а для Pentium III/Celeron результат не был столь очевидным: в синтетических тестах лучшей показала себя SA6R, а в тестах на реальных приложениях Windows — BX133. Между собой эти две группы плат сравнивать было бы не совсем корректно из-за существенной разницы в тактовой частоте процессора, хотя следует отметить, что в некоторых тестах и платы для платформы Intel занимали первые места.

Скорее всего, однажды появившись, платы с контроллерами RAID IDE будут выпускаться в течение продолжительного времени, а возможно, даже станут новым стандартом де-факто. Появление таких плат особенно актуально для нашей страны, где, с одной стороны, есть стремление создавать достаточно мощные серверы на базе комплектующих «ширпотребовского» уровня, а с другой — тяга к многократной модернизации компьютеров. Причем не только путем добавления новых деталей в старый ПК, что, естественно, вызывает увеличение числа занятых каналов IDE, но и с использованием в новой системе деталей от старого (жалко же выбрасывать!), что приводит к тому же результату. И что самое главное, цена всего этого удовольствия вполне доступна — целая системная плата нередко выходит даже дешевле, чем отдельный достаточно прогрессивный SCSI-контроллер.

Накопительная история

Геометрия жесткого диска

назад

Тестовая платформа