USB 2.0 против FireWire

Введение

Прошло уже восемь месяцев с тех пор, как в нашей лаборатории впервые побывал внешний жёсткий диск с интерфейсом USB 2.0 - Hyundai Cutie. С тех пор прошло уж много месяцев, и в мире произошли кое-какие изменения. Во-первых, интерфейс USB 2.0 стал практически обязательным для всех материнских плат последнего поколения, причём его поддержка в большинстве случаев реализована на уровне чипсета. Во-вторых, продолжилось снижение цен на винчестеры, что делает диски большого объёма всё более доступными по цене.
В связи с этим мне захотелось попробовать в деле переносной USB 2.0 винчестер большого объёма и, разумеется, сравнить его быстродействие со скоростью внешнего диска с интерфейсом FireWire. А чтобы нам было совсем интересно, в состав конкурсантов был добавлен обычный ATA100-диск.
Как Вы помните, совсем недавно мы уже проводили тестирование винчестеров с интерфейсами FireWire и ATA100. В устройстве WD External Hard Drive, которое было прислано нам на тесты компанией WD, используется 120ГБ жёсткий диск WD1200BB, и потому в том обзоре ему в качестве соперника был взят диск точно такой же модели, но для тестирования он подключался к ATA100-контроллеру Promise Ultra100 TX2.
Чтобы поставить и USB 2.0-интерфейс в те же условия, что и ATA100 и FireWire (ну, действительно, нельзя же сравнивать современный 7200rpm ATA100 диск и Hyundai Cutie) для WD1200BB был найден мобайл-рек с USB 2.0-конвертером. Нашёлся он в компании "Атлантик Компьютерс" и назывался Addonics Combo Drive!

Addonics Combo Drive

Устройство Addonics Combo Drive поставляется в симпатичной коробочке:

В комплекте, кроме самого мобайл-река, мы обнаружили блок питания (USB-интерфейс не может запитать современный 7200RPM-винчестер), кабель USB 2.0, документацию и компакт-диск с программами резервного копирования.

На задней панели доковой станции мы можем увидеть вентилятор и трапецеидальный разъём для контакта с корзиной. С другой стороны на задней панели доковой станции находится стандартный IDE-разъём.

На соответствующем торце корзины мы можем увидеть ответный разъём для соединения с доковой станцией, круглый разъём питания и выключатель питания.

На переднем торце корзины размещён еще один вентилятор, закрытый защитным кожухом (кожух был удалён для того, чтобы показать Вам вентилятор :) ).

А вот так выглядит корзина с установленным в неё винчестером. Как видите, всё просто и аскетично.
Но возникает вопрос: - где же находится плата электроники, которая преобразует команды ATA в USB и наоборот?
Оказалось, что мост ATA-USB вмонтирован в симпатичный кабель:

Вот в этом утолщении на том конце кабеля, который присоединяется к разъёму корзины и находится мост ATA-USB 2.0!
Вся прелесть Addonics Combo Drive заключается в том, что, когда корзина вставлена в доковую станцию, винчестер работает по обычному ATA-протоколу. А когда Вы с этой корзиной приходите к другу, у которого подобной корзины нет, то всё, что Вам нужно - не забыть захватить с собой USB 2.0 кабель и блок питания. Ведь USB-порт у Вашего приятеля есть уж наверняка (конечно, будет лучше, если у него есть USB 2.0-порт. :) ).

Методика тестирования

Тестовая система

материнская плата - Asustek P3B-F
процессор - Intel Coppermine 600MHz;
память - 2*128Mb SDRAM Hyundai PC100 ECC;
винчестер - IBM DPTA 372050;
видеокарта - Matrox Millennium 4Mb;
операционная система - Windows 2000 Pro SP2;

Для тестирования винчестера WD External Hard Drive и USB 2.0 корзины Addonics использовался контроллер Adaptec AUA-3121, любезно предоставленный компанией Альянс

Этот контроллер представляет собой законченное решение для оснащения мощных графических станций возможностями работы с внешними дисками, так как совмещает на одной карте контроллер USB 2.0 от NEC и контроллер IEEE1394 от Texas Instruments.

Для тестов WD1200BB на ATA100 использовался контроллер Promise Ultra100 TX2.

Для тестов в WinBench массивы размечались в FAT32 и NTFS одним разделом с размером кластера по умолчанию. Тесты проводились по четыре раза, результаты усреднялись. Винчестеры между тестами не охлаждались.
Использовались следующие тесты:

HDTach 2.61
WinBench 99 1.2
IOMeter 1999.10.20
FC-Test v0.3

В нашем обычном наборе тестов впервые появился наш новый тест - FileCopy Test (FC-Test), с подробным описанием принципов работы которого и методикой тестирования в нём Вы можете ознакомиться в отдельной статье.

Перед тем, как перейти к результатам тестов, я хотел бы оговорить следующее:

Полученные в итоге этого тестирования результаты нельзя автоматически распространять на соотношение скоростей интерфейсов USB 2.0, FireWire и ATA100, так как тестируем мы не интерфейсы, а конкретные продукты, использующие тот или иной интерфейс.

В статье для удобства все продукты будут называться по наименованию интерфейса. Как мне кажется, это будет удобнее не только мне, но и Вам. А в конце статьи мы ещё раз вспомним дисклаймер и отделим мух от котлет.

HDTach 2.61

Итак, сначала посмотрим на результаты всех трёх вариантов подключения к компьютеру жёсткого диска WD1200BB:


Как видим, USB 2.0 и IEEE1394 (FireWire) варианты показали чуть большее время Access Time, чем обычный ATA100-вариант. Возможно, это обусловлено потерями времени на двойное преобразование команд из протокола в протокол.
Например, для USB 2.0 цепочка прохождения команды "по инстанциям" выглядит следующим образом:

А для ATA100 эта цепочка будет короче на два звена:

Естественно, что ATA100-интерфейс, являющийся для винчестера "родным" обеспечивает ему лучшую производительность.
Второй интересный момент - разная загрузка процессора у всех трёх интерфейсов. Не стоит делать преждевременных выводов о лучшей реализации USB 2.0 интерфейса исходя только из того, что в этом тесте загрузка процессора оказалась на USB 2.0- варианте минимальной. Если мы разделим среднюю скорость чтения (Read Average speed) на то время, которое центральный процессор потратил на запрос/получение данных, то увидим, что у USB 2.0 и IEEE1394 этот параметр оказался одинаков. Т.е. узким местом в связке процессор->интерфейс->винчестер, по всей видимости, является интерфейс.


Если же мы сравним наши три варианта подключения WD1200BB в подтестах Read Burst speed (максимальная скорость чтения из буфера винчестера), Read Average speed (средняя скорость чтения по пластине) и Write Average speed (средняя скорость записи по пластине), то увидим нечто поразительное.
Интерфейс USB 2.0, имеющий большую максимальную теоретическую пропускную способность (480Мбит/сек.), чем интерфейс FireWire (400Мбит/сек.), с треском проигрывает последнему во всех трёх подтестах.

IOMeter: Database

Рассмотрим, как наши три богатыря справятся со случайными запросами на чтение и запись. В таблице приведены значения Total I/O (скорость обработки винчестером запросов) от глубины очереди команд (по вертикали) и от соотношения операций на чтение и запись блока данных (по горизонтали).



Очевидно, что USB 2.0-вариант чуть хуже остальных работает при большой доле операций записи в общем потоке запросов.


При увеличении глубины очереди команд происходит нечто интересное. ATA100 и FireWire варианты увеличивают скорость обработки запросов (поддерживается queuning), а вот USB 2.0-вариант так и не прибавил в скорости.


При дальнейшем увеличении глубины очереди команд скорость FireWire-винчестера "подтягивается" до уровня ATA100-винчестера, а USB 2.0-диск так и не увеличивает свою скорость. Мда... воистину, последовательный интерфейс. :)

IOMeter: Workstation

В паттерне "Workstation" эмулируется работа пользователя с типичными Windows-приложениями под NTFS5. В таблицу сведены только значения Total I/O (скорость обработки винчестером запросов). Глубина очереди команд изменяется от 1 (линейная нагрузка) до 32 исходящих запроса.


Уже по этой таблице мы можем понять, что USB 2.0-диск практически никак не реагирует на увеличение глубины очереди команд. Как видим, скорость этого диска даже уменьшается при увеличении глубины очереди команд!


Но, что интересно, при невысоких нагрузках (queue<4) USB 2.0-диск обгонял ATA100-диск! Впрочем, при дальнейшем увеличении нагрузки ATA100-диск легко опережает не только USB 2.0-диск, но и лидировавший по скорости при малых нагрузках FireWire-диск WD.

IOMeter: Fileserver

Посмотрим, как винчестеры справятся с этим паттерном...


Хм... История повторяется. Диск на USB 2.0 ни в грош не ставит увеличение глубины очереди команд.


Посему он и не в силах конкурировать с ATA100 и FireWire-вариантами...

IOMeter: Sequential Read & Write

На всякий случай напомню, что паттерны SequentialRead и SequentialWrite выполняются при глубине очереди команд равной 4 запросам. Но, как мы уже догадываемся, это относится только к ATA100 и FireWire-дискам:


Громадная таблица, не правда ли? Если откинуть в сторону вопрос загрузки процессора, так как там и так всё ясно (ATA100-интерфейс сильно загружает процессор при маленьком размере пакета данных, а FireWire-интерфейс очень слабо нагружает процессор при больших размерах пакета), то получатся две маленькие диаграмки:



Как видим, USB 2.0-диск уступает и FireWire и, тем более, ATA100-диску.
Перейдём от синтетике к более-менее реальным тестам.

Winbench99

Тест Winbench эмулирует работу реальных Win-приложений. Приложения эти, конечно, немного устарели, так как тест этот был сделан ещё в прошлом веке, но реальной альтернативы ему по-прежнему нет.


Обратите внимание на следующую диаграмму. В ней мы постарались наиболее компактно отразить результаты двух основных тестов в Winbench99 - Business Disk Winmark и High-End Disk Winmark и в FAT32 и в NTFS. Как мне кажется, такая форма представления результатов нагляднее, чем та, что мы практиковали ранее. Теперь есть возможность сравнить и поведение одного и того же винчестера на разных файловых системах, и также осталась возможность сравнить винчестеры между собой.


Комментировать что-либо долго не потребуется, так как ATA100-диск побеждает везде, а USB 2.0-диск, соответственно, везде проигрывает.

FC-Test

Последним патроном в нашей обойме станет FC-Test. Подробное описание работы FC-Test и методики тестирования винчестеров с его помощью можно прочесть в этой статье. А мы переходим к результатам...
В таблицах приведены значения скорости создания (записи), чтения и копирования файлов в МБ/сек.



Так как соотношение сил между винчестерами слабо зависит от типа файловой системы, я решил немного поберечь Ваше время и сильно сократить количество диаграмм. Итак, для того чтобы показать преимущества/недостатки того или иного способа подключения к компьютеру жёсткого диска, были выбраны три паттерна: Install (набор файлов, самолично скачанных мною из Сети), ISO (на самом деле это были файлы Virtual Drive-а) и Programs (название говорит само за себя - это папка Program Files со всем содержимым).
Итак, начнём с паттерна "Install" - 414 файлов общим объёмом 575МБ:


Как мы можем видеть, максимальный разрыв между винчестерами наблюдается в режиме чтения, но и в тестах копирования, как мы видим, USB 2.0-диск проигрывает диску с интерфейсом FireWire...


При работе с большими файлами (в паттерне всего три файла, но их общий объём составляет 1,6ГБ) превосходство ATA100-диска над конкурентами растёт, а соотношение сил между USB 2.0 и FireWire-дисками остаётся неизменным.


При работе с большим количеством мелких файлов (8504 файла, общим объёмом 1,38ГБ) интерфейс уже не играет такой большой роли, и, как мы можем видеть, разница в скорости различных вариантов подключения диска оказалась небольшой (особенно при копировании).
Однако и здесь USB 2.0-диск оказался медленнее остальных.

Выводы

Проведённое тестирование дало нам довольно неожиданные результаты. Оказалось, что большая пропускная способность интерфейса USB 2.0 отнюдь не гарантирует ему победы над диском с FireWire-интерфейсом. Наоборот, диск WD1200BB на USB 2.0-интерфейсе оказался во всех тестах позади своих собратьев на интерфейсах ATA100 и FireWire.

Но, как я говорил в начале статьи, тестировали мы три реальных устройства: диск WD1200BB в Addonics Combo drive, WD External Hard Drive и WD1200BB на Promise Ultra100 TX2, а не три интерфейса. Посему предлагаю принять к сведению полученные результаты и подождать следующих тестов на USB 2.0.
Тем более интерфейс этот становится стандартом де-факто, и потому придётся нам с ним жить и работать...

Ну, а если мы вспомним скорость работы USB 1.1, то те 7-14МБ/сек., которые мы получаем с ATA-винчестером в корзине Addonics покажутся нам манной небесной. :)