Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров

Fujitsu производит 2.5" диски серий Hornet 5 и 6, в которых применяются магниторезистивные головки и PRML. Емкость дисков составляет 508 MB, 768 MB и 1 GB, интерфейсы -- Enhanced IDE и Fast SCSI-2. Диски обладают высокой производительностью и малым потреблением энергии. Модели с интерфейсом SCSI предназначены не только для применения в notebook фирмы Apple, но могут использоваться и в настольных компьютерах, а также для создания компактных и надежных RAID-массивов.

Надежность

Как для самых емких и производительных жестких дисков с интерфейсом SCSI, так и для массовых моделей Enhanced IDE, важнейшим параметром остается надежность. Современные диски обладают очень высокой надежностью, время наработки на отказ у некоторых моделей достигает 1 000 000 часов. Однако не следует забывать, что надежность, оцененная по MTBF (Mean Time Between Failure), -- это понятие общее и статистическое, а перед пользователем стоит задача, как перевести его в конкретное и индивидуальное. Традиционные подходы к повышению надежности хранения данных широко известны -- это резервное копирование и применение массивов из нескольких дисков (RAID -- Redundant Array of Inexpensive Disks). Несколько слов о RAID. Это решение, повышающее не тольо надежность, но и производительность, никогда не относилось к разряду дешевых и доступных. Однако сейчас, с уменьшением стоимости SCSI жестких дисков, массивы начинают предлагаться довольно широко, чему способствует также появление относительно дешевых RAID контроллеров (разрабатываются даже и в ближайшее время появятся контроллеры, встроенные в системную плату). Наконец, появился принципиально новый подход, применимый и к индивидуальному диску, -- SMART (Self-Monitoring, Analysis аnd Reporting Technology). Он может использоваться практически для любой компьютерной периферии и предлагает наличие- всроенных в устройство средсгв caмодиагностики. SMART предусматривает использование некоторых реализованных на уровне встроенного в жесткий диск контроллера процедур, которые проверяют состояние важнейших частей -- двигателя, магнитных головок, рабочих поверхностей, самого контроллера. Эта информация передается в компьютер, который ее анализирует. Возможно также определить "пробег" жесткого диска, число включений/выключений. Совсем недавно Seagate и Quantum также начали применять SMART в своих жестких дисках. Использование SMART, хотя и позволяет довольно подробно контролировать состояние диска, не является панацеей, так как появление некоторых дефектов практически невозможно предсказать.

Видеоконтроллеры, акселераторы, видеоускорители

Традиционно основные усилия разработчиков графических адаптеров были направлены на повышение разрешений, достигаемых при большой глубине цвета (True Color, т. е. 24 bit или 16.7 млн. цветов), и на ускорение выполнения возможно большего количества графических операций. Все это требуется в первую очередь для профессиональной работы в области графики, анимации, САПР. Некоторые принципиальные моменты, и прежде всего стоимостные, не позволяют продукции, рассчитанной на массового потребителя, развиваться по этому же пути. Да это на данном этапе и не нужно, так как режимы с самыми высокими разрешениями не доступны для большинства находящихся в эксплуатации мониторов. Гораздо важнее обеспечить возможность качественного воспроизведения "живого" видео, которое остается практически единственной областью, пока еще не освоенной основной массой современных компьютеров. До последнего времени сделать это можно было только с помощью дополнительного multimedia оборудования -- видео платы или MPEG-проигрывателя. Сейчас появился и другой подход, ставший возможным благодаря возросшей производительности процессоров. Он основан на применении для декодирования изображений не аппаратных, а программных средств в сочетании с некоторыми элементами аппаратной поддержки, встраиваемыми в графические адаптеры. То есть сами адаптеры приобретают функции видео ускорителя (в дополнение к Windows ускорителю).

Большинство новых моделей графических адаптеров использует спецификацию DCI-1.0 и относится к разряду Windows и видео-ускорителей. Они на аппаратном уровне реализуют такие операции, как преобразование цветовых пространств, масштабирование, декодирование сжатых изображений. Возможно воспроизведение изображения с дисков Video CD с помощью чисто программных MPEG-1 декодеров (хорошие результаты получаются для процессоров Pentium 90 и выше).

Новым моментом является также интеграция графического адаптера с другими устройствами, например, с платой для захвата изображений, аппаратным MPEG-проигрывателем или звуковой платой.

Chipset

Ведущие изготовители chipset для графических адаптеров -- фирмы S3, ATI, Cirrus Logic, Trident и другие -- предусмотрели в новом поколении своих изделий кроме стандартной Windows акселерации также и ускорение видео операций, причем для последних хорошие результаты получаются даже при использовании стандартной динамической памяти и EDO DRAM. Однако по-прежнему достичь одновременно высоких значений для скорости регенерации, разрешения и глубины цвета удается только при применении двух портовой памяти типа VRAM и WRAM.

Особого внимания заслуживают chipset фирмы S3 - Vision 868 (для DRAM и EDO DRAM) и Vision 968 (для VRAM). Они имеют 64-разрядную архитектуру и ускоряют многие графические и видео операции (DCI-1.0): bitbit, рисование линий, заполнение прямоугольников, растровые операции, конвертацию цветового пространства (YUV 4:1:1 и 4:2:2, 16-bit, 16.7 млн. цветов -- в RGB), билинейное масштабирование, растрирование dithering), сжатие изображения и некоторые другие. Поддерживаются популярные видео кодеки -- CinePak, MPEG, Indeo, Motion JPEG. Имеется программное обеспечение для Windows U, Windows 95, Windows NT, OS/2 Warp, Video for Windows, Quicktime for Windows, для декодирования MPEG.

64-разрядные chipset ATI Mach264CT фирмы ATI TGU19680 фирмы Trident также ускоряют выполнение видео операций и рассчитаны на разные типы памяти -- они поддерживают DRAM и EDO RАМ, VRAM (ATI) и WRAM (Trident).

Новые графические адаптеры

В большинстве новых моделей применяется chipset с функциями ускорения видео в соответствии с DCI-1.0 и скоростной цифроаналоговый преобразователь RAMDAC (иногда встроенный в Chipset), обеспечивающий полосу пропускания, достаточную для высоких скоростей регенерации. Предусматривается поддержка режима Plug&Play для монитора с помощью VESA Display Data Channel (DDC 1/2), а также управления энергосбережением VESA Display Power Management Signaling (DPMS). Устанавливаются разъемы VESA Advanced Feature Connector (VAFC). Свойственные системам с DRAM ограничения по скорости регенерации при больших разрешениях и глубине цвета можно преодолеть с помощью оригинальной 192-разрядной архитектуры самого графического адаптера.

МАГНИТООПТИКА

Магнитооптические накопители, использующие сменные носители для записи и хранения информации, несмотря на довольно короткий срок своего существования, приобрели широкую популярность. Этому в немалой степени способствуют те уникальные свойства, которыми обладает магнитооптика, и те универсальные возможности, которые она предлагает.

Поскольку магнитооптика ориентирована на работу с данными большого объема, то особую важность приобретают время их обработки и стоимость хранения.

Объем производства магнитооптических накопителей в 1995 году оценивается в 1.1 млн. шт. для 3.5" и 0.5 млн. для 5.25" устройств, в следующем году прогнозируется значительный рост рынка. Магнитооптика является сравнительно новой и бурно развивающейся технологией, поэтому на рынке, наряду с крупнейшими производителями устройств массовой памяти, достойно представлены и некоторые специализированные фирмы, способные воплощать новаторские решения в продукцию высочайшего качества.

Накопители 5,2''

Для этих устройств используется одинаковы. В то же время реальное быстродействие в большинстве случаев определяется еще и объемом и эффективностью встроенной кэш-памяти, а также временем поиска. Большинство накопителей на 1.3 GB имеет кэш-память 1 MB, и очень немного моделей -- 4 MB. Судить можно по величине максимального времени поиска. Появление следующего поколения накопителей, использующих диски емкостью 2.6 GB, ожидается в ближайшее время, как только будут приняты соответствующие стандарты, которые необходимы, чтобы продукция разных фирм была совместима.

Похоже, что довольно скоро появятся накопители с еще большей емкостью и быстродействием. Основной недостаток существующей магнитооптической технологии заключается в том, что для записи необходимы два прохода, т. е. она в 2 раза медленнее чтения. Однопроходная запись была сначала реализована в относительно медленных магнитооптических накопителях системы Mini Disk фирмы Sony (2.5", 140 MB). Сейчас уже созданы первые скоростные устройства, использующие подобную технологию.

Накопители 3.5"

Магнитооптические накопители на 3.5" дисках емкостью 230 MB, лидером в производстве которых является Fujitsu, получают все большее распространение. Кроме традиционных вариантов использования их для хранения больших объемов информации и обмена данными в издательском деле, графических приложениях и т. д., они находят широкое применение и в медицине -- для хранения истории болезни (для каждого пациента -- свой диск, емкости которого хватит на многие годы, даже если записывать на него графические данные, получаемые при томографических и других современных методах исследования). Сфера применения магнитооптики расширилась и до компьютеров типа notebook.

Магнитооптические библиотеки

Хотя емкость магнитооптических библиотек, использующих 5.25" диски, быстро растет и превышает уже 1000 GB, главное -- это не увеличение емкости (оно достигается довольно легко), а новые решения, способствующие более широкому применению этих перспективных устройств. В первую очередь это касается их использования для резервного копирования и обеспечения доступа в режиме on-line в сетевых средах. Соответствующие решения на базе магнитооптических библиотек MaxLyb, использующих быстродействующие накопителей T3-1300 и роботизированные приводы для автоматической смены дисков, предлагает фирма Maxoptix. Скорость резервного копирования составляет от 3 GB в час и более, скорость восстановления в два раза выше. Кроме того, магнитооптические устройства обладают гораздо более высокой надежностью, чем ленточные (в 5 раз), сами диски имеют большой гарантированный срок хранения (50 лет) и невысокую цену -- 10 центов в расчете на 1 MB.

ПРИВОДЫ CD-ROM

Вопрос о переходе на приводы CD-ROM с высокой скоростью (шестискоростные и выше), судя по всему, в ближайшее время будет окончательно решен просто прекращением производства четырёхскоростных. Таким же образом уже решен и вопрос о применении proprietary IDE интерфейсов (Panasonic, Sony, Mitsumi) -- используются только IDE/ATAPI и SCSI. Для качественного (с разрешением 320х240, которое уже доступно современным графическим адаптерам -- видео ускорителям) проигрывания AVI файлов с дисков CD-ROM, нужен привод с четверной или даже более высокой скоростью. Да и обычная работа с файлами, особенно с учетом очень больших объемов программного обеспечения, поставляемого на CD-ROM, значительно убыстряется при использовании четырех и шестискоростных моделей.

Приводы с четверной скоростью, ставшие уже стандартом комплектации современных компьютеров (ими оснащают свои компьютеры большинство фирм Brand-Name), продолжают совершенствоваться. Реализуется поддержка режима Plug&Play, улучшаются скоростные характеристики. Это ASPI-совместимый CD-ROM драйвер, который улучшает передачу непрерывных потоков данных и уменьшает загрузку процессора на 12-35% (в случае SCSI контроллера, использующего обмен через DMA). Это очень важно для воспроизведения видео с использованием чисто программных декодеров (QuickTime, Video for Windows, MPEG), так как позволяет уменьшить число выпадений кадров.

Скоростные характеристики

Выпуск фирмой Plextor в начале 1996 года первого в мировой практике привода с шестерной скоростью (серия 6PLEX) привлек особое внимание к скоростным моделям. В отличие от продукции Plextor, имеющей интерфейс SCSI, часто используется более дешевый IDE/ATAPI. Например, это продукция фирм ТЕАС, Wearnes. Наряду с повышением скорости передачи данных путем увеличения скорости вращения, улучшаются и другие скоростные характеристики -- время поиска и время доступа. В жестких дисках, использующих вращение с постоянной скоростью, среднее время доступа увеличено по сравнению со временем поиска на величину скрытого времени, которое однозначно определяется скоростью вращения и равно половине времени одного оборота диска. В приводах CD-ROM, использующих постоянную линейную скорость считывания, скорость вращения диска изменяется в зависимости от расстояния от центра, поэтому на время доступа оказывает влияние задержка, связанная с тем, что после перемещения головки требуется еще дополнительное время, чтобы скорость вращения достигла необходимого уровня. Величина этой задержки определяется качеством двигателя и в общем случае может сильно меняться в зависимости от производителя и от модели. Очень, часто в технических характеристиках приводится только время поиска, которое не дает полного представления о скоростных характеристиках. При сравнении только по этому параметру модели высокого класса и более простые и дешевые часто выглядят почти одинаково. Однако это не так. Например четыpexскоростные приводы CD-ROM фирмы Plextor, использующие уникальные запатентованные двигатели, имеют заметное преимущество. Для шестискоростной модели PX-63CS среднее время поиска составляет 115 ms, а среднее время доступа (random access) ненамного больше --145 ms.

Форматы

Хороший привод CD-ROM должен поддерживать как можно больше из существующих форматов дисков (в идеале -- все). Многообразие форматов вызвано, с одной стороны, тем, что CD-ROM может хранить разнородные типы данных -- коды программ, звук, видео, графику, и, с другой, тем, что разные диски ориентированы на разные сегменты рынка -- компьютерный и потребительской электроники. Стандарты, определяющие форматы данных, чаще всего называют по цвету обложки издания, в котором они опубликованы. Так, Red Book -- это стандарт на звуковые диски CD-DA. Yellow Book совместно с ISO 9660 ("High Sierra") в основном определила стандарт для хранения текстовой информации и данных, то есть собственно CD-ROM. Green Book определила интерактивную Plug&Play CD систему (CD-i), предусматривающую поддержку видео, включая MPEG-1, и звука, и рассчитанную на сектор бытовой электроники и видеоигры. Появившийся позднее стандарт ХА (Extended Architecture), являющийся расширением Yellow Book, также предусмотрел возможности для звука и видео, так что появилась определенная совместимость между CD-ROM и CD-i. ХА включает в себя также и Kodak Photo CD. Наконец, White Book определила Video CD, содержащие сжатые по стандарту MPEG-1 видеофильмы.

Большинство приводов CD-ROM с двойной и более высокой скоростью совместимы с ХА, так что на них можно, в принципе, воспроизводить Video CD. Однако для нормального воспроизведения необходима поддержка специального режима ХА Mode 2 Form 2, который реализован далеко не на всех устройствах. Еще лучше иметь непосредственную поддержку CD-i и Video CD (White Book), которая только начинает внедряться в последние модели.

УСТРОЙСТВА С МНОГОКРАТНОЙ ЗАПИСЬЮ

Устройства CD-R для однократной записи дисков CD-ROM (в разных форматах) будут в недалеком будущем дополнены перезаписываемыми, то есть с возможностью многократной записи на один и тот же носитель. Наиболее подходящей для такого рода устройств является технология phase change. Перезаписываемые диски, получившие название CD-E (Erasable), предложила фирма Philips. Сразу же была получена поддержка от IBM, Ricoh, Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical, Mitsumi Electric, Matsushita Kotobuki Electric Industries, Sony, 3M, Olympus. Новый диск является логическим продолжением CD-R (Orange Book) и CD-ROM. Предполагается совместимость по чтению-записи с CD-R и по чтению с CD-ROM. Правда, для того, чтобы читать диски CD-R на обычных приводах CD-ROM, требуется некоторая их модификация, связанная с необходимостью регулировки считывающего лазера из-за разной отражающей способности новых и традиционных дисков, так что говорить о полной совместимости пока не приходится. Появление прототипов новых устройств ожидается не ранее конца года.