Úkolem testu bylo zjistit "kdo je kdo" ve světě disků určených pro tzv. desktopové počítače. Proto zde najdete disky od všech důležitých výrobců, modely ATA i SerialATA, disky s 2 i 8MB paměti cache, model s 10 000ot/min i obvyklé 7200 otáčkové. A aby toho nebylo málo zapojili jsme dva disky do pole RAID 0 (tzv. stripping) a jejich výkony porovnali s ostatními. Abychom si práci usnadnili uvažovali jsme o vyšší střední třídě disků - o kapacitách 80 a 120GB. Předpokládám, že pravě tyto kapacity Vás budou zajímat nejvíce. {mospagebreak title=Diskopedie: SerialATA vs ATA}

Abychom se shodli na termínech a pojmech budu se v prvních kapitolách trochu věnovat "diskové teorii" (v této části použiji některé částí starších článků). Pokud jste v těchto záležitostech kovaní, klidně tuto část přeskočte a přejděte na následující kapitoly - np. ty s popisem jednotlivých modelů, na výsledky testů nebo na závěr.

Diskopedie: SerialATA vs ATA

Nejdůležitějším rozdílem mezi "paralelním ATA" a novým rozhraním Serial ATA je šířka sběrnice, potažmo šířka kabelu spojujícího řadič a disk. V případě ATA se jedná o všem známé, ploché 40/80 žilové "kšandy" (druhá polovina jsou zemnící vodiče) - u SerialATA (zkráceně SATA) se jedná o úzký a ohebný "dvoukanálový" stíněný kabel.

nový kabel tvoří uvnitř dva stíněné vodiče (přenos běží obousměrně)

Chybou by však bylo domnívat se, že kabel je vše co ATA a SATA odlišuje - z původní koncepce totiž téměř nezůstal kámen na kameni: rozdílné jsou vlastnosti sběrnice, její frekvence, způsob komunikace mezi řadičem a diskem, časování přenosu dat, přenos řídících povelů nebo kontrola integrity dat.

SerialATA - sběrnice

Narozdíl od ATA/ATAPI6, kde se k přenosu dat používají dvě 16-bit sběrnice (každá pro jeden směr) které jsou taktované frekvencí 50MHz, používá SerialATA sériový přenos dat s teoretickou propustností 1.5Gb/s (oběmi směry, teoretická datová propustnost SATA 1.0 je 150MB/s). Používá se moderní diferenciální 250mV "signaling" (teoretická maximální délka kabelu je 1m, v praxi jsem neviděl kabely delší než 50cm), sběrnice je přímá, nesdílená, nekolizní a propojuje vždy pouze dva body (point-to-point bus): disk a řadič. Přenos dat je tedy efektivní a i přes sériový charakter přenosu dat "bit po bitu" je propustnost i odezvy (latency) lepší než v případě UltraATA.

schéma z dokumentace firmy Seagate ukazuje jediné možné připojení disků Serial ATA 1.0 k řadiči - 1:1

klasický paralelní 40pin konektor sběrnice UltraATA (stejně jako jumpery na discích) známe snad všichni

Serial ATA: netypické konektory, chybí jumpery pro nastavení "Master /Slave" (případné jumpery jsou servisní)

Serial ATA: mnozí výrobci umísťují na discích stále i tradiční konektor Molex 12V/5V - v takovém případě se
nedoporučuje zapojení obou konektorů - buďto zapojíte konektor Molex nebo napájení SATA

Sběrnice a konektory SerialATA jsou navržené tak aby bylo možné případné připojení / odpojení disků za chodu počítače (hot plug, hot swap). Všimněte si: kontakty "ground" a "precharge" jsou delší. To je pravá poklona směrem k podnikovým a serverovým systémům a malý krok směrem tam kde je nyní SCSI.

Pokud vezmeme v úvahu funkce hot plug a fakt že napájecí piny musí přenést mnohem větší proudy (a proto jsou znásobené) pochopíme, proč je napájecí konektor SATA širší než ten datový. Zajímavé také je že, narozdíl od starého napájení uvažuje SATA (dosud výhledově) i s napětím 3.3V pro napájení elektroniky (12V, 5V, 3.3V). Poznámka: v přechodovém období budou nekompatibilitu konektorů nejčastěji řešit redukce napájení Molex -> SATA.

praxe ukazuje že nové konektory budou hotovou Achillovou patou SerialATA - mají tendenci
stále se kývat (chybí jistící mechanizmus), stačí malá síla aby jste (zejména datový konektor) vytáhli

SerialATA - logika

Část novinek se týká vylepšeného managementem přenosů dat a povelů (commands) mezi diskem a řadičem. Díky změnám v této oblasti by komunikace řadič - disk měla být efektivnější (nižší zatížení procesoru) a především důvěryhodnější (nespoléhá se jen na kontrolu CRC).

To nic nemění na faktu že králem v oblasti náročných datových řešení je stále rozhraní SCSI. Přesto se zdá, že disky SerialATA jdou, co se týče serverů, rozhodně dobrým směrem - ve velmi levných serverech dokonce excelují, zejména pokud je spojíme do diskových polí RAID.

Poznámka: podstatnou akceleraci výkonu lze očekávat od připravované extrenze Serial ATA II. Native Command Queing umožní elektronice disku provádět agresivní optimalizaci fronty čtení a zápisu tak aby se minimalizovaly prodlevy. SCSI má svůj "Command Tag Queing".

SerialATA - současná implementace

Nejdůležitějším poznatkem je, že SerialATA není prostým rozšířením a pokračováním rozhraní ATA. Pokud byl dříve přechod mezi režimy ATA (PIO, Multi-word DMA, UltraDMA 1-6) poměrně bezbolestný - zejména kvůli zpětné kompatibilitě, je nasazení Serial ATA ve spojení se starými operačními systémy těžkým bojem. Pokud BIOS bude nucen emulovat klasické rozhraní ATA a k dispozici nebudou odpovídající ovladače SATA, bude takový systém nejspíše velmi pomalý, v horším případě nenaběhne vůbec. Podobně jsou na tom disková pole RAID - nezapomeňte proto vždy instalovat odpovídající ovladače (VIA 4in1 / Intel inf. / Promise / SilTek / HPT). *V Linuxu je nutné kvůli SATA dokonce překompilovat jádro - v nových distribucích už určitě bude vše v pořádku.

Mnozí také SerialATA vyčítají, že k dispozici jsou běžně jen dva porty SATA integrované na základních deskách. Pláčou však na nepravém hrobě, protože se, i v tomto případě jedná o omezení BIOSu, ne SerialATA.

Prvotním záměrem konstruktérů bylo zachovat maximální kompatibilitu s existujícími BIOSy, programy a operačními systémy. Systému se v průběhu bootování jeví každý port SATA jako zařízení ATA typu "master". Pokud je počítač navíc vybaven klasickými zařízeními ATA, záleží na BIOSu jak se z nastalou situaci vyrovná (moderní desky).

V další části se podíváme na jednoduchá disková pole RAID.

Tato "opakovací" kapitola telegraficky shrnuje základní režimy práce, výhody a nevýhody diskových polí typu RAID. Pokud se již v této problematice orientujete, přejděte přímo k další, pro vás jistě zajímavější kapitole.

RAID značí anglicky: Redundant Array of Independent Disks, neboli: „redundantní pole nezávislých disků". Zní to dost komplikovaně - a skutečně, tato záležitost nebyla (a stále není) nijak jednoduchá. Tedy až do teď... Nyní můžete mít tuto technologii i u vás - ve výkonném PC nebo levném serveru.

Jak to vše vzniklo

Vždy bylo problémem vytvořit disky dostatečně rychlé a zároveň spolehlivé. Až někdo dostal nápad (tak už to bývá): Místo jednoho použijeme více disků - jejich vhodnou součinnost pak zařídí speciální řadič. Praktickým výsledkem tohoto nápadu je právě RAID pole. To se skutečně skládá z řadiče a již zmíněných (minimálně dvou, ale i více) disků. Důležité však je, že se celé pole chová externě jako jeden disk (a to i když jsou použité 4 či více disků)!

Podle způsobu práce s daty existuje několik typů RAID polí (levels):

RAID level 0 (stripping) - rychlost

Tato implementace je zaměřena zejména na zrychlení práce disku. Využívá metodu data striping (stripe = proužek). Striping je tedy rozdělování proudu dat na diskové proužky.

Jak vidíte řadič data rozkládá na několik proudů (nejméně však dva), a ty potom zapisuje současně na (oba) disky - každý disk tedy nese pouze část dat. Při čtení se postupuje opačně. Přenosová rychlost tohoto řešení je teoreticky dvojnásobná. Pro počítač se pak celé pole "tváří" jako rychlý disk o dvojnásobné kapacitě. RAID 0 je vhodný zejména pro velké soubory: audio, video, DTP, CAD, animace, retuše scanů.

Nevýhodou je právě uložení každého souboru na několika discích "po částech" a z toho plynoucí ohrožení integrity dat - padne-li jeden disk, padne celá integrita dat v poli.

RAID level 1 (mirroring) - spolehlivost

Využívá metodu disk mirroringu - zrcadlení. Název myslím mluví za vše. Druhý disk je v tomto případě kopii prvního. V případě selhání prvního disku využívá řadič záložní disk. Je jasné, že pravděpodobnost selhání obou disků současně se blíží nule. Poznámka: Pokud neselže něco jiného... Nezapomeňte však, že poruchy disků způsobují většinu (78%) případů porušení čí ztráty dat.

Pro počítač se pak celé pole "tváří" jako jeden disk o vysoké spolehlivosti. Toto řešení je vhodné zejména pro PC vyžadující vysokou ochranu a bezpečnost uložení dat - servery, DB servery, podnikové IS, firemní data, projektová dokumentace...

RAID 0+1

Kombinace obou metod: provádí se zde rozdělení dat (stripping) na dvě části, přičemž každá "větev" má ještě svůj záložní, mirrorovaný disk. Minimem jsou tedy 4 disky.

RAID level 3, 4, 5 - rozložení zátěže, spolehlivost

Poznámka: levné řadiče obecně neumožňují implementovat vyšší RAID levely. Disková pole RAID 5 jsou zatím dominantou speciálních dedikovaných řadičů (především SCSI).

Základním novum u vyšších RAID levelů jsou tzv. paritní data - ty vznikají při zápisu dat do diskového pole a jsou speciálním obrazem původních dat. Důležité je, že paritní data jsou vždy uložena jinde než "originál" - můžou to být například speciální paritní disky (RAID 3, 4).

Vždy platí: v případě havárie jednoho z disků nedojde ke ztrátě dat - ty se totiž "za letu" (on the fly) dopočítávají v řadiči právě z redundantních (dodatečných) paritních informací uložených na ostatních discích. V případě konfigurace Hot Swap (horká výměna) je možno vadný disk nahradit novým a na ten se pak postupně "vrací" i odpovídající data - toto pole je schopno se dynamicky rekonstruovat a to za plného chodu celého systému.

Vzhledem k tom, že nejpoužívanější "vyšší" úrovni diskových polí je je RAID level 5 zmíním se blíže pouze o něm.

Principem pole RAID 5 je předpoklad, že každý disk nese nejenom určitou část dat - jako u strippingu, ale zároveň také i odpovídající část "cizích" paritních dat. Tento přístup odstraňuje dřívější přetížení vyhrazených paritních disků a zároveň tím redukuje specifické prodlevy při zápisu či při čtení přítomné u polí RAID 3, 4.

Lze říci, že RAID 5 plně optimalizuje a využívá sílu souběžného a současného čtení či zápisu do všech disků pole. Vzhledem ke složitosti datového managementu pole RAID 5 je zde vyžadován speciální (a velmi výkonný) procesorem řízený řadič - na rozdíl od polí RAID 0/1.

Hlavním cílem testu bylo zmapovat současnou situaci mezi dostupnými 80GB disky Serial ATA. Později jsem záměr trochu poopravil, když jsem zjistil že firma Western Digital nabízí minimálně 120GB modely. Pro úplnost jsem zařadil pole RAID sestavené ze dvou levných disků SATA. Třešničkou na dortu je jediný disk ATA (SerialATA) rotující 10 000ot/min - WD360GD Raptor. A právě od něho začneme popis startovního pole.

"Exot" WD360GD - Raptor

Začneme diskem který se od všech ostatních disků odchyluje nejvíce. V současné době se jedná o nejrychlejší disk Serial ATA, disk který se rozhodl vstoupit do oblasti vysokých otáček, kde se dosud suverénně pohybují disky SCSI 160 a 320. Začněme však krátkým rodným listem tohoto disku.

Klíčovým okamžikem v historii Western Digitalu byl, zdá se, okamžik kdy před několika léty vzdali své působení v oblasti výrobně i vývojově nákladných "podnikových" (Enterprise) disků vybavených rozhraním SCSI (všimněte si sami že disky SCSI na firemních stránkách WD dodnes nenajdete). Finanční situace nebyla tehdy příliš dobrá (to platilo nejen pro WD ale i jiné výrobce disků) a jednou z cest byla minimalizace výrobního portfolia. Zdá se, že tento krok byl správný protože firma WD se ze svých potíží zotavila.

Díky tomu, že se soustředili jen na oblast disků ATA, byli schopni přicházet s novinkami mezi prvními, ne-li úplně první (jako v případě Raptora). První fronta útoku byla vytyčená na poli kapacity (první 100 a 200GB disky), za ní následovalo zvýšení paměti cache. Zatímco konkurence tehdy v případě disků ATA ustrnula na 2MB, u WD vybavili své top modely hned čtyřnásobkem - 8MB. To dovolilo v některých testech získat nad ostatními výrazný náskok. Westernu se vyplatila zásada "pracuj na své dobré pověsti, pak začne ona pracovat pro tebe".

U Westernu pochopili, že uživatelé očekávají inovace (i když na první pohled jsou mírně předčasné, z velké cache těží teprve dnešní disky, plně ji využijí teprve disky SATA II) i to, že jsou ochotni za ně zaplatit (přes poměrně vysokou "přirážku" se prodalo obrovské množství disku s 8MB cache).

Přesně těchto zásad se drželi když vznikal Raptor. Cílem bylo vrátit se na podnikový trh, trh pracovních stanic a serverů tak trochu oklikou. U WD si pamatovali co tento trh potřebuje:

• extrémně spolehlivá řešení: 1.2 mil hodin MTBF a pětiletá záruka Raptora odpovídá zvyklostem běžným mezi disky SCSI a nechává ATA disky daleko za sebou,
• rychlost: plotny WD360GD rotují rychlostí 10 000ot./min - to stačí aby Raptor v tomto ohledu kraloval mezi ATA disky a přitom si udržel svou cenu v rozumných mezích,
• jako další trumf u WD přidali levné rozhraní - cena kvalitního řadiče SCSI dnes totiž prakticky překračuje cenu samotného Raptoru, zatímco řadič SATA je běžnou součástí dnešních základních desek,
• kapacita: zdá se, že ta byla odsunuta na poslední místo. Současné Raptory nabízejí kapacitu 36GB, nová řada ji zdvojnásobuje - na 72GB.

Raptor rozhodně není diskem který se hodí do každého počítače - rozhodně však může být skvělou alternativou SCSI v levných serverech (předpokládám že si jej vychutnají i někteří fandové s "domácímí" pracovními stanicemi, výrobci PC jej také s oblibou jej nasazují do sestav určených pro testování). Například u web- a aplikačních serverů není kapacita zcela rozhodující, důležitější je rychlost a spolehlivost.

Technická data WD360GD, 36.7GB

fotografie z xbitlabs.com - všimněte si tloušťky litého rámu

Konstrukce testovaného disku je jednoplotnová, dnes se začínají prodávat dvouplotnové varianty WD740GD. Díky svým vysokým otáčkám patří Raptory mezi hlasitější modely.

Překvapivým faktem je, že disk byl nejspíše původně vyvíjen jako UltraATA. Je totiž vybaven známým konvertorem ATA <-> SerialATA od firmy Marvel (podobný je možné vidět na některých řadičích RAID i v konvertorech ABIT Serilel).

Raptora nám zapůjčila firma CzechComputer

Nejen hi-endem je člověk (ale i firma) živa a tak Western Digital nabízí disky Serial ATA klasické konstrukce. Nejnižší kapacitou v řadě nových "kaviarů" je model WD1200JD. Jako u všech současně dostupných disků Serial ATA jsou tyto disky vybavené 8MB cache.

Caviary s rozhraním Serial ATA jdou evidentně cestou nejmenšího odporu - jsou postavené na základě osvědčených a měsíce piplaných modelů UltraATA. Na poslední chvíli - i tento model využívá konvertoru ATA <-> SerialATA Marvel 88i8030-TBC.

Technická data WD1200JD, 120GB

Údaje označené hvězdičkou * jsou hodnoty uváděné výrobcem. Metodiky jednotlivých výrobců se mohou lišit.

Kvůli porovnání jsme do testu zapojili ekvivalentní model vybavený rozhraním UltraATA - WD1200JB. Tento typ patří mezi ověřené a mnohokrát inovované typy.

Technická data WD1200JB, 120GB

120MB model využívá v obou případech lichého počtu hlaviček - jedna strana jedné ploty není u tohoto modelu využita.

Možná vás překvapí nesoulad mezi některými technickými daty modelu UltraATA a Setial ATA, domnívám se, že v případě disku WD1200JB jsou uváděná data prvních (evidentně hlučnějších s vyšší spotřebou) revizí tohoto disku

Disky WD nám zapůjčila firma CzechComputer

Historie této řady disků je historii... premianta, následně opuštěného zlobivého dítěte které se po adopci zázračně polepšuje.

Tím zlobivým dítětem je původní řada "Deskstar" disků firmy IBM. Deskstary řady 75GXP (a poté zejména "černá" řada 60GXP) nejdříve všechny nadchly špičkovým výkonem... aby, asi 1 roce po používání, uvrhly část svých uživatelů do bezmezného vzteku když beze slova loučení a předchozího varování odešly do věčných lovišť. Říká se "shit happens" ale v případě Deskstarů se mazlavá hmota rozpatlala všude. Nepomohla výměna firmwaru, ujišťovaní že typy 120GXP a poté i 180GXP už žádné problémy nemají. Dnes můžeme jen spekulovat jestli právě tato kauza vyvolala pokles zájmu o desktopové disky IBM (možná by stačilo přejmenování celé řady spolu z přepracováním horního víčka disku). 

V roce 2002 se firma IBM rozhodla prodat svou divizi pevných disků (včetně serverových) firmě která v tomto oboru dosud hrála "páté housle" - firmě Hitachi. Velká modrá si v nové firmě Global Storage Technologies ponechala 30%. V létě tohoto roku (2003) se objevily první disky Hitachi 7K250 a ihned se rozvinuly do širokého vějíře typů - kapacity se pohybují od 40 do 250GB, rozhraní je ATA i SerialATA, cache je 2 i 8MB (u SATA vždy 8GB).

Jako jedná z mála se u nás distribuci nových Hitachi Deskstarů věnuje firma ASBIS. Od nich jsme obdrželi dva 80GB disky. Do testu jsme zařadili pouze verzi SerialATA.

Poznámka: i Hitachi využívá SATA konvertoru firmy Marvell.

Technická data Hitachi Deskstar 7K250 - 80GB

SATA Deskstary nabízejí oba napájecí konektory

Jednoplotnový model patří mezi velmi tiché disky. Výškou ho lze zařadit mezi nízkoprofilové typy - rozhodně nevypadá jako předchozí Deskstary. Spodní část disku vystavuje na odiv svou elektroniku, co naplat, u těchto disků si budete muset dávat, při manipulaci i montáží, pozor.

Disky Hitachi nám zapůjčila firma ASBIS
{mospagebreak title=Popis: disk Maxtor DiamondMax Plus 9}

Disk který jsem testoval patří do tradiční linie Maxtoru - trochu mě mrzí, že po spolknutí Quantumu prakticky zanikly disky této inovátorské firmy.

Řada disků DiamondMax Plus 9 vyvolala po svém uvedení mezi odborníky celou řadu diskuzí - přesto že firma Maxtor prohlašovala že disky jsou vybavené 80GB plotnami, zjistilo se, že některé modely využívají ploten o velikosti 60GB a to i v případě že se jedná o disky o násobcích 80GB (kapacita ploten má vliv na výkon, hlučnost i zahřívání disku)!

Recenzenti zpozorovali vztah mezi sériovým číslem (druhá pozice) a počtem použitých hlaviček. Podle toho se i v našem případě jedná o disk vybavený dvěmi plotnami.

Současná řada DiamondMax +9 zahrnuje kapacity: 60, 80, 120, 160 a 200GB, existuji verze s 2 i 8MB cache, rozhraní může být ATA i SerialATA (to vždy s 8MB cache). Podle informaci výrobce by všechny současné disky této řady měly být vybaveny motory s tichými fluidními ložisky (tyto ložiska by měly zajistit, že disk po čase nezačne "ječet").

Technická data DiamondMax Plus 9, 80GB - SATA

Je zajímavé že je po naformátování jsou tyto Maxtory větší než ostatní 80GB disky (rozdíl je 2GB a ukazuje na to, že se skutečně nejspíše jedná o typy geometrii 60 + 30 - 10GB). Je to maličkost ale potěší...

V proběhu testu jsem zjistil že některé disky, mezi nimi i Maxtor mají zapnutou speciální funkci, kdy při prvních zápisech automaticky využívají funkci Write Verify. To znamená že první testy zápisu ukazují mimořádně nízké hodnoty. Teprve po opakovaném čtení daného sektoru je z něho sejmutý "lock" a zápis probíhá bez následného čtení. Toto bezpečnostní předtestování značně ovlivňuje první benchmarky. Pokud disk naformátujeme nezkráceným způsobem, začne se chovat zcela standardně!

Ještě se řada disků Barracuda V ani nestačila na trhu pořádně ohřát a už byla vystřídaná novou řadou skrývající se za čísla 7200.7. Vzhledem k tomu že se konstrukce nových disků ve srovnání s "kudami" zjednodušila (nové disky již np. nemají spodní ochranný a stínící kryt SeaShield) předpokládám, že změna byla diktována ekonomickými důvody.

Seagate své "SATA" disky nevybavuje starým čtyřpinovým konektorem Molex

Poznámka: Disky Serial ATA firmy Seagate jako jediné v našem testu nepoužívají konvertor ATA / SATA. Dva disky tohoto typu (2x 7200.7/80GB/SerialATA) jsme použili k testování pole RAID typu 0 (stripping).

Disky 7200.7 jsou hlavní linii firmy Seagate - využívají 80GB ploten a naleznete je v provedení s 2 i 8MB paměti cache (testovali jsme oba typy).

Technická data Barracuda 7200.7, 80GB - SATA

K mému překvapení, podle detekční utility, neovládají nové Barracudy 7200.7 Automatic Acoustic Management (AAM). Přesto patří mezi nejtišší disky na trhu.

Seagate 7200.7 - "klasika"

Pro ilustraci jsem do testu zařadil reprezentanta dosud nejrozšířenějších disků - disku s 2MB cache vybaveného rozhraním Ultra ATA. Využil jsem možnosti a použil jsem Barracudu 7200.7

Technická data Barracuda 7200.7, 80GB - ATA

Disky Seagate nám zapůjčila firma ABACUS

Testy jsme prováděli na této sestavě:

• Základní deska ASUS P4C800 Deluxe (i785P), ICH 5 + Promise PDC20378
• Pentium 4 3.2GHz, fsb 800MHz
• 2x 256MB OCZ DDR 400
• ASUS V9950, GeForce FX 5900
• Windows XP Professional, SP1, Intel inf. 5.00.1002

Testované disky jsem připojoval přímo k southbridge ICH5 - v případě pole RAID 0 jsem použil řadič PDC20378.

V první částí se zaměříme na testy které zkoumají mechanické vlastnosti disků jako je přístupová doba a přenosová rychlost (tyto pojmy jsou vysvětlené v příloze).

Nízkoúrovňové testy - přístupová doba

Jelikož metodika měření přístupové doby je rozdílná*, rozhodl jsem se tento parametr z několika testů shrnout do jednoho grafu.

DiskSpeed32 měří přístupovou dobu zcela náhodným přístupem k sektorům,
hodnoty dosažené diskem WD360GD Raptor

*Poznámka: Průměrná přístupová dobo kterou uvádějí výrobci nemusí odpovídat změřeným výsledkům. Zejména tehdy, měří-li program dobu potřebnou pro nalezení zcela náhodných sektorů.

Hodnoty změřené HDtachem a DiskSpeed 32 vycházejí z měření náhodné přístupové doby, v případě IO metru jsme připravili testovací "batch" který vychází z měření přístupové doby k simulované sadě reálných souborů o velikosti 3.8GB. Tyto hodnoty jsme označili modře - nejvíce se blíží hodnotám které uvádějí výrobci (ti zase od náhodné přístupové doby odečítají rotační latenci - ta u disku s 7200ot/min. činí 4.7ms).

Podle očekávání vítězí WD Raptor s 10 000ot/min - jeho přístupová doba odpovídá serverovému naturelu tohoto disku. Druhý v tomto testu je disk Hitachi - jen potvrzuje původní sílu disků IBM. Zbytek pole ukazuje podobné výsledky. Zajímavostí je, že disk Seagate 7200.7 v provedení SerialATA dává svému ATA kolegovi co proto. 19ms disku WD lze přičíst "děravé" metodice měření HDtachu 2.61.

Milým překvapením se přístupová doba pole RAID 0 - evidentně vůbec nevadí že data jsou uložená po částech na různých discích.

Přenosová rychlost

typický graf generovaný programem HDtach 2.61 (červená - čtení, zelená - zápis),
hodnoty dosažené diskem WD360GD Raptor

I zde jsem použil HD tach (2.61) a DiskSpeed 32. HDtach umožňuje provést i test rychlosti zápisu - pracuje však s nenaformatovaným diskem. Protože hodnota přenosové rychlosti se mění v závislosti na poloměru na kterém jsou data uložená vybral jsem průměrné, agregované hodnoty.

Poznámka - je známo, že HDtach neodráží skutečný výkon disku v praxi, měří jen jeden aspekt. U tohoto měření dokonce téměř nezáleží na velikosti paměti cache!

Podle očekávání ve čtení a zápisu "datového proudu" vítězí pole RAID - nízkou hodnotu čtení u HDtachu (oranžový sloupek) lze přičíst tomu, že HD tach přistupuje k disku jako k fyzickému mediu a ovladač + řadič Promise v této situaci pracovaly v poněkud netypickém režimu emulace. DiskSpeed už pracoval s virtuálním diskem který byl naformatovaný a dokázal plně využít souběžného zápisu - RAID byl schopen poskytovat datový tok blížící je 100MB/s!

Ostatní disky jsou tak trochu ve stínu diskového pole. Překvapením by mohly být průměrné hodnoty dosažené Raptorem. Vysvětlení je však jednoduché - Raptor používá plotny o menším průměru, nižší je také hustota zápisu (na jednotlivé stopy se vejde méně sektorů) - čtení datového proudu tak není jeho nejsilnější stránkou.

Tvůrci PC marku připravili pro testování disků sadu několika běžných diskových úkolů. Test se skládá z pěti částí: 2x zápis, 2x čtení + kopírování souborů, pak se podle vzorce vypočítá výkonový index. Poznámka: disky byly před testem naformátované na souborový systém NTFS.

Hodnoty "sub testů":

V testu kopírování dat zcela propadl disk z 2MB paměti cache - to je pochopitelné, má menší buffery a musí častěji přecházet mezi jednotlivými oblastmi disku. Vítězem v kopírování souborů je Maxtor DiamondMax +9, dobře si vede i Hitachi Deskstar.

Diskové pole dokáže data číst a zapisovat obrovskou rychlostí (jak je vidět, tak v praxi při této činnosti dosahuje 160% rychlosti jednoho disku) - u kopírování ("současný" zápis a čtení) se však výhody pole poněkud ztrácejí (to je však spíše "zásluhou" řadiče a ovladačů).

I zde propadl disk s 2MB cache.

SiSoftSandra 2003 - Disk index

Tento test jsem zde zařadil především z jisté setrvačnosti. Výsledky tohoto testu často příkře kontrastují z praktickými zkušenostmi (vysoké skóre není zárukou toho, že disk bude excelovat - a naopak). Uvedu jen výsledky a nebudu je nijak dále komentovat.

V další části probereme testy založené na simulaci skutečného zatížení disku.

Nejoblíbenějším simulačním testem je "starý ale jarý" test Ziff-Davis Winbench 99 (v2.0). Poměrně věrně ukazuje jak se disk bude "v reálu" chovat. Skládá se ze dvou části: "Bussines" a "High-end" Disk Winmark. Výsledky jsou záviské i na souborovém systému (FAT32 je rychlejší než NTFS, my jsme, z důvodu lepší podpory velkých souborů, použili NTFS).

Index High-End (HE) se vypočítává ze soustavy simulovaných zátěží napodobující "diskové chování" některých aplikací (i když se jedná o dnes již zastaralé programy).

Z grafu jsou zřejmí vítězové i poražení:

• pořadí pro test High-End je následující: diskové pole RAID, WD Rapror, SerialATA Hitachi Deskstar 7K250. Poražená je ATA Barracuda s 2MB paměti chache...
• U Bussines Winmarkse na třetím místě umístil disk Maxtor DiamondMax Plus 9, poraženým je zase Barracuda 7200.7 s 2MB paměti cache.

U tohoto testu si ATA verze disku WD1200JB vede poněkud lépe než varianta "JD" vybavena rozhraním SerialATA. Zdá se, že že se disky liší poněkud více, než se na první pohled zdá - subjektivně je chod disku "JD" poněkud tišší - ve srovnání s klasikou "JB".

Měření utilitou Intel IOmeter (použili jsme verzi 1999.10.20) klade vysoké nároky na správnou metodiku testů. Primárním úkolem testu je zjišťování kolik vstupně/výstupních operací je schopen systém zpracovat za 1 sekundu.

Výhodou je, že můžete sestavit matici, podle které se bude disk zatěžovat. Měnit lze neuvěřitelnou spoustu parametrů - od velikosti a typu zapisovaných dat, přes množství konkurenčních procesů současně přistupujících k disku.

Disky jsem testovali jednotnou metodikou. Testovaný prostor byl vždy, záměrně, avšak pokaždé stejně fragmentován. Testovanou oblast jsme omezili na 3.8GB.

Podívejme se, jak by si disky vedly v malém webovém serveru:

To že při konkurenčním přístupu exceluje RAID není tak úplně jeho zásluhou ale spíše zásluhou optimalizace řadiče Promise (prosím porotu aby k tomuto faktu nepřihlížela :-)

Vítězem je pochopitelně "serverový" Raptor - disk kterému není dáno informace rychle zapisovat a číst ale který si zakládá na tom, že je rychle "najde". Na druhém místě je Hitachi Deskstar 7K250 a Barracuda 7200.7 v provesení SATA s 8MB paměti cache. WD Caviary a DiamondMaxy +9 v tomto testu příliš neexcelují - rozdíl však stěží překračuje 10%.

Pokus je systém vybaven výkonným procesorem a jsou nainstalované odpovídající ovladače není zatížení procesoru problémem. Nepotvrdilo se, že SerialATA zatěžuje procesor méně. Poněkud vyšší zatížení 80GB Barracudy 7200.7 lze také přičíst 2MB paměti cache a tomu, že v tomto testu tento disk s ostatními docela držel krok.

Závěr celého testu bych shrnul do několika okruhů:

SerialATA

Testy neprokázaly zásadní přínos tohoto rozhraní (větší vlil má rozdílná konstrukce disků) - ten se očekává s příchodem SATA II, hlavně kvůli podpoře "Native Command Queing". Poznámka: Většina výrobců používá dnes interní konvertor SATA / ATA (od firmy Marwell), pouze firma Seagate razí své vlastní řešení.

Cache

Ve většině testů dostal disk s 2MB cache na frak. Myslím že netřeba dalšího komentáře.

RAID

Testy potvrdily, že nejlepším diskem je... správně nakonfigurované diskové pole. Přesto jsou úkoly, kde je použití typu 0 (strippingu) riskem - například u serveru (tam patří RAID typu 1).

Raptor

Přesto, že v moha testech tento disk excelovat, je jeho přínos pro "desktopová" PC poměrně malý. Situaci by zde mohl změnit 74GB model - přesto platí, že 10k otáčkové Raptory patří především do serverů (případně pracovních stanic).

Jednotlivé značky

Pole "závodníků" bylo velice vyrovnané (pokud bychom vyloučili RAID a Raptora byly by grafy docela nudné) - lze říci, že mezi testovanými nejsou vyloženě špatné disky. Příjemně mě překvapily Hitachi Deskstary které se, jak se zdá, vracejí na scénu a ukazují že nepatří do propadliště dějin.

Teplota

Dnešní vysokootáčkové disky dokáži nečekaně zatopit. Z tohoto hlediska vyžadují zvláštní péči - minimálně pevné upnutí (boční plechy disk částečně chladí) do dobře větrané skříně. Z testovaných disků nejvíce topily Barracudy 7200.7 - na jejich povrchu jsme po jisté době intenzivního testování naměřili 50-49C, hned v závěsu byl Maxtor se 48-47C. Překvapením byl fakt, že Raptor "netopil" tak, jak jsme čekali (46C, stejně jako WD1200JB).

Hlučnost

Nejtišším diskem byla Barracuda 7200.2, Deskstar i Maxtor hrály druhé housle, zatímco disky WD (ač stále vemni tiché) dávaly o své existenci vědět poněkud více (disky tohoto výrobce generují tichý, avšak velmi typický svist).

Jiří Kwolek

Tato část popisuje základní pojmy z oblasti pevných disků.

Mechanika disku a základní elektronika

Je skutečným základem každého disku klasické koncepce (ten pak sestává z rotujících ploten z kterých je čteno/zapisováno pomoci hlaviček umístěných na výkyvných raméncích). Zde můžeme nalézt tyto aspekty (nezávisle na typu disku):

• Kapacita a hustota záznamu - je základní vlastnosti disku (ten slouží přece pro ukládaní dat). Hustota záznamu nás při nákupu nemusí zajímat, je jen cestou jak zvyšovat kapacitu a rychlost při zachování stejných vnějších rozměrů. Hustota záznamu se uvádí v MB / čtvereční palec či stále častěji v GB na jednu plotnu (poslední dosaženou hodnotou je pak 100GB/plotnu). Plotna obvykle mívá dvě strany které "obsluhují" dvě hlavičky.
• Přístupová doba - (Random Access) se uvádí v milisekundách. Říká, za jakou průměrnou dobu je disk schopen nalézt libovolnou požadovanou informaci. Vzhledem k tomu, že se požadované informace často nachází na různých stopách (a v různých sektorech), musí hodně práce odvést přesné a rychlé polohování raménka s hlavičkou. Při čtení mnoha malých souborů (a náhodném čtení) pak toto raménko intenzivně kmitá přechodem na různé stopy (umístěné na různých poloměrech plotny) a to za charakteristického hrčení. Při formátování, i když je disk vytížen na 100%, je tichý jako pěna - hlavička jen klouže na sousední stopy (poznámka: stopy u HD jsou soustřednými kružnicemi a nikoliv spirálou - jako v případě CD).

Z technického hlediska lze prodlevu (latency) rozdělit na tu potřebnou pro nalezení požadované stopy (seek time) a na dobu potřebnou pro natočení ploten do správné polohy (rotational latency). Ta odpovídá průměrně době za kterou se otočí celá plotna o půl otáčky. Obvykle pro nalezení konkrétních dat se totiž hlavička přemístí nad příslušnou stopu, ale pak ještě musí počkat, až se pod ní objeví požadovaný sektor ... a to trvá v průměru právě půl otáčky.

• Rychlost otáčení diskových ploten - uvádí se v otáčkách za minutu. Čím rychleji se disk otáčí, tím se zvyšuje rychlost "datového proudu" a snižuje "rotační latence". V dnešní době lze říci, že 5400 otáček/min. je nižším standardem, 7200 průměrem, 10 000 špičkovou hodnotou (zatím pouze speciální disky) a 15 000ot./min. maximem.

Poznámka: Měření přístupové doby (a také částečně přenosové rychlosti) je, na rozdíl od stanovení kapacity HD, velmi závislé na metodice. Je to něco podobného, jako měření průměrné spotřeby u automobilu (i ta totiž závisí na mnoha podmínkách). Je jasné, že přesun hlavičky na sousední stopu potrvá méně (typicky 1-3ms), než přesun mezi krajními polohami (2.5-3cm za 15-20ms). Různé programy pak zobrazují různé přístupové hodnoty podle toho jakou "sadu přesunu" používají k měření. Každý program tak stanoví svou vlastní "normu" - to je důležité si pamatovat a nesrovnávat "jablka a hrušky". P.S. Výrobci (jako obvykle) uvádějí docela optimistické hodnoty - ty naštěstí však mají skutečný základ - 8.2ms disky bývají skutečně rychlejší než 9ms typy :-))

Cache disku

I disky dnes používají zápisníkové mezipaměti, podobně jako np. procesory. Tyto moduly snižují nesoulad mezi pomalou mechanikou a rychlou elektronikou rozhraní - Cache tvoří vlastně složitý vstupně-výstupní zásobník. Pokud je np. přijat požadavek na čtení dat, které se v cache paměti disku již nacházejí, jsou poskytnuta ihned z a to mnohem rychleji, než by byla přečtena z ploten. Cache navíc funguje jak při čtení, tak při zápisu (ten však nebývá opožděn z ohledem na bezpečnost dat). Poznámka: Dnešní disky mají většinou 2 MB či 8 MB paměti cache, přičemž čím více, tím lépe.

Přenosová rychlost

Přenosová rychlost (Sequential Linear Speed) vyjadřuje trvalý "datový tok" - tedy jaký objem dat je disk schopen za jednotku času zapsat nebo přečíst. Jednotkou přenosové rychlosti jsou MB/s nebo kB/s.

plotna disku - začíná se zapisovat (poměrně netypicky) na vnější straně disku

typický průběh přenosové rychlosti v závislosti na umístění dat

Jak vidíte, přenosová rychlost není konstantní, ale mění se v závislosti na poloměru, kde jsou data zapisována (to je přirozené - rychlost otáčení je konstantní, mění se však obvodová rychlost).

Přístupová doba (a latence)

Přístupová doba (Random Access) se uvádí v milisekundách. Říká, za jakou průměrnou dobu je ramémko schopné přemístit čtecí/zápisovou hlavu nad požadovanou stopu. Při čtení mnoha malých souborů (a náhodném čtení) pak toto raménko intenzivně kmitá přechodem na různé stopy (umístěné na různých poloměrech plotny) a to za charakteristického hrčení.

Přesto při formátování, i když je disk vytížen na 100%, je tichý jako pěna - hlavička totiž jen klouže na sousední stopy (poznámka: stopy jsou u HD soustřednými kružnicemi a nikoliv spirálou - jako v případě CD).

K přístupové době je nutné přičíst tzv. rotační latenci - přibližně dobu, za kterou se otočí celá plotna o půl otáčky. Obvykle pro nalezení konkrétních dat se totiž hlavička přemístí nad příslušnou stopu, ale pak ještě musí počkat, až se pod ní objeví požadovaný sektor ... a to trvá v průměru právě půl otáčky.

Příklad: Disk s 10.000 otáčkami /min. (tj. s 166 ot./s) a průměrnou - řekněme mírně nižší - přístupovou dobou 10ms nalezne data rychleji než disk s 5400 ot./min. (což činí 90 ot./s) a přístupovou dobou 8ms, protože jeho celková průměrná přístupová doba je 10ms + 3ms = 13ms (oproti 8ms + 5.5ms = 13.5ms).

Další články v kategorii

• Vyhlášení soutěže o špičkový dvoudiskový NAS Asustor a další
• Asus Hyper M.2 a 4x Samsung 980 Pro: Extrémní úložiště
• Soutěž o špičkový dvoudiskový NAS Asustor a další ceny
• Corsair MP600 Pro 1TB: Špičkový disk pro M.2 s chladičem
• Corsair MP600 Core 2TB: První disk s QLC pro PCIe 4.0 v testu