sata interrupt selection что это
Диалектика SATA-революции
Решение принято: начиная с чипсета 9-й серии жесткие диски подключаются напрямую к шине PCI Express, минуя SATA-контроллер. В итоге, производительность дисковой подсистемы увеличивается в полтора-два раза с соблюдением всех требований AHCI-стандарта, т.е. без потери программной совместимости:
Такова надводная часть айсберга. Каковы отдаленные последствия, связанные с нововведением? Обратимся к спецификации NVM Express, регламентирующей логику работы твердотельного диска на PCIe-шине.
Несколько слов о Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification
Место интерфейса NVMe отлично иллюстрирует статья Дейла Ландсмена из SanDisk «AHCI and NVMe as Interfaces for SATA».
Из нее всем интересующимся полезно будет узнать, что «AHCI was developed at a time when the purpose of the HBA in a system was to connect the CPU/Memory subsystem with the much slower rotating media-based storage subsystem. Such an interface has some inherent inefficiency when applied to SSD devices, which behave much more like DRAM than spinning media».
Иными словами, контроллер AHCI разработан во времена господства электромеханических накопителей с целью оптимизации их взаимодействия с системой. В частности, изменения очередности команд передачи данных для минимизации механических перемещений блока магнитных головок, а также оптимальной синхронизации процессов чтения и записи с вращением диска. Очевидно, для твердотельных накопителей, применяющих иные принципы хранения информации, и работающих на больших скоростях, использование архитектуры AHCI является временным выходом, продиктованным требованиями совместимости. Полное раскрытие скоростного потенциала SSD дисков, а также поддержка современных технологий виртуализации станут возможными только при использовании контроллера, оптимизированного для данного типа накопителей.
SR-IOV как зеркало хардверной революции
Вернемся к спецификации NVMe. При ее разработке изначально учитывалась возможность поддержки Single-Root Input-Output Virtualization:
Тем, кто незнаком с концепцией SR-IOV, в двух словах сообщим, что сие суть дальнейшее развитие идеи виртуализации, пришедшей на периферию. Физический девайс с помощью SR-IOV представляется как совокупность виртуальных устройств со всеми вытекающими последствиями: разграничение доступа, повышение производительности etc. В настоящее время используется виртуализация центрального процессора VT-x, виртуализация адресного пространства для bus-master устройств VT-d, но продвижение в сторону виртуализации периферийных устройств пока затруднено. Вернее так: на рынке уже полно сетевых адаптеров, которые поддерживают SR-IOV, но слишком далеки они от народа дороги они. Массового психоза, связанного с раздвоением и прочим клонированием девайсов не наблюдается. Пока нет виртуализируемых USB-контроллеров (а жаль, кстати!), как следствие – флеш-дисков и других накопителей, в т.ч. SATA. Так вот – будут.
Есть, правда, одно «но». В силу того, что NVMe-контроллер становится частью жесткого диска, а сам накопитель подключается как PCI Express устройство, поддержка SR-IOV будет зависеть не только от чипсета и платформы, но и от накопителя. Это означает дальнейшую дивергенцию любительского (офисного) и профессионального (серверного) оборудования. Таковы перспективы будущего, на наш взгляд.
Выбор режима работы SATA (IDE, AHCI, RAID), NVMe
Содержание
Содержание
Идеальная сборка — это когда каждый компонент системы работает со 100% отдачей. Казалось бы, такая тривиальная задача, как подключение жесткого диска к материнской плате не должна вызвать особых затруднений. Подключаем HDD к соответствующему разъему, и, вуаля — в системе есть место для развертывания операционки и хранения файлов. Но не все так просто!
Чтобы познать дзен сборки и получить оптимальную по определенным параметрам (быстродействие, надежность и т. д.) систему, нужно обладать определенным пониманием логики работы современных протоколов и алгоритмов передачи данных, знанием режимов работы контроллера HDD на материнке и умениями в области их практического использования.
BIOS и UEFI — разница есть!
Прежде чем рассматривать режимы работы SATA, следует познакомиться и рассмотреть различия между BIOS (базовая система ввода/вывода) и UEFI (унифицированный интерфейс расширяемой прошивки), ведь именно с их помощью придется вносить изменения в конфигурацию системы.
BIOS-ом называют управляющую программу, «зашитую» в чип материнской платы. Именно она отвечает за слаженную работу всех подключенных к материнке устройств.
Начиная с 2012–2013 годов, большинство материнских плат снабжается UEFI — усовершенствованной управляющей программой, наделенной графическим интерфейсом и поддерживающей работу с мышью. Но, что называется «по старинке», оба варианта, на бытовом уровне, называют BIOS.
Даже неискушенному пользователю понятно, что причиной столь радикальной смены курса при создании UEFI стало не желание производителей «приблизить» интерфейс к конечному пользователю ПК, сделать его более удобным и понятным, а более веские причины.
Таким весомым аргументом стало ограничение на возможность работы с накопителями большого объема в изначальной версии BIOS. Дело в том, что объем диска ограничен значением, приблизительно равным 2,1 ТБ. Взять эту планку без кардинальных изменений управляющего софта было невозможно. К тому же БИОС работает в 16-битном режиме, используя при этом всего 1 МБ памяти, что в комплексе приводит к существенному замедлению процесса опроса (POST-опрос) устройств и началу загрузки из MBR области с установленной «осью».
UEFI лишена вышеперечисленных недостатков. Во-первых, расчетный теоретический порог объема дисковой подсистемы составляет 9,4 ЗБ (1 зеттабайт = 10 21 байт), а во-вторых, для загрузки операционки используется стандарт размещения таблиц разделов (GPT), что существенно ускоряет загрузку операционной системы.
Разметка жестких дисков
Как говорилось ранее, у стандартов BIOS и UEFI — различный подход к разметке области жесткого диска. В BIOS используется так называемая главная загрузочная запись (MBR), которая четко указывает считывающей головке HDD сектор, с которого нужно начать загрузку ОС.
В UEFI это реализовано иначе. В этом стандарте используется информация о физическом расположении таблиц разделов на поверхности HDD.
Как это работает?
Каждому разделу жесткого диска присваивается свой собственный уникальный идентификатор (GUID), который содержит всю необходимую информацию о разделе, что существенно ускоряет работу с накопителем. К тому же при использовании GPT риск потерять данные о разделе минимальны, поскольку вся информация записывается как в начальной области диска, так и дублируется в конце, что повышает надежность системы в целом.
Для понимания — при использовании MBR, информация о загрузочной области находится только в начале диска, в строго определенном секторе и никак не дублируется, поэтому, при ее повреждении, загрузить операционную систему с такого диска будет невозможно. Систему придется устанавливать заново.
Еще одно существенное отличие — при использовании «старого» BIOS и MBR на диске можно максимально создать четыре логических раздела. В случае необходимости создания их большего количества придется доставать свой шаманский бубен и прибегнуть к определенным действиям на грани магии и «химии». По сути, предстоит проделать трюк с одним из основных разделов. Сначала преобразовать его в расширенный, а затем создать внутри него нужное количество дополнительных разделов. В случае использования стандарта GPT все это становится неактуальным, поскольку изначально в ОС Windows, при использовании новой философии разметки HDD, пользователю доступно создание 128 логических разделов.
Что касается физической разбивки диска на логические разделы, то здесь нужно четко понимать задачи, под которые они создаются. Нужно приучить себя четко разделять данные пользователя и системные файлы. Исходя из этого, логических дисков в системе должно быть как минимум два. Один под операционку, второй под пользовательские данные.
Оптимальный вариант — иметь в ПК два физических диска. SSD объемом 120–240 ГБ под систему и быстрые игрушки и HDD под документы и файлы мультимедиа необходимого объема.
В некоторых случаях можно еще разделить том пользовательских данных на два раздела. В одном хранить важные файлы (те, что нужно сохранить любой ценой) и текущие, утрата которых не критична и их легко будет восстановить с просторов интернета (музыка, фильмы и т. д.). И, конечно же, приучить себя регулярно сохранять резервную копию раздела с важными данными (облачные хранилища, внешний HDD и т. д.), чтобы не допустить их потери.
Режимы работы SATA
Покончив с необходимым теоретическим минимумом, следует определиться с выбором режима работы контроллера HDD материнской платы и сферами их применения.
Сложно представить необходимость такого режима работы в составе современного ПК. Разве что в одной точке пространства и времени сойдутся найденный на антресоли старенький HDD с рабочей ОС и «самоткаными» эксклюзивными обоями рабочего стола, и безудержное желание сохранить их для потомков.
К выбору режима работы накопителя следует отнестись ответственно. Выбрать его нужно перед началом установки операционной системы! В противном случае, при его смене на уже установленной операционке, очень велика вероятность получения экрана смерти (BSOD) и отказа ПК работать.
Исправить ситуацию конечно можно, выполнив с десяток пунктов из многочисленных инструкций, коими пестрит интернет, но рациональней будет установка ОС заново, что называется с чистого листа, чем забивание «костылей» в надежде все починить.
Собирая систему важно не только правильно подобрать компоненты и подключить провода и шлейфы, также важно грамотно настроить ее конфигурацию, ведь быстродействие накопителей зависит не только от «железной» начинки, но и от способа управления ей.
Стандартные настройки — самые бестолковые. Почему новый быстрый накопитель даёт сбой и «не едет» после апгрейда?
Привет, %username%! Ты наверняка давно знаешь, почему в UEFI нужно предпочесть AHCI, в чём подвох Secure Boot и почему MBR намного хуже, чем GPT. Если нет — самое время разобраться в вопросе, как выжать максимум скорости и стабильности из накопителя программными средствами.
Обратная совместимость технологий в ПК — безусловное благо. С её помощью пожилой процессор можно заставить работать в паре с оперативной памятью из «далёкого будущего», а новый накопитель без проблем приживается в древнем компьютере и делает его значительно быстрее даже с использованием старых версий интерфейса SATA.
И, если к legacy-коду можно относиться по-разному, то устаревшие протоколы и интерфейсы практически всегда уступают новым разработкам. Только вы об этом не узнаете, потому что новое железо в новом компьютере по умолчанию будет замедлено установками в пользу максимальной совместимости. Выясняем, какие настройки следует предпочесть, чтобы хорошему танцору новому накопителю не мешали устаревшие стандарты, и зачем в новых компьютерах «путаются под ногами» опции для устаревшего оборудования.
UEFI — не «альтернативно одарённый BIOS», а лучший метод инициализации оборудования
На «железном» уровне новшества во взаимодействии платформы ПК с накопителями предельно понятны: жёсткие диски наращивали плотность записи и увеличили количество пластин в 3,5-дюймовом форм-факторе и наполнили особо ёмкие модели гелием, чтобы диски стали работать стабильнее. Будущее HDD отныне зависит от темпов внедрения технологии черепичной магнитной записи или более радикальным изменениям (рывку в объёме накопителей) с термоассистируемой магнитной записью.
SSD? Сменили несколько типов памяти, перестали быть роскошью в домашних компьютерах, нарастили объём до сотен гигабайт. Выжали все соки из SATA-III, заполучили скорости PCI-E и наконец заимели компактный форм-фактор.
Накопитель Kingston DCP-1000 — до 1 100 000 IOPS на чтение и 200 000 IOPS на запись, например
Но быстродействие накопителей зависит не только от «железа», но и программной составляющей. И здесь самое время вспомнить о BIOS, который задержался на сцене, словно закостеневшие на старости лет эстрадные кумиры.
Сегодня в сознании трудящихся UEFI — это такая красочная альтернатива «биосу», с градиентами, красивыми меню, поддержкой мыши и, иногда, русифицированным интерфейсов. Тем удивительнее, что пёстрый EFI (Extensible Firmware Interface, тогда ещё без Unified в аббревиатуре) изначальном варианте был разработан Intel ещё в далёком 2003 году. И изначально его предлагали для серверных Itanium как более гибкий и быстрый интерфейс для загрузки ОС и инициализации/диагностики комплектующих. Уж больно много слабых мест было в древнем 16-битном BIOS с 1 Мбайт адресуемой памяти, поэтому замена напрашивалась сама собой. Как это обычно бывает в соревновании слоев абстракции и производительности железа, UEFI стал «тяжелее» и превратился в мини-операционную систему с драйверами и службами, но быстродействие и стабильность того стоили.
В массовые компьютеры UEFI пришёл в 2012-2013 гг., а вместе с ним в «предзагрузочном» интерфейсе появились приятные и не очень, нововведения. Начнём с функции-«защитницы» Windows 8, Secure Boot.
Secure Boot — многострадальная защита от «посредников» между ОС и UEFI
В инициативе по внедрению функции Secure Boot в UEFI версии 2.2 и выше разработчики руководствовалась благими намерениями, если вы понимаете, о чём мы. То, что первыми на вооружение эту функцию взяли Microsoft (чтобы обезопасить запуск Windows 8 и «придушить» активиторы-бутлоадеры) — другой разговор.
Некоторое время только Windows 8 и умела загружаться в режиме Secure Boot, а пользователям всех других ОС приходилось отключать функцию в BIOS UEFI, потому что интерфейс отказывался исполнять неподписанные файлы не подготовленных соответствующим образом систем.
Принцип работы Secure Boot
«Мякотка» заключалась в том, что все новые компьютеры по требованию Microsoft поставлялись с включенным Secure Boot, поэтому о новой функции (в не очень приятных обстоятельствах «падающей» системы) вскоре узнали все любители отличных от Win 8 операционных систем. А в некоторых случаях обновление Microsoft просто «по приколу» активировало Secure Boot в UEFI даже в Windows 7, которая после такой имплантации благополучно «падала» при следующей загрузке. Это ещё одна разновидность «романтических» обстоятельств знакомства с новой функцией в былые годы.
«Я те покажу, что такое безопасная загрузка!», — как бы говорит нам обновление KB3133977 и включает неподдерживаемый на Windows 7 Secure Boot в материнских платах ASUS
Справедливости ради, стоит отметить, что современные дистрибутивы GNU/Linux (Ubuntu, Fedora, Red Hat и openSUSE в числе первых) достаточно быстро обзавелись подписью для загрузки в Secure Boot, но в 2016 году с подачи Microsoft индустрии этот стандарт дважды, скажем так, аукнулся.
Первый раз — когда редмондцы «потеряли» мастер-ключ от Secure Boot и скомпрометировали защиту, за внедрение которой так активно выступали. Не штатный ключ, а именно мастер-ключ, с которым во всех выпущенных устройствах при активном Secure Boot загрузчик становится «голым и беззащитным», а злоумышленники могут легко и просто подменить операционную систему на этапе первоначальной загрузки. Нет повести печальнее на свете, чем повесть о «золотых ключах» и дебагерских инструментах в широком доступе.
А второй раз Microsoft наделала шума, когда упомянутый выше бэкдор начали было применять во благо как средство «джейлбрейка» планшетов под управлением Windows RT. Дело в том, что эксперимент Microsoft с ARM-системами закончился провалом, а крутые и дорогие (когда-то) планшеты Surface не получили даже поддержки UWP-приложений. То есть, неплохие с конструктивной точки зрения устройства стали заложниками «мёртвой» операционной системы. А другой операционной системы в планшете быть не могло, ведь Secure Boot на планшетах, по требованию Microsoft, был неотключаемым. После того, как упомянутый выше бэкдор оказался общественным достоянием, пользователи ARM-версий Surface получили на некоторое время возможность запустить неавторизованный загрузчик и установить альтернативную ОС. Но патч-латка за авторством Microsoft подоспел до того, как «еретики» успели что-то предпринять.
У Microsoft Surface RT был шанс заполучить альтернативную ОС. К сожалению, не сбылось.
Словом, Secure Boot уже подводила производителей и пользователей ПК, и, есть риск, что это произойдёт снова, поэтому тех, кто сомневается в её полезности, можно понять. Использовать ли «защищённую загрузку» или нет — вопрос открытый, как и в случае с подходом «паранойя vs установленный антивирус», если речь идёт о Windows. По умолчанию в старых матплатах не-брендовых ПК эта опция отключена, однако слабая защита всё же лучше, чем никакая.
Но бог с ними, с фичами безопасности, мы ведь здесь собрались ради настроек, которые ликвидируют «костыли» в работе накопителя? К ним и перейдём.
Устаревший и более медленный интерфейс по соображениям «кабы чего не вышло»
В списке устаревших технологий, которые гнездятся в новых матплатах ради совместимости со стандартами былых лет, неизменно фигурирует IDE (Integrated Drive Electronics) — режим контроллера накопителей, который не «ампутировали» из новых чипсетов только ради совместимости со старыми накопителями и ПО. В таком режиме накопители SATA 3.0 работают с быстродействием уровня своих PATA-предшественников.
А режим расширенного хост-контроллера (AHCI) даже в самых современных чипсетах отключен «до востребования». И напрасно, потому что только он сможет раскрыть потенциал современных накопителей при высокой нагрузке.
В былые времена загвоздка с использованием режима AHCI заключалась в том, что в операционных системах (Windows XP и Vista, по большей части) попросту не было драйверов для большинства AHCI-контроллеров в новых чипсетах, поэтому системы «падали в BSOD» сразу же после установки. Сегодня кулибины внедряют поддержку AHCI даже в эти две устаревшие системы, а уж Windows 7/8 и 10 поддерживают расширенный хост-контроллер в полной мере.
Накопитель в режиме последовательного чтения (IDE). Накопитель — Kingston SSD Now V+
Накопитель в режиме последовательного чтения (AHCI) (источник: dobreprogramy.pl)
От режима IDE AHCI отличает поддержка горячей замены накопителя (малополезно в домашнем ПК) и, что гораздо важнее, NQC. Native Command Queuing или «аппаратную установку очерёдности команд» часто считают новой разработкой для повышения быстродействия SSD, хотя на самом деле её разрабатывали ещё с учётом потенциала механических накопителей.
Поддержка NQC в режиме AHCI минимизирует движение головки в механических накопителях
NCQ «сортирует» команды при обращении к накопителю таким образом, чтобы минимизировать движения головки в HDD и как можно эффективнее использовать ячейки NAND в твердотельных накопителях. В случае с SSD режим AHCI важен ещё и для корректной работы TRIM и быстродействии на предельных для SATA-III скоростях (а в «потолок» SATA упираются даже недорогие накопители. Такие как Kingston UV400, например).
Режим AHCI жизненно важен для новых SATA-накопителей
Переключать режим работы контроллера желательно до установки операционной системы. Можно и после, но тогда придётся «заводить» AHCI с помощью нетрадиционной, понимаете ли, медицины. В любом случае, убедитесь, что ваши накопители используют для передачи данных современный интерфейс. Ведь гарантия того, что, например, Windows 98 сможет взаимодействовать с накопителем гораздо менее полезна, чем более высокое быстродействие в современных ОС и программах каждый день.
NTLDR is missing, если не используешь разметку GPT
Поддержка разметки GPT — ещё одна фича, которая стала повсеместно использоваться с приходом UEFI. Важная составляющая современных накопителей, и вот почему.
До прихода GUID Partition Table пользователям ПК приходилось довольствоваться архаичным методом размещения таблиц разделов — MBR или master boot record (главная загрузочная запись), стандарт образца 1983 года, ровесник DOS 2.0.
MBR — это такой сектор с загрузчиком операционной системы и информацией о логических дисках. Поддерживает работу с дисками объёмом до 2 Тбайт и только до четырёх основных разделов. Если 2-терабайтные HDD стали «бутылочным горлышком» в домашних ПК только недавно, то второй фактор породил трюки наподобие «расширенных разделов» ещё со стародавних времён.
GPT работает гораздо более гибко и присваивает каждому разделу глобальный идентификатор, поэтому разделов может быть неограниченное количество, а проблема взаимодействия с ёмкими накопителями перестаёт быть актуальной.
Загрузчик — всё
А главное — GPT гораздо более отказоустойчив, потому что загрузчик и информация о разделах больше не хранятся «в одной корзине». Если MBR повреждён — ваш накопитель впадает в «беспамятство», а информацию с него придётся восстанавливать долго и нудно. GPT хранит копии этой информации в разных секторах диска и восстанавливает информацию, если она повреждена.
В ёмких HDD разметка GPT стала суровой необходимостью, а новые операционные системы используют её даже для накопителей ёмкостью много меньше 2 Тбайт. Разумный принцип организации и надёжность GPT однозначно перевешивают её недостатки, да и с поддержкой проблем нет ещё со времён Windows 8 (GNU/Linux тоже не обделены поддержкой), поэтому конвертировать диски из формата MBR в его последователя будет не лишним.
Файловые системы: вы уже готовы к ReFS, а она к вам — нет
Не форматируйте системный диск под Windows XP в FAT32! Если в ОС GNU/Linux файловые системы «цветут и пахнут» и внедряются без особой бюрократии, то монополии NTFS в накопителях под управлением Windows ничего не грозит. Но за прошедшие годы (без малого четверть века, если брать за отсчёт первую версию ФС) недостатки NTFS успели «набить оскомину» даже самой Microsoft, поэтому редмондцы разработали и, частично, внедрили преемника своего детища — ReFS (Resilient File System). 
Файловая структура в ReFS
Дебютная версия «отказоустойчивой файловой системы» вышла в свет в бета-версиях Windows 8 и её серверных аналогах. Её будущее в домашних ПК пока туманно, тем более, в роли системного раздела, но ключевые наработки Microsoft в этом направлении известны уже сегодня. Среди них:
• Поддержка длинных имен. До 32768 символов в пути вместо 255, как это было в NTFS
• Устойчивость к перебоям в питании устройства. Данные и результаты изменений не будут повреждены, потому что файловая система оперирует метаданными и восстанавливает информацию в случае их повреждения. При любых операциях файловая система сначала создаёт новую копию метаданных в свободном пространстве, и только потом, в случае успеха, переводит ссылку со старой области метаданных на новую. Вот вам и сохранность файлов без журналирования.
• Избыточность хранения данных для большего ресурса накопителя.
• Более высокая скорость работы за счёт пониженной фрагментации.
ReFS ещё недостаточно отполирована для повсеместного внедрения, но если откуда-то и стоит ждать новшеств в методе хранения и оперирования файлами в Windows, то только отсюда.
Новое — значит лучшее?
Рекомендация выбирать самые новые протоколы и технологии из доступных была бы слишком наивной — всегда стоит взвешивать за и против, прежде чем расставлять галочки в UEFI или операционной системе. Но всё же стоит помнить о том, что в апгрейд старого компьютера — дело рук самих владельцев этого компьютера. ПК с многолетней выдержкой очень редко способен сконфигурировать новое железо правильным образом. А это значит, что после модернизации будет не лишним проверить, в каком режиме работает новая «железка» — хотя бы среди тех вариантов, о которых мы говорили сегодня. Заставляйте ваши SSD работать «на все деньги» при любом удобном случае!
Всякую новую вещь нужно уметь правильно использовать
Правильная конфигурация BIOS/UEFI и операционной системы — это хорошо, а когда она управляет новым быстрым железом — ещё лучше! Для всех любителей совмещать программную прокачку комплектующих с непосредственно апгрейдом мы дарим скидку 10% на SSD HyperX и память DDR4 в магазинах DNS и 10% скидки на накопители HyperX Fury и память DDR3 в Ситилинк! Акция действует с 21 марта по 4 апреля, это отличная возможность сделать свой компьютер быстрее и сэкономить.
А ещё мы рады сообщить, что вскоре обладателем нашей новейшей флагманской гарнитуры с объёмным звуком станет подписчик Kingston. Поэтому, если вы ещё не подписаны, нужно скорее исправлять ситуацию. 🙂 Мы выберем победителя случайным образом и огласим имя никнейм счастливчика 7 апреля. Не упустите шанс заполучить звучание кинематографического уровня для своего компьютера!
Подписывайтесь и оставайтесь с нами — будет интересно!
Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании. В выборе своего комплекта HyperX поможет страничка с наглядным пособием.