Что такое sata 6gb s
Что такое SATA 6 Гбит/с?
в Компьютеры 08.08.2018 0 1,559 Просмотров
С 2009 года SATA 6Gb/s – это новейшая архитектура для жестких дисков на основе пластин. «6 Гбит/с» относится к скорости передачи данных 6 гигабит в секунду, что вдвое превышает скорость предыдущего поколения SATA. Международная организация Serial ATA (SATA-IO), которая разрабатывает стандарты SATA, потребовала, чтобы это SATA третьего поколения называлось SATA 6Gb/s, чтобы избежать добавления путаницы к номенклатуре SATA, которая уже была запутана путающими именами второго поколения.
Технология SATA изменила технологию подключения жёстких дисков, переключившись с широких неудобных параллельных кабелей и разъемов данных ATA (PATA), чтобы сократить последовательные кабели и разъёмы. Переключение на полнодуплексную последовательную связь открыло дверь для более быстрых скоростей, чем могла работать параллельная технология, а также открыла внутреннюю часть корпусов компьютеров, что позволило увеличить поток воздуха, что было жизненно важно для более быстрых процессоров (CPU) и дисков большой ёмкости.
Оригинальная SATA, также известная как SATA 150 или SATA/150, имела максимальную скорость передачи данных 1,5 Гбит/с или 150 мегабайт в секунду (Мбайт / с). Самые быстрые диски PATA могут конкурировать с оригинальными SATA, но PATA максимизировала свою неприступную архитектуру, в то время как SATA только начинала свою работу.
Второе поколение SATA, часто называемое SATA II, удвоило скорость до 3 Гбит/с или 300 Мбайт/с. Из-за скорости передачи данных SATA II также называли SATA 300, SATA/300 или SATA 3. Вы уже видите замешательство с «SATA II», которое является синонимом «SATA 3».
Теперь добавьте SATA третьего поколения, и понятно, почему SATA-IO не хочет, чтобы новейшая итерация называлась SATA 3, SATA III или даже SATA третьего поколения. По скорости передачи данных, «SATA 6 Гбит/с» немедленно специфицирует спецификацию.
Согласно SATA-IO, технология обратно совместима с предыдущими версиями SATA, и может использовать те же кабели и разъемы. Так как диски SATA составляют почти 100% дисков, используемых сегодня, обновление до SATA 6 Гбит/с будет таким же простым, как покупка и установка нового диска.
SATA 6 Гбит/с подошла как раз вовремя, чтобы хорошо сочетаться с USB 3.0, более новым стандартом USB. USB 3.0 поддерживает максимальную теоретическую скорость 600 МБ/с, идеально подходящую для SATA нового поколения. В то время как USB 3.0 не может реализовать свой максимальный уровень в реальном мире, вы не можете не думать о том, чтобы всё время, которое вы сохранили, с внешним накопителем, поддерживающим USB 3.0, и двумя или более дисками SATA 6 Гбит/с для ускорения сохранения резервных копий на диске.
В то время как некоторые новые технологии вводят столько новых проблем, сколько они исправляют, никто не оглядывался назад с момента внедрения технологии SATA. Теперь с SATA 6 Гбит/с и USB 3.0 на горизонте вы можете поспорить, что все смотрят вперёд.
Записки IT специалиста
Технический блог специалистов ООО»Интерфейс»
С появлением на рынке жестких дисков с интерфейсом SATA 6 Gb/s и материнских плат оснащенных такими контроллерами очень многих пользователей интересует вопрос: дает ли использование данных дисков прирост производительности? Когда в нашу тестовую лабораторию попали соответствующий жесткий диск и подходящая материнская плата, мы решили проверить, что несут нам новинки.
Скажем сразу, мы не испытывали иллюзий и результаты тестов полностью совпали с нашими ожиданиями. Однако для многих, попавших под очарование красивой аббревиатуры SATA 6Gb/s, они могут оказаться неожиданными.
Тестовая платформа:
В качестве тестовых приложений использовались CrystalDiskMarkи Intel® NAS Performance Toolkit, оба этих пакета мы уже рассматривали подробнее и останавливаться на их описании не будем.
Режим SATA 6Gb/s
Диск показал неплохие скоростные характеристики, но ничего сверхъестественного, хотя несомненно быстрее массовых моделей. Нетрудно заметить, что для реализации всех возможностей диска «с запасом» хватает пропускной способности SATA II (300 МБ/с).
Режим SATA II
Для этого теста диск был принудительно переключен в режим SATA II установкой соответствующей перемычки и подключен к SATA II порту материнской платы:
После чего был проведен тот-же набор тестов:
Ничего иного мы не ожидали, результаты тестирования отличаются в рамках погрешности измерений. Как говориться: «найдите 10 отличий».
Выводы
Вывод очевиден и вполне однозначен: современным жестким дискам новый интерфейс SATA 6Gb/s не дает абсолютно никаких преимуществ. Даже для самых быстрых дисков вполне достаточно пропускной способности SATA II. Выпуск производителями дисков с маркировкой SATA 6Gb/s не более чем тонкий маркетинговый ход, ни говорящий ни о чем, кроме «родной» поддержки дисками новых контроллеров, хотя мы не испытывали никаких проблем при подключении SATA II дисков к SATA 6Gb/s контроллеру.
Интерфейс SATA 6Gb/s предназначен в первую очередь для SSD, которым уже становится тесно в рамках SATA II, большинство моделей твердотельных накопителей уже подходят к верхнему пределу пропускной способности. А высокопроизводительные SSD для корпоративного применения выпускаются с интерфейсом PCI-Ex4, обеспечивая пропускную способность в 450-600 МБ/с.
Интерфейс жесткого диска. SATA, SATA 2, SATA 3
На данный момент самым распространенным интерфейсом является SATA 3. SATA 2 хоть и можно встретить в продаже, однако интерфейс уже считается устаревшим.
Не стоит путать SATA 3 с SATA 3,0 Гбит/с, во втором случае речь идет об интерфейсе SATA 2, который имеет пропускную способность равную до 3,0 Гбит/с (у SATA 3 пропускная способность равна до 6 Гбит/с)
Интерфейс — устройство, передающее и преобразующее сигналы, от одного компонента оборудования к другому.
Виды интерфейса. PATA, SATA, SATA 2, SATA 3 и тд.
Накопители различных поколений использовали такие интерфейсы: IDE (ATA), USB, Serial ATA (SATA), SATA 2, SATA 3, SCSI, SAS, CF, EIDE, FireWire, SDIO и Fibre Channel.
SATA 3, хотя про требованию спецификаций правильно называть SATA 6Gb/s. Этот стандарт в двое увеличил скорость передачи данных до 6 Гбит/с (600 МБ/с). Также к положительным нововведениям относится функция программного управления NCQ и команды для непрерывной передачи данных для процесса с высоким приоритетом.
Кроме жестких дисков этот стандарт используется в SSD (твердотельные диски).
Стоит заметить, что на практике пропускная способность интерфейсов SATA не отличаются скоростью передачи данных. Практически скорость записи и чтения дисков не превышает 100 Мб/с. Увеличение показателей влияет только пропускную способность между контроллером и кеш-памятью накопителя.
SATA 2 (SATA300). Стандарт SATA 2 увеличивал пропускную способность в двое, до 300 МБ/с (2,4 Гбит/с), и позволяет работать на частоте 3 ГГц. Стандартны SATA и SATA 2 совместимы между собой, однако для некоторых моделей необходимо вручную устанавливать режимы, переставляя джамперы.
SATA (Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями. Для подключения используется 8-pin разъем. Как и в случае с PATA – является устаревшим, и используется только для работы с оптическими накопителями. Стандарт SATA (SATA150) обеспечивал пропускную способность равную 150 МБ/с (1,2 Гбит/с).
IDE (АТА — Advanced Technology Attachment) — параллельный интерфейс подключения накопителей, именно поэтому был изменен (с выходом SATA) на PATA (Parallel ATA). Раньше использовался для подключения винчестеров, но был вытеснен интерфейсом SATA. В настоящее время используется для подключения оптических накопителей.
SCSI(Small Computer System Interface) — стандарт применяется в серверах, где необходима повышенная скорость передачи данных.
SAS (Serial Attached SCSI) — поколение пришедшее на смену стандарта SCSI, использующее последовательную передачу данных. Как и SCSI используется в рабочих станциях. Полностью совместив с интерефейсом SATA.
CF (Compact Flash) — Интерфейс для подключения карт памяти, а также для 1,0 дюймовых винчестеров. Различают 2 стандарта: Compact Flash Type I и Compact Flash Type II, отличие в толщине.
FireWire – альтернативный интерфейс более медленному USB 2.0. Используется для подключения портативных жестких дисков. Поддерживает скорость до 400 Мб/с, однако физическая скорость ниже, чем у обычных. При чтении и записи максимальный порг 40 Мб/с.
Введение в SSD. Часть 2. Интерфейсная
В прошлой части цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков. Вторая часть расскажет про интерфейсы взаимодействия с накопителями.
Общение между процессором и периферийными устройствами происходит в соответствии с заранее определенными соглашениями, называемыми интерфейсами. Эти соглашения регламентируют физический и программный уровень взаимодействия.
Интерфейс — совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.
Физическая реализация интерфейса влияет на следующие параметры:
Параллельные и последовательные порты
По способу обмена данными порты ввода-вывода делятся на два типа:
Параллельные порты, на первый взгляд, отлично масштабируются: больше сигнальных линий — больше бит передается за раз и, следовательно, выше пропускная способность. Тем не менее, из-за увеличения количества сигнальных линий между ними возникает интерференционное взаимодействие, приводящее к искажению передаваемых сообщений.
Последовательные порты — противоположность параллельным. Отправка данных происходит по одному биту за раз, что сокращает общее количество сигнальных линий, но усложняет контроллер ввода-вывода. Контроллер передатчика получает машинное слово за раз и должен передавать по одному биту, а контроллер приемника в свою очередь должен получать биты и сохранять в том же порядке.
Малое количество сигнальных линий позволяет без помех увеличивать частоту передачи сообщения.
Small Computer Systems Interface (SCSI) появился в далеком 1978 году и был изначально разработан, чтобы объединять устройства различного профиля в единую систему. Спецификация SCSI-1 предусматривала подключение до 8 устройств (вместе с контроллером), таких как:
Изначально SCSI имел название Shugart Associates System Interface (SASI), но стандартизирующий комитет не одобрил бы название в честь компании и после дня мозгового штурма появилось название Small Computer Systems Interface (SCSI). «Отец» SCSI, Ларри Баучер (Larry Boucher) подразумевал, что аббревиатура будет произноситься как «sexy», но Дал Аллан (Dal Allan) прочитал «sсuzzy» («скази»). Впоследствии произношение «скази» прочно закрепилось за этим стандартом.
В терминологии SCSI подключаемые устройства делятся на два типа:
Используемая топология «общая шина» накладывает ряд ограничений:
Устройства на шине идентифицируются по уникальному номеру, называемому SCSI Target ID. Каждый SCSI-юнит в системе представлен минимум одним логическим устройством, адресация которого происходит по уникальному в пределах физического устройства номеру Logical Unit Number (LUN).
Команды в SCSI отправляются в виде блоков описания команды (Command Descriptor Block, CDB), состоящих из кода операции и параметров команды. В стандарте описано более 200 команд, разделенных в четыре категории:
Дальнейшее усовершенствование SCSI (спецификации SCSI-2 и Ultra SCSI) расширило список используемых команд и увеличило количество подключаемых устройств до 16-ти, а скорость обмена данными по шине до 640 МБ/c. Так как SCSI — параллельный интерфейс, повышение частоты обмена данными было сопряжено с уменьшением максимальной длины кабеля и приводило к неудобству в использовании.
Начиная со стандарта Ultra-3 SCSI появилась поддержка «горячего подключения» — подключение устройств при включенном питании.
Первым известным SSD диском с интерфейсом SCSI можно считать M-Systems FFD-350, выпущенный в 1995 году. Диск имел высокую стоимость и не имел широкой распространенности.
В настоящее время параллельный SCSI не является популярным интерфейсом подключения дисков, но набор команд до сих пор активно используется в интерфейсах USB и SAS.
ATA / PATA
Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment), так же известный как PATA (Parallel ATA) был разработан компанией Western Digital в 1986 году. Маркетинговое название стандарта IDE (англ. Integrated Drive Electronics — «электроника, встроенная в привод») подчеркивало важное нововведение: контроллер привода был встроен в привод, а не на отдельной плате расширения.
Решение разместить контроллер внутри привода решило сразу несколько проблем. Во-первых, уменьшилось расстояние от накопителя до контроллера, что положительным образом повлияло на характеристики накопителя. Во-вторых, встроенный контроллер был «заточен» только под определенный тип привода и, соответственно, был дешевле.
ATA, как и SCSI, использует параллельный способ ввода-вывода, что отражается на используемых кабелях. Для подключения дисков с использованием интерфейса IDE необходимы 40-жильные кабели, также именуемые шлейфами. В более поздних спецификациях используются 80-жильные шлейфы: более половины из которых — заземления для уменьшения интерференции на высоких частотах.
На шлейфе ATA присутствует от двух до четырех разъемов, один из которых подключается в материнскую плату, а остальные — в накопители. При подключении двух устройств одним шлейфом, одно из них должно быть сконфигурировано как Master, а второе — как Slave. Третье устройство может быть подключено исключительно в режиме «только чтение».
Положение перемычки задает роль конкретного устройства. Термины Master и Slave по отношению к устройствам не совсем корректны, так как относительно контроллера все подключенные устройства — Slaves.
Особенным нововведением в ATA-3 считается появление Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Пять компаний (IBM, Seagate, Quantum, Conner и Western Digital) объединили усилия и стандартизировали технологию оценки состояния накопителей.
Поддержка твердотельных накопителей появилась с четвертой версии стандарта, выпущенной в 1998 году. Эта версия стандарта обеспечивала скорость обмена данными до 33.3 МБ/с.
Стандарт выдвигает жесткие требования к шлейфам ATA:
Стандарт Serial ATA (SATA) был представлен 7 января 2003 года и решал проблемы своего предшественника следующими изменениями:
Шестнадцать сигнальных линий для передачи данных в ATA были заменены на две витые пары: одна для передачи, вторая для приема. Коннекторы SATA спроектированы для большей устойчивости к множественным переподключениям, а спецификация SATA 1.0 сделала возможным «горячее подключение» (Hot Plug).
Некоторые пины на дисках короче, чем все остальные. Это сделано для поддержки «горячей замены» (Hot Swap). В процессе замены устройство «теряет» и «находит» линии в заранее определенном порядке.
Чуть более, чем через год, в апреле 2004-го, вышла вторая версия спецификации SATA. Помимо ускорения до 3 Гбит/с в SATA 2.0 ввели технологию Native Command Queuing (NCQ). Устройства с поддержкой NCQ способны самостоятельно организовывать порядок выполнения поступивших команд для достижения максимальной производительности.
Последующие три года SATA Working Group работала над улучшением существующей спецификации и в версии 2.6 появились компактные коннекторы Slimline и micro SATA (uSATA). Эти коннекторы являются уменьшенной копией оригинального коннектора SATA и разработаны для оптических приводов и маленьких дисков в ноутбуках.
Несмотря на то, что пропускной способности второго поколения SATA хватало для жестких дисков, твердотельные накопители требовали большего. В мае 2009 года вышла третья версия спецификации SATA с увеличенной до 6 Гбит/с пропускной способностью.
Особое внимание твердотельным накопителям уделили в редакции SATA 3.1. Появился коннектор Mini-SATA (mSATA), предназначенный для подключения твердотельных накопителей в ноутбуках. В отличие от Slimline и uSATA новый коннектор был похож на PCIe Mini, хотя и не был электрически совместим с PCIe. Помимо нового коннектора SATA 3.1 мог похвастаться возможностью ставить команды TRIM в очередь с командами чтения и записи.
Команда TRIM уведомляет твердотельный накопитель о блоках данных, которые не несут полезной нагрузки. До SATA 3.1 выполнение этой команды приводило к сбросу кэшей и приостановке операций ввода-вывода с последующим выполнением команды TRIM. Такой подход ухудшал производительность диска при операциях удаления.
Спецификация SATA не успевала за бурным ростом скорости доступа к твердотельным накопителям, что привело к появлению в 2013 году компромисса под названием SATA Express в стандарте SATA 3.2. Вместо того, чтобы снова удвоить пропускную способность SATA, разработчики задействовали широко распространенную шину PCIe, чья скорость превышает 6 Гбит/с. Диски с поддержкой SATA Express приобрели собственный форм-фактор под названием M.2.
«Конкурирующий» с ATA стандарт SCSI тоже не стоял на месте и всего через год после появления Serial ATA, в 2004, переродился в последовательный интерфейс. Имя новому интерфейсу — Serial Attached SCSI (SAS).
Несмотря на то, что SAS унаследовал набор команд SCSI, изменения были значительные:
Максимальное количество одновременно подключенных устройств в SAS-домене по спецификации превышает 16 тысяч, а вместо SCSI ID для адресации используется идентификатор World-Wide Name (WWN).
WWN — уникальный идентификатор длиной 16 байт, аналог MAC-адреса для SAS-устройств.
Несмотря на схожесть разъемов SAS и SATA, эти стандарты не являются полностью совместимыми. Тем не менее, SATA-диск может быть подключен в SAS-коннектор, но не наоборот. Совместимость между SATA-дисками и SAS-доменом обеспечивается при помощи протокола SATA Tunneling Protocol (STP).
Первая версия стандарта SAS-1 имеет пропускную способность 3 Гбит/с, а самая современная, SAS-4, улучшила этот показатель в 7 раз: 22,5 Гбит/с.
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) — последовательный интерфейс для передачи данных, появившийся в 2002 году. Разработка была начата компанией Intel, а впоследствии передана специальной организации — PCI Special Interest Group.
Последовательный интерфейс PCIe не был исключением и стал логическим продолжением параллельного PCI, который предназначен для подключения карт расширения.
PCI Express значительно отличается от SATA и SAS. Интерфейс PCIe имеет переменное количество линий. Количество линий равно степеням двойки и колеблется в диапазоне от 1 до 16.
Термин «линия» в PCIe обозначает не конкретную сигнальную линию, а отдельный полнодуплексный канал связи, состоящий из следующих сигнальных линий:
«Аппетиты» твердотельных накопителей растут очень быстро. И SATA, и SAS не успевают увеличивать свою пропускную способность, чтобы «угнаться» за SSD, что привело к появлению SSD-дисков с подключением по PCIe.
Хотя PCIe Add-In карты прикручиваются винтом, PCIe поддерживает «горячую замену». Короткие пины PRSNT (англ. present — присутствовать) позволяют удостовериться, что карта полностью установлена в слот.
Твердотельные накопители, подключаемые по PCIe регламентируются отдельным стандартом Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification и воплощены в множестве форм-факторов, но о них мы расскажем в следующей части.
Удаленные накопители
При создании больших хранилищ данных появилась потребность в протоколах, позволяющих подключить накопители, расположенные вне сервера. Первым решением в этой области был Internet SCSI (iSCSI), разработанный компаниями IBM и Cisco в 1998 году.
Идея протокола iSCSI проста: команды SCSI «оборачиваются» в пакеты TCP/IP и передаются в сеть. Несмотря на удаленное подключение, для клиентов создается иллюзия, что накопитель подключен локально. Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN), основанная на iSCSI, может быть построена на существующей сетевой инфраструктуре. Использование iSCSI значительно снижает затраты на организацию SAN.
У iSCSI существует «премиальный» вариант — Fibre Channel Protocol (FCP). SAN с использованием FCP строится на выделенных волоконно-оптических линиях связи. Такой подход требует дополнительного оптического сетевого оборудования, но отличается стабильностью и высокой пропускной способностью.
Существует множество протоколов для отправки команд SCSI по компьютерным сетям. Тем не менее, есть только один стандарт, решающий противоположную задачу и позволяющий отправлять IP-пакеты по шине SCSI — IP-over-SCSI.
Большинство протоколов для организации SAN используют набор команд SCSI для управления накопителями, но есть и исключения, например, простой ATA over Ethernet (AoE). Протокол AoE отправляет ATA-команды в Ethernet-пакетах, но в системе накопители отображаются как SCSI.
С появлением накопителей NVM Express протоколы iSCSI и FCP перестали удовлетворять быстро растущим требованиям твердотельных накопителей. Появилось два решения:
Протокол NVMe over Fabrics стал хорошей альтернативой iSCSI и FCP. В NVMe-oF используются волоконно-оптическая линии связи и набор команд NVM Express.
Стандарты iSCSI и NVMe-oF решают задачу подключения удаленных дисков как локальные, а компания Intel пошла другой дорогой и максимально приблизила локальный диск к процессору. Выбор пал на DIMM-слоты, в которые подключается оперативная память. Максимальная пропускная способность канала DDR4 составляет 25 ГБ/с, что значительно превышает скорость шины PCIe. Так появился твердотельный накопитель Intel® Optane™ DC Persistent Memory.
Для подключения накопителя в DIMM слоты был изобретен протокол DDR-T, физически и электрически совместимый с DDR4, но требующий специального контроллера, который видит разницу между планкой памяти и накопителем. Скорость доступа к накопителю меньше, чем к оперативной памяти, но больше, чем к NVMe.
Протокол DDR-T доступен только с процессорами Intel® поколения Cascade Lake или новее.
Заключение
Почти все интерфейсы прошли долгий путь развития от последовательного до параллельного способа передачи данных. Скорости твердотельных накопителей стремительно растут, еще вчера твердотельные накопители были в диковинку, а сегодня NVMe уже не вызывает особого удивления.
В нашей лаборатории Selectel Lab вы можете самостоятельно протестировать SSD и NVMe диски.