Come funziona il Serial ATA - parte 2

SATA II
Quanto descritto sopra appartiene alla specifica Serial ATA 1.0. Lo standard SATA si basa sull'ATA parallelo ed è stato definito in modo da essere compatibile a livello software con i driver ATA. Perciò, la transizione da ATA a SATA dovrebbe essere trasparente per il sistema operativo.

I primi hard disk SATA non erano dotati di interfaccia seriale nativa, ma includevano un bridge tra ATA parallelo e seriale; ora gli hard disk supportano il SATA in modo nativo.

Terminata la fase iniziale dell'ATA 1.0, ora si è entrati nella fase 1 della seconda versione SATA, ovvero SATA II Phase 1.

Il SATA 1.0, infatti, non include certi aspetti necessari per configurazioni con server e storage di rete e per workstation ad alte prestazioni. SATA II è un superset delle specifiche 1.0 e viene introdotto in due fasi, di cui la prima è di un certo interesse per chi acquista un nuovo computer.

La Fase 1 (Phase 1), in corso di attuazione, prevede:
1) miglioramenti di prestazioni che sotto il nome di Native Command Queueing (accodamento nativo dei comandi) comprendono l'accodamento dei comandi e il riordino della sequenza di esecuzione dei comandi,
2) la gestione del o dei telai (Enclosure Management), che include controllo delle ventole, indicatori di attività, controllo di temperatura, notifica dei nuovi dispositivi ecc. (per esempio, in caso di guasto a un disco in RAID, viene individuata l'unità interessata) e
3) una soluzione per la scheda di interconnessione dei drive (backplane) nei server, che estende la lunghezza massima delle tracce ad uso dei rack e dei drive hot-swappable (sostituibili a macchina accesa).

La fase 2 del SATA II prevede ulteriori estensioni sempre per server e storage di rete e la seconda generazione di velocità, ovvero 300 MBps trasferibili lungo la connessione.

Le reali prestazioni dei dischi dipendono da fattori come densità di registrazione, velocità di rotazione, tempo di accesso delle testine, capacità del buffer e supporto NCQ (Native Command Queueing).

Inizialmente non si noterà un vantaggio nella transizione da ATA a SATA, a meno che non utilizziate intensamente (con molte attività in multitasking e multithreading) un sistema equipaggiato con dischi e chip-set con supporto NCQ.

La roadmap SATA è comunque progettata per un periodo di 10 anni, quindi prevede estensioni e crescita di prestazioni al di là dei prodotti attualmente in vendita.

Native Command Queueing
Di tutte le caratteristiche del Serial ATA sopra citate, l'unica che porta un salto di qualità nella realizzazione dei PC è la riduzione di dimensioni dei cavi e dei connettori unita all'incremento della lunghezza massima dei cavi.

Dal punto di vista degli acquisti a breve termine, vi può interessare il supporto NCQ. Le linee più recenti di hard disk SATA ne sono dotate, come pure i controller SATA inclusi nei nuovi chipset per PCI-Express (per esempio di Intel e VIA).

Tuttavia facciamo notare che i primi test mostrano incrementi di prestazioni nei test sintetici ma non con le reali applicazioni.

Nell'uso quotidiano del desktop, con tutta probabilità, non avrete benefici tangibili dall'uso di dischi SATA con NCQ.

Se dovete acquistare un nuovo sistema e volete avere le tecnologie più recenti, accertatevi che il chipset e gli hard dischi supportino l'NCQ (SATA II Fase 1), ma se state usando dischi ATA e volete migliori prestazioni, la strada maestra è quella di passare allo SCSI, non al SATA.

Sgombrato il terreno da false aspettative, diamo un'occhiata a come funziona l'NCQ, che dagli anni '90 è supportato dai dischi SCSI e finalmente approda anche sui comuni desktop.

Normalmente, per accedere ai dati su disco, la CPU invia una richiesta e, se il dato non è presente in una delle cache, viene comandato alle testine di posizionarsi in modo da potere iniziare la lettura dei dati.

Trascurando i dettagli (una lettura logica può richiedere parecchie letture fisiche), se occorre accedere a una serie di dati non sequenziali distribuiti in varie zone del disco, le testine dovranno saltare da un cilindro all'altro, avanti e indietro.

Per esempio, se la sequenza di accesso è A, D, B, F, G, C, E (immaginando che la sequenza alfabetica corrisponda all'angolo di rotazione), si perderanno parecchi cicli di rotazione prima che le testine abbiano visitato tutti i blocchi di dati.

Con il NCQ, il disco immagazzina una coda delle richieste di accesso, quindi le riordina (ne cambia la sequenza) per ridurre al minimo il numero di rotazioni e il tragitto delle testine in modo da eseguire tutti gli accessi nel più breve tempo possibile.

La rotazione dei piatti e il posizionamento sulla traccia (seek) sono i due criteri per ottimizzare l'esecuzione dei comandi in coda, così da compiere il tragitto più breve per visitare tutti i blocchi di dati che la coda di comandi prevede di leggere e scrivere.

Questo meccanismo di accodamento e riordino è paragonabile all'ottimizzazione delle consegne da parte di un corriere che debba consegnare decine di colli in diverse zone di una città; anziché esaminare una consegna per volta in sequenza e saltare continuamente da un capo all'altro della città, il corriere stabilisce il percorso che richiede il tempo minore per eseguire tutte le consegne.

Per sfruttare il NCQ occorre che le applicazioni creino code di comandi, il che non succede se è in esecuzione una singola applicazione che attende la risposta a una richiesta di dati prima di inviare la richiesta successiva.

L'alternativa è utilizzare parecchie applicazioni in esecuzione simultanea, oppure applicazioni multithreaded o anche, secondo Intel, applicazioni scritte per sfruttare l'HyperThreading.

Visto il modesto successo dell'HyperThreading, possiamo supporre che l'introduzione delle CPU dual-core incoraggi gli sviluppatori a scrivere software con più thread paralleli, che potrebbero contribuire a creare code di comandi di accesso a disco.

In definitiva, l'NCQ, come tutte le funzioni introdotte nel SATA II, avvantaggia server e network storage più che i desktop di tutti noi.

In ogni caso, per sfruttare le potenzialità dei dischi ad alte prestazioni occorre anche disporre di piattaforme hardware capaci di supportare la crescente larghezza di banda messa a disposizione dai dischi SATA (come avviene anche per lo SCSI) e dalle altre connessioni su cui vengono fatti scorrere i dati (USB, FireWire, Gigabit Ethernet ecc.).

Uno degli elementi chiave di questa crescita è la connessione PCI-Express (vedi articolo pubblicato sul numero scorso), che mette ordine tra i vari tipi di connessione e porta sui desktop prestazioni prima riservate ai server.