Контроллеры SAS от Adaptec. Быстрые и ловкие. Интерфейсы подключения жестких дисков: SCSI, SAS, Firewire, IDE, SATA Разъемы sas

Введение

Посмотрите на современные материнские платы (или даже на некоторые более старые платформы). Нужен ли для них специальный RAID-контроллер? На большинстве материнских плат есть трехгигабитные порты SATA, также как аудио-разъёмы и сетевые адаптеры. Большинство современных чипсетов, таких как AMD A75 и Intel Z68 , имеют поддержку SATA на 6 Гбит/с. При такой поддержке со стороны чипсета, мощному процессору и наличию портов ввода/вывода, нужны ли вам дополнительные карты для систем хранения и отдельный контроллер?

В большинстве случаев обычные пользователи могут создать массивы RAID 0, 1, 5 и даже 10, используя встроенные порты SATA на материнской плате и специальное ПО, при этом можно получить очень высокую производительность. Но в тех случаях, когда требуется более сложный уровень RAID – 30, 50 или 60 – более высокий уровень управления диском или масштабируемость, то контроллеры на чипсете могут не справиться с ситуацией. В таких случаях нужны решения профессионального класса.

В таких случаях вы больше не ограничены системами хранения SATA. Большое количество специальных карт обеспечивают поддержку SAS (Serial-Attached SCSI) или дисков Fibre Channel (FC), каждый из этих интерфейсов несёт с собой уникальные преимущества.

SAS и FC для профессиональных решений RAID

Каждый из трёх интерфейсов (SATA, SAS и FC) имеет свои плюсы и свои минусы, никакой из них не может быть безоговорочно назван лучшим. Сильные стороны приводов на базе SATA заключаются в высокой ёмкости и низкой цене, в сочетании с высокими скоростями передачи данных. Диски SAS славятся своей надёжностью, масштабируемостью и высокой скоростью ввода/вывода. Системы хранение FC обеспечивают постоянную и очень высокую скорость передачи данных. Некоторые компании до сих пор используют решения Ultra SCSI, хотя они могут работать не более чем с 16 устройствами (один контроллер и 15 дисков). Более того, полоса пропускания в этом случае не превышает 320 Мбайт/с (в случае Ultra-320 SCSI), что не может конкурировать с более современными решениями.

Ultra SCSI – это стандарт для профессиональных корпоративных решений систем хранения. Однако SAS приобретает всё большую популярность, поскольку предлагает не только существенно бoльшую полосу пропускания, но также и большую гибкость при работе со смешанными системами SAS/SATA, что позволяет оптимизировать издержки, производительность, готовность и ёмкость даже в одном единственном JBOD (наборе дисков). Кроме того, многие SAS-диски обладают двумя портами с целью возможности резервирования. Если одна карта контроллера выходит из строя, то переключение дисковода на другой контроллер позволяет избежать отказа всей системы. Таким образом SAS обеспечивает высокую надежность всей системы.

Более того, SAS – это не только протокол "точка-точка" для соединения контроллера и устройства хранения. Он поддерживает до 255 устройств хранения на порт SAS при использовании экспандера. Используя двухуровневую структуру экспандеров SAS, теоретически, можно присоединить к одному каналу SAS 255 x 255 (или чуть больше 65 000) устройств хранения, если конечно контроллер способен поддерживать такое большое число устройств.

Adaptec, Areca, HighPoint и LSI: тесты четырёх контроллеров SAS RAID

В этом сравнительном тесте мы исследуем производительность современных SAS RAID-контроллеров, которые представлены четырьмя продуктами: Adaptec RAID 6805, Areca ARC-1880i, HighPoint RocketRAID 2720SGL и LSI MegaRAID 9265-8i.

Почему SAS, а не FC? С одной стороны, SAS – на сегодня наиболее интересная и уместная архитектура. Она предоставляет такие возможности, как зонирование, которое очень привлекательно для профессиональных пользователей. С другой стороны, роль FC на профессиональном рынке снижается, а некоторые аналитики даже предсказывают её полный уход, основываясь на количестве поставленных жёстких дисков. По мнению экспертов IDC, будущее FC выглядит достаточно мрачным, а вот жёсткие диски SAS могут претендовать на 72% рынка корпоративных жёстких дисков в 2014 году.

Adaptec RAID 6805

Производитель чипов PMC-Sierra вывел на рынок серию "Adaptec by PMC" семейства контроллеров RAID 6 в конце 2010 г. Карты контроллера серии 6 основаны на двухъядерном контроллере ROC (RAID on Chip) SRC 8х6 Гбайт, который поддерживает кэш-память 512 Мбайт и до 6 Гбит/с на SAS-порт. Есть три низкопрофильные модели: Adaptec RAID 6405 (4 внутренних порта), Adaptec RAID 6445 (4 внутренних и 4 внешних порта) и та, что мы тестировали – Adaptec RAID 6805 с восемью внутренними портами, стоимостью около $460.

Все модели поддерживают JBOD и RAID всех уровней – 0, 1, 1E, 5, 5EE, 6, 10, 50 и 60.

Соединённый с системой через интерфейс x8 PCI Express 2.0, Adaptec RAID 6805 поддерживает до 256 устройств через SAS экспандер. В соответствии со спецификациями производителя, стабильная скорость передачи данных в систему может достигать 2 Гбайт/с, а пиковая может достигать 4.8 Гбайт/с на агрегированный SAS-порт и 4 Гбайт/с на интерфейс PCI Express – последняя цифра – максимальное теоретически возможное значение для шины PCI Express 2.0х.

ZMCP без необходимости поддержки

Наш тестовый образец пришел с Adaptec Falsh Module 600, который использует Zero Maintenance Cache Protection (ZMCP) и не использует устаревший Battery Backup Unit (BBU). Модуль ZMCP – это блок с флэш-чипом на 4 Гбайт NAND, который используется для резервного копирования кэш-памяти контроллера в случае отключения энергопитания.

Поскольку копирование из кэш-памяти во флэш-память происходит очень быстро, Adaptec использует конденсаторы для поддержки питания, а не аккумуляторы. Преимущество конденсаторов заключается в том, что они могут работать так же долго, как и сами карты, тогда как резервные аккумуляторы должны заменяться каждые несколько лет. Кроме того, однажды скопированные во флэш-память данные могут храниться там несколько лет. Для сравнения: вы обычно имеете около трёх дней для хранения данных перед тем, как кэшированная информация будет потеряна, что заставляет вас торопиться с восстановлением данных. Как и предполагает само название ZMCP, это решение, способное противостоять отказам по энергопитанию.

Производительность

Adaptec RAID 6805 в режиме RAID 0 проигрывает в наших тестах потокового чтения/записи. Кроме того RAID 0 – это не типичный случай для бизнеса, которому нужна защита данных (хотя он вполне может использоваться для рабочей станции, занимающейся рендерингом видео). Последовательное чтение идёт на скорости 640 Мбайт/с, а последовательная запись – на 680 Мбайт/с. По этим двум параметрам LSI MegaRAID 9265-8i занимает верхнюю позицию в наших тестах. Adaptec RAID 6805 работают лучше в тестах RAID 5, 6 и 10, но не является абсолютным лидером. В конфигурации только с SSD, контроллер Adaptec работает на скорости до 530 Мбайт/с, но его превосходят контроллеры Areca и LSI.

Карта Adaptec автоматически распознаёт то, что она называет конфигурацией HybridRaid, которая состоит из смеси жёстких и SSD-дисков, предлагая RAID на уровнях от 1 до 10 в такой конфигурации. Эта карта превосходит своих конкурентов благодаря специальным алгоритмам чтения/записи. Они автоматически направляют операции чтения на SSD, а операции записи и на жёсткие диски, и на SSD. Таким образом операции чтения будут работать как в системе только из SSD, а запись будет работать не хуже, чем в системе из жёстких дисков.

Однако, результаты наших тестов не отражают теоретической ситуации. За исключением бенчмарков для Web-сервера, где работает скорость передачи данных для гибридной системы, гибридная система SSD и жёстких дисков не может приблизиться к скорости работы системы только из SSD.

Контроллер Adaptec показывает себя гораздо лучше в тесте производительности ввода/вывода для жёстких дисков. Вне зависимости от типа бенчмарков (база данных, файл-сервер, Web-сервер или рабочая станция), контроллер RAID 6805 идёт нога в ногу с Areca ARC-1880i и LSI MegaRAID 9265-8i, и занимает первое или второе места. Только HighPoint RocketRAID 2720SGL лидирует в тесте ввода/вывода. Если заменить жёсткие диски на SSD, то LSI MegaRAID 9265-8i существенно обгоняет три других контроллера.

Установка ПО и настройка RAID

Adaptec и LSI обладают хорошо организованными и простыми в работе средствами для управления RAID. Инструменты управления позволяют администраторам получить удалённый доступ к контроллерам через сеть.

Установка массива

Areca ARC-188oi

Areca также выводит серию ARC-1880 в рыночный сегмент контроллеров 6 Гбит/с SAS RAID. По утверждению производителя, целевые приложения простираются от приложений NAS и серверов систем хранения до высокопроизводительных вычислений, резервирования, систем обеспечения безопасности и облачных вычислений.

Протестированные образцы ARC-1880i с восемью внешними портами SAS и восемью линиями интерфейса PCI Express 2.0 можно приобрести за $580. Низкопрофильная карта, которая является единственной картой в нашем наборе с активным кулером, построена на базе 800 МГц ROC с поддержкой кэша для данных 512 Мбайт DDR2-800. Используя SAS экспандеры, Areca ARC-1880i поддерживает до 128 систем хранения данных. Чтобы сохранить содержание кэша при отказе энергопитания, к системе опционально может быть добавлен аккумуляторный источник питания.

Кроме одиночного режима и JBOD, контроллер поддерживает уровни RAID 0, 1, 1E, 3, 5, 6, 10, 30, 50 и 60.

Производительность

Areca ARC-1880i хорошо справляется с тестами чтения/записи в RAID 0, достигая 960 Мбайт/с для чтения и 900 Мбайт/с для записи. Только LSI MegaRAID 9265-8i оказывается быстрее в этом конкретном тесте. Контроллер Areca не разочаровывает и в других бенчмарках. И в работе с жёсткими дисками, и с SSD, этот контроллер всегда активно конкурирует с победителями тестов. Хотя контроллер Areca стал лидером только в одном бенчмарке (последовательное чтение в RAID 10), он демонстрировал очень высокие результаты, например, скорость чтения в 793 Мбайт/с в то время, как самый быстрый конкурент, LSI MegaRAID 9265-8i, показал только 572 Мбайт/с.

Однако последовательная передача информации – это лишь одна из частей картины. Вторая – производительность ввода/вывода. Areca ARC-1880i и здесь выступает блистательно, на равных соперничая с Adaptec RAID 6805 и LSI MegaRAID 9265-8i. Аналогично своей победе в бенчмарке по скорости передачи данных, контроллер Areca победил и в одном из тестов ввода/вывода – бенчмарке Web-сервер. Контроллер Areca доминирует в бенчмарке Web-сервер на уровнях RAID 0, 5 и 6, а для RAID 10 вперёд вырывается Adaptec 6805, оставляя контроллер Areca на втором месте с небольшим отставанием.

Web GUI и установка параметров

Как и HighPoint RocketRAID 2720SGL, Areca ARC-1880i удобно управляется через Web-интерфейс и просто настраивается.

Установка массива

HighPoint RocketRAID 2720SGL

HighPoint RocketRAID 2720SGL – это SAS RAID-контроллер с восемь внутренними SATA/SAS-портами, каждый из которых поддерживает 6 Гбит/с. По информации производителя, эта низкопрофильная карта ориентирована на системы хранения для малого и среднего бизнеса, и на рабочие станции. Ключевой компонент карты – это RAID-контроллер Marvell 9485. Основные конкурентные преимущества – малые размеры и интерфейс PCIe 2.0 на 8 линий.

Кроме JBOD, карта поддерживает RAID 0, 1, 5, 6, 10 и 50.

Кроме той модели, что была протестирована в наших тестах, в низкопрофильной серии HighPoint 2700 есть ещё 4 модели: RocketRAID 2710, RocketRAID 2711, RocketRAID 2721 и RocketRAID 2722, которые, в основном, отличаются типами портов (внутренний/внешний) и их количеством (от 4 до 8). В наших тестах использовался самый дешёвый из этих RAID-контроллеров RocketRAID 2720SGL ($170). Все кабели к контроллеру приобретаются отдельно.

Производительность

В процессе последовательного чтения/записи в массив RAID 0, состоящий из восьми дисков Fujitsu MBA3147RC, HighPoint RocketRAID 2720SGL демонстрирует отличную скорость чтения 971 Мбайт/с, уступая только LSI MegaRAID 9265-8i. Скорость записи – 697 Мбайт/с – не так высока, но тем не менее превосходит скорость записи Adaptec RAID 6805. RocketRAID 2720SGL также демонстрирует целый спектр самых разных результатов. При работе с массивами RAID 5 и 6 он превосходит другие карты, но с RAID 10 скорость чтения падает до 485 Мбайт/с – самое низкое значение среди четырёх тестируемых образцов. Последовательная скорость записи в RAID 10 ещё хуже – всего 198 Мбайт/с.

Этот контроллер явно не создан для SSD. Скорость чтения здесь достигает 332 Мбайт/с, а скорость записи – 273 Мбайт/с. Даже Adaptec RAID 6805, который также не слишком хорош в работе с SSD, показывает в два раза лучшие результаты. Поэтому HighPoint не является конкурентом для двух карт, которые работают с SSD действительно хорошо: Areca ARC-1880i и LSI MegaRAID 9265-8i – они работают как минимум в три раза быстрее.

Всё, что мы смогли сказать хорошего о работе HighPoint в режиме ввода/вывода, мы сказали. Тем не менее RocketRAID 2720SGL занимает последнее место в наших тестах по всем четырём бенчмаркам Iometer. Контроллер HighPoint вполне конкурентоспособен другим картам при работе с бенчмарком для Web-сервера, но существенно проигрывает конкурентам по трём другим бенчмаркам. Это становится очевидным в тестах с SSD, где RocketRAID 2720SGL явно демонстрирует, что он не оптимизирован для работы с SSD. Он явно не использует все преимущества SSD по сравнению с жёсткими дисками. Например, RocketRAID 2720SGL показывает 17378 IOPs в бенчмарке баз данных, а LSI MegaRAID 9265-8i превосходит его по этому параметру в четыре раза, выдавая 75 037 IOPs.

Web GUI и установки для массива

Web-интерфейс RocketRAID 2720SGL удобен и прост в работе. Все параметры RAID устанавливаются легко.

Установка массива

LSI MegaRAID 9265-8i

LSI позиционирует MegaRAID 9265-8i, как устройство для рынка малого и среднего бизнеса. Эта карта подходит для обеспечения надёжности в облаках и других бизнес-приложений. MegaRAID 9265-8i – один из наиболее дорогих контроллеров в нашем тесте (он стоит $630), но как показывает тест, эти деньги платятся за его реальные преимущества. Перед тем, как мы представим результаты тестов, давайте обсудим технические особенности этих контроллеров и программные приложения FastPath и CacheCade.

LSI MegaRAID 9265-8i использует двухъядерный LSI SAS2208 ROC, использующий интерфейс PCIe 2.0 с восемью линиями. Число 8 в конце наименования устройства означает наличие восьми внутренних портов SATA/SAS, каждый из которых поддерживает скорость 6 Гбит/с. До 128 устройства хранения могут быть подключены к контроллеру через экспандеры SAS. Карта LSI cодержит 1 Гбайт кэша DDR3-1333 и поддерживает уровни RAID 0, 1, 5, 6, 10 и 60.

Настройка ПО и RAID, FastPath и CacheCade

LSI утверждает, что FastPath может существенно ускорить работу систем ввода/вывода при подключении SSD. По словам экспертов компании LSI, FastPath работает с любым SSD, заметно увеличивая производительность записи/чтения RAID-массива на базе SSD: в 2.5 раза при записи и в 2 раза при чтении, достигая 465 000 IOPS. Эту цифру мы не смогли проверить. Тем не менее, эта карта смогла выжать максимум из пяти SSD и без использования FastPath.

Следующее приложение для MegaRAID 9265-8i называется CacheCade. С его помощью можно использовать один SSD в качестве кэш-памяти для массива жёстких дисков. По словам экспертов LSI, это может ускорить процесс считывания раз в 50, в зависимости от размера рассматриваемых данных, приложений и метода использования. Мы попробовали работу этого приложения на массиве RAID 5, состоящем из 7 жёстких дисков и одного SSD (SSD использовался для кэша). По сравнению с системой RAID 5 из 8 жёстких дисков, стало очевидно, что CacheCade не только повышает скорость ввода/вывода, но также и общую производительность (тем больше, чем меньше объём постоянно используемых данных). Для тестирования мы использовали 25 Гбайт данных и получили 3877 IOPS на Iometer в шаблоне для Web-сервера, тогда как обычный массив жёстких дисков позволял получить только 894 IOPS.

Производительность

В конце концов оказывается, что LSI MegaRAID 9265-8i – это самый быстрый из всех SAS RAID-контроллеров в этом обзоре в операциях ввода/вывода. Однако, в процессе последовательных операций чтения/записи контроллер демонстрирует производительность среднего уровня, поскольку его производительность при последовательных действиях сильно зависит от уровня RAID, который вы используете. При тестировании жёсткого диска на уровне RAID 0 мы получаем скорость последовательно чтения 1080 Мбайт/с (что существенно превышает показатели конкурентов). Скорость последовательной записи на уровне RAID 0 идёт на уровне 927 Mбайт/с, что также выше, чем у конкурентов. А вот для RAID 5 и 6 контроллеры LSI уступают всем своим конкурентам, превосходя их только в RAID 10. В тесте SSD RAID LSI MegaRAID 9265-8i демонстрирует лучшую производительность при последовательной записи (752 Mбайт/с) и только Areca ARC-1880i превосходит его по параметрам последовательного чтения.

Если вы ищете RAID-контроллер, ориентированный на SSD с высокой производительностью ввода/вывода, то здесь лидер – контроллер LSI. За редким исключением, он занимает первое место в наших тестах ввода/вывода для файл-сервера, Web-сервера и нагрузок для рабочих станций. Когда ваш RAID-массив состоит из SSD, конкуренты LSI ничего не могут ему противопоставить. Например, в бенчмарке для рабочих станций MegaRAID 9265-8i достигает 70 172 IOPS, тогда как оказавшийся на втором месте Areca ARC-1880i, уступает ему практически в два раза - 36 975 IOPS.

ПО для RAID и установка массива

Как и в случае Adaptec, LSI имеет удобные инструменты для управления RAID-массивом через контроллер. Вот несколько скриншотов:

ПО для CacheCade

ПО для RAID

Установка массива

Сравнительная таблица и конфигурация тестового стенда

Тестовая конфигурация

Мы соединили восемь жёстких дисков Fujitsu MBA3147RC SAS (каждый по 147 Гбайт) с RAID-контроллерами и провели бенчмарки для RAID-уровней 0, 5, 6 и 10. Тесты SSD проводились с пятью дисками Samsung SS1605.

Результаты тестов

Проиводительность ввода/вывода в RAID 0 и 5

Бенчмарки в RAID 0 не показывают существенной разницы между RAID-контроллерами, за исключением HighPoint RocketRAID 2720SGL.

Бенчмарк в RAID 5 не помогает контроллеру HighPoint обрести утраченные позиции. В отличие от бенчмарка в RAID 0, все три более быстрых контроллера более отчётливо проявляют здесь свои слабые и сильные стороны.

Производительность ввода/вывода в RAID 6 и 10

LSI оптимизировала свой контроллер MegaRAID 9265 для работы с базами данных, файл-серверами и нагрузками для рабочих станций. Бенчмарк для Web-севера хорошо проходят все контроллеры, демонстрируя одинаковую производительность.

В варианте RAID 10 за первое место борются Adaptec и LSI, а HighPoint RocketRAID 2720SGL занимает последнее место.

Производительность при вводе/выводе на SSD

Здесь лидирует LSI MegaRAID 9265, которая использует все преимущества твердотельных систем хранения.

Пропускная способность в RAID 0, 5 и в деградированном режиме RAID 5

LSI MegaRAID 9265 c лёгкостью лидирует в этом бенчмарке. Adaptec RAID 6805 сильно отстаёт.

HighPoint RocketRAID 2720SGL без кэша хорошо справляется с последовательными операциями в RAID 5. Не сильно уступают ему и другие контроллеры.

Деградированный RAID 5

Пропускная способность в RAID 6, 10 и в деградированном режиме RAID 6

Как и в случае RAID 5, HighPoint RocketRAID 2720SGL демонстрирует самую высокую пропускную способность для RAID 6, оставляя второе место для Areca ARC-1880i. Впечатление такое, что LSI MegaRAID 9265-8i просто не любит RAID 6.

Деградированный RAID 6

Здесь уже LSI MeagaRAID 9265-8i показывает себя в лучшем свете, хотя и пропускает вперед Areca ARC-1880i.

LSI CacheCade

Какой же 6 Гбит/с SAS-контроллер лучший?

В общем, все четыре SAS RAID-контроллера, которые мы тестировали, продемонстрировали хорошую производительность. У всех есть вся необходимая функциональность, и все они с успехом могут используются в серверах начального и среднего уровня. Кроме выдающейся производительности, они обладают и такими важными функциями, как работа в смешанном окружении с поддержкой SAS и SATA и масштабирование через SAS-экспандеры. Все четыре контроллера поддерживают стандарт SAS 2.0, он поднимает пропускную способность с 3 Гбит/с до 6 Гбит/с на порт, а кроме этого вводит такие новые функции, как зонирование SAS, что позволяет многим контроллерам получить доступ к ресурсам хранения данных через один SAS-экспандер.

Несмотря на такие схожие черты, как низкопрофильный форм-фактор, интерфейс PCI Express на восемь линий и восемь SAS 2.0 портов, у каждого контроллера есть свои собственные сильные и слабые стороны, анализируя которые и можно выдать рекомендации по их оптимальному использованию.

Итак, самый быстрый контроллер – это LSI MegaRAID 9265-8i, особенно в отношении пропускной способности ввода/вывода. Хотя и у него есть слабые места, в частности, не слишком высокая производительность в случаях RAID 5 и 6. MegaRAID 9265-8i лидирует в большинстве бенчмарков и является прекрасным решением профессионального уровня. Стоимость этого контроллера – $630 – самая высокая, об этом тоже нельзя забывать. Но за эту высокую стоимость вы получаете прекрасный контроллер, который опережает своих конкурентов, особенно при работе с SSD. Он обладает и прекрасной производительностью, которая становится особенно ценной при подключении систем хранения большого объёма. Более того, вы можете увеличить производительность LSI MegaRAID 9265-8i, используя FastPath или CacheCade, за которые естественно надо будет заплатить дополнительно.

Контроллеры Adaptec RAID 6805 и Areca ARC-1880i демонстрируют одинаковую производительность и очень похожи по своей стоимости ($460 и $540). Оба хорошо работают, как показывают различные бенчмарки. Контроллер Adaptec показывает чуть более высокую производительность, чем контроллер Areca, он также предлагает востребованную функцию ZMCP (Zero Maintenance Cache Protection), которая заменяет обычное резервирование при отказе питания и позволяет продолжать работу.

HighPoint RocketRAID 2720SGL продаётся всего за $170, что гораздо дешевле трёх остальных протестированных контроллеров. Производительность этого контроллера вполне достаточна, если вы работаете с обычными дисками, хотя и хуже, чем у контроллеров Adaptec или Areca. И не стоит использовать этот контроллер для работы с SSD.

В этой статье речь пойдет о том, что позволяет подключить жесткий диск к компьютеру, а именно, об интерфейсе жесткого диска. Точнее говорить, об интерфейсах жестких дисков, потому что технологий для подключения этих устройств за все время их существования было изобретено великое множество, и обилие стандартов в данной области может привести в замешательство неискушенного пользователя. Впрочем, обо все по порядку.

Интерфейсы жестких дисков (или строго говоря, интерфейсы внешних накопителей, поскольку в их качестве могут выступать не только , но и другие типы накопителей, например, приводы для оптических дисков) предназначены для обмена информацией между этими устройствами внешней памяти и материнской платой. Интерфейсы жестких дисков, не в меньшей степени, чем физические параметры накопителей, влияют на многие рабочие характеристики накопителей и на их производительность. В частности, интерфейсы накопителей определяют такие их параметры, как скорость обмена данными между жестким диском и материнской платой, количество устройств, которые можно подключить к компьютеру, возможность создания дисковых массивов, возможность горячего подключения, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д. Также от интерфейса жесткого диска зависит, какой кабель, шнур или переходник для его подключения к материнской плате вам потребуется.

SCSI - Small Computer System Interface

Интерфейс SCSI является одним из самых старых интерфейсов, разработанных для подключения накопителей в персональных компьютерах. Появился данный стандарт еще в начале 1980-х гг. Одним из его разработчиков был Алан Шугарт, также известный, как изобретатель дисководов для гибких дисков.

Внешний вид интерфейса SCSI на плате и кабеля подключения к нему

Стандарт SCSI (традиционно данная аббревиатура читается в русской транскрипции как «скази») первоначально предназначался для использования в персональных компьютерах, о чем свидетельствует даже само название формата – Small Computer System Interface, или системный интерфейс для небольших компьютеров. Однако так получилось, что накопители данного типа применялись в основном в персональных компьютерах топ-класса, а впоследствии и в серверах. Связано это было с тем, что, несмотря на удачную архитектуру и широкий набор команд, техническая реализация интерфейса была довольно сложна, и не подходила по стоимости для массовых ПК.

Тем не менее, данный стандарт обладал рядом возможностей, недоступных для прочих типов интерфейсов. Например, шнур для подключения устройств Small Computer System Interface может иметь максимальную длину в 12 м, а скорость передачи данных – 640 МБ/c.

Как и появившийся несколько позже интерфейс IDE, интерфейс SCSI является параллельным. Это означает, что в интерфейсе применяются шины, передающие информацию по нескольким проводникам. Данная особенность являлась одним из сдерживающих факторов для развития стандарта, и поэтому в качестве его замены был разработан более совершенный, последовательный стандарт SAS (от Serial Attached SCSI).

SAS - Serial Attached SCSI

Так выглядит интерфейс SAS серверного диска

Serial Attached SCSI разрабатывался в усовершенствования достаточно старого интерфейса подключения жестких дисков Small Computers System Interface. Несмотря на то, что Serial Attached SCSI использует основные достоинства своего предшественника, тем не менее, у него есть немало преимуществ. Среди них стоит отметить следующие:

• Использование общей шины всеми устройствами.
• Последовательный протокол передачи данных, используемый SAS, позволяет задействовать меньшее количество сигнальных линий.
• Отсутствует необходимость в терминации шины.
• Практически неограниченное число подключаемых устройств.
• Более высокая пропускная способность (до 12 Гбит/c). В будущих реализациях протокола SAS предполагается поддерживать скорость обмена данными до 24 Гбит/c.
• Возможность подключения к контроллеру SAS накопителей с интерфейсом Serial ATA.

Как правило, системы Serial Attached SCSI строятся на основе нескольких компонентов. В число основных компонентов входят:

• Целевые устройства. В эту категорию включают собственно накопители или дисковые массивы.
• Инициаторы – микросхемы, предназначенные для генерации запросов к целевым устройствам.
• Система доставки данных – кабели, соединяющие целевые устройства и инициаторы

Разъемы Serial Attached SCSI могут иметь различную форму и размер, в зависимости от типа (внешний или внутренний) и от версий SAS. Ниже представлены внутренний разъем SFF-8482 и внешний разъем SFF-8644, разработанный для SAS-3:

Слева - внутренний разъём SAS SFF-8482; Справа - внешний разъём SAS SFF-8644 с кабелем.

Несколько примеров внешнего вида шнуров и переходников SAS: шнур HD-Mini SAS и шнур-переходник SAS-Serial ATA.

Слева - шнур HD Mini SAS; Справа - переходной шнур с SAS на Serial ATA

Firewire - IEEE 1394

Сегодня достаточно часто можно встретить жесткие диски с интерфейсом Firewire. Хотя через интерфейс Firewire к компьютеру можно подключить любые типы периферийных устройств, и его нельзя назвать специализированным интерфейсом, предназначенным для подключения исключительно жестких дисков, тем не менее, Firewire имеет ряд особенностей, которые делают его чрезвычайно удобным для этой цели.

FireWire - IEEE 1394 - вид на ноутбуке

Интерфейс Firewire был разработан в середине 1990-х гг. Начало разработке положила небезызвестная фирма Apple, нуждавшаяся в собственной, отличной от USB, шине для подключения периферийного оборудования, прежде всего мультимедийного. Спецификация, описывающая работу шины Firewire, получила название IEEE 1394.

На сегодняшний день Firewire представляет собой один из наиболее часто используемых форматов высокоскоростной последовательной внешней шины. К основным особенностям стандарта можно отнести:

• Возможность горячего подключения устройств.
• Открытая архитектура шины.
• Гибкая топология подключения устройств.
• Меняющаяся в широких пределах скорость передачи данных – от 100 до 3200 Мбит/c.
• Возможность передачи данных между устройствами без участия компьютера.
• Возможность организации локальных сетей при помощи шины.
• Передача питания по шине.
• Большое количество подключаемых устройств (до 63).

Для подключения винчестеров (обычно посредством внешних корпусов для жестких дисков) через шину Firewire, как правило, используется специальный стандарт SBP-2, использующий набор команд протокола Small Computers System Interface. Существует возможность подключения устройств Firewire к обычному разъему USB, но для этого требуется специальный переходник.

IDE - Integrated Drive Electronics

Аббревиатура IDE, несомненно, известна большинству пользователей персональных компьютеров. Стандарт интерфейса для подключения жестких дисков IDE был разработан известной фирмой, производящей жесткие диски – Western Digital. Преимуществом IDE по сравнению с другими существовавшими в то время интерфейсами, в частности, интерфейсом Small Computers System Interface, а также стандартом ST-506, было отсутствие необходимости устанавливать контроллер жесткого диска на материнскую плату. Стандарт IDE подразумевал установку контроллера привода на корпус самого накопителя, а на материнской плате оставался лишь хост-адаптер интерфейса для подключения приводов IDE.

Интерфейс IDE на материнской плате

Данное нововведение позволило улучшить параметры работы накопителя IDE благодаря тому, что сократилось расстояние между контроллером и самим накопителем. Кроме того, установка контроллера IDE внутрь корпуса жесткого диска позволила несколько упростить как материнские платы, так и производство самих винчестеров, поскольку технология давала свободу производителям в плане оптимальной организации логики работы накопителя.

Новая технология первоначально получила название Integrated Drive Electronics (Встроенная в накопитель электроника). Впоследствии был разработан описывающий ее стандарт, названный ATA. Это название происходит от последней части названия семейства компьютеров PC/AT посредством добавления слова Attachment.

Для подключения жесткого диска или другого устройства, например, накопителя для оптических дисков, поддерживающего технологию Integrated Drive Electronics, к материнской плате, используется специальный кабель IDE. Поскольку ATA относится к параллельным интерфейсам (поэтому его также называют Parallel ATA или PATA), то есть, интерфейсам, предусматривающим одновременную передачу данных по нескольким линиям, то его кабель данных имеет большое количество проводников (обычно 40, а в последних версиях протокола имелась возможность использовать 80-жильный кабель). Обычный кабель данных для данного стандарта имеет плоский и широкий вид, но встречаются и кабели круглого сечения. Кабель питания для накопителей Parallel ATA имеет 4-контактный разъем и подсоединен к блоку питания компьютера.

Ниже приведены примеры кабеля IDE и круглого шнура данных PATA:

Внешний вид интерфейсного кабеля: cлева - плоский, справа в круглой оплетке - PATA или IDE.

Благодаря сравнительной дешевизне накопителей Parallel ATA, простоте реализации интерфейса на материнской плате, а также простоте установки и конфигурации устройств PATA для пользователя, накопители типа Integrated Drive Electronics на длительное время вытеснили с рынка винчестеров для персональных компьютеров бюджетного уровня устройства других типов интерфейса.

Однако стандарт PATA имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ограничение по длине, которую может иметь кабель данных Parallel ATA – не более 0,5 м. Кроме того, параллельная организация интерфейса накладывает ряд ограничений на максимальную скорость передачи данных. Не поддерживает стандарт PATA и многие расширенные возможности, которые имеются у других типов интерфейсов, например, горячее подключение устройств.

SATA - Serial ATA

Вид интерфейса SATA на материнской плате

Интерфейс SATA (Serial ATA), как можно догадаться из названия, является усовершенствованием ATA. Заключается это усовершенствование, прежде всего, в переделке традиционного параллельного ATA (Parallel ATA) в последовательный интерфейс. Однако этим отличия стандарта Serial ATA от традиционного не ограничиваются. Помимо изменения типа передачи данных с параллельного на последовательный, изменились также разъемы для передачи данных и электропитания.

Ниже приведен шнур данных SATA:

Шнур передачи данных для SATA интерфейса

Это позволило использовать шнур значительно большей длины и увеличить скорость передачи данных. Однако минусом стало то обстоятельство, что устройства PATA, которые до появления SATA присутствовали на рынке в огромных количествах, стало невозможно напрямую подключить в новые разъемы. Правда, большинство новых материнских плат все же имеют старые разъемы и поддерживают подключение старых устройств. Однако обратная операция – подключение накопителя нового типа к старой материнской плате обычно вызывает куда больше проблем. Для этой операции пользователю обычно требуется переходник Serial ATA to PATA. Переходник для кабеля питания обычно имеет сравнительно простую конструкцию.

Переходник питания Serial ATA to PATA:

Слева общий вид кабеля; Cправа укрупнено внешний вид коннекторов PATA и Serial ATA

Сложнее, однако, дело обстоит с таким устройством, как переходник для подключения устройства последовательного интерфейса в разъем для параллельного интерфейса. Обычно переходник такого типа выполнен в виде небольшой микросхемы.

Внешний вид универсального двунаправленного переходника между интерфейсами SATA - IDE

В настоящее время интерфейс Serial ATA практически вытеснил Parallel ATA, и накопители PATA можно встретить теперь в основном лишь в достаточно старых компьютерах. Еще одной особенностью нового стандарта, обеспечившей его широкую популярность, стала поддержка .

Вид переходника с IDE на SATA

О технологии NCQ можно рассказать чуть подробнее. Основное преимущество NCQ состоит в том, что она позволяет использовать идеи, которые давно были реализованы в протоколе SCSI. В частности, NCQ поддерживает систему упорядочивания операций чтения/записи, поступающих к нескольким накопителям, установленным в системе. Таким образом, NCQ способна значительно повысить производительность работы накопителей, в особенности массивов жестких дисков.

Вид переходника с SATA на IDE

Для использования NCQ необходима поддержка технологии со стороны жесткого диска, а также хост-адаптера материнской платы. Практически все адаптеры, поддерживающие AHCI, поддерживают и NCQ. Кроме того, NCQ поддерживают и некоторые старые проприетарные адаптеры. Также для работы NCQ требуется ее поддержка со стороны операционной системы.

eSATA - External SATA

Отдельно стоит упомянуть о казавшемся многообещающим в свое время, но так и не получившем широкого распространения формате eSATA (External SATA). Как можно догадаться из названия, eSATA представляет собой разновидность Serial ATA, предназначенную для подключения исключительно внешних накопителей. Стандарт eSATA предлагает для внешних устройств большую часть возможностей стандартного, т.е. внутреннего Serial ATA, в частности, одинаковую систему сигналов и команд и столь же высокую скорость.

Разъем eSATA на ноутбуке

Тем не менее, у eSATA есть и некоторые отличия от породившего его стандарта внутренней шины. В частности, eSATA поддерживает более длинный кабель данных (до 2 м), а также имеет более высокие требования к питанию накопителей. Кроме того, разъемы eSATA несколько отличаются от стандартных разъемов Serial ATA.

По сравнению с другими внешними шинами, такими, как USB и Firewire, eSATA, однако, имеет один существенный недостаток. Если эти шины позволяют осуществлять электропитание устройства через сам кабель шины, то накопитель eSATA требует специальные разъемы для питания. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, eSATA в настоящее время не пользуется большой популярностью в качестве интерфейса для подключения внешних накопителей.

Заключение

Информация, хранящаяся на жестком диске, не может стать полезной для пользователя и доступной для прикладных программ до тех пор, пока к ней не получит доступ центральный процессор компьютера. Интерфейсы жестких дисков представляют собой средство для связи между этими накопителями и материнской платой. На сегодняшний день существует немало различных типов интерфейсов жестких дисков, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и характерные особенности. Надеемся, что приведенная в данной статье информация во многом окажется полезной для читателя, ведь выбор современного жесткого диска во многом определяются не только его внутренними характеристиками, такими, как емкость, объем кэш-памяти, скорость доступа и вращения, но и тем интерфейсом, для которого он был разработан.

SAS (Serial Attached SCSI) - последовательный компьютерный интерфейс, разработанный для подключения различных устройств хранения данных, например, и ленточных накопителей. SAS разработан для замены параллельного интерфейса SCSI и использует тот же набор команд SCSI.

SAS обратно совместим с интерфейсом SATA: устройства SATA II и SATA 6 Gb/s могут быть подключены к контроллеру SAS, но устройства SAS нельзя подключить к контроллеру SATA. Последняя реализация SAS обеспечивает передачу данных со скоростью до 12Гбит/с на одну линию. К 2017-му году ожидается появление спецификации SAS со скоростью передачи данных 24Гбит/с

SAS сочетает преимущества интерфейсов SCSI (глубокая сортировка очереди команд, хорошая масштабируемость, высокая помехозащищённость, большая максимальная длина кабелей) и Serial ATA(тонкие, гибкие дешёвые кабели, возможность горячего подключения, топология типа «точка-точка», позволяющая достигать большей производительности в сложных конфигурациях) с новыми уникальными возможностями – такими, как продвинутая топология подключения с использованием хабов, именуемых SAS-расширителями (SAS- экспандерами), подключение к одному двух SAS-каналов (как для повышения надёжности, так и производительности), работа на одном дисков как с SAS, так и с SATA-интерфейсом.

В сочетании с новой системой адресации это позволяет подключать до 128 устройств на один порт и иметь до 16256 устройств на контроллере, при этом не требуются какие-либо манипуляции с перемычками и т.п. Снято ограничение в 2 Терабайта на объём логического устройства.

Максимальная длина кабеля между двумя SAS-устройствами –10 м при использовании пассивных медных кабелей.

Собственно под протоколом передачи данных SAS подразумевается сразу три протокола - SSP (Serial SCSI Protocol), обеспечивающий передачу SCSI-команд, SMP (SCSI Management Protocol), работающий с управляющими SCSI-командами и отвечающий, к примеру, за взаимодействие с SAS-расширителями, и STP (SATA Tunneled Protocol), с помощью которого реализована поддержка SATA-устройств.

Производимые в данный момент имеют внутренние разъёмы типа SFF-8643 (так же может называться mini SAS HD), но все еще могут встретиться разъемы типа SFF-8087 (mini SAS), на который выведено 4 SAS канала.

Внешний вариант интерфейса использует разъём SFF-8644, но все еще может встретиться разъем SFF-8088. Он так же поддерживает четыре SAS канала.

SAS контроллеры полностью совместимы с SATA дисками и SATA-корзинами/бэкплейнами – подсоединение обычно осуществляется при помощи кабелей: . Кабель выглядит примерно вот так:

SFF-8643 -> 4 x SAS/SATA

Обычно SAS корзины/объединительные панели (backplane) снаружи имеют SATA-разъёмы и в них всегда можно вставлять обычные SATA диски , поэтому их (такие корзины) обычно и называют SAS/SATA.

Однако существуют реверсивные варианты такого кабеля для подключения бэкплейна с внутренними разъёмами SFF-8087 к SAS-контроллеру, имеющему обычные SATA-разъёмы. Между собой такие кабели невзаимозаменяемы.

SAS диски нельзя подключить к SATA контроллеру или установить в SATA корзину/объединительную панель (backplane).

Для подключения SAS дисков к контроллеру с внутренними разъёмами SFF-8643 или SFF-8087 без использования SAS корзин необходимо использовать кабель типа SFF-8643->SFF-8482 или SFF-8087->SFF-8482 соответственно.

Существующие версии интерфейса SAS (1.0, 2.0, и 3.0) имеют совместимость между собой, то есть диск SAS2.0 можно подключать к контроллеру SAS 3.0 и наоборот. Кроме того будущая версия 24 Gb/s так же будет иметь обратную совместимость.

Типы коннекторов SAS