Гул моторов на трассе Ultra SCSI
Сегодня мы стали свидетелями поразительного контраста гармонии и высокого быстродействия, который, несмотря на обилие производителей персональных компьютеров и поставщиков компонент, а возможно, и благодаря ему, прочно воцарился в мире компьютерных систем.
Проектируя и выпуская новый продукт, каждая компания стремится обеспечить полную согласованность его функционирования с другими периферийными устройствами и приложениями системы. Этот симбиоз становится все более и более прочным по мере того, как различные приложения учатся мирно сосуществовать, совместно используя одну и ту же информацию и не ограничивая возможности друг друга. Симбиотическая связь между компонентами персональных компьютерных систем в определенном смысле напоминает взаимоотношения между членами внешне благополучного семейства.
Когда такая семья отправляется в отпуск на собственной машине, родители изо всех сил стараются обеспечить мир и спокойствие на заднем сиденье автомобиля, где расположились их вечно воюющие между собой отпрыски. Как правило, заставить братишек вести себя смирно удается благодаря некой воображаемой черте, разделяющей заднее сиденье пополам, - каждый из них прочно держится за свою территорию.
Однако применительно к компонентам персонального компьютера такая схема поведения вряд ли является лучшим вариантом. Ведь единственная забота родителей, предвкушающих летний отдых, - это согласие в семье и радость от взаимного общения друг с другом. А компьютерная система скорее должна напоминать спаянный отряд командос, выполняющий некую важную секретную миссию. При этом на первый план выходит максимальная эффективность взаимодействия, позволяющая достичь лучших совместных результатов - выполнить боевое задание.
Увы, сегодня большинство персональных компьютеров, потенциально обладающих высокой эффективностью и способных работать на хорошей скорости, больше похоже на благополучную семью, нежели на элитную бригаду командос. Конечно, приложения создаются и совершенствуются отнюдь не для того, чтобы "загребать под себя" все ресурсы системы или переписывать файлы друг у друга. Тем не менее мир, казалось бы царящий между устройствами (например, материнской платой и факс/модемом), настолько нестабилен, что больше напоминает состояние холодной войны с периодически возникающими кратковременными периодами разрядки. Роль родителей отводится операционной системе и материнской плате, которые, собственно, и сохраняют порядок в семействе, включающем длинный ряд устройств и программ и носящем громкое имя "компьютер".
Однако зачастую такая организация работы чревата весьма посредственными результатами. Все, что можно от нее ожидать, - это не более чем обычное сосуществование устройств, их "примирение" друг с другом.
Возможно, эти соображения не покажутся слишком важными пользователю компьютера, который включается лишь для игры в "Тетрис" или написания благодарственных писем щедрым родственникам. Но высокопроизводительные приложения никогда не смирятся с посредственностью. Так, Web-сервер сегодня должен формировать порядка 57 ответов в секунду, а информационный поток, ежеминутно передаваемый аудиовидеоприложением, содержит от нескольких сотен до более тысячи мегабайт данных.
Эти и многие другие приложения из реальной жизни требуют пиковой производительности аппаратного обеспечения компьютера, которая должна поддерживаться круглосуточно все семь дней в неделю. Для того чтобы справиться со своей миссией, то есть быстро и надежно выполнить ресурсоемкую задачу, все аппаратные и программные компоненты должны работать как одна спаянная команда, а не просто сосуществовать друг с другом.
К сожалению, нет чудо-средства для настройки и оптимизации работы современных персональных компьютеров, способного превратить их из обычных "рабочих лошадок" в системы с пиковым быстродействием. И все-таки для начала кое-какие шаги лучше предпринять уже сейчас. Один из них - использование интерфейса Ultra SCSI, играющего роль моста между новыми высокопроизводительными накопителями на жестких дисках и материнской платой, процессором и сетью, рост быстродействия которых, по-видимому, в ближайшем будущем будет близок к квадратичному.
Где возникают автомобильные пробки При работе с традиционными пользовательскими приложениями и даже в некоторых средах клиент/сервер обычно складывается ситуация, когда пропускная способность неодинакова для различных компонент персонального компьютера. Достигая своего пика для процессора, она несколько снижается для каналов ввода/вывода и шин системы и падает до минимума для периферийных устройств - они-то и являются самыми медленными компонентами.
Между тем большинство современных приложений ориентировано на передачу данных и управление ими, тогда как традиционная роль компьютеров, "грызущих числа" сутки напролет, уходит в прошлое. Так, на смену мэйнфрейму, часами обсчитывавшему решения дифференциальных уравнений, сегодня пришел PC-сервер, который управляет передачей электронной почты и файлами данных всей компании. Проблема увеличения производительности по-прежнему остается в центре внимания разработчиков, но, очевидно, особый акцент теперь должен быть сделан на производительность каналов передачи данных, а не только процессора, как это было раньше.
Рост требований к скорости передачи информации и к самим данным стимулирует спрос на устройства массовой памяти. Современный интерфейс SCSI допускает подключение нескольких, вплоть до дюжины, винчестеров, ленточных накопителей и других устройств, которые хранят данные в необходимом для немедленного доступа формате или близком к нему. С подключением к интерфейсу SCSI каждого нового устройства степень использования потенциальной пропускной способности канала изменяется по нарастающей. При большом количестве устройств, работающих на достаточно высокой скорости, резерв пропускной способности будет быстро израсходован. В результате в системе возникнет что-то вроде автомобильной пробки, но уже не на традиционном уровне медленных периферийных устройств, а на уровне интерфейса.
Чтобы лучше осознать необходимость сверхвысокой пропускной способности канала, представьте себе дорогу шириной метров в восемь. Самую обыкновенную дорогу, на которой даже нет разметки автомобильных рядов. Проезжающий по ней водитель не связан никакими условностями, если не считать одного правила - в один и тот же момент по дороге могут ехать не более 16 автомобилей. Две или три машины, каждая шириной по 2 метра, без труда передвигаются по этой дороге, следуя рядом друг с другом, - между ними вполне достаточно свободного пространства. Мотоцикл, шириной всего в полметра, может гнать бок о бок с автомобилем, не причиняя при этом никаких неудобств. Картина, однако, совершенно меняется, когда на трассу на высокой скорости выходит здоровенный трейлер, отхвативший себе аж четыре метра ширины шоссе. Теперь остальные машины будут вынуждены соперничать друг с другом за место на дороге.
Дорога в нашем примере, по сути дела, то же, что и интерфейсная среда Wide Fast SCSI-2. Интерфейс Wide Fast SCSI-2 способен манипулировать данными со скоростью 20 Мбайт в секунду. До последнего времени такой уровень быстродействия считался вполне приемлемым для системы, включавшей несколько высокопроизводительных дисковых накопителей (в роли автомобилей) и ряд более медленных периферийных устройств, например сканер (мотоцикл).
С прогрессом накопителей на жестких дисках ситуация стала проблематичной. Так, накопители Barracuda 9 и Barracuda 4LP, выпускаемые компанией Seagate, обеспечивают обмен данными со скоростью до 12 Мбайт/с. Эти устройства подобны мощному трейлеру, подчиняющему себе остальные транспортные средства. Причем винчестеры Barracuda 9 и Barracuda 4LP, если их подключить к стандартному интерфейсу Narrow Fast SCSI-2, который поддерживает скорость обмена данными лишь в 10 Мбайт/с, вообще никак не смогут в такой системе реализовать свой потенциал производительности.
Расширь дорогу - и движение восстановится Стандарт Ultra SCSI существенно облегчает нагрузку на пропускную способность канала в процессе обмена данными. То же самое мы можем наблюдать, когда на смену обычной дороге с движением в четыре ряда приходит восьмирядная скоростная магистраль. Новый интерфейс удваивает скорость передачи данных для обеих версий Fast SCSI-2 - узкой (narrow) и широкой (wide), расширяя воображаемую дорогу с 8 до 16 метров. При этом он полностью соответствует спецификации SCSI-3, обладая обратной совместимостью с более ранними интерфейсами SCSI, включая Fast SCSI-2.
Особенно привлекателен Ultra SCSI для систем с наследуемой конфигурацией, в которых часто практикуется относительно недорогая модернизация компонент при сохранении существующей топологии системы. Немалое значение в таких случаях имеет совместимость устанавливаемых новых компонент с остальным аппаратным обеспечением.
Применение Ultra SCSI - отличное решение, удовлетворяющее всем требованиям наследуемых систем. Разница в ценах между периферией и устройствами Fast SCSI-2 и Ultra SCSI зависит от производителя и продукта, в худшем случае она чисто условна, в лучшем - не существует вообще. Поскольку Ultra SCSI обеспечивает обратную совместимость, не возникает проблем с заменой того или иного оборудования без глобальных изменений в структуре системы. Будучи следующим поколением спецификации Fast SCSI-2, интерфейс Ultra SCSI сохранил традицию обратной совместимости со старшими моделями периферии и устройств. В частности, замена контроллера Fast SCSI-2 на аналогичное устройство Ultra SCSI может быть выполнена "без ведома" подключенной периферии при сохранении полной поддержки протокола Fast SCSI-2.
В соответствии с новым стандартом версия интерфейса Narrow Ultra SCSI обеспечивает производительность, равную 20 Мбайт/с, что вдвое выше прежнего потолка - 10 Мбайт/с. Как видно из диаграммы, Wide Ultra SCSI, поднявший планку стандартной производительности с 20 до 40 Мбайт/с, успешно конкурирует с высокопроизводительными последовательными интерфейсами, используемыми в системах начального уровня. Обе версии Ultra SCSI - и Narrow, и Wide - поддерживают разводку и разъемы интерфейсов-предшественников, благодаря чему отпадает необходимость в специальных шлейфах при монтаже. При переходе к Ultra SCSI может выполняться незначительная замена элементов кабельной проводки - в зависимости от качества прежней проводки и ее соответствия требованиям спецификации Ultra SCSI.
Новая мощь - новые возможности Ultra SCSI полностью оправдывает свой имидж как технологии, открывающей пользователю дополнительные возможности. Ранее пропускная способность параллельных интерфейсов не достигала столь высокой отметки - 40 Мбайт/с, которая является рабочей характеристикой Ultra SCSI. Сегодня только последовательному оптическому интерфейсу FC-AL удается обеспечить производительность большую, чем у Ultra SCSI.
Выбор Ultra SCSI - идеальное решение для пользователей систем с большим количеством дисковых накопителей (от пяти до нескольких десятков) и недостаточной пропускной способностью каналов, если они не расположены переходить на дорогой последовательный интерфейс FC-AL. Ultra SCSI гарантирует высокую производительность, обеспечивая возможность взаимодействия и обратную совместимость с накопителями на жестких дисках, платами интерфейса, адаптерами, кабельной проводкой и разнообразным внешним периферийным оборудованием, предлагаемым многочисленными поставщиками и зачастую уже имеющимся в наличии у пользователей.
Приложения, на которые ориентирован Ultra SCSI, обычно предъявляют повышенные требования к скорости обмена данными. К ним, в частности, относится растущий рынок графических систем для медицины. Их использование сопряжено с быстрой транспортировкой огромных графических изображений и результатов анализов от одной компьютерной системы к другой. Нельзя не упомянуть и о приложениях сети Интернет, на серверах которой ежедневно регистрируются миллионы обращений пользователей.
Преимущества интерфейса Ultra SCSI ощутимы даже при его использовании в обычной офисной среде.
На смену мэйнфреймам уверенно приходят среды клиент/сервер, при которых развиваются коммуникации между локальными (LAN) и глобальными (WAN) сетями. В результате резко возрастает потребность в совместном использовании громадных объемов информации, и на первый план выступает производительность системы при обмене данными.
Вслушайтесь в гул Ultra SCSI Хотя интерфейс Ultra SCSI и не является технологией, непосредственно влияющей на внутреннее быстродействие дискового накопителя, он служит ключом к улучшению общей производительности накопителя и системы. Точно так же, как автомобиль, движущийся по бетонке, будет быстрее срываться с места, проходить более крутые виражи и тратить меньше бензина по сравнению со своим собратом, волею судеб оказавшимся на песчаной проселочной дороге, так и производительный дисковый накопитель, подобный новым моделям винчестеров Seagate Cheetah, Barracuda и Elite, сможет полностью проявить свои способности только при использовании усовершенствованной интерфейсной технологии.
Имея в руках это мощное оружие, вы сможете повысить производительность своей системы, открыть в ней массу новых возможностей, тем самым превратив ее в боевой отряд командос.
Роман Соболенко, по материалам Seagate
Проектируя и выпуская новый продукт, каждая компания стремится обеспечить полную согласованность его функционирования с другими периферийными устройствами и приложениями системы. Этот симбиоз становится все более и более прочным по мере того, как различные приложения учатся мирно сосуществовать, совместно используя одну и ту же информацию и не ограничивая возможности друг друга. Симбиотическая связь между компонентами персональных компьютерных систем в определенном смысле напоминает взаимоотношения между членами внешне благополучного семейства.
Когда такая семья отправляется в отпуск на собственной машине, родители изо всех сил стараются обеспечить мир и спокойствие на заднем сиденье автомобиля, где расположились их вечно воюющие между собой отпрыски. Как правило, заставить братишек вести себя смирно удается благодаря некой воображаемой черте, разделяющей заднее сиденье пополам, - каждый из них прочно держится за свою территорию.
Однако применительно к компонентам персонального компьютера такая схема поведения вряд ли является лучшим вариантом. Ведь единственная забота родителей, предвкушающих летний отдых, - это согласие в семье и радость от взаимного общения друг с другом. А компьютерная система скорее должна напоминать спаянный отряд командос, выполняющий некую важную секретную миссию. При этом на первый план выходит максимальная эффективность взаимодействия, позволяющая достичь лучших совместных результатов - выполнить боевое задание.
Увы, сегодня большинство персональных компьютеров, потенциально обладающих высокой эффективностью и способных работать на хорошей скорости, больше похоже на благополучную семью, нежели на элитную бригаду командос. Конечно, приложения создаются и совершенствуются отнюдь не для того, чтобы "загребать под себя" все ресурсы системы или переписывать файлы друг у друга. Тем не менее мир, казалось бы царящий между устройствами (например, материнской платой и факс/модемом), настолько нестабилен, что больше напоминает состояние холодной войны с периодически возникающими кратковременными периодами разрядки. Роль родителей отводится операционной системе и материнской плате, которые, собственно, и сохраняют порядок в семействе, включающем длинный ряд устройств и программ и носящем громкое имя "компьютер".
Однако зачастую такая организация работы чревата весьма посредственными результатами. Все, что можно от нее ожидать, - это не более чем обычное сосуществование устройств, их "примирение" друг с другом.
Возможно, эти соображения не покажутся слишком важными пользователю компьютера, который включается лишь для игры в "Тетрис" или написания благодарственных писем щедрым родственникам. Но высокопроизводительные приложения никогда не смирятся с посредственностью. Так, Web-сервер сегодня должен формировать порядка 57 ответов в секунду, а информационный поток, ежеминутно передаваемый аудиовидеоприложением, содержит от нескольких сотен до более тысячи мегабайт данных.
Эти и многие другие приложения из реальной жизни требуют пиковой производительности аппаратного обеспечения компьютера, которая должна поддерживаться круглосуточно все семь дней в неделю. Для того чтобы справиться со своей миссией, то есть быстро и надежно выполнить ресурсоемкую задачу, все аппаратные и программные компоненты должны работать как одна спаянная команда, а не просто сосуществовать друг с другом.
К сожалению, нет чудо-средства для настройки и оптимизации работы современных персональных компьютеров, способного превратить их из обычных "рабочих лошадок" в системы с пиковым быстродействием. И все-таки для начала кое-какие шаги лучше предпринять уже сейчас. Один из них - использование интерфейса Ultra SCSI, играющего роль моста между новыми высокопроизводительными накопителями на жестких дисках и материнской платой, процессором и сетью, рост быстродействия которых, по-видимому, в ближайшем будущем будет близок к квадратичному.
Где возникают автомобильные пробки При работе с традиционными пользовательскими приложениями и даже в некоторых средах клиент/сервер обычно складывается ситуация, когда пропускная способность неодинакова для различных компонент персонального компьютера. Достигая своего пика для процессора, она несколько снижается для каналов ввода/вывода и шин системы и падает до минимума для периферийных устройств - они-то и являются самыми медленными компонентами.
Между тем большинство современных приложений ориентировано на передачу данных и управление ими, тогда как традиционная роль компьютеров, "грызущих числа" сутки напролет, уходит в прошлое. Так, на смену мэйнфрейму, часами обсчитывавшему решения дифференциальных уравнений, сегодня пришел PC-сервер, который управляет передачей электронной почты и файлами данных всей компании. Проблема увеличения производительности по-прежнему остается в центре внимания разработчиков, но, очевидно, особый акцент теперь должен быть сделан на производительность каналов передачи данных, а не только процессора, как это было раньше.
Рост требований к скорости передачи информации и к самим данным стимулирует спрос на устройства массовой памяти. Современный интерфейс SCSI допускает подключение нескольких, вплоть до дюжины, винчестеров, ленточных накопителей и других устройств, которые хранят данные в необходимом для немедленного доступа формате или близком к нему. С подключением к интерфейсу SCSI каждого нового устройства степень использования потенциальной пропускной способности канала изменяется по нарастающей. При большом количестве устройств, работающих на достаточно высокой скорости, резерв пропускной способности будет быстро израсходован. В результате в системе возникнет что-то вроде автомобильной пробки, но уже не на традиционном уровне медленных периферийных устройств, а на уровне интерфейса.
Чтобы лучше осознать необходимость сверхвысокой пропускной способности канала, представьте себе дорогу шириной метров в восемь. Самую обыкновенную дорогу, на которой даже нет разметки автомобильных рядов. Проезжающий по ней водитель не связан никакими условностями, если не считать одного правила - в один и тот же момент по дороге могут ехать не более 16 автомобилей. Две или три машины, каждая шириной по 2 метра, без труда передвигаются по этой дороге, следуя рядом друг с другом, - между ними вполне достаточно свободного пространства. Мотоцикл, шириной всего в полметра, может гнать бок о бок с автомобилем, не причиняя при этом никаких неудобств. Картина, однако, совершенно меняется, когда на трассу на высокой скорости выходит здоровенный трейлер, отхвативший себе аж четыре метра ширины шоссе. Теперь остальные машины будут вынуждены соперничать друг с другом за место на дороге.
Дорога в нашем примере, по сути дела, то же, что и интерфейсная среда Wide Fast SCSI-2. Интерфейс Wide Fast SCSI-2 способен манипулировать данными со скоростью 20 Мбайт в секунду. До последнего времени такой уровень быстродействия считался вполне приемлемым для системы, включавшей несколько высокопроизводительных дисковых накопителей (в роли автомобилей) и ряд более медленных периферийных устройств, например сканер (мотоцикл).
С прогрессом накопителей на жестких дисках ситуация стала проблематичной. Так, накопители Barracuda 9 и Barracuda 4LP, выпускаемые компанией Seagate, обеспечивают обмен данными со скоростью до 12 Мбайт/с. Эти устройства подобны мощному трейлеру, подчиняющему себе остальные транспортные средства. Причем винчестеры Barracuda 9 и Barracuda 4LP, если их подключить к стандартному интерфейсу Narrow Fast SCSI-2, который поддерживает скорость обмена данными лишь в 10 Мбайт/с, вообще никак не смогут в такой системе реализовать свой потенциал производительности.
Расширь дорогу - и движение восстановится Стандарт Ultra SCSI существенно облегчает нагрузку на пропускную способность канала в процессе обмена данными. То же самое мы можем наблюдать, когда на смену обычной дороге с движением в четыре ряда приходит восьмирядная скоростная магистраль. Новый интерфейс удваивает скорость передачи данных для обеих версий Fast SCSI-2 - узкой (narrow) и широкой (wide), расширяя воображаемую дорогу с 8 до 16 метров. При этом он полностью соответствует спецификации SCSI-3, обладая обратной совместимостью с более ранними интерфейсами SCSI, включая Fast SCSI-2.
Особенно привлекателен Ultra SCSI для систем с наследуемой конфигурацией, в которых часто практикуется относительно недорогая модернизация компонент при сохранении существующей топологии системы. Немалое значение в таких случаях имеет совместимость устанавливаемых новых компонент с остальным аппаратным обеспечением.
Применение Ultra SCSI - отличное решение, удовлетворяющее всем требованиям наследуемых систем. Разница в ценах между периферией и устройствами Fast SCSI-2 и Ultra SCSI зависит от производителя и продукта, в худшем случае она чисто условна, в лучшем - не существует вообще. Поскольку Ultra SCSI обеспечивает обратную совместимость, не возникает проблем с заменой того или иного оборудования без глобальных изменений в структуре системы. Будучи следующим поколением спецификации Fast SCSI-2, интерфейс Ultra SCSI сохранил традицию обратной совместимости со старшими моделями периферии и устройств. В частности, замена контроллера Fast SCSI-2 на аналогичное устройство Ultra SCSI может быть выполнена "без ведома" подключенной периферии при сохранении полной поддержки протокола Fast SCSI-2.
В соответствии с новым стандартом версия интерфейса Narrow Ultra SCSI обеспечивает производительность, равную 20 Мбайт/с, что вдвое выше прежнего потолка - 10 Мбайт/с. Как видно из диаграммы, Wide Ultra SCSI, поднявший планку стандартной производительности с 20 до 40 Мбайт/с, успешно конкурирует с высокопроизводительными последовательными интерфейсами, используемыми в системах начального уровня. Обе версии Ultra SCSI - и Narrow, и Wide - поддерживают разводку и разъемы интерфейсов-предшественников, благодаря чему отпадает необходимость в специальных шлейфах при монтаже. При переходе к Ultra SCSI может выполняться незначительная замена элементов кабельной проводки - в зависимости от качества прежней проводки и ее соответствия требованиям спецификации Ultra SCSI.
Новая мощь - новые возможности Ultra SCSI полностью оправдывает свой имидж как технологии, открывающей пользователю дополнительные возможности. Ранее пропускная способность параллельных интерфейсов не достигала столь высокой отметки - 40 Мбайт/с, которая является рабочей характеристикой Ultra SCSI. Сегодня только последовательному оптическому интерфейсу FC-AL удается обеспечить производительность большую, чем у Ultra SCSI.
Выбор Ultra SCSI - идеальное решение для пользователей систем с большим количеством дисковых накопителей (от пяти до нескольких десятков) и недостаточной пропускной способностью каналов, если они не расположены переходить на дорогой последовательный интерфейс FC-AL. Ultra SCSI гарантирует высокую производительность, обеспечивая возможность взаимодействия и обратную совместимость с накопителями на жестких дисках, платами интерфейса, адаптерами, кабельной проводкой и разнообразным внешним периферийным оборудованием, предлагаемым многочисленными поставщиками и зачастую уже имеющимся в наличии у пользователей.
Приложения, на которые ориентирован Ultra SCSI, обычно предъявляют повышенные требования к скорости обмена данными. К ним, в частности, относится растущий рынок графических систем для медицины. Их использование сопряжено с быстрой транспортировкой огромных графических изображений и результатов анализов от одной компьютерной системы к другой. Нельзя не упомянуть и о приложениях сети Интернет, на серверах которой ежедневно регистрируются миллионы обращений пользователей.
Преимущества интерфейса Ultra SCSI ощутимы даже при его использовании в обычной офисной среде.
На смену мэйнфреймам уверенно приходят среды клиент/сервер, при которых развиваются коммуникации между локальными (LAN) и глобальными (WAN) сетями. В результате резко возрастает потребность в совместном использовании громадных объемов информации, и на первый план выступает производительность системы при обмене данными.
Вслушайтесь в гул Ultra SCSI Хотя интерфейс Ultra SCSI и не является технологией, непосредственно влияющей на внутреннее быстродействие дискового накопителя, он служит ключом к улучшению общей производительности накопителя и системы. Точно так же, как автомобиль, движущийся по бетонке, будет быстрее срываться с места, проходить более крутые виражи и тратить меньше бензина по сравнению со своим собратом, волею судеб оказавшимся на песчаной проселочной дороге, так и производительный дисковый накопитель, подобный новым моделям винчестеров Seagate Cheetah, Barracuda и Elite, сможет полностью проявить свои способности только при использовании усовершенствованной интерфейсной технологии.
Имея в руках это мощное оружие, вы сможете повысить производительность своей системы, открыть в ней массу новых возможностей, тем самым превратив ее в боевой отряд командос.
Роман Соболенко, по материалам Seagate
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 39 за 1997 год в рубрике hard :: hdd
