Жесткий диск для сервера, особенности выбора
Жесткий диск - это самый ценный компонент в любом компьютере. Ведь на нем хранится информация, с которой работает компьютер и пользователь, в том случае, если речь идет о персональном компьютере. Человек, каждый раз садясь за компьютер, рассчитывает на то, что сейчас пробежит экран загрузки операционной системы, и он приступит к работе со своими данными, которые выдаст «на гора» из своих недр винчестер. Если же речь идет о жестком диске, или даже об их массиве в составе сервера, то таких пользователей, которые рассчитывают получить доступ к личным, или же рабочим данным, - десятки, сотни и тысячи. И вся их спокойная работа или же отдых и развлечения зависит от этих устройств, которые постоянно хранят в себе данные. Уже из этого сравнения видно, что запросы к жестким дискам домашнего и промышленного класса предъявляются неравнозначные - в первом случае с ним работает один пользователь, во втором - тысячи. Получается, что второй жесткий диск должен быть надежнее, быстрее, устойчивей первого во много раз, ведь с ним работают, на него надеются множество пользователей. В этой статье будут рассмотрены типы используемых в корпоративном секторе жестких дисков и особенности их конструкции, позволяющие добиться высочайшей надежности и производительности.
SAS и SATA диски - такие похожие и такие разные
До недавнего времени, стандарты жестких дисков промышленного класса и бытового, различались значительно, и были несовместимы - SCSI и IDE, в настоящее время ситуация изменилась - на рынке в подавляющем большинстве находятся жесткие диски стандарта SATA и SAS (Serial Attached SCSI). Разъем SAS является универсальным и по форм-фактору и совместим с SATA. Это позволяет напрямую подключать к системе SAS как высокоскоростные, но при этом небольшой емкости, (на момент написания статьи - до 300 Гб) накопители SAS, так и менее скоростные, но в разы более емкие, накопители SATA (на момент написания статьи до 2 Тб). Таким образом, в одной дисковой подсистеме можно объединить жизненно важные приложения, требующих высокой производительности и оперативного доступа к данным, и более экономичные приложения с более низкой стоимостью в пересчете на гигабайт.
Подобная конструктивная совместимость выгодна как производителям задних панелей, так и конечным пользователям, ведь при этом снижаются затраты на оборудование и проектирование.
То есть, к разьемам SAS можно подключить как SAS устройства, так и SATA, а к разъемам SATA подключаются лишь SATA устройства.
SAS и SATA - высокая скорость и большая емкость. Что выбрать?
SAS-диски, пришедшие на смену дискам SCSI полностью унаследовали их основные характеризующие винчестер свойства: скорость вращения шпинделя (15000 rpm) и стандарты объема (36,74,147 и 300 Гб). Тем не менее, сама технология SAS значительно отличается от SCSI. Коротко рассмотрим основные отличия и особенности:Интерфейс SAS использует соединение «точка-точка» — каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом, в отличие от него, SCSI работает по общей шине.
SAS поддерживает большое количество устройств (> 16384), в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине.
SAS интерфейс поддерживает скорость передачи данных между устройствами на скоростях 1,5; 3; 6 Гб/с, в то время как у интерфейса SCSI скорость шины не выделена на каждое устройство, а делится между ними.
SAS поддерживает подключение более медленных устройств с интерфейсом SATA.
SAS конфигурации значительно легче в монтаже, установке. Такая система проще масштабируется. Кроме того, SAS винчестеры унаследовали надежность жестких дисков SCSI.
При выборе дисковой подсистемы - SAS или SATA нужно руководствоваться тем, какие функции будут выполняться сервером или рабочей станцией. Для этого нужно определиться со следующими вопросами:
1. Какое количество одновременных разноплановых запросов будет обрабатывать диск? Если большое - Ваш однозначный выбор - диски SAS. Так же, если Ваша система будет обслуживать большое количество пользователей - выбирайте SAS.
2. Какое количество информации будет храниться на дисковой подсистеме Вашего сервера или рабочей станции? Если более 1-1,5 Тб - стоит обратить внимание на систему на базе SATA винчестеров.
3. Каков бюджет, выделяемый на покупку сервера или рабочей станции? Следует помнить, что помимо SAS дисков потребуется SAS контроллер, который тоже нужно учитывать.
4. Планируете ли вы, в последствие, рост объема данных, рост производительности или усиление отказоустойчивости системы? Если да, то Вам понадобиться дисковая подсистема на базе SAS, она проще масштабируется и более надежна.
5. Ваш сервер будет работать с критически важными данными и приложениями - Ваш выбор - SAS диски, рассчитанные на тяжелые условия эксплуатации.
Надежная дисковая подсистема, это не только качественные жесткие диски именитого производителя, но и внешний дисковый контроллер. О них пойдет речь в одной из следующих статей. Рассмотрим диски SATA, какие разновидности этих дисков бывают и какие следует использовать при построении серверных систем.
SATA диски: бытовой и промышленный сектор
SATA диски, используемые повсеместно, от бытовой электроники и домашних компьютеров до высокопроизводительных рабочих станций и серверов, различаются на подвиды, есть диски для использования в бытовой технике, с низким тепловыделением, энергопотреблением, и как следствие, заниженной производительностью, есть диски - среднего класса, для домашних компьютеров, и есть диски для высокопроизводительных систем. В этой статье мы рассмотрим класс винчестеров для производительных систем и серверов.
Эксплуатационные характеристики
|
HDD серверного класса |
HDD desktop класса |
|
|
Скорость вращения |
7,200 об/мин (номинальная) |
7,200 об/мин (номинальная) |
|
Объем кэша |
||
|
Среднее время задержки |
4,20 мс (номинальное) |
6,35 мс (номинальное) |
|
Скорость передачи данных |
||
|
Чтение из кэша накопителя (Serial ATA) |
максимум 3 Гб/с |
максимум 3 Гб/с |
|
Емкость после форматирования |
1 000 204 МБ |
1 000 204 МБ |
|
Емкость |
||
|
Интерфейс |
SATA 3 Гб/с |
SATA 3 Гб/с |
|
Кол-во доступных пользователю секторов |
1 953 525 168 |
1 953 525 168 |
|
Габариты |
||
|
Высота |
25,4 мм |
25,4 мм |
|
Длина |
147 мм |
147 мм |
|
Ширина |
101,6 мм |
101,6 мм |
|
0,69 кг |
0,69 кг |
|
|
Ударопрочность |
||
|
Ударопрочность в рабочем состоянии |
65G, 2 мс |
30G; 2 мс |
|
Ударопрочность в нерабочем состоянии |
250G, 2 мс |
250G, 2 мс |
|
Температура |
||
|
В рабочем состоянии |
от -0° C до 60° C |
от -0° C до 50° C |
|
В нерабочем состоянии |
от -40° C до 70° C |
от -40° C до 70° C |
|
Влажность |
||
|
В рабочем состоянии |
относительная влажность 5-95% |
|
|
В нерабочем состоянии |
относительная влажность 5-95% |
относительная влажность 5-95% |
|
Вибрация |
||
|
В рабочем состоянии |
||
|
Линейная |
20-300 Гц, 0,75 g (от 0 до пика) |
22-330 Гц, 0,75 g (от 0 до пика) |
|
Произвольная |
0,004 g/Гц (10 - 300 Гц) |
0,005 g/Гц (10 - 300 Гц) |
|
В нерабочем состоянии |
||
|
0,05 g/Гц (10 - 300 Гц) |
0,05 g/Гц (10 - 300 Гц) |
|
|
20-500 Гц, 4,0G (от 0 до пиковой) |
В таблице представлены характеристики жестких дисков одного из ведущих производителей, в одной колонке приведены данные SATA винчестера серверного класса, в другой обычного SATA винчестера.
Из таблицы мы видим, что диски различаются не только по характеристикам быстродействия, но и по характеристикам эксплуатационным, которые напрямую влияют на продолжительность жизни и успешной работы винчестера. Следует обратить внимание на то, что внешне эти жесткие диски отличаются малозначительно. Рассмотрим, какие технологии и особенности позволяют это сделать:
Усиленный вал (шпиндель) жесткого диска, у некоторых производителей закрепляется с двух концов, что уменьшает влияние внешней вибрации и способствует точному позиционированию блока головок во время операций чтения и записи.
Применение специальных интеллектуальных технологий, позволяющих учитывать как линейную так и угловую вибрацию, что уменьшает время позиционирования головок и увеличивает производительность дисков до 60%
Функция устранения ошибок по времени работы в RAID массивах - предотвращает выпадение жестких дисков из RAID, что является характерной особенностью обычных жестких дисков.
Корректировка высоты полета головок в совокупности с технологией предотвращения соприкосновения с поверхностью пластин, что приводит к значительному увеличению срока жизни диска.
Широкий спектр функций самодиагностики, позволяющих заранее предсказать тот момент, когда жесткий диск выйдет из строя, и предупредить об этом пользователя, что позволяет успеть сохранить информацию на резервный накопитель.
Функции, позволяющие снизить показатель невосстановимых ошибок чтения, что увеличивает надежность серверного жесткого диска, по сравнению с обычными жесткими дисками.
Говоря о практической стороне вопроса, можно уверенно утверждать, что специализированные жесткие диски в серверах «ведут себя» намного лучше. В техническую службу происходит в разы меньше обращений по нестабильности работы RAID массивов и отказам жестких дисков. Поддержка производителем серверного сегмента винчестеров происходит намного оперативнее, чем обычных жестких дисков, в связи с тем, что приоритетным направлением работы любого производителя систем хранения данных является промышленный сектор. Ведь именно в нем находят применение самые передовые технологии, стоящие на страже Вашей информации.
Аналог SAS дисков:
Жесткие диски от компании Western Digital VelociRaptor. Эти накопители со скоростью вращения дисков 10 тыс. об/мин, оснащаемые интерфейсом SATA 6 Гб/с и 64 МБ кэш-памяти. Время наработки этих накопителей на отказ составляет 1,4 миллиона часов.
Более подробно на сайте производителя www.wd.com
Заказать сборку сервера на базе SAS или аналогом SAS жеских дисков Вы можете в нашей компании "Статус" в Санкт-Петербурге, также, купить или заказать SAS жеские диски в Санкт-Петербурге Вы можете:
- звоните по телефону +7-812-385-55-66 в Санкт-Петербурге
- пишите на адрес
- оставляйте заявку у нас на сайте на странице "Онлайн заявка"
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.
Второй интерфейс внешней памяти – SCSI (Small Computer System Interface – системный интерфейс малых компьютеров) был разработан и принят ANSI в 1986 г. (он получил позднее название SCSI-1). Скорость передачи данных при использовании этого 8-разрядного параллельного интерфейса составляла (при тактовой частоте шины 5 МГц) 4 Мбайта/с в асинхронном режиме и 5 Мбайт/с в синхронном режиме. В отличие от интерфейса IDE/ATA, к интерфейсу SCSI можно подключать не только внутренние, но и внешние устройства: принтеры, сканеры и т.д. Максимальное количество подключаемых к шине SCSI устройств было равно 8, а максимальная длина кабеля – 6 м.
Разработкой стандартов и поддержкой интерфейса SCSI занимается комитет T10 INCITS, т.е. той же организации, которая разрабатывает стандарты IDE (ATA). В 1996 г. для продвижения стандарта SCSI была создана Торговая ассоциация SCSI – STA (SCSI Trade Association). В эту ассоциацию входят около тридцати фирм-производителей компьютерной техники.
В следующих стандартах SCSI – SCSI-2 (1994 г.) и SCSI-3 (1995 г.) введен общий набор команд CCS (Common Command Set) – 18 базовых команд, необходимых для поддержки любого устройства SCSI, добавлена возможность хранения в устройстве очередей команд, полученных с компьютера и их обработка в соответствии с заданными приоритетами. Кроме этого, в этих стандартах, наряду с 8-разрядной, определена и 16-разрядная шина, тактовая частота увеличена до 20 МГц и скорость передачи данных – до 20 Мбайт/с.
Развитием стандарта SCSI-3 являются используемые в настоящее время стандарты Ultra3 SCSI (1999 г.), для которого определена частота шины 40 МГц и скорость передачи 160 Мбайт/с и Ultra320 SCSI (2002 г.) – частота шины 80 МГц и скорость передачи 320 Мбайт/с.
Обмен данными по этим стандартам реализуется с помощью метода LDVS (так же, как в шине PCI Express). Максимальное количество подключаемых устройств для Ultra3 SCSI и Ultra320 SCSI равно 16, а максимальная длина кабеля – 12 м.
Разработан также стандарт Ultra640 SCSI (2003 г.) с частотой шины 160 МГц и со скоростью 640 Мбайт/с, но этот стандарт не получил широкого распространения, в связи с тем, что из-за малой длины кабеля к нему нельзя подключить более двух устройств.
Связь между устройством SCSI и шиной ввода/вывода выполняется с помощью специального адаптера (контроллера) SCSI, вставляемого в разъем PCI, или встроенного в материнскую плату. Кроме адаптера SCSI (рис. 1.3.8а), называемого хост-адаптером (host adapter) каждое устройство имеет свой встроенный адаптер, который позволяет ему взаимодействовать с шиной SCSI. Если устройство – последнее в цепочке устройств шины SCSI, после него подключается специальное устройство – терминатор (terminator) для того чтобы исключить отражение сигналов, передающихся по шине (рис. 1.3.8б).
В Ultra3 SCSI и Ultra320 SCSI используются два типа разъемов: 68-контактный (рис. 1.3.8в) и 80-контактный (рис. 1.3.8г). Второй тип разъема, помимо линий передачи данных и команд, содержит также линии электропитания устройств и обеспечивает возможность «горячего» подключения устройства к компьютеру.
Рис. 1.3.8. Устройства SCSI: а) адаптер SCSI: 1 – разъемы для подключения внешних устройств; 2 – разъем для подключения внутреннего устройства; 3 – контроллер SCSI;
б) шина SCSI: 1 – разъем для подключения адаптера; 2 – разъемы для подключения устройств; 3 – терминатор; в) 68-контактный разъем SCSI; г) 80-контактный разъем SCSI
Данные при использовании SCSI передаются параллельно, так же, как и в IDE (ATA). По тем же причинам, что и в IDE (ATA), была начата разработка последовательно подключаемого SCSI – SAS (Serial Attached SCSI). Интерфейс SAS является совместимым с интерфейсом SATA и в тоже время использует команды SCSI, возможность «горячего» подключения внешних устройств, а также возможность подключения, помимо жестких и оптических дисководов, других периферийных устройств, например, принтера или сканера. В настоящее время интерфейс SAS постепенно заменяет интерфейс SCSI в компьютерах и периферийных устройствах.
Первая спецификация SAS – SAS 1.0 была выпущена Комитетом T10 в 2003 году. В ней была определена скорости передачи данных 1,5 и 3 Гбита/с для подключения устройств внутри системного блока компьютера с максимальной длиной кабеля 1 м и внешнего подключения устройств с максимальной длиной кабеля 8 м.
В 2005 году была выпущена спецификация SAS 1.1, в которой были исправлены ошибки спецификации SAS 1.0.
В спецификации SAS 2.0 (2009 г.) добавлена скорость 6 Гбит/с и максимальная длина кабеля увеличена до 10 м.
Обмен данными в SAS, так же, как и в SCSI, реализуется с помощью метода LDVS.
Две дифференциальные сигнальные пары (приемная и передающая) образуют в SAS физический канал. Один или несколько физических каналов, в свою очередь, образуют порт. Количество физических каналов в порту обозначается с помощью цифры, за которой следует символ «x». Так, обозначение 4x означает, что порт содержит 4 канала (8 сигнальных пар). Каждый порт имеет уникальный 64-битовый адрес, присваиваемый производителем оборудования SAS. Устройство с интерфейсом SAS может иметь один или несколько портов. Порт, имеющий только один канал, называется узким портом (narrow port), а порт, имеющий два и более каналов, называется широким портом (wide port).
Так два порта со скоростью по 3 Гбит/с можно использовать либо как два отдельных каналов связи с разными устройствами, либо как единый канал связи со скоростью 6 Гбит/с. Кроме того, в спецификации SAS 2.0 добавлена возможность разбиения порта со скоростью 6 Гбит/с на два канала со скоростью по 3 Гбит/с.
При подключении устройств в SAS используются разъемы, стандартизированные Комитетом по малым форм-факторам – Small Form Factor (SFF) Committee. Этот комитет разрабатывает и готовит спецификации по разъемам, используемым в различных устройствах. Каждый разъем идентифицируется префиксом «SFF-», за которым следует четырехзначный номер разъема, начинающийся с цифры 8.
Основными разъемами, используемыми в SATA являются:
· разъем SFF-8482 для подключения внутреннего устройства (рис. 1.3.9а);
· разъем SFF-8484 – разъем 4x для подключения внутренних устройств (рис. 1.3.9б);
· разъем SFF-8087 – разъем 4x (miniSAS) для подключения внутренних устройств (рис. 1.3.9в);
· разъем SFF-8470 – разъем 4x для подключения внешних устройств (рис. 1.3.9г);
· разъем SFF-8088 – разъем 4x (miniSAS) для подключения внешних устройств (рис. 1.3.9д).
Интерфейс SAS поддерживает набор команд, совместимый с набором команд SATA, поэтому к расширителю SAS можно подключать устройства SATA (для этого обычно используется разъем SFF-8482).
Наиболее распространенный кабель для подключения внешних устройств SAS с разъемами SFF-8088 на концах кабеля приведен на рис. 1.3.9е. Для подключения внешних устройств по интерфейсу eSATA можно использовать кабель, на одном конце которого разъем SFF-8088, а на другом – 4 разъема eSATA (рис. 1.3.9ж).
Рис. 1.3.9. Разъемы SAS: а) 29-контактный штекер разъема SAS для внутреннего устройства (SFF-8482) б) 32-контактный 4x штекер разъема SAS для подключения внутренних устройств (SFF-8484); в) 26-контактный 4x штекер разъема mini-SAS для внутренних устройств (SFF-8087); г) 26-контактный 4x штекер разъема SAS для внешнего устройства (SFF-8470); д) 26-контакный 4x штекер разъема mini-SAS для внешнего устройства (SFF-8088); е) кабель SFF-8088 – SFF-8088; ж) кабель SFF-8088 – 4 eSATA
Система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонент:
· инициатор (Initiator) – порождает запросы на обслуживание для целевых устройств и получает подтверждения об исполнении запросов (реализуется в виде микросхемы на материнской плате или на карте, подключенной к шине материнской платы);
· целевое устройство (Target Device) – содержит логические блоки и целевые порты, которые осуществляют приём запросов на обслуживание, исполняет их; после того, как закончена обработка запроса, инициатору запроса отсылается подтверждение выполнения запроса (может быть как отдельным жёстким диском, так и целым набором дисков).
· подсистема доставки данных (Service Delivery Subsystem) – осуществляет передачу данных между инициаторами и целевыми устройствами (состоит из кабелей и расширителей SAS).
· расширитель SAS (SAS Expander) – подключает несколько устройств SAS к одному порту инициатора.
В настольных компьютерах расширитель SAS выполняется в виде карты, которая подключается к шине PCI Express, и содержит контроллер SAS, выполняющий функции инициатора, а также один или несколько внутренних и/или внешних гнезд разъемов SAS, к которым подключаются устройства с интерфейсом SAS или SATA (eSATA) (рис. ?????а и рис. ?????б).
Дисководы SAS (eSATA) могут быть помещены в корпус (рис. ?????в). Такое устройство называется дисковым массивом. Помимо дисководов, дисковый массив содержит встроенную плату расширителя SAS (рис. ?????г), разъем электропитания, а также гнездо для подключения к управляющему компьютеру (входного гнезда) и 1 или 2 гнезда для подключения к другим компьютером (входные гнезда). Наличие этих гнезд позволяет нескольким компьютером совместно использовать данные на дисководах дискового массива.
Пример подключения дисководов eSATA к компьютеру с использованием кабеля, изображенного на рис. 1.3.9ж, и компьютеров к дисковому массиву с использованием кабеля, изображенного на рис. 1.3.9е, приведен на рис. рис. ?????д.
Рис. ??????. Средства SAS: а) карта для подключения двух внутренних устройств:
1 – контроллер (инициатор) SAS; 2 – гнезда SF-8087; б) карта для подключения двух внешних устройств: 2 – гнезда SF-8088; 1 – контроллер (инициатор) SAS; в) дисковый массив на 15 дисководов SAS (eSATA); г) расширитель SAS дискового массива;
д) пример использования SAS для подключения внешних дисководов: 1 – дисководы eSATA; 2 – дисковый массив, подключенный к двум компьютерам
Аппаратная реализация SAS, как и ранее SCSI, на компьютере обходится дороже, чем реализация ATA и SATA (eSATA). Это связано, во-первых, с тем, что контроллер ATA и SATA, как правило, встроен в материнскую плату, а материнские платы для настольных компьютеров с встроенным интерфейсом SCSI и SAS практически не выпускаются, поэтому необходимо приобретение карты контроллера SCSI или SAS. Во-вторых, устройства с интерфейсом SAS имеют большие возможности, чем устройства ATA и SATA (eSATA). Например, дисководы SAS могут быть двухпортовыми, т.е. их можно либо подключить к двум компьютерам, либо выполнять обмен данными с компьютером на вдвое болей скорости по сравнению с использованием одного порта. Однако это приводит к более высокой стоимости дисководов SAS.
Поэтому основной областью применения SAS, как и SCSI, являются мощные компьютеры (сервера) с повышенными требованиями к скорости обмена, надежности и безопасности данных.
За счет использования расширителей, подсистема доставки данных SAS предлагает больше возможностей, чем система SATA (eSATA). Кроме того, в этой подсистеме можно использовать и более дешевые устройства SATA (eSATA).
Отдельная система, состоящая из связанных между собой компьютеров, периферийных устройств, расширителей SAS и кабелей SAS, SATA и eSATA, называется доменом. Максимальное количество расширителей и устройств в домене равно 16256. Система SAS может состоять из нескольких доменов, причем отдельные инициаторы и устройства могут входить в два соседних домена.
В домене могут использоваться два типа расширителей: расширитель-коммутатор и оконечный расширитель.
Расширитель-коммутатор (fanout expander) (рис. ?????а) выполняет в домене SAS маршрутизацию потоков данных от инициаторов к целевым устройствам домена. В домене должен быть только один расширитель-коммутатор.
Оконечный расширитель (edge expander) (рис. ?????б) подключается либо к расширителю-коммутатору, либо к другому оконечному расширителю и используется для маршрутизации потоков данных подключенных к нему устройств и расширителей. Максимальное количество обслуживаемых оконечным расширителем устройств равно 128.
Устройства могут подключаться как к расширителю-коммутатору, так и к оконечному расширителю. Если в домене не задействован расширитель-коммутатор, то количество оконечных расширителей должно быть не более 2.
При включении электропитания все устройства системы SAS обмениваются друг с другом своими адресами, и система переходит в активное состояние, при котором выполняется обмен командами, пакетами данных и управляющими сообщениями. Добавление в систему нового устройства («горячее» подключение) или отключение устройства приводит к генерации управляющего сообщения, при получении которого все расширители перестраивают свою схему маршрутизации и оповещают инициаторы об изменении конфигурации системы.
Пример конфигурации доменов SAS приведен на рис. рис. ?????в.
Рис. ?????. Использование SAS в серверах: а) 12-портовый расширитель-коммутатор с гнездами SFF-8470 (вид спереди и сзади); б) 12-портовый оконечный расширитель с гнездами SFF-8470 (вид спереди и сзади); в) пример доменов SAS:
1 – серверы-инициаторы с картами расширения SAS; 2 - оконечные расширители SAS;
3 – однопортовые дисководы с интерфейсом SAS; 4 – расширитель-коммутатор SAS;
5 – дисководы с интерфейсом eSATA; 6 – двухпортовые дисководы с интерфейсом SAS;
7 – дисковый массив с встроенным расширителем SAS
В современных компьютерных системах для подключения основных жестких дисков используются интерфейсы SATA и SAS. Как правило, первый вариант устраивает домашние рабочие станции, второй – серверные, поэтому технологии между собой не конкурируют, отвечая разным требованиям. Значительная разница в стоимости и объеме памяти заставляет пользователей задаваться вопросом, чем отличается SAS от SATA, и искать компромиссные варианты. Посмотрим, так ли это целесообразно.
SAS (Serial Attached SCSI) – последовательный интерфейс подключения устройств хранения данных, разработанный на основе параллельного SCSI для исполнения того же набора команд. Используется преимущественно в серверных системах.
SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс обмена данными, базирующийся на основе параллельного PATA (IDE). Применяется в домашних, офисных, мультимедийных ПК и ноутбуках.
Если говорить о HDD, то, несмотря на различающиеся технические характеристики и разъемы, кардинальных расхождений между устройствами нет. Обратная односторонняя совместимость дает возможность подключать к серверной плате диски и по одному, и по второму интерфейсу.
Стоит заметить, что оба варианта подключения реальны и для SSD, но весомое отличие SAS от SATA в этом случае будет в стоимости накопителя: первый может быть дороже в десятки раз при сопоставимом объеме. Поэтому сегодня такое решение если уже и не редкое, то в достаточной мере взвешенное, и предназначено для быстрых центров обработки данных корпоративного уровня.
Сравнение
Как мы уже знаем, SAS находит применение в серверах, SATA – в домашних системах. На практике это означает, что к первым одновременно обращается много пользователей и решается множество задач, со вторыми же имеет дело один человек. Соответственно, серверная нагрузка намного выше, поэтому диски должны быть достаточно отказоустойчивыми и быстрыми. Протоколы SCSI (SSP, SMP, STP), реализованные в SAS, позволяют обрабатывать больше операций ввода/вывода одновременно.
Непосредственно для HDD скорость обращения определяется в первую очередь скоростью вращения шпинделя. Для desktop-систем и ноутбуков необходимо и достаточно 5400 – 7200 RPM. Соответственно, найти SATA-диск с 10000 RPM почти невозможно (разве что посмотреть серию WD VelociRaptor, предназначенную, опять же, для рабочих станций), а все, что выше, – абсолютно недостижимо. SAS HDD раскручивает минимум 7200 RPM, стандартом можно считать 10000 RPM, а достаточным максимумом – 15000 RPM.
Считается, что диски с последовательным SCSI надежнее, у них выше показатели наработки на отказ. На практике стабильность достигается больше за счет функции проверки контрольных сумм. Накопители SATA же страдают от «тихих ошибок», когда данные записываются частично либо повреждены, что приводит к появлению bad-секторов.
На отказоустойчивость системы работает и главное достоинство SAS – два дуплексных порта, позволяющих подключить одно устройство по двум каналам. Обмен информацией в этом случае будет вестись одновременно в обоих направлениях, а надежность обеспечивается технологией Multipath I/O (два контроллера страхуют друг друга и разделяют нагрузку). Очередь помеченных команд выстраивается глубиной до 256. У большинства дисков SATA один полудуплексный порт, а глубина очереди по технологии NCQ – не более 32.
Интерфейс SAS предполагает использование кабелей длиной до 10 м. К одному порту через расширители можно подключить до 255 устройств. SATA ограничивается 1 м (2 м для eSATA), и поддерживает подключение только одного устройства по типу «точка – точка».
Перспективы дальнейшего развития – то, в чем разница между SAS и SATA тоже ощущается достаточно остро. Пропускная способность интерфейса SAS достигает 12 Гбит/с, а производители анонсируют поддержку скорости обмена данными 24 Гбит/с. Последняя ревизия SATA остановилась на 6 Гбит/с и эволюционировать в этом отношении не будет.
Накопители SATA в пересчете на стоимость 1 Гб обладают очень привлекательным ценником. В системах, где скорость доступа к данным не имеет решающего значения, а объем хранимой информации велик, целесообразно использовать именно их.
Таблица
| SAS | SATA |
| Для серверных систем | Преимущественно для настольных и мобильных систем |
| Использует набор команд SCSI | Использует набор команд ATA |
| Минимальная скорость вращения шпинделя HDD 7200 RPM, максимальная – 15000 RPM | Минимум 5400 RPM, максимум 7200 RPM |
| Поддерживается технология проверки контрольных сумм при записи данных | Большой процент ошибок и bad-секторов |
| Два дуплексных порта | Один полудуплексный порт |
| Поддерживается Multipath I/O | Подключение по типу «точка – точка» |
| Очередь команд до 256 | Очередь команд до 32 |
| Можно использовать кабели до 10 м | Длина кабелей не более 1 м |
| Пропускная способность шины до 12 Гбит/с (в перспективе – 24 Гбит/с) | Пропускная способность 6 Гбит/с (SATA III) |
| Стоимость накопителей выше, иногда значительно | Дешевле в пересчете на цену за 1 Гб |
В этой статье мы заглянем в будущее интерфейса SCSI и рассмотрим некоторые преимущества и недостатки интерфейсов SCSI, SAS и SATA.
На самом деле, вопрос является немного более сложным, чем простая замена SCSI на SATA и SAS. Традиционный параллельный SCSI является испытанным и проверенным интерфейсом, используемым давно. В настоящее время, SCSI предлагает очень быструю скорость передачи данных в 320 Мегабайт в секунду (Mб/сек), используя современный интерфейс Ultra320 SCSI. Кроме того, SCSI предлагает большой выбор возможностей, среди которых Command-Tag Queuing (метод оптимизирования I/O команд для увеличения производительности). Жесткие диски SCSI отличаются надежностью; на коротком расстоянии можно создать последовательную цепь из 15 устройств, подключенную к каналу SCSI. Эти особенности делают SCSI замечательным выбором для производительных десктопов и рабочих станций, вплоть до серверов предприятий, по настоящее время.
Жесткие диски SAS используют набор команд SCSI и обладают схожей надежностью и производительностью, как и SCSI диски, однако используют последовательную версию интерфейса SCSI, со скоростью 300 Mб/сек. И хотя это немного медленнее, чем SCSI с 320 Mб/сек, интерфейс SAS способен поддерживать до 128 устройств на бОльших расстояниях, чем Ultra320, и может расширяться до 16000 устройств на канал. Жесткие диски SAS предлагают такую же надежность и скорости вращения (10000-15000), как и диски SCSI.
Диски SATA являются немного другими. Там, где SCSI и SAS диски уделяют внимание производительности и надежности, диски SATA жертвуют ими в пользу существенного увеличения емкости и снижения стоимости. К примеру, диск SATA в настоящий момент достиг емкости в 1 терабайт (ТБ). SATA используется там, где нужна максимальная емкость, например, для резервного копирования данных или архивирования. Сейчас SATA предлагает соединения точка-точка со скоростью до 300 Mб/сек, и легко опережает традиционный параллельный интерфейс АТА, со скоростью 150 Mб/сек.
Итак, что же случится с SCSI? Работает он прекрасно. Проблема с традиционным SCSI заключается в том, что просто подходит к окончанию его срок эксплуатации. Параллельный интерфейс SCSI, обладающий скоростью в 320 Mб/сек, не сможет работать значительно быстрее на существующих в настоящий момент длинах SCSI кабелей. Для сравнения, диски SАТА достигнут скорости в 600 Mб/сек в ближайшем будущем, SAS имеют планы для достижению 1200 Mб/сек. Диски SАТА могут, кроме того, работать с интерфейсом SAS, таким образом эти диски могут использоваться одновременно в некоторых системах хранения. Потенциал к увеличению расширяемости и производительности передачи данных гораздо превышает имеющийся у SCSI. Но SCSI не уйдет со сцены в ближайшее время. Мы будем видеть SCSI в малых и средних серверах еще несколько лет. Так как аппаратные средства обновляются, SCSI будет систематически заменяться дисками SAS/SATA, для получения большей скорости и удобства соединения.
