Контроллеры Ultra100 и FastTrak100 компании Promise

Казалось, что совсем недавно появившийся стандарт ATA66 должен был задержаться на рынке на некоторое время, однако бурное развитие технологий жестких дисков и IDE RAID-систем привело к необходимости еще более повысить скорость передачи данных. Компания Promise, первая представившая Ultra ATA/66 IDE и IDE RAID контроллеры, обновила свои продукты до нового стандарта Ultra ATA/100.

Promise Ultra100

Характеристики:

• Поддерживаемые устройства: Ultra ATA/100, Ultra ATA/33, EIDE, Fast ATA-2, ATAPI
• Максимальное количество устройств: 4
• Шина: PCI
• Максимальная скорость передачи: пиковая 100 Mбайт/с с дисками стандарта Ultra ATA/100
• Требования IRQ: одно прерывание на устройство, поддержка IRQ sharing
• Поддерживаемые режимы: Ultra DMA 5/4/3/2/1, PIO 4/3/2, DMA 2/1/0
• Возможности BIOS устройства: автоматическое определение подключенных дисков, автоматический выбор оптимального (в том числе и UDMA) режима для каждого диска, поддержка устройств объемом до 128 Гбайт, автоматическое определение 80-проводного IDE кабеля для выбора режима UDMA66/100
• Особенности устройства: поддержка режима bus mastering, поддержка CRC для Ultra ATA устройств, два канала IDE допускают раздельную установку режимов для Ultra ATA и/или EIDE устройств
• Поддержка ОС: DOS 5.x и выше, Windows 3.x, Windows 95/98, Windows NT 3.5/4.x, Windows2000
• Кабель в комплекте: 80-wire/40-pin IDE кабель
• Рекомендованная цена $49

Поскольку на плате нет большого количества переключателей и разъемов, то хранить под рукой описание многие наверняка не будут. Специально для них :) Promise нанесла маркировку разъемов «IDE1»/«IDE2» на обратную сторону карты. Теперь можно не переворачивать ПК для нахождения первого порта. Вот только маркировка первых контактов разъемов получилась не очень хорошо — при плотной установке PCI-карт ее не видно. Впрочем, при использовании прилагающегося IDE шлейфа, это не страшно. Дело в том, что в отличие от обычных китайских, он снабжен ключевым выступом, не допускающим неправильную установку.

В комплект поставки входят: контроллер, один UDMA66/100 шлейф (80pin), дискета с драйверами, описание.

В момент загрузки BIOS контроллера выводит на экран конфигурацию подключенных дисков:

Диски нумеруются последовательно, начиная с D0 (Primary Master) до D3 (Secondary Slave). Под Ultra DMA 5 подразумевается Ultra ATA 100, под Ultra DMA 4/3 соответственно Ultra ATA 66/33. Возможны также варианты работы в PIO- и просто (не Ultra) DMA-режимах. При подключении UDMA 66/100 диска обычным 40 проводным шлейфом, контроллер выдаст предупреждение:
[WARNING] BECAUSE OF 40-CONDUCTOR CABLE(S) USED.
WOULD BE DOWN TO ULTRA33 MODE.
PLEASE USE 80-CONDUCTOR CABLE(S) IF ULTRA66 MODE OR ABOVE WANTED!

К сожалению, такие параметры, как занимаемая область памяти и прерывание остаются загадкой до загрузки операционной системы — устройство (в отличие от многих SCSI-контроллеров) не выводит их на экран.

BIOS контроллера Ultra100 занимает 8 Kбайт в области 0xC000-0xDFFF, так что необходимо заранее проверить, есть ли там место. Например, в сильно загруженных ПК его может не быть. У меня так и получилось при одновременной установке Ultra100 и FastTrak100. Так как на материнской плате был еще и SCSI-контроллер со своим BIOSом, то BIOS FastTrak100 вообще не появился при загрузке. Ввиду того, что порядок назначения ресурсов материнской платой зависит от физического расположения карт в слотах, можно было бы отказаться от неиспользуемого сейчас SCSI BIOS или вообще запретить SCSI контроллер, но проще было просто тестировать по одному контроллеру за раз :)

Поскольку работа через INT13 сейчас никого не устраивает по причине низкой скорости, то необходима установка драйверов (хотя даже под Windows 9x диски в принципе и так видны).

В комплект входят драйвера для всего семейства Microsoft Windows — 95/98, NT 3.5/4.0, 2000. Для DOS и Windows 3.x драйвера не нужны.

Диски, подключенные к Ultra100, могут отключаться в случае бездействия, для этого в комплект драйверов для Windows 9x входит драйвер power management. Есть также драйвер S.M.A.R.T. При этом для просмотра информации можно использовать утилиты типа EZ-S.M.A.R.T. от Micro House Solutions.

Была проведена проверка, насколько хорошо поддерживаются другие операционные системы — Windows NT и Windows 2000. Для последней установка устройства прошла как положено — при загрузке система нашла новое устройство и попросила установить дискету с драйверами, что и было сделано. Отметим, что система работала стабильно, интенсивные тесты проводились несколько часов подряд. Контроллер, как и в Windows 98 был помещен в раздел SCSI адаптеров. А вот с Windows NT были проблемы — при установке Ultra100 система вообще не загружалась, причем даже не сообщала синим экраном по какому поводу. Сначала я решил попробовать поставить драйвера до установки устройства, но это не помогло. Тогда я отключил диски от контроллера, но и это не сработало. На самом деле, в конце концов, оказалось (AMI BIOS не очень удачно выводит таблицу PCI устройств), что при установленном контроллере SCSI-адаптер на плате выбирает тоже прерывание, что и видеокарта, а это и вызывает проблемы при загрузке. После установки Ultra100 контроллера в другой PCI-слот, ситуация исправилась: Windows NT успешно загрузилась и проработала под большой нагрузкой 5 часов. Отметим, что, хотя для контроллера Ultra100 отмечена возможность IRQ sharing (т. е. разделения одной линии прерывания с другими PCI картами), для большинства других устройств такой информации, к сожалению нет. Так что установка 4-5 PCI карт в современные материнские платы, даже с 6 слотами, является нелегкой задачей (особенно учитывая встроенные USB и ACPI или даже VGA, сетевые и SCSI контроллеры).

Для выявления особенностей Ultra100 мы попробовали выключить режим Ultra100 и сравнить результаты тестов. Также использовалась и предлагаемая Promise утилита кеширования для Windows 98 PTCache. Для управления режимом Ultra100/66/33 использовалась утилита IBMATASW. Она смогла увидеть (и узнать в них IBM :) диски на контроллере Ultra100 под управлением DOS, что, несомненно, говорит о хорошей совместимости Promise Ultra100.

Для тестирования применялся компьютер следующей конфигурации:

• Материнская плата SuperMicro P6DBU
• Процессор Intel Pentium III 600E
• 64 Мбайта SDRAM
• Windows 98SE

К контроллеру подключался тестовый диск IBM DTLA 307015 15GB 7200 RPM ATA/100, содержащий один раздел FAT32. Во всех тестах применялись драйвера из комплекта поставки. Операционная система и тестовые утилиты были установлены на другом диске, подключенном к встроенному контроллеру PIIX4e. Тесты проводились 10 раз, результаты усреднялись. Вторые цифры в клетках — процент загрузки процессора при выполнении теста.

	Ultra100	Ultra66	Ultra33	PTCache
WinBench 99 Общие
Business Disk WinMark 99 (TB/S)	5523, 26.70	5545	5438	6618, 38.69
High-End Disk WinMark 99 (TB/S)	20518, 19.22	20160	19590	19920, 21.32
Disk Transfer Rate:Beginning (TB/S)	36600, 3.49	36600	30200	36600, 3.59
Disk Transfer Rate:End (TB/S)	19720	19800	19800	19733
Disk Access Time (Milliseconds)	12.54, 0.19	12.5	12.5	12.5, 0.19
Disk CPU Utilization (Percent Used)(transfer rate 20000 bytes/sec)	2.01	1.80	1.78	2.04
High-End подробно
Disk Playback/HE:AVS/Express 3.4 (TB/S)	13645	13280	11730	16590
Disk Playback/HE:FrontPage 98 (TB/S)	99600	100200	99080	98830
Disk Playback/HE:MicroStation SE (TB/S)	20064	19820	19240	25540
Disk Playback/HE:Photoshop 4.0 (TB/S)	11573	11570	11340	11650
Disk Playback/HE:Premiere 4.2 (TB/S)	20736	20040	21580	14590
Disk Playback/HE:Sound Forge 4.0 (TB/S)	30827	28940	29460	25160
Disk Playback/HE:Visual C++ 5.0 (TB/S)	24755	24730	24340	22860

Как и предполагалось, в случае использования одного диска все «игры» вокруг скоростей 100/66/33 оказались несущественными. Говорить о 50% преимущества Ultra ATA/100 перед Ultra ATA/66 вообще бессмысленно. Единственный случай, когда наблюдается значительное падение скорости: в режиме Ultra33 для линейного чтения, что вполне естественно — в начале диска скорость чтения IBM DTLA с поверхности заведомо больше 33 Mбайт/c. Отметим также и сомнительный смысл в использовании PTCache — скорость заметно выросла только в тесте Business Disk WinMark 99, но при работе с большими файлами (Disk Playback/HE:Premiere 4.2) также заметно упала.

Для одновременного теста нескольких дисков мы использовали Adaptec SCSI Bench. Тест немного староват — шкала рассчитана на максимальную скорость в 40 Mбайт/с, что соответствует UltraWideSCSI, однако он считает и большие скорости. Тест позволяет в реальном времени менять количество дисков в тесте и режим — последовательно чтение (в начала диска), чтение одного и того же сектора (для большинства современных дисков сводится к чтению из буфера/кеша диска) или чтение случайных секторов.

Сначала режим чтения с поверхности.

Один диск:

Действительно, в начале диска скорость чтения у IBM DTLA около 36MB/s.

Два диска на разных каналах:

Как видно, падения скорости при добавлении в тест второго диска совсем не происходит.

Диски на одном канале:

Диски также практически не оказывают влияния друг на друга. Можно отметить лишь небольшое падение скорости.

А вот если бы диски были и на одном канале и в режиме Ultra66:

Видно, что поскольку суммарная скорость по IDE шине не может превышать 66 Mбайт/с, здесь для двух дисков наблюдается значительное снижение производительности.

В режиме «Same Sector I/O» можно найти еще одно узкое место:

Один диск:

Скорость чтения из буфера приближается к 100 Mбайт/с.

Два диска на одном канале:

Здесь суммарная скорость ограничивается шиной IDE до 100 Mбайт/с.

Если ограничить диски режимом Ultra66, то картина аналогичная:

Суммарная скорость порядка 66 Mбайт/с.

И даже если поставить два диска на разные IDE каналы (режим Ultra100):

Несмотря на то, что диски находятся на разных каналах, суммарная скорость заметно ограничивается. Это уже влияние шины PCI 32bit/33 MГц. чья пропускная способность «всего» 133 Mбайт/с. Кстати, если использовать нестандартные частоты FSB (например, 75 или 83 МГц), то с увеличением частоты PCI повысится и ее пропускная способность.

Таким образом, можно сказать, что, если сегодня покупать новый IDE контроллер, то лучше ориентироваться на Ultra100. Однако замена существующего контроллера Ultra66 на новый, с поддержкой Ultra100, не даст существенного прироста скорости. Что касается использования старых контроллеров с максимальной скоростью 33MB/s, то даже они вполне работоспособны с большинством жестких дисков предыдущего поколения, когда HDD является единственным устройством на IDE канале. И только совсем новые модели IBM и Seagate могут работать с ними «не в полную силу». Если же у вас два или более диска и/или хочется еще быстрее :), то лучше использовать RAID контроллер, например Promise FastTrak100, о котором мы расскажем далее.

Promise FastTrak100

Характеристики:

• Поддерживаемые устройства: Ultra ATA/100, Ultra ATA/33, EIDE
• Максимально количество устройств: 4
• Шина: PCI
• Максимальная скорость передачи: пиковая 133 Mбайт/с PCI 2.1 32bit/33 MГц
• Требования IRQ: одно прерывание на устройство, поддержка IRQ sharing
• Требования UMA: 32KB в области 0xC000-0xEFFF
• Поддерживаемые режимы: Ultra DMA 5/4/3/2/1, PIO 4/3/2, DMA 2/1/0
• Возможности BIOS контроллера: автоматическое определение и конфигурирование дисков, возможность загрузки с любого массива
• Уровни RAID: RAID 0 (striping, 1-4 drives), RAID 1 (mirroring, 2 drives), RAID 1 + spare (3 drives), RAID 0+1 (4 drives only), JBOD (spanning, 1-4 drives)
• Поддержка ОС: DOS/Windows 3.x, Windows 95/98, Windows NT 3.5/4.x, Windows2000
• Утилиты: FastBuild для автоматической настройки RAID; FastCheck для мониторинга состояния массивов и дисков
• Кабель в комплекте: два 80-wire/40-pin IDE
• Рекомендованная цена: $124

Комплектность аналогична Ultra100: контроллер, два UDMA66/100 шлейфа (80 проводов), 2 дискеты — с драйверами и утилитами, описание. На самом деле, если бы не было маркировки «Ultra100»/«FastTrak100», даже платы контроллеров сложно было бы отличить. Похоже, повторяется история с Ultra66/FastTrak66, которые отличались лишь одним резистором и BIOS.

Выше я описал проблему, заключающуюся в том, что одновременно контроллеры Ultra100, FastTrak100 и SCSI на материнской плате не заработали (не было FastTrak100 BIOS). Как оказалось, и один FastTrak100 тоже не мог найти место для своего BIOS, если есть SCSI. Так что перед установкой необходимо проверить: найдется ли в верхней памяти свободный сегмент, размером 32 Кбайта. В моем случае при наличии SCSI его не было: VGA 0xC000-0xCFFF, SCSI 0xD000-0xDFFF, 0xE000-0xFFFF BIOS.

Хорошо написанное руководство почти не содержит лишней информации. Много места уделено принципам работы контроллера, описанию возможных проблем и FAQ. Поддержка драйверами аналогична — для DOS/Windows 3.x они не требуются, а для Windows 9x/NT/2000 их нужно установить с прилагаемой дискеты. Поскольку устройство новое, пока есть некоторые ограничения на установке контроллеров: под Windows NT можно установить максимум пару, а вот Windows 2000 допускает использование только одного FastTrak100. Это обещают исправить в следующих версиях BIOS/драйверов. Устройство также позволяет проверять S.M.A.R.T. статус дисков — для этого используется FastCheck RAID Utility. Все функциональные возможности (уровни RAID, автоматическое восстановление и т. п.) полностью аналогичны описанному ранее Promise FastTrak66. Комплект утилит у этих контроллеров также одинаковый.

Несмотря на декларирование данной возможности в руководстве, не удалось установить массив из одного диска под Windows NT/Windows 2000. При проведении теста WinBench 99 Disk Transfer Rate система стабильно вылетала в синий экран. Не помогли перестановка в другие слоты, замена процессора, памяти, настройка системы, драйверов и т. п. Под Windows 98 созданный «массив» тем не менее прекрасно работал. Так что, возможно, что драйвера для Windows NT/2000 не совсем корректно написаны. Конечно, случай с одним диском в массиве скорее исключение, но, тем не менее, этот режим не работает, хотя и должен.

Поскольку сравнивать этот контроллер пока не с чем, да и отличия от FastTrak66 не сильно велики, посмотрим только, как отличаются по скоростям различные конфигурации RAID (условия тестирования совпадают с вышеописанными для Ultra100):

	Stripe 1 диск	Stripe 2 диска	Stripe 3 диска	Stripe 4 диска	Mirror+Stripe 4 диска
WinBench 99 Общие
Business Disk WinMark 99 (TB/S)	5278, 26.13	6586, 31.73	6943, 33.22	7255, 34.82	6436, 31.46
High-End Disk WinMark 99 (TB/S)	18600, 19.33	23500, 25.91	24230, 27.99	25350, 29.65	21380, 23.63
Disk Transfer Rate:Beginning (TB/S) (*)	37000, 3.7	74000, 14.2	76000, 17.57	90000, 21.4	74000, 13.6
Disk Transfer Rate:End (TB/S) (*)	18200	36000	55000	75000	36000
Disk Access Time (Milliseconds)	12.73, 0.26	12.93, 0.06	13.33, 0.17	12.9, 0.20	10.8, 0.63
Disk CPU Utilization (Percent Used)(transfer rate 20000 bytes/sec)	11	16.37	16.07	16.63	17.1
Графики чтения	Pr_S1.GIF	Pr_S2.GIF	Pr_S3.GIF	Pr_S4.GIF	Pr_MS4.GIF
High-End подробно
Disk Playback/HE:AVS/Express 3.4 (TB/S)	13260	14710	15130	15520	15420
Disk Playback/HE:FrontPage 98 (TB/S)	98150	100780	98780	100710	100800
Disk Playback/HE:MicroStation SE (TB/S)	18980	21650	20870	22630	20680
Disk Playback/HE:Photoshop 4.0 (TB/S)	11370	15520	17660	19730	13400
Disk Playback/HE:Premiere 4.2 (TB/S)	16660	21400	21980	21630	18360
Disk Playback/HE:Sound Forge 4.0 (TB/S)	22300	36510	39300	41300	27500
Disk Playback/HE:Visual C++ 5.0 (TB/S)	22440	28850	27010	28250	25720

(*) поскольку графики чтения имеют ярко выраженную форму «пилы» (кстати, меняющую фазу если тестировать несколько раз см. Pr_S1m.gif), то мы подправили эти цифры для большего соответствия реальным результатам, поскольку программа выбирала на наш взгляд не совсем правильные.

Представим информацию таблицы в виде % прироста относительно базового однодискового варианта:

	Stripe 2 диска	Stripe 3 диска	Stripe 4 диска	Mirror+Stripe 4 диска
WinBench 99 Общие
Business Disk WinMark 99 (TB/S)	24.78	31.55	37.46	21.94
High-End Disk WinMark 99 (TB/S)	26.34	30.27	36.29	14.95
Disk Transfer Rate:Beginning (TB/S)	100.00	105.41	143.24	100.00
Disk Transfer Rate:End (TB/S)	97.80	202.20	312.09	97.80
Disk CPU Utilization (Percent Used)	48.82	46.09	51.18	55.45
High-End подробно
Disk Playback/HE:AVS/Express 3.4 (TB/S)	10.94	14.10	17.04	16.29
Disk Playback/HE:FrontPage 98 (TB/S)	2.68	0.64	2.61	2.70
Disk Playback/HE:MicroStation SE (TB/S)	14.07	9.96	19.23	8.96
Disk Playback/HE:Photoshop 4.0 (TB/S)	36.50	55.32	73.53	17.85
Disk Playback/HE:Premiere 4.2 (TB/S)	28.45	31.93	29.83	10.20
Disk Playback/HE:Sound Forge 4.0 (TB/S)	63.72	76.23	85.20	23.32
Disk Playback/HE:Visual C++ 5.0 (TB/S)	28.57	20.37	25.89	14.62

И в виде графиков:

Судя по этим цифрам, наиболее оптимальным вариантом будет использование двух дисков в Stripe. Скорость линейного чтения 74-35 Mбайт/с достаточно велика и в среднем достигает половины пропускной способности стандартной PCI шины; дальнейший рост уже не так заметен. Ну а если нужен максимум, что ж — покупайте корпус побольше (IDE RAID, в отличие от SCSI, сложно вынести в отдельную коробку) и 4 самых быстрых сегодня диска серии IBM DTLA, тогда можно будет сказать, что это самое лучшее для обычного ПК без SCSI и PCI64.

В качестве дополнительного параметра настройки можно использовать выбор размера блока при работе дисков в режиме Stripe. Блок может быть размером от 0.5 Kбайт до 1 Mбайт (т. е. 0.5, 1, 2, 4, ...1024 Kбайт). Стандартным вариантом считается 64 Kбайт. Для примера мы провели тесты при размере блока 4 Kбайт и 512 Kбайт на Stripe с двумя дисками. Заметим, что результаты сильно зависят и от файловой системы. Точнее от размера ее кластера.

	64 Kбайт	4 Kбайт	512 Kбайт
WinBench 99 Общие
Business Disk WinMark 99 (TB/S)	6586, 31.73	5942, 29.84	6544, 32.2
High-End Disk WinMark 99 (TB/S)	23500, 25.91	20300, 24.00	23060, 25.16
High-End подробно
Disk Playback/HE:AVS/Express 3.4 (TB/S)	14710	12700	15940
Disk Playback/HE:FrontPage 98 (TB/S)	100780	99580	99420
Disk Playback/HE:MicroStation SE (TB/S)	21650	21640	21160
Disk Playback/HE:Photoshop 4.0 (TB/S)	15520	14580	15960
Disk Playback/HE:Premiere 4.2 (TB/S)	21400	15740	19720
Disk Playback/HE:Sound Forge 4.0 (TB/S)	36510	26980	29820
Disk Playback/HE:Visual C++ 5.0 (TB/S)	28850	25060	27440

Преобразование таблицы в % изменения от базового варианта c блоком 64 Кбайта поможет понять, как и на что влияет размер блока Stripesetа:

	4 Kбайт	512 Kбайт
WinBench 99 Общие
Business Disk WinMark 99 (TB/S)	-9.78	-0.64
High-End Disk WinMark 99 (TB/S)	-13.62	-1.87
High-End подробно
Disk Playback/HE:AVS/Express 3.4 (TB/S)	-13.66	8.36
Disk Playback/HE:FrontPage 98 (TB/S)	-1.19	-1.35
Disk Playback/HE:MicroStation SE (TB/S)	-0.05	-2.26
Disk Playback/HE:Photoshop 4.0 (TB/S)	-6.06	2.84
Disk Playback/HE:Premiere 4.2 (TB/S)	-26.45	-7.85
Disk Playback/HE:Sound Forge 4.0 (TB/S)	-26.10	-18.32
Disk Playback/HE:Visual C++ 5.0 (TB/S)	-13.14	-4.89

Видно, что, как при уменьшении, так и при увеличении размера блока, в общем наблюдается снижение производительности. Оно, скорее всего, связано с увеличением внутренних накладных расходов контроллера, поскольку для 4 Kбайт блоков приходится делать больше операций, а использование 512 Kбайт блока для большинства данных задач не оправдывается и не дает технологии Stripe развернуться в полую силу. Таким образом, для каждой конкретной конфигурации и задачи вполне можно найти наиболее оптимальный вариант. Однако и стандартный вариант с блоком 64 Кбайта не так уж и плох для многих приложений.

Итак, Promise удалось поддержать славу FastTrak66 и выпустить новый контроллер с поддержкой последних стандартов интерфейса IDE/ATA, не растеряв положительных качеств FastTrak66. Растущая популярность RAID решений на IDE дисках обеспечит устойчивый спрос на такие продукты. Остается только пожелать компании фирме поддерживать не только пользователей операционных систем компании Microsoft.