SATA, NCQ, SAS og PCI Express
Innledning
Utviklingen innen datateknologi går raskt. Stadig får PC-ene våre bedre ytelse, men det er ikke bare kjernekomponenter som prosessorer og skjermkort som blir forbedret. Også på lagringsfronten skjer det ting.
Mange av forbedringene som er kommet på lagringsfronten de siste årene, går på at man har klart å øke datastrømmen gjennom de ulike "bussene" i systemet. En "buss" er som kjent en kommunikasjonskanal mellom komponentene på hovedkortet. Et viktig begrep når vi snakk om ulike "busser" er båndbredde. Båndbredden forteller hvor mye data som kan sendes gjennom bussen innenfor et gitt tidsrom, og er et resultat av antall MHz bussen opererer på multiplisert med antall bits som kan sendes gjennom bussen samtidig.
Som vi skal se, er ikke båndbredde alt som betyr noe. Ny teknologi gjør at mye av den økte ytelsen som oppnås skyldes andre faktorer. Vi starter med en titt på Serial ATA.
Serial ATA og NCQ
Serial ATA (SATA)-harddisker kom for alvor på markedet høsten 2003. SATA-teknologien innebærer seriell overføring mellom kontroller og lagringsenheter. SATA har direkte kommunikasjon mellom kontroller og harddisk og siden man har kun en enhet per kabel, er det heller ingen master/slave som vi kjenner fra Parallell ATA (PATA). Den gamle 80-leders PATA-kabelen er erstattet av en kabel med bare 7 ledere.
De ulike SATA-benevnelsene gir følgende (teoretiske) overføringshastighet:
- SATA 1,5 Gbit/s: 150 MB/s
- SATA 3 Gbit/s: 300 MB/s
- SATA 6 Gbit/s: 600 MB/s
- Osv
SATA 3 Gbit/s er et tillegg til SATA 1.0, kom våren 2004 og inneholder en rekke forbedringer i forhold til de første SATA-spesifikasjonene. Foruten å gi en økning i teoretisk overføringshastighet fra 150 MB/s til 300 MB/s og mulighet for HotSwap (til og fra kobling uten å måtte skru av maskinen), er det kanskje Native Command Queing (NCQ) som i første omgang er mest interessant.
S-ATA til venstre, P-ATA til høyre. Hvilken ville du ha valgt?
Native Command Queing (NCQ)
Kort sagt er NCQ en teknikk som øker harddiskytelsen. For å beskrive NCQ kan vi sammenligne med en heis. Tenk deg en heis som ikke stopper dersom noen vil på underveis, men hver person som bruker heisen fraktes uavbrutt til den etasjen de skal til. Heisen returnerer så til den etasjen der neste person trykket på knappen for så å frakte denne til bestemmelsesstedet. Dette gjentas for hver person som benytter heisen. Nå er heldigvis dagens heisteknologi kommet lenger enn dette - heisen stopper dersom noen vil på i mellomliggende etasjer. Dagens harddisker derimot, leser/skriver i den rekkefølgen instruksjonene blir gitt. Hvis dataene på harddisken var plassert i samme rekkefølge som programmene hadde behov for å hente dem i, hadde det ikke vært noe problem. Men siden dataene på disken kan ligge spredd på over hele platen, oppstår det forsinkelse ved at lese/skrive-hodene må forflytte seg til riktig sted og platen må rotere til dataene befinner seg under lesehodet.
NCQ gjør at instruksjoner om lesing og skriving av data enten utføres umiddelbart eller ordnes i kø, alt etter som hva som er mest gunstig. Dette bestemmes internt i disken på bakgrunn av hvordan dataene er plassert på platene i forhold til lese-/skrive hodenes plassering. Det tas hensyn både til å minimere rotasjonsforsinkelse og søketid. NCQ reorganiserer altså instruksjonene om lesing/skriving slik at disse utføres i den rekkefølgen som gir minst forsinkelse. Gjennom NCQ reduseres behovet for flytting av lese-/skrive-hodene noe som også har mindre mekanisk slitasje som bi-effekt. SATA 3 Gbit/s-spesifikasjonene omhandler "ordning" av inntil 32 instruksjoner i "køen".
Siden det bare er harddisken selv som kjenner plasseringen av lesehodene har man i NCQ også overlatt til harddisken å styre DMA (direct memory access) uten programvareinnblanding. Dette kalles FirstParty DMA.
SAS
Et annet område innenfor lagringsteknologi der det skjer endringer er for SCSI (Small Computer System Interface), som erstattes av Serial Attatched SCSI (SAS). Parallell SCSI med Ultra 320 som siste tilvekst har som navnet indikerer en teoretisk overføringshastighet på inntil 320 MB/s.
I SAS kombineres SATA sin punkt til punkt teknologi med den "gamle" SCSI-teknologien. SAS opererer med 3 "transport"-protokoller. Serial SCSI protokoll (SSP) for SCSI-enheter, Serial ATA Tunneling Protokoll (STP) for SATA-enheter og Serial Management Protokoll (SMP) som er en "utvidelses"-protokoll. Overføringshastigheten for SAS starter på 3 GB/s og vil ifølge "veikartet" for SAS etter hvert nå 12 GB/s.
Mens dagens parallell SCSI kan ha inntil 16 enheter i et SCSI-domene, vil man med SAS ha mulighet for inntil 16384 enheter i et SAS-domene. SAS er også kompatibelt med SATA-disker. I tillegg til 3,5" disker vil det også komme 2,5" SAS-disker først og fremst beregnet på "enterprise"-markedet.
Les også vår sak "Fujitsu demonstrerer SAS-disk".
PCI Express (PCIe)
PCI-Express (PCIe)
PCI (Peripheral Component Interconnect)-bussen gjorde sitt inntog i 1993 og bygger på parallell overføringsteknologi. Den begrensede båndbredden på 133 MB/s og forsinkelsen (latency) som oppstår ved at kun en tilkoblet enhet kan bruke bussen av gangen, gjør at PCI er moden for utskiftning.
Det samme kan sies om AGP som ble innført i 1997. Her er det derimot ikke båndbredden som først og fremst er problemet, men latency. For servermarkedet utviklet man en forbedret utgave av PCI som ble kalt PCI-extended, forkortet til PCI-X. Dette er altså ikke det samme som PCI Express.
Forbedringen kommer i form av PCI Express (forkortes ofte PCIe) som på sikt vil erstatte både PCI og AGP. I likhet med SATA består PCIe av en seriell punkt-til-punkt-buss hvor data kan sendes i begge retninger samtidig. Dette er mulig fordi det er en kanal for sending og en for mottak. Ett slikt sett med kanaler kalles en PCIe-link. Hver link består av 4 ledere, to for sending og to for mottak. Ved å legge til ytterligere linker (4 ledere) kan man utvide båndbredden i bussen. I motsetning til PCI og AGP har hver PCIe-link hele båndbredden for seg selv.
Ulike fysiske tilkoplinger på grafikkort
Hver PCIe-link kan overføre 250 MB/s samtidig hver vei. Vi får da følgende teoretiske båndbredde der grunnhastigheten x = 500 MB/s (når vi tar med at data kan sendes samtidig i begge retninger):
- x1 = 500 MB/s
- x4 = 2 GB/s
- x8 = 4 GB/s
- x16 = 8 GB/s
For arbeidsstasjoner vil dagens AGP 8x med en båndbredde på 2,1 GB/s erstattes av en 164-pins x16 PCIe-slott med en teoretisk båndbredde på rundt 4 GB/s hver vei.
Inntil 75W
En fordel med PCIe når det gjelder skjermkort, er at PCIe kan fore kortene med inntil 75W effekt. Dermed vil en rekke effekthungrige skjermkort ikke lenger trenger ekstra strømkontakt.
Den tradisjonelle PCI-bussen vil for øvrig erstattes av PCIe med benevnelsen x1 og PCI-X erstattes av PCIe x4. F.eks. vil en gigabit nettverkskontroller få mer enn nok båndbredde over en PCIe x1-buss.
Vi må heller ikke glemme at siden PCIe bare har 4 ledere til hver slott mot dagens 32 ledere, vil produksjonen av hovedkort forenkles. Dette kommer forhåpentligvis kommer forbrukerne til gode i form av lavere priser, men akkurat dette gjenstår å se.
PCIe introduseres for fullt i disse dager, i forbindelse med Intel sine nye 915- og 925-brikkesett.
(Kilder: Seagate, Intel, PC-stats, HP)
