Автор: Игорь Холопов

Что в первую очередь приходит вам в голову, когда вы слышите слово «быстродействие»? Современный процессор? Мощная видеокарта? Гигабайты оперативной памяти?

А ведь нередко быстродействие системы упирается совсем в другие вещи — в скорость чтения данных с жесткого диска или во время записи музыкальной коллекции на MP3-плеер. Появление новых скоростных USB 3.0 и SATA Rev. 3 — отличный повод вспомнить, что мы знаем об интерфейсах передачи данных вообще.

Темные века

Всего лет десять назад на жесткий диск новейшего компьютера влезало не больше пяти-шести игр. В 1998-м мы разрывались между Baldur’s Gate, Half-Life и Might and Magic 6: установить все разом не получалось — жесткого диска не хватало.

Однако увеличение объема не было проблемой — проблемой была скорость, с которой производились запись и чтение. Тогда винчестеры подключались 40-жильными IDE-кабелями, известными также как ATA или Parallel ATA. Широкие IDE-шлейфы были недостаточно прочными, да еще и неудобными, обеспечить высокую пропускную скорость они также не могли. Предел самого современного на тот момент стандарта Ultra DMA 2 составлял 33 Мб/с, хотя в реальных условиях дела обстояли примерно втрое хуже. Кроме того, к одному шлейфу чаще всего было подключено сразу два устройства, и пропускная способность шины делилась между ними.

Для подключения внешних устройств в середине девяностых использовалось множество самых различных портов. Принтеры, как правило, занимали LPT-порт. Клавиатуры и мыши — PS/2-разъемы, дожившие и до наших дней. Последовательный COM-порт использовался для подключения компьютеров друг к другу, а также для установки некоторых моделей мышей и модемов. Еще выпускались материнские платы с клавиатурным пятипиновым разъемом DIN. А джойстики, геймпады и музыкальные клавиатуры использовали игровой порт (он же MIDI). В общем, несмотря на видимость порядка, в подключении внешних устройств царил хаос.

Эпоха перемен

Есть как минимум три очевидных отличия кабеля USB 3.0 от USB 2.0: толщина, маркировка в основании разъема (SS — логотип SuperSpeed) и его цвет — сине-голубой.

Появление нового, единого интерфейса USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) радостно восприняли как простые пользователи, так и производители аппаратного обеспечения. По USB можно было подключать устройства, не перезагружая компьютер. Кроме того, разъем принес унификацию. Теперь клавиатура, мышь, джойстик и принтер подключались через один и тот же порт. Сентябрь 1998-го, когда была выпущена доработанная версия спецификации USB 1.1 — первая версия интерфейса, получившая массовое распространение, — стал своеобразным рубежом. Началась эра USB.

Стали появляться первые USB-накопители с флэш-памятью — появилась необходимость повышать пропускную способность шины. В апреле 2000 года вышла новая версия спецификации — USB 2.0 (именно она наиболее распространена сегодня) с поддержкой режима Hi-speed, поднявшего максимальную скорость обмена данными в несколько десятков раз!

Жесткие диски тоже начали наращивать объемы: если в 1997-м емкость стандартного винчестера составляла 5-8 Гб, то к 2004 году эта цифра выросла в 15 раз. Вместительные винчестеры требовали более скоростных интерфейсов. В противовес параллельному IDE в 2003-м появился последовательный интерфейс SATA. Предельная скорость передачи данных взлетела до 187,5 Мб/с. Этой цифры хватало с лихвой, однако объем жестких дисков продолжал неумолимо расти, и в 2004 году была выпущена спецификация SATA 2, обеспечившая пропускную способность 3 Гбит/с (или 375 Мб/с). Даже сейчас, шесть лет спустя, редкий компьютер хотя бы приближается к предельной скорости интерфейса.

Ренессанс

Две тысячи восьмой год открыл широкой публике твердотельные накопители — SSD (Solid State Disks). Не дотягивая до современных жестких дисков в объеме, они тем не менее выигрывали в других характеристиках: размере и весе, отказоустойчивости, низкой потребляемой мощности и, самое главное, скорости. Время загрузки нетбуков, в которых использовался твердотельный накопитель, было гораздо меньше, нежели компьютеров на основе жестких дисков (тут, впрочем, стоит отметить, что SSD подходят только для работы с ОС). Динамично развивающийся рынок твердотельных накопителей заставил разработчиков всерьез задуматься над очередным повышением скоростных стандартов.

Возросло и количество устройств, использующих USB-подключение. Теперь это не только традиционная периферия, но и мобильные телефоны, и плееры, и PSP, и настольные вентиляторы, и множество других девайсов. Веб-камеры обзавелись поддержкой разрешений высокой четкости, внешние жесткие диски стремятся догнать и перегнать по скорости своих встроенных собратьев. USB не мог надолго задерживаться на отметке 2.0. Вариантов было два: либо потесниться, пропустив вперед более скоростных коллег, таких как FireWire, либо вырасти самому. Учитывая, что USB сейчас очень распространен и переход на IEEE1394 заставил бы покупать переходники или даже целые устройства, история пошла по второму пути.

В итоге в ушедшем году были обновлены оба интерфейса — и USB 2.0, и SATA 2. Запуск был неоднозначным: сначала Intel отказалась от контроллера SATA Rev. 3 на материнских платах с набором системной логики P55, затем она же отложила введение поддержки USB 3.0 до 2011 года.

Остальные компании отнеслись к скоростным интерфейсам более дружелюбно: появляются первые материнские платы с новыми контроллерами, AMD должна выпустить платформу с поддержкой USB 3.0 и SATA Rev. 3 уже этим летом — чипсет известен под кодовым названием AMD Pisces. Впрочем, нелишне отметить, что работать с USB 3.0 и SATA Rev. 3 можно и со старого компьютера — в продаже уже появились платы расширения PCIe x1 с нужными разъемами. Стоит ли гнаться за USB 3.0 и SATA Rev. 3 и какой прирост производительности они дадут, мы узнали у Александра Шленского, технического специалиста компании Gigabyte, которая одной из первых выпустила материнскую плату с поддержкой USB 3.0 и SATA Rev. 3 (тест этой платы ищите через страницу).

На SATAрт!

К выходу журнала в продаже будет полно плат расширения — и c разъемами USB 3.0, и с разъемами SATA Rev. 3. Наконец-то появится возможность занять пустующий PCIe x1.

SATA Rev. 3 в два раза быстрее SATA 2: третья версия интерфейса поддерживает скорость до 6 Гбит/с (750 Мб/с) против старых 3 Гб/с. Тут, кстати, следует отметить, что когда говорят «SATA 3», то под тройкой иногда подразумевают не версию спецификации, а скорость передачи данных — те самые три гигабита. Иными словами, говоря «SATA 3», человек на самом деле имеет в виду SATA 2. Поэтому мы придерживаемся наименования SATA Rev. 3 — во избежание путаницы.

Количество кадров в играх интерфейс SATA Rev. 3, конечно, не увеличит, но загрузку сохранений или роликов способен ускорить. По словам Александра, «жесткие диски, всегда невольно ограничивавшие быстродействие системы, делают новый шаг к минимизации моментов, когда пользователь вынужден ждать вместе с компьютером загрузки данных. Несмотря на то, что производительность жестких дисков в первую очередь обусловлена конструктивными ограничениями, не стоит забывать про кэш-память, обмен данными с которой стал гораздо быстрее. По данным тестирований, уже на сегодняшний день превосходство первых винчестеров стандарта SATA Rev. 3 может достигать 10-35% — в зависимости от условий работы».

USB 3.0

Главное отличие USB 3.0 от USB 2.0 — увеличенная на порядок скорость передачи информации — с 480 Мбит/с до 4,8 Гбит/с. «Десятикратного прироста в пропускной способности шины удалось добиться следующим образом, — объясняет Александр. — В кабеле USB 2.0 содержится четыре линии: пара для приема/передачи данных и пара для плюса и минуса питания. Передача по такому кабелю ведется в симплексном режиме, то есть в один момент времени устройство может либо только передавать, либо только принимать информацию. В кабель USB 3.0 добавлено пять новых линий — благодаря этому интерфейс работает в двойном симплексном режиме. Это значит, что USB 3.0-устройство может и передавать, и принимать данные одновременно».

На максимальной скорости USB 3.0, 4,8 Гбит/с, пока не передает данные ни одно периферийное устройство. «Этот стандарт создан с расчетом на будущее, — поясняет Александр. — Он дает пользователям уверенность, что они еще долго не столкнутся с проблемой недостаточной пропускной способности интерфейса, как это бывало с предыдущими версиями. Кроме того, такой скоростной канал действительно необходим внешним SSD-накопителям, развитие которых не прекращается».

Впрочем, вряд ли данные по USB 3.0 когда-нибудь будут передаваться со скоростью 4,8 Гбит/с. Проблема несоответствия теоретической и практической пропускной способности в новой спецификации так и не решена. Вы, вероятно, знаете, что у USB 2.0 пиковая пропускная способность составляет 480 Мбит/с (60 Мб/с), но на практике скорость сильно ниже — 20-30 Мб/с. У USB 3.0 этот недостаток сохранится. Александр говорит, что избавиться от него совсем практически невозможно — он связан с большими задержками шины между запросом на передачу данных и непосредственно началом передачи.

Кроме скорости, в USB 3.0 почти вдвое выросла сила тока (с 500 до 900 миллиампер). Благодаря этому можно экономить USB-порты, подключая немного более энергоемкие устройства USB стандарта 2.0 с двойным кабелем лишь к одному разъему — питания им теперь хватит с избытком. Наш эксперт говорит, что это не повлечет за собой большее энергопотребление и большую требовательность системы к блоку питания.