Neptune – недостающее звено эволюции Maxtor.

Факультативные занятия

Этот обзор не был запланирован, идея его написания возникла спонтанно. И сам обзор довольно нетрадиционный – обычно мы сравниваем разные диски одинакового объёма, а сегодня будут диски одной модели (или почти одной, потому что различия между ними не ограничиваются разницей в объёмах). Сейчас я поясню, как это получилось.

Когда в продаже появились диски Maxtor D540X-4G, образцы их были планомерно изъяты со склада и тщательно обследованы. Однако из-за одной особенности этих дисков их результатам было предначертано «пылиться на полке» в ожидании лучших времён. Дело в том, что минимальный объём D540X-4G составляет 120 ГБ, и их оказалось не с чем сравнивать (WD1200BB и IBM 120GXP не подходят по весовой категории). Тем временем, пока мы рассматривали другие модели Maxtor, возникало всё больше вопросов относительно направления, в котором работает данная корпорация. И вот, чтобы расставить точки над Ё, я решил сравнить D540X-4G с его меньшими братьями, D540X-4D.

Обе модели имеют одинаковые пластины по 40ГБ, но у D540X-4G немного изменена конструкция, и количество пластин достигает четырёх. Главным же отличием этих моделей является интерфейс: D540X-4G поддерживает технологии Big Drives и Fast Drives. О них мы уже рассказывали в обзоре Maxtor D740X, однако попробую ещё чуть-чуть расширить Ваш кругозор :).

Новые технологии

В процессе развития интерфейса ATA (сокращение от AT Attachment) уже не раз приходилось преодолевать ограничения на возможный объём диска, возникавшие по самым разнообразным причинам. Например, предел 528 МБ получался из-за несовпадающих максимальных количеств треков у функций BIOS и команд самого винчестера (BIOS позволяет адресовать в 64 раза меньше цилиндров, но в 16 раз больше головок). Этот предел был преодолён малой кровью – в BIOS стали подменять адреса. Тогда же был разработан другой способ адресации, указанием линейного номера сектора от начала диска (Logical Block Addressing). Таким образом, избавиться от пережитков цилиндро-голово-секторной адресации (далее CHS) могли уже тогда, но добавить трансляцию было гораздо проще, чем переворачивать все устои. К LBA пришлось таки переходить позже, когда объём винчестеров превысил возможности BIOS. Для взятия барьера 8,4 ГБ в BIOS добавили новые функции, так называемые «Расширения Тринадцатого Прерывания» (Int13Ext), в которых указываются не номера цилиндра, головки и сектора, а LBA адрес сектора. И вот очередной кризис случился в наше время – LBA позволяет адресовать только 137 ГБ. Дело в том, что в стандартных регистрах ATA устройства количество бит, которые можно отвести под адрес, равно 28. Big Drives решает эту проблему, причём довольно изящным способом. Адрес записывается в регистры дважды, сначала старшие 24 бита, затем младшие; таким образом, длина адреса составляет 48 бит, что позволяет адресовать до 144 Петабайт (или 144 миллиона гигабайт). Такой же доработке подвергся и регистр, в котором указывается требуемое количество секторов; теперь вместо 128 килобайт одной командой можно обработать целых 32 МБ! Важность этих нововведений осознавали все участники ATA комитета (ANSI X3T13), и данная возможность была включена в стандарт ATA/ATAPI-6. В отличие от другой продвигаемой Maxtor технологии…

Fast Drives представляет собой дальнейшее развитие UltraATA и вводит дополнительный режим передачи, UDMA-6. Пропускная способность интерфейса ATA при этом достигает 133 МБ/с, что совпадает с максимальной пропускной способностью шины PCI, являющейся сейчас промышленным стандартом для связи всех устройств в компьютере. Остальные производители жёстких дисков не поддержали Maxtor (видимо, желая продемонстрировать свою независимость), поэтому новый протокол до сих пор висит на рассмотрении комитета X3T13 и появится только в будущем стандарте ATA/ATAPI-7. Однако это не мешает Maxtor делать диски с интерфейсом ATA/133, а производителям чипсетов и добавочных ATA контроллеров выпускать, соответственно, ATA/133 совместимые чипсеты и контроллеры.

В завершении темы позволю себе немного пророчеств. В связи с всеобщей увлеченностью SerialATA (которой я абсолютно не разделяю; да, это перспективная технология, но до внедрения более быстрой локальной шины она лишь удобна и не более того), классический ATA интерфейс развиваться больше не будет. А нужно ли? Задел по объему данных теперь просто колоссальный, да и по пропускной способности запас более чем двукратный…

«Ну а цель – она в прицеле»

Самый главный вопрос, который ставился перед тестированием, конечно же, связан с полезностью ATA/133 интерфейса. Не секрет, что прогресс в скорости чтения/записи идёт далеко не так быстро, как увеличивается ёмкость дисков. Увеличение плотности записи в два раза редко сопровождается ростом скоростей даже на 20%. У нашего сегодняшнего подопытного линейная скорость не дотягивает и до 37 МБ, нужна ли ему бОльшая пропускная способность? Конечно, здесь не надо забывать, что заявляемая пропускная способность является пиковой теоретической величиной, на практике скорость никогда не приблизится к ней даже на 90%, однако запас пропускной способности всё равно внушительный.

Вторая сегодняшняя цель – выявление сходств и различий новой (ATA/133) и старой (ATA/100) электроники Maxtor.

Ну и в-третьих, по ходу тестов мы проследим, какие из них зависят от объёма диска, какие от размера кластера, а какие только от особенностей самого винчестера.

Условия и методика тестирования

Состав тестовой системы:

материнская плата - ASUSTeK P3B-F;
процессор - Intel P3 600E;
память - 2*128Mb SDRAM Hyundai PC100 ECC;
винчестер - IBM DPTA 372050;
видеокарта - Matrox Millennium 4Mb;
Promise Ultra100 TX2 и Promise Ultra133 TX2;
операционная система - Windows 2000 Professional SP2.

Использовались следующие версии тестовых программ:

HDTach 2.61
WinBench 99 2.0
IOMeter 1999.10.20
FC-Test v0.3

Перед тестами все винчестеры переводились в "быстрый" режим при помощи Maxtor AM Set Utility. Для тестов в WinBench винчестеры размечались в FAT32 и NTFS одним разделом с размером кластера по умолчанию, тесты проводились по четыре раза, учитывался максимальный результат; винчестеры между тестами не охлаждались. Тестирование в IOMeter проводилось на паттернах SequentialRead, SequentialWrite, Database, Workstation, Fileserver и Webserver. За подробным описаниями паттернов Вы можете обратиться к нашим предыдущим материалам.

Спецификации

Уточню, что объект сегодняшних исследований – жёсткий диск модели D540X-4G (кодовое имя Neptune) объёмом 120ГБ (модельный номер 4G120J6). Как обычно, последняя цифра модельного номера соответствует количеству головок чтения/записи.

Сравнивается он со своими братьями меньшего объёма. Ниже приведены характеристики, которые у трёх сегодняшних дисков различаются.


По заявленным характеристикам можно отметить следующее:

обычно, чем больше головок чтения/записи смонтировано в банке винчестера, тем больше момент инерции действует на актуатор при его перемещениях, и тем больше получается среднее время поиска. Это хорошо иллюстрируется на одно и двухпластинных моделях, однако в трёхпластинной, кажется, наблюдается исключение. Проверим!

Результаты HDTach

Как обычно, первое слово за HDTach.

Первое, что замечаешь на этой диаграмме – заметное превосходство D540X-4G в скорости чтения из буфера даже в UltraDMA/100 режиме. А вот скорость записи у в этом случае чувствительно деградировала, и списать это на погрешность HDTach нельзя. В дальнейших тестах мы ещё неоднократно будем наблюдать данное отставание. Оказывается, в странных цифрах скоростей записи HDTach тоже кроется некая закономерность ;).

Среднее время доступа у D540X-4G оказалось даже ниже, чем у 40ГБ модели D540X-4D. Ведь могут, когда захотят! Отнимая от среднего времени доступа среднее время ожидания сектора, равное, по спецификациям, 5,5 мс, получим замеренное среднее время поиска:

4G120J6 – 9,3 мс
4D080H4 – 11,1 мс
4D040H2 – 9,8 мс

Низкоуровневые замеры показали, что у D540X-4G улучшилось среднее время доступа, возросла пропускная способность интерфейса, но пострадала скорость записи на UltraDMA/100 протоколе.

Результаты Winbench

График линейного чтения Maxtor 4D040H2
График линейного чтения Maxtor 4D080H4
График линейного чтения 4G120J6 UDMA100
График линейного чтения 4G120J6 UDMA133

Начнём рассмотрение с NTFS, потому что на ней размер кластера равен 4КБ вне зависимости от объёма диска. Тем не менее, чем ёмче диск, тем на меньшие расстояния, при прочих равных условиях, нужно перемещать головки при поиске, что должно давать ёмким дискам некоторую фору.

Результаты Business Winmark практически не зависят от размера диска, но D540X-4G впереди даже при работе в UltraDMA/100. В отличие от High-End Winmark, где с приличным отрывом лидирует D540X-4G на ATA/133 интерфейсе. Как видим, увеличение объёма диска в этом тесте даёт заметное увеличение скорости, кроме, опять же, работы ATA/133 электроники в UltraDMA/100.

Но судить по интегральной оценке – дело неблагодарное, поэтому перейдём к покомпонентному рассмотрению.

В трёх из семи подтестов ATA/133 D540X впереди на любом протоколе, в остальных лишь UltraDMA/133 позволяет ему «не ударить в грязь лицом».

На FAT32 с увеличением объёма диска растёт и размер кластера, что должно снижать КПД дисковой подсистемы при работе с очень мелкими файлами (в несколько секторов) и увеличивать его при работе с крупными файлами.

Как видим, рост кластера выше разумных размеров (на разделе размером 80ГБ кластер равен 64КБ?) негативно сказывается на скорости работы приложений – 80-ти гигабайтная модель «растеряла» своё преимущество перед 40-гигабайтной, которое она имела на NTFS. Однако UltraDMA/133 протокол позволяет «стодвадцатке» держать паритет и даже выигрывать.

По результатам Winbench заметно, что:

алгоритмы работы ATA/133 электроники во многом отличаются от ATA/100;
на протоколе UltraDMA/100 новый диск заметно «сдаёт».

И пара слов по низкоуровневым результатам: Winbench не заметил особой разницы во времени доступа между 40 и 80 ГБ моделями, а у 120ГБ наблюдается явный прогресс. Кто прав, HDTach или Winbench? Для разрешения этого вопроса придётся привлечь третью сторону, а именно IOMeter.

Результаты IOMeter

Представленные цифры времени доступа получены из результатов паттерна Database, т.е. для случайных блоков данных, размером 8КБ, что конечно же не совсем верно. Тем не менее, для сравнения трёх почти одинаковых винчестеров они подходят, а впредь для измерения времени доступа мы будем применять специальный паттерн. Кстати, как показало экспресс-тестирование, разница между временем доступа к одному сектору и к 8-ми килобайтам не превышает 0,3 мс.

Как видим, между 40 и 80 ГБ моделями есть разница в две десятых миллисекунды, столько же показал Winbench под NTFS. Время доступа при чтении у 120ГБ варианта в самом деле ниже, чем у 40ГБ, но всего на три десятых миллисекунды. Время доступа при записи в данном тесте не соответствует физическому (оно должно примерно на 1 мс превышать время доступа при чтении), потому что у винчестеров не запрещена отложенная запись. Как видим, эффективность отложенной записи в новой электронике заметно упала.

Приведённый на диаграмме коэффициент эффективности отложенной записи вычисляется как отношение среднего времени доступа при чтении к среднему времени доступа при записи.

Предлагаю Вашему вниманию графики паттерна Database.

D540X-4G заметно выигрывает у меньших братьев при чтении, но проигрывает при записи. Он демонстрирует почти полное безразличие к увеличению доли операций записи, что говорит об упрощении алгоритмов отложенной записи. Модель 40ГБ слегка быстрее 80ГБ за счёт немного меньшего времени поиска.

Переходим к последовательному чтению/записи.

Новая ATA/133 электроника, вполне ожидаемо, увеличила скорость чтения (и записи) блоков мельче 4 КБ. По какой-то необъяснимой причине скорость однопластинного варианта на 300КБ/с выше, чем у более ёмких собратьев.

Как это ни странно, чем больше головок в винчестере, тем меньше получается линейная скорость записи! А у D540X-4G наблюдаются серьёзные проблемы с последовательной записью при UltraDMA/100 протоколе.

Паттерн Workstation призван имитировать интенсивную работу пользователя в различных приложениях при файловой системе NTFS5.

Поскольку у 40ГБ и 80ГБ моделей firmware одинаковое, скачок результатов при увеличении нагрузки до двух одновременных запросов у 4D040H2, отмеченный в его обзоре, следует считать несистематической погрешностью. Что интересно, на ATA/133 адаптере при малой нагрузке D540X-4G держится вровень с меньшими братьями, проигрывая им во всех остальных случаях. Как говорится, не временем доступа единым жив винчестер :).

WorkstationRating = IOps(1) + IOps(2) + IOps(4) + IOps(8)/1,5 + IOps(16)/2

Результаты в этом паттерне сильно зависят от скорости записи, поэтому нет ничего удивительного в том, что выиграла самая “мелкая” модель.

Следующий паттерн имитирует нагрузку на файловый сервер.

Что интересно, здесь новая электроника на высоте (заметьте, что 80ГБ всегда проигрывает 40ГБ).

FileServerRating = IOps(1) + IOps(4) + IOps(16) /1,5 + IOps(64)/2 + IOps(256)/3

С небольшим перевесом победил D540X-4G, в определённой мере за счет лучшей приспособленности к высокой нагрузке.

Веб-сервер характерен тем, что с винчестера данные только читаются, но не пишутся.

Здесь уже есть где разгуляться D540X-4G. За счёт электроники? Нет, похоже, из-за объёма.

WebServerRating = IOps(1) + IOps(4) + IOps(16) + IOps(64)/1,5 + IOps(256)/2

Неожиданно, но бОльшая ёмкость ведёт к заметно бОльшим результатам в этом паттерне.

Результаты FC-Test

Все винчестеры показали практически идентичные результаты. Для уменьшения объёма статьи я приведу диаграммы лишь для тех случаев, когда разница была очевидна.

Хорошо заметно, что скорость копирования мелких файлов из одного раздела в другой у ATA/133 модели ниже, чем у ATA/100, в остальных случаях разница минимальна.

Нижеприведённая диаграмма отражает среднюю скорость загрузки приложений. Она вычисляется на основании результатов чтения папок Program Files и Windows как величина, обратная среднему времени чтения одного файла.

Как видим, производительность на FAT32 вообще одинакова, а на NTFS немного впереди более ёмкие винчестеры.

Выводы

Очевидно, что для реализации технологий Big Drives и Fast Drives электроника винчестеров должна претерпеть серьёзные метаморфозы. Протокол UltraDMA/133 требует меньшей латентности, что должно однозначно улучшать производительность, но иногда мы наблюдаем её ухудшение. Под пытками было выяснено, что в новой электронике упростили алгоритмы отложенной записи. С другой стороны это повышает сохранность данных (многие помнят, как весело слетала FAT на ATA/100 дисках под Windows98), так что не будем сильно ругать Maxtor. Тем более, что производительность при этом страдает не очень сильно, на единицы процентов. Однако у новой электроники есть существенные проблемы с UltraDMA/100 протоколом, при котором скорость записи снижается самым непристойным образом. Возможно, это проблема конкретной версии прошивки, и в продаваемых сейчас винчестерах она уже исправлена.

Таким образом, можно констатировать, что наблюдающееся у новых моделей с 80ГБ пластиной (например, Fireball 3) снижение производительности в некоторых тестах не случайно. Основа была положена в самом первом винчестере с ATA/133 электроникой (D740X не в счёт, потому что он разрабатывался Quantum), и теперь это уже можно назвать тенденцией. Хотя ошибку с протоколом UltraDMA/100, похоже, исправили.

Ну и касательно виновника этого обзора, наконец-то нам будет с кем его сравнивать. Ёмкость 120ГБ сегодня перестала казаться чем-то чрезмерным, и многие производители, в том числе и сама Maxtor, выпустили новинки с такой ёмкостью. Что ж, теперь у нас есть с чем их сравнить :).