Kad brže znači sporije

Aleksandar Šušnjar

U "prvoj rundi" smo testirali diskove čiji kapacitet nije prelazio krajnji domet klasičnog (i već definitivno zastarelog) BIOS-a. Brzinski pobednici su bili modeli firme Quantum, Fireball u ATA i Viking II u SCSI grupi. Rezultati testa su se poklopili sa iskustvima saradnika i čitalaca, što nam je dalo dodatni motiv da nastavimo posao...
U međuvremenu su stigli novi modeli svih proizođača zastupljenih na našem tržištu, uz sve veći akcenat na SCSI diskove. Kada poredite ATA i SCSI diskove istog kapaciteta, morate obratiti posebnu pažnju na starost tehnologije: obično SCSI diskovi predvode trku u kapacitetu, pa su često SCSI modeli stariji (a onda često i sporiji) od ATA diskova istog kapaciteta. Ipak, zbog toga ne smemo olako zaključiti da su ATA diskovi generalno brži od SCSI-ja.

Prvo iznenađenje

Sa voljom da testiramo nove, veće i brže modele, krenuli smo u potragu za odgovarajućom test platformom. Trebalo je naći matične ploče i kontrolere/adaptere koji će moći da rade sa diskovima velikog kapaciteta. Složili smo se da je najbolje uzeti najnovije Pentium II ploče koje, valjda, podržavaju nove standarde. Kako moramo da testiramo i SCSI diskove, zgodno bi bilo da ploča na sebi sadrži i on-board SCSI adapter.
Test smo počeli od novih Western Digital i Seagate modele. Od Western Digital-a smo dobili Caviar 24300, 25100, 36400 i 38400. Dva od navedena četiri modela pokazala su gotovo istovetne rezultate kao diskovi prikazani u septembarskom "PC"-ju, dok su druga dva bila brža, i to značajno - pretekli su Quantum Fireball diskove, koji su do tog momenta predstavljali brzinske šampione. Ista priča se ponovila sa Seagate Medalist Pro 9140
Oznake bržih Caviar diskova su 25100 i 38400. Primetite da smo u septembru testirali Caviar 35100, čiji je kapacitet jednak kapacitetu modela 25100, ali je 25100 urađen novom tehnologijom i zasnovan na IBM-ovim glavama koje omogućavaju veću gustinu. Tako 35100 sadrži tri, a 25100 dve ploče sa podacima. U on-line konferencijama, tehnička podrška Western Digital-a tvrdi da je ovo jedina razlika među diskovima i da su brzine iste. Kao što bi mogli i sami da zaključite na osnovu principa rada diskova iznetog u specijalnom dodatku "Sve o diskovima", ovo teško možemo prihvatiti, što pokazuju i rezultati testova - novi diskovi su čak do 20% brži!
Kako Caviar 25100 koristi samo tri površine od četiri, a 38400 pet od šest, logično je postojanje modela 26400 i 310100. Pre nego što sam stigao da izrazim želju da ih testiram, stigla je vest da su stigli u Redakciju. Brže bolje sam ih testirao, a preliminarni rezultati su bili nedvosmisleni - novi Caviar-i su brži, a 310100 je pravi šampion.

Muke po diskovima

Do te tačke sve je izgledalo prijatno - treba još testirati SCSI diskove. Prve SCSI modele smo testiral Tekram-ovim DCU-390U/F adapterom baziranim na Symbios Logic čipu. Nažalost, adapter ne podržava diskove velikog kapaciteta, pa smo morali da se bacimo u potragu za alternativom, odnosno pločom sa on-board SCSI kontrolerom.
Prva probna platforma je bila dvoprocesorski Pentium II, konfigurisan kao "ljuti server", sa UPS-om u kućištu, dva ispravljača... Prvih nekoliko testiranih diskova pokazali su katastrofalno slabe rezultate - diskovi za koje smo bili ubeđeni da će briljirati pokazali su se jedva dostojnim prikazivanja. Kontrole radi, na istoj platformi sam testirao i neke već isprobane diskove, i dobio ono što sam tražio: rezultati testa na novoj platformi su 30 do 50% slabiji! Računar je otišao na dalje testiranje i ispitivanje i pokazalo se da naprosto loše radi sa diskovima.
U redu - nema problema, moramo da potražimo novu platformu. Ovaj put nema kompromisa - traži se matična ploča sa definitivno neospornim kvalitetom, imenom i on-board SCSI adapterom. To je bilo lako reći, ali teško ostvariti - potraga je još uvek u toku!
Čekajući da se pojavi nova test platforma, pokušao sam da interpretiram rezultate testa ATA diskova. Nisam gledao samo sirove brzine tranfera, već i dijagrame: svi su bili pravilni, dok nisam stigao do Seagate Medalist Pro 9140. Dijagram prenosa za ovaj disk nije bio pravilan i nije izgledao ispravno. Greška u test programu? To nikako ne bi bilo dobro... Ponovio sam test nekoliko puta, proverio rezultate pišući male dodatne testove, upoređujući rezultate. Greške u softveru nije bilo.
Ispostavilo se da Medalist Pro 9140 pokazuje najbrži transfer pri sredini diska (tj. pri sredini kapaciteta), umesto na spoljnim, cilindrima (na "početku" diska). Ova (maksimalna) brzina iznosi 12.4 MB/s; na unutrašnjem poluprečniku brzina iznosi 8 MB/s a na spoljnom (umesto da je veća od 12.4) ispod 10 MB/s! Kako je to moguće? Ponovnim, detaljnijim pregledom svih dijagrama uočio sam sličan, ali manje izražen efekat i kod Western Digital Caviar-a 310100. Kod njega ove brzine iznose 11.5 MB/s (spolja), 11.9 MB/s (u sredini) i 7.8 MB/s (pri centru). Obratio sam se firmama Seagate i Western Digital, ali i sam tragao za objašnjenjem.

Gde je usko grlo?

Zaključak je da negde postoji usko grlo, koje ograničava brzinu prenosa podataka. Najpre sam proverio da li je svuda aktiviran UltraDMA, ali je to bilo u redu: testovi su pokazali minimalne, ali vidljive razlike u slučaju kada UltraDMA nije aktivan. Zatim sam testirao kritične diskove sa nekoliko drugih matičnih ploča, zasnovanih na Pentium, Pentium II / Celeron procesorima. Začudo, svi ATA diskovi su pokazivali slabije performanse sa Pentium II nego sa Pentium računarima (nije štamparska greška). Pomislio sam da su se dva Pentium II procesora otimala o magistralu i time umanjivala propusni opseg raspoloživ za diskove, ali se sličan problem javljao i na jednoprocesorskim sistemima. Definitivno objašnjenje nisam dobio niti ga imam, ali ću pokrenuti "javno razmatranje" svojim skromnim pokušajem razjašnjavanja.
Pentium II procesori su nedvosmisleno brži od Pentium-a, ne samo zato što rade na višem taktu (Pentium na 133 MHz postigao bolji HDD I/O od Pentium-a II na 333 MHz?). Iako je procesorska magistrala takođe brža, ovo "ubrzanje" prestaje da bude značajno za HDD I/O kada uzmemo u obzir da je Pentium II svojom većom brzinom sposobniji i da više zauzme tu magistralu od običnog Pentium-a. Ipak, ni ovo nije objašnjenje problema, pošto SCSI pokazuje sjajne rezultate. Dalje, ceo test program staje u interni instrukcijski keš procesora - podatke ne obrađuje, a ovi se dobijaju preko DMA, pa procesor prestaje da bude značajan faktor. Tek treba da potvrdimo da Pentium II on-board SCSI adapter i SCSI diskovi imaju isti problem, ali sličnost definitivno postoji.

Moguće objašnjene

Pretpostavićemo da UltraATA predstavlja efikasan interfejs, kao i UltraSCSI, i da su sami interfejsi, odnosno njihove (ATA i SCSI) magistrale, stvarno brze koliko je propisano. Takođe ćemo pretpostaviti da usko grlo nije u samom disku. Šta ostaje? Predusretljivi čovek iz tehničke podrške Seagate-a je pokušao da nam pomogne - informacija koju nam je dao se slaže sa našim nalazima i dodaje jednu zanimljivu činjenicu. Da ga citiram:
"I SCSI kontroler obično ima bafer, u kome može da zadrži umerenu količinu podataka pre nego što ih prenese u sistemsku memoriju. ATA nema takav luksuz, pa prenosi podatke direktno u memoriju, zbog čega mora da čeka pristup magistrali na matičnoj ploči. Ako je magistrala zauzeta, drajv mora da sačeka sa prenosom podataka, zbog čega bi možda morao da zaustavi svoj interni transfer dok se bafer ne isprazni. Pošto je sve ovo vezano za fizičku rotaciju, minimalno vreme čekanja na bafer pretvara se u čitav obrtaj ploča, sa maksimumom u vidu višestrukih revolucija. Osnovna ideja je da drajv ne može da šalje podatke u bafer brže nego što matična ploča može da ih preuzme".
Jedini zaključak koji mogu da izvučem iz svega toga jeste da proizvođači matičnih ploča i setova čipova nisu očekivali tako brz razvoj hard diskova i tako brzo dostizanje i prestizanje brzinskih ograničenja. Zbog toga su, zarad za nekoliko procenata boljih rezultata u procesorskim testovima, namerno dali veći propusni opseg magistrale procesoru (i, možda, PCI slotovima), nauštrb propusnog opsega namenjenog on-board ATA ili SCSI adapterima. Zvuči neopbično, ali bolji odgovor za sada nemam.

Posledice

Realnost je surova: novi i brzi diskovi ne rade brzo koliko bi mogli da rade. Što je još interesantnije, disk koji bi, da nema ovih problema, bio najbrži ne završava trku na prvom mestu. Suprotstavimo nesuđenog šampiona brzine među ATA diskovima, Seagate Medalist Pro 9140, sa najbržim "izazivačem", Western Digital Caviar 310100. Na dijagramima prenosa se jasno vidi da je Medalist Pro brži od Caviar-a u drugoj polovini "kapaciteta", odnosno pri radu sa podacima koji su bliže centru diska. Ako zanemarimo ova merenja za "spoljne" podatke i ekstrapoliramo krivu dobijenu za prenos "unutrašnje" polovine podataka, zaključujemo da je najveća stvarna Caviar-ova brzina oko 13 MB/s a Medalist-ova oko 14 MB/s, tj. za 7-8% veća. Procentualna razlika u brzini je manja na unutrašnjim cilindrima.
Bilo kako bilo, Medalist Pro je interno brži, ali pređimo na realnu situaciju. Prenos podataka sa spoljnog cilindra Medalist Pro vrši brzinom od 10.5 MB/s (3.5 MB/s manje od očekivanog) a Caviar 11.5 MB/s (1.5 MB/s manje od očekivanog). Realne normalizovane brzine prenosa iznose 10.6 MB/s (Caviar) i 10.4 MB/s (Medalist Pro), pa bi se reklo da je u realnom radu Caviar brži za 2%. Razlika u korist Caviar-a je veća ako se radi samo sa prvom polovinom diska.
Zašto je tako, tj. zašto Medalist Pro pokazuje mnogo veće razlike između onoga što bi trebalo i onoga što jeste? Ako se pomirimo sa postojanjem uskog grla (ma gde ono bilo), na ovo pitanje je lako odgovoriti: oba diska mogu da šalju podatke računaru najviše maksimalnom brzinom uskog grla. Kada je stvarna brzina prenosa diska manja od maksimalne brzine uskog grla, nema nikakvih problema. Kada su ove dve brzine jednake, tj. u graničnom slučaju, problem takođe ne postoji. Kada je stvarna (interna) brzina veća od brzine uskog grla, interni bafer diska se brže puni nego što se prazni, pa količina podataka u internom baferu raste brzinom koja je jednaka razlici brzine pristizanja i slanja podataka.
Kada su ove razlike male a količina podataka koja se prenosi ograničena, veliki bafer će kompenzovati eventualne probleme i rezultujuća brzina će biti jednaka brzini uskog grla. Međutim, ako je razlika brzina značajnija, bafer će se napuniti i neće moći da prima podatke dok se ne isprazni, pa će prijem morati da sačeka. Tokom tog čekanja gubi se sled sektora koji pristižu pod glavu, dakle nastupa nepotrebna revolucija (obrtaj) diska. Kako je kod Medalist Pro diskova ova razlika veća, češće je neophodno čekanje, a usled većeg RPM-a (7200 nasuprot 5400 obrtaja u minuti) podaci brže i "pobegnu". Zbog toga je kod bržeg diska (Medalist Pro 9140) problem daleko izraženiji, pa on nezasluženo postiže slabije performanse u realnom radu.

Dilema

Dvoumljenje oko toga koji disk kupiti je slično razmišljanju u sledećoj situaciji. Posedujete automobil i želite da kupite nov motor. Znate da jedan motor omogućava bržu vožnju od drugoga, ali bi uz oba motora postojeći prenosni mehanizam u kolima proklizavao. Naravno, više bi proklizavao ako brže vozite, pa dolazite do paradoksa da "brži" motor znači sporiju vožnju. Ostaje da izaberete "brži" motor, pošto volite takav stil, a možda ćete u budućnosti menjati prenosni mehanizam, ili da se opredelite za "sporiji" motor, koji je i dalje dovoljno brz - postojeći automobil će uz takav motor za sada ići brže.
Ovoj nedoumici dodajem konstataciju da se industrija složila oko novog interfejsa UltraDMA/66 (postojeći UltraDMA je postao UltraDMA/33). Sa novim kablovima koji sadrže poseban GND vod za svaki signal (dodatnih 40 GND linija) omogućen je dvostruko brži tranfer. Konektor je ostao nepromenjen, pa mogu da se priključuju i "stari" diskovi. Zanimljivo je da Western Digital predviđa da će kapaciteti UltraDMA biti prevaziđeni i nedovoljni do kraja godine, a da će UltraDMA/66 trajati do 2002. godine... živi bili pa videli!
Tako smo iz čitave diskusije izašli bez konačnog odgovora. Rešenje možda ne postoji, a možda može da bude i softversko, tj. da se svede ma podešavanje nekih parametara ploče. Nažalost, nikakvi dodatni drajveri nam nisu pomogli da odstranimo problem, a u Seagate-u potvrđuju njegovo postojanje. Nije nam jasno čemu onda silne hvale UltraATA i UltraATA ploča, ako one daju "Infra ATA" performanse.
Problem smo ustanovili sa diskovima koji su relativno veliki za današnje pojmove, pa možda mnogima koji su u potrazi za manjim diskovima ta pitanja nisu od bitnog značaja. Ipak, sasvim je logično zapitati se "Koja matična ploča radi najbolje sa diskovima?" i "Koji je disk najbolji za koju ploču (i obrnuto)?". Uvek je dobro potražiti komponente koje neće brzo zastariti i koje će moći da prihvate bržu i bolju tehnologiju budućnosti.
Odgovor na postavljena pitanja moramo da pronađemo, pa ćemo i dalje raditi na njima. Ako želite da pomognete u tome, posetite http://www.pcpress.co.yu/diskovi/...