Жесткие диски для видеомонтажа: мифы и реальность
Кошмар температурной перекалибровки
Утилиты для тестирования и оптимизации дисков
Скорость передачи данных при вводе видео на вашем компьютере
должна быть достаточной для того, чтобы не возникало пропуска кадров, способного
впоследствии привести к скачкообразному воспроизведению введенного материала.
Скорость, которую вы выбираете для кодировки аналогового видео в цифровое, зависит
от возможностей системы и от конфигурации вашего оборудования, в то время как
скорость воспроизведения при просмотре видео будет зависеть от возможностей
той системы, на которой это видео будет воспроизводиться. Если созданный вами
фильм будет воспроизводиться непосредственно на вашем компьютере или вы будете
проводить предварительные просмотры с вашего локального жесткого диска, обязательно
следует настроить скорость обмена информацией по тому максимуму, который позволяет
установленная система.
овременный
домашний компьютер даже в базовом исполнении вполне пригоден для работы с видео,
и ничего особенного для его дооснащения не требуется. Мегагерцы производительности
процессоров растут как на дрожжах, а грань между высокопроизводительными рабочими
станциями и домашними ПК становится все менее заметной. Так, пропускная способность
оперативной памяти всего за пару лет возросла с 1 Гбайт/с (у шины PC133) до
6,4 Гбайт/с (у современной двухканальной DDR400). PCI-шина со времен 133 Мбайт/с
тоже перестала быть «бутылочным горлышком» и срочно заменяется фирменными высокоскоростными
магистралями: 256 Мбайт/с у Intel, 1 Гбайт/с у MuTIOL от SiS и 533 Мбайт/с у
V-Link от VIA. Даже высокоскоростной интерфейс IEEE-1394 (он же FireWire, он
же iLink) испытывает сильное давление со стороны USB 2.0, а расширенная магистраль
позволила разработчикам материнских плат интегрировать уже не кодеки AC’97,
а полноценные шестиканальные звуковые контроллеры.
И только жесткие диски (винчестеры) остаются одним из немногих действительно узких мест современного персонального компьютера. К тому же никаких радикальных изменений в этой области не предвидится — на пути увеличения производительности стоит технологический барьер, обусловленный конструкцией указанных носителей. Твердотельные носители пока слишком дороги, да и скорость обмена у них все еще оставляет желать лучшего. А стоимость производства флэш-памяти сопоставимых с винчестерами объемов не позволяет надеяться на коренное изменение ситуации в ближайшем будущем.
Правда, за последнее время и в технологиях изготовления жестких дисков произошли вроде бы незаметные, но существенные изменения, которые могут сделать наши представления о жестких дисках другими, опровергнув целый ряд устойчивых предубеждений. Собственно, все эти предубеждения устойчивы именно вследствие консервативности самой технологии и по причине незначительной положительной динамики происходящих там изменений.
Кошмар температурной перекалибровки
инчестеры
традиционно обвинялись в случае любых проблем в работе с цифровым аудио или
видео на компьютерах. Если при захвате видео происходила потеря кадров (frames
drop) или дергалась и «засыпала» аудиодорожка (flakes out), то на вопрос о причине
любой «знаток» или представитель службы поддержки неизменно отвечал: «Виноват
ваш жесткий диск».
Пользователи же, в свою очередь, недоумевали, почему при попытках записать видео с потоком 3,5 Мбайт/с такое может происходить на диске, за который недавно была заплачена куча денег и обещанная производителем скорость которого должна быть 7 Мбайт/с. Производители дисков давали длинные и непонятные разъяснения насчет того, что надо смотреть на все стадии в цепочке сбора и записи видеоданных, говорили, что дело может быть в системной шине, в загруженности процессора, в чипсетах материнской платы и даже в плохом доступе к памяти. Запись и воспроизведение аудио и видео — это практически всегда устойчивые потоки, передающиеся с фиксированной скоростью, а компьютеры, основанные на прерываниях, не предназначаются для обработки постоянных потоков. Короче говоря, проблема может возникнуть на любой стадии процесса и место задержки определить довольно трудно.
Однако вместо того, чтобы решать проблему в целом, во всех бедах винили исключительно жесткие диски. И самой модной «страшилкой» стала тепловая перекалибровка — tcal (thermal recalibration). И если кто-то жаловался, что в течение нескольких секунд захвата видео потерял несколько кадров, то обязательно находился доброжелатель, который говорил со знанием дела: «Вы — жертва отвратительной тепловой перекалибровки. Пойдите и купите себе AV-диск!» Многие производители дисков быстро смекнули, что на этом можно делать неплохие деньги и стали печатать на своих изделиях большими буквами «AV Drive» (от Audio/Video). Эта надпись постепенно стала «золотым дном» для производителей оборудования для цифрового видео, и счастливые потребители отдавали дополнительные 100 долл. только за то, что на изделии стояла аббревиатура AV. Термины «AV» и «thermal recalibration» долгое время были ключевыми и принесли немало денег производителям и системным интеграторам.
Но действительно ли AV-дисководы были столь чудесным избавлением от проблем, как они рекламировались? Правда ли, что они позволяли избежать ненавистной перекалибровки? Отчасти это правда, отчасти — байки.
Что же такое тепловая перекалибровка и почему ее так боялись видеолюбители? Объясним, что называется, на пальцах. Дайте вашему диску немного поработать, а потом дотроньтесь до него. В зависимости от модели он будет горячим и даже обжигающим (некоторые высокоскоростные диски нагреваются до 60 °С и выше). Повышение температуры ведет к расширению материалов пластин и изменяет их геометрию, а следовательно, при высокой плотности записи головка может позиционироваться на неправильную дорожку. Во избежание этого контроллер дисковода настраивает, то есть калибрует, сервопривод не только при запуске винчестера, но и через определенные промежутки времени, чтобы учесть изменения геометрии в результате нагревания, то есть повторно калибрует сервопривод. Перекалибровки на дисках прежде занимали приблизительно 40 мс на каждую пластину и в зависимости от числа таких пластин прерывали его работу на 0,2-0,5 с, чтобы подстроить положение головки к текущей рабочей температуре. В течение процесса перекалибровки, естественно, ничего не читалось и не писалось, и если ничего не предпринималось, то поток данных прерывался.
Впрочем, перекалибровка стала отнимать много времени именно тогда, когда для наращивания емкости дисков производители стали добавлять все больше пластин и одновременно с этим повышать скорость их вращения. Понятно, что и то и другое приводит к неизбежному повышению трения пластин о воздух, который их окружает, и соответственно к повышению температуры диска. Поэтому-то и потребовались специальные диски с индексом AV, которые стали делать перекалибровку иначе, чем обычные. Если обычный диск осуществлял периодическую калибровку невзирая на состояние и наличие ошибок чтения/записи, то AV-диск старался скрыть перекалибровку, а делал ее только после появления ошибок и дожидался снижения активности обмена данными, то есть производил так называемую отсроченную, или интеллектуальную, температурную перекалибровку (posted tcal). Это было единственным достоинством AV-дисков, а чуть позже все производители перешли на подобную технологию независимо от того, выпускали они AV-диски или нет.
Затем, когда производители стали повышать емкость дисков не экстенсивным, а интенсивным путем — благодаря увеличению плотности записи на пластину, они снизили число самих пластин, вследствие чего время перекалибровки значительно сократилось, а для того, чтобы не прерывать поток, достаточно было просто буферизовать чтение/запись во внутренней кэш-памяти диска с упреждающей выборкой (prefetch). А уже после перехода производителей на технологию с «нарезанными» серводорожками (кстати, при таком подходе форматирование на низком уровне стало невозможным) и с магниторезистивными головками (MRH) многие разработчики стали заявлять, что температурная перекалибровка для их дисков уже не требуется: каждая дорожка содержит сервоинформацию и головка будет автоматически позиционироваться на правильное место без каких-либо прерываний. MR-диски также сразу же увеличили плотность записи с 60 до 80%, то есть при той же скорости вращения, например 7200 об./мин, скорость считывания автоматически выросла с 6,8 до 12 Мбайт/с.
Современные жесткие диски всех интерфейсов от всех производителей имеют такие серводорожки и управляются контроллером таким образом, что при их работе не требуется никакой тепловой перекалибровки, прерывающей поток данных.
Правда, компания Seagate, один из главных поставщиков дисковых накопителей для работы с видео, пыталась ввести маркетинговый термин для видеолюбителей, введя новый код для накопителей на жестких дисках, оптимизирующий работу с видеопотоками, — так называемый V-код. По заявлениям данной компании, диски с этим кодом, снабженные кэш-буфером на 16 Мбайт, позволили повысить производительность за счет минимизации колебаний, которые могут возникать при чтении и записи, требующих широкой полосы пропускания, то есть таких данных, как цифровое видео. В результате, как уверяли разработчики, большие несжатые видеофайлы можно сохранять, извлекать и редактировать без риска потери кадров и застывания аудиопотока. Однако подобное нововведение подозрительно смахивало на откровенную рекламу SCSI-дисков, спрос на которые стал неуклонно падать.
Таким образом, быстрые интерфейсы, высокие внутренние скорости передачи и большие встроенные буферы памяти с упреждающей выборкой обеспечивают всем современным жестким дискам равномерную скорость обмена данными даже со стандартными, заданными по умолчанию параметрами настройки, вследствие чего аудиовизуальным приложениям не требуется особого «тюнинга» и специальных версий накопителей для работы с видео. Поэтому индекс AV или какой-либо другой на современных дисках вообще не ставится, а если и ставится, то носит чисто маркетинговый характер.
Если же у вас есть какие-либо проблемы или желание оптимизировать производительность современных дисков, вам можно посоветовать следующее:
• увеличить размер кэша, который буферизует обмен данными с диском в операционной системе и позволяет упреждающей выборке диска (prefetch) работать более эффективно;
• отключить средство регистрации ошибок в BIOS (S.M.A.R.T);
• отключить или ограничить чисто повторных считываний в случае возникновения ошибок в данных;
• отключить мониторинг диска.
Все вышесказанное в первую очередь касается IDE-дисков, зависимость которых от настроек системы и BIOS выше, чем у SCSI.
 |
|
IDE или SCSI?
ООпытный механик может так хорошо подготовить «запорожец», что тот сумеет обогнать «феррари». Однако не следует ожидать такой прыти от всех «запорожцев» в отношении всех «феррари». Так что уповать на какие-то сверхъестественные возможности управляющей электроники или на какие-то «секретные» настройки не стоит.
SCSI-диски (Small Computer System Interface) раньше были лучше и мощнее, чем их собратья с интерфейсом IDE (Integrated Drive Electronics — встроенный интерфейс дисковых устройств, в котором управляющая электроника размещается в самом дисководе, не требуя специальной адаптерной платы), потому что имели небольшой компьютер и некоторое количество памяти непосредственно на диске, в самом контроллере. Другими словами, интерфейс SCSI функционировал без привлечения центрального процессора, за счет чего и достигалась высокая производительность. Контроллер SCSI-диска более гибко работал с компьютером и допускал большее количество настроек, регулируемых переменными или флагами на так называемых страницах Mode Pages. Например, Write Cache Flag позволял управлять кэш-памятью диска, которой на SCSI-устройствах всегда было много — от 256 Кбайт до 1 Мбайт и выше. В общем-то, поэтому SCSI-диски всегда были дороже своих IDE-собратьев. На старых дисках этот кэш предназначался только для буферизации чтения с диска, на более новых — и для чтения, и для записи. Собственно, 90% обмена данными с диском приходится на чтение, поэтому некоторые производители попросту отключали кэширование записи.
Оптимизация дисков для использования их для видео как раз и заключалась в открытии кэш-памяти на запись, а также в некоторых других настройках, допускаемых в SCSI-контроллерах, а именно:
• выключить коррекцию ошибок, которая требует времени;
• запретить диску повторное чтение или запись при возникновении ошибки;
• запретить диску перенос плохого блока, так как переопределение блока требует много времени;
• заранее определить один большой сегмент кэша, вместо динамического выделения маленьких по мере необходимости, поскольку каждое выделение требует времени;
• отрегулировать параметры упреждающей выборки с диска с учетом того, что AV-данные, как правило, непрерывны;
• оптимизировать коэффициенты для полного и пустого буфера.
Обычно такие AV-настройки делались самими производителями дисков, но существовали и специальные программы для подобной оптимизации, например SCSI Explorer компании Adaptec (если вы считаете, что вам поможет AV-оптимизация, то можете посмотреть Dr. SCSI по адресу http://www.scsitools.com). Как видите, половина из этих настроек жертвует целостностью данных в угоду скорости передачи и равномерности потока. Конечно, при работе с видеоданными потеря нескольких байтов некритична, но для серьезной работы в других приложениях подобная «оптимизация» вряд ли будет полезна.
Со временем IDE-диски значительно продвинулись технологически и не только догнали, но и перегнали SCSI-диски по целому ряду параметров. Поэтому сегодня SCSI-диски используются все реже и реже. В частности, Microsoft Windows в Help прямо так и говорит: «Если вы не знаете, используете ли вы SCSI-устройство или нет, то, вероятно, вы его не используете».
Развитие IDE-интерфейса — новый стандарт Serial ATA (Advanced Technology Attachment — серия интерфейсов и протоколов, используемых для организации доступа к жестким дискам) уже дошел до 1,5 Гбит/с и продвигается все дальше — появилась спецификация Serial ATA 2.0 (до 6 Гбит/с). Понятно, что такие скорости интерфейсу SCSI недоступны. Пытаясь возродить SCSI, компании Hewlett-Packard, Seagate и Adaptec разработали новый интерфейс Serial Attached SCSI (SAS), который в перспективе заменит уже не удовлетворяющий требованиям быстродействия стандарт SCSI. Заявленная скорость обмена данными SAS будет составлять 3 Гбит/с, причем длина кабеля сможет достигать 8 м, тогда как аналогичный показатель для Serial ATA равен всего лишь 1 м. Предполагается, что последовательный SCSI-интерфейс, как и предыдущие версии, будет использоваться главным образом в малых вычислительных системах, корпоративных серверах и т.п., но когда появится Serial ATA 2.0, то SAS вновь останется позади.
В плане объемов IDE-диски обогнали SCSI (последние модели IDE-винчестеров тянут на 160 Гбайт) и сравнялись с ними по скорости вращения шпинделя (до 10 тыс. об./мин.). Плотность записи достигла 80 Гбайт на пластину, и запас еще есть. Правда, чтобы обеспечить такую плотность, производителям приходится дополнительно шлифовать пластины, покрывать их хромом, наносить внешнее карбоновое покрытие с целью исключения микроотверстий и т.д., а это, несомненно, удорожает конструкцию. Однако, чем выше плотность записи, тем меньше пластин в корпусе, а значит — меньше себестоимость производства, ниже рабочая температура и выше срок службы. В планах производителей значатся впечатляющие цифры: уже в IV квартале нынешнего года нам обещают накопители объемом до 250 Гбайт с плотностью 160 Гбайт на пластину, а в первой половине 2004-го эти показатели теоретически должны удвоиться.
Получается, приобретать винчестеры SCSI, которые всегда отличались весьма высокой ценой, стало просто-напросто невыгодно, а современный жесткий диск имеет только один важный критерий в отношении работы с видео — емкость.
|
|
Утилиты для тестирования и оптимизации дисков
осле
установки и ввода в эксплуатацию нового винчестера многие пользователи стараются
проверить его работу, а также произвести настройку, оптимизацию и правильную
организацию дискового пространства. Учитывая, что мы имеем дело с компонентом
системы, непосредственно влияющим на ее производительность, делать все это надо
с особой осторожностью.
Так, жесткий диск относится к числу тех компонентов, которые наиболее чувствительны к работе системной шины на нештатных частотах. И если другие компоненты после неудачного разгона компьютера способны восстановить свою работоспособность с возвратом системной шины в норму, то в случае с жестким диском можно полностью потерять все данные. Поэтому для того, чтобы «разогнать» винчестер или, напротив, «утихомирить» его, применяются специальные утилиты от производителей дисков. Одной из таких утилит является IBM Feature Tool, которая позволяет менять рабочий объем дисков, протокол шины IDE, а также управлять шумностью дисков, поддерживающих данную функцию. Дело в том, что в ряде современных дисков присутствует специальный программно доступный однобайтный регистр (Acoustic Management), содержимое которого позволяет управлять режимом поиска (перемещением головок). При записи в него числа FFh (255 dec) данная функция дезактивируется и винчестер работает в обычном режиме, то есть без снижения шума. Если же записать меньшее число (конкретная величина зависит от модели диска — от 128 до 192 в десятичной системе), то накопитель переходит в режим снижения шума, при котором скорость перемещения головок уменьшается, но среднее время доступа может значительно возрасти. Пока еще нет накопителей с плавной регулировкой времени доступа, и потому работают только две фиксированные настройки — быстрый и громкий доступ (FFh) или тихий и медленный. Хорошо, что этот параметр можно менять, не разрушая информацию на диске.
Применение указанной функции оправданно в случае «разгона» диска. Новые устройства часто поставляются с включенным тихим доступом (производители считают, что комфорт важнее), но их скорость оставляет желать лучшего. Прописав же в нужный регистр заветные FFh, можно иногда увеличить скорость почти вдвое. Впрочем, на скорости работы с потоковым видео такая оптимизация сказывается мало, ибо радикальное ускорение касается в первую очередь сильно фрагментированных файлов.
Программа IBM Feature Tool предназначена для работы с дисками компании IBM, но работает и с устройствами от некоторых других производителей, таких как Maxtor или Quantum.
Кстати, недавно вышла новая версия и для тестирующей программы — IBM-Hitachi Drive Fitness Test выполняет тестирование жестких дисков IBM (IDE или SCSI) и имеет несколько режимов тестирования, различающихся полнотой проверки диска: тестируются контроллер жесткого диска и поверхность. При этом программа может восстанавливать информацию с испорченных секторов. Обе утилиты работают с операционной системой DOS (рис. 1): инсталлятор сам создает загрузочную дискету с программой.
Впрочем, специфические аналоги подобных программ есть и у других производителей. Так, у Seagate имеется Seagate HDD Tools — утилита тестирования дисков Seagate на исправность, у Maxtor — PowerMax, а у Western Digital — Data Lifegaurd Disk Maker.
С целью диагностики и измерения производительности дисков можно пользоваться как тестовыми программами общего назначения, так и специализированными тестерами для видео.
Из общих программ мы рекомендуем Fresh Diagnose — мощное средство для диагностики и измерения производительности компонентов компьютера: процессора, дисков, видео. Программа показывает информацию обо всех компонентах, в том числе о винчестерах. Специально для дисков можно использовать утилиту HD Tach, которая определяет физическую производительность винчестеров из-под Windows 95/98/Mе/NT/2000/XP. А для всего, что касается производительности видеоподсистемы, мы рекомендуем программу Video2000 (рис. 2).
У современных устройств неплохо протестировать копирование больших файлов. Все дело заключается в оптимизации внутренней микропрограммы диска, управляющей записью и считыванием данных с пластин, алгоритмов внутреннего кэширования и обмена данных по шине IDE. Если диск уверенно побеждает при копировании файлов, то он будет хорошо работать и с потоковыми данными, к которым относятся видео и аудио.
Windows выделяет часть оперативной памяти под кэш содержимого жесткого диска и файловой системы. Простейшим способом оптимизации последнего параметра в Windows 98 является установка опции «Сервер сети» в меню «Типичная роль этого компьютера» в окне «Свойства»/«Файловая система» (в окне свойств объекта «Мой компьютер» нужно перейти на вкладку «Быстродействие» и нажать кнопку «Файловая система»). Такой режим позволит добиться максимальной производительности жесткого диска, но при большем расходе оперативной памяти. Чтобы увеличить размер кэша для данных, считанных с диска, следует задать в этом же окне максимальное значение параметра «Оптимизация упреждающего чтения». У Windows XP требуется выбрать «Лучшую производительность» (Best Performance; рис. 3), отключить мониторинг дисков (рис. 4) и отдать приоритет работе с кэшем и другими сервисами (рис. 5).
Эффективное управление работой дискового кэша Windows осуществляется программой Cacheman (рис. 6; http://www.outertech.com), которая предоставляет удобный доступ ко всем настройкам, относящимся к работе дисков, а также содержит готовые наборы настроек, оптимальных для разных типов конфигураций компьютера в зависимости от его назначения. Эта программа избавит вас от необходимости определять данные параметры в экспериментальном порядке с помощью системного монитора и вручную редактировать раздел [vcache] в файле system.ini. Бытует мнение, что максимальный объем дискового кэша (MaxCacheSize) должен равняться минимальному (MinCacheSize) и составлять 25% имеющегося объема оперативной памяти, хотя это не всегда верно. Что касается ChunkSize, то этот параметр влияет на производительность системы в меньшей степени; укажите его равным 512 либо оставьте без изменений.
Естественно, иногда проводите оптимизацию диска путем дефрагментации файлов средствами Windows, SpeedDisck из NortonUtilities и т.п. Смысл этой операции очевиден: сбор разбросанных фрагментов файлов и часто используемых данных с разрозненных участков диска на один сплошной сегмент, чтобы считывающей головке не приходилось выполнять перепозиционирование, расходуя на это дополнительное время. Процесс дефрагментации не будет длительным, если проводить его регулярно: чем реже выполняется данная операция, тем больше времени она займет.
И наконец, со временем диск забивается ненужными файлами, избавиться от которых можно несколькими способами. Можно просмотреть диск вручную, а можно задать поиск файлов по шаблону *.bak, *.tmp, *.log и т.п. или запустить стандартную утилиту Windows «Очистка диска». Особое внимание стоит уделить удалению файлов из директории Windows\Temp, которая со временем распухает до сотен мегабайт. Можно также удалить файлы из кэша Internet Explorer, который при долгой работе в Интернете разрастается до невообразимых размеров, сохраняя элементы страниц для их скорейшей загрузки при повторном посещении.
