Производительность флэш-памяти
Евгений Рудометов
www.rudometov.com
Производительность карточек флэш-памяти, выпускаемых многочисленными полупроводниковыми компаниями, определяется не только декларируемыми и приведенными на карточках показателями, но и аппаратно-программными средствами используемых компьютеров и карт-ридеров
Среди различных вариантов энергонезависимой памяти все возрастающей популярностью пользуется флэш-память. Представленная миниатюрными карточками различных форм-факторов и стандартов она хорошо вписывается в архитектуру современных мобильных устройств. Отсутствие же в конструкции движущихся механических элементов обеспечивают энергоэкономичность и высокую надежность хранения информации в условиях вибраций и ударных нагрузок. Данные особенности способствуют быстрому внедрению и росту популярности этого типа памяти.
Оценивая достоинства карточек флэш-памяти, следует отметить, что наибольшее распространение получили модели стандартов Secure Digital Card (SD) и MultiMedia Card (MMC). Их емкость в настоящее время находится в диапазоне 16 Мбайт – 4 Гбайт, а массовые модели начинаются уже с 256 Мбайт. Благодаря быстрому снижению цен на рынке все чаще присутствует модели, относящиеся к верхнему диапазону емкости.
Неформальное введение
Карточки флэш-памяти выпускают многие известные компьютерные компании, и их число постоянно увеличивается. Они отличаются ценой, оформлением, емкостью и производительностью.
Обычно первые два параметра не вызывают вопросов. Действительно, цену карточек флэш-памяти определяет рынок. Оформление же их сводится исключительно к варьированию цветовой раскраски корпусов и использованию ярких наклеек. Что же касается емкости и производительности, то эти характеристики требуют более подробного пояснения.
Здесь следует напомнить, что емкость элементов памяти исчисляется в байтах и их производных: килобайтах (Кбайт), мегабайтах (Мбайт), гигабайтах (Гбайт) и терабайтах (Тбайт). Каждая из этих единиц формируется умножением предшествующей единицы на коэффициент 1024, представляющий собой 2 в степени 10. Это означает, что 1 Тбайт = 1024 Гбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Кбайт = 1024 байт. Таким образом, например, 1 Тбайт = 1024 * 1 Гбайт = 1024 * 1024 * 1 Мбайт = 1024 * 1024 * 1024 * 1 Кбайт = 1024 * 1024 * 1024 * 1024 * 1 байт. Желающие могут убедиться, что 1 Тбайт = 1 099 511 627 776 байт, а 1 Гбайт = 1 073 741 824 байт.
Остается отметить, что выбор 1024 не является случайным. Такой коэффициент оказался удобным при работе в двоичной арифметике, а компьютер, как известно, является вычислительной машиной, оперирующей двоичными числами (0 и 1) по соответствующим правилам булевской (двоичной) математики.
Однако производители элементов памяти уже давно исчисляют емкость своих изделий не в двоичных, а в десятичных единицах. Это означает, что 1 Тбайт равен 1000 Гбайт, а не 1024 Гбайт, как это можно было бы ожидать из названия единицы измерения. Таким образом, в изделиях памяти 1 Тбайт = 1000 Гбайт = 1 000 000 Мбайт = 1 000 000 000 Кбайт = 1 000 000 000 000 байт, то есть емкость исчисляется в тысячах, миллионах, миллиардах и триллионах байт.
Перевод же значений емкости в привычные килобайты, мегабайты, гигабайты, и терабайты с коэффициентом 1024 вместо 1000 приводит показатели емкости к несколько более скромным результатам. Кстати, с ростом емкости разница возрастает: при 1 Тбайт — 10%, 1 Гбайт — 7,4%.
Объяснение выбора меньших множителей объясняется очень просто: в миллионах и миллиардах байт показатели емкости выглядят внушительнее. А это означает, по мнению маркетологов компаний-производителей, большую привлекательность изделий в глазах потенциальных покупателей.
Итак, например, значение 512 Мбайт», приведенное на карточке флэш-памяти означает 512 000 000, а «1 Гбайт» — 1 000 000 0000 байт.
Теперь о производительности. Здесь, как и в случае оптических дисков, используются коэффициенты кратности. Они могут быть, например, 60X, 66Х, 80X, 100X, 133X и т. д. В качестве единицы выбрана скорость обмена, равная 150 Кбайт/с. Таким образом, карточка флэш-памяти, помеченная, скажем, значением 80X, должна обеспечивать обмен информацией со скоростью 12 Мбайт/с (80*150 Кбайт/с), а карточка с коэффициентом 100Х — 15 Мбайт/с (100*150 Кбайт/с).
Из приведенных примеров видно, что чем больше коэффициент, тем выше производительность карточки флэш-памяти. Необходимо отметить, что и здесь не обошлось без некоторого лукавства со стороны производителей. Дело в том, что скорость в режиме записи информации отличается от скорости считывания: изменение информации требует большего времени, чем простое чтение. Связано это с особенностями работы флэш-памяти.
И как здесь поступить производителям, имея «на руках» два значения для двух режимов? Для какого режима указывать коэффициент производительности? А как бы вы поступили на их месте, учитывая жесткую конкуренцию в данном секторе рынка? Вообще говоря, особого выбора в таких условиях у производителей нет. В результате мы имеем на карточках флэш-памяти большее значение, то есть то, которое соответствует режиму считывания.
Остается отметить, что все это касается и карточек стандартов SD, и карточек стандартов MMC. Остается только в этом убедиться, выполняя соответствующие тесты. Но это, вообще говоря, не трудно. А вот то, что получилось в результате, приведено ниже.
Тестирование
Для тестирования были выбраны флэш-карточки от нескольких производителей. Карточки отличаются разной ценой, емкостью и производительностью. Три из них — SD, а четвертая — MMC Plus (MMC+). При этом наиболее емкие представлены карточками SD и MMC+. Они выпущены одним производителем — компанией Apacer, имеют высокие значения емкости — 2 Гбайт и производительности — 150Х и 290Х. Третья модель — SD выпущена компанией Transcend, имеет емкость 1 Гбайт и коэффициент производительности 80Х. Четвертая модель — SD, компания Kingston, без указания коэффициента производительности.
Внешний вид выбранных для тестирования моделей представлен на рис. 1, а параметры двух наиболее емких моделей — в таблице 1.
Рис. 1. Карточки флэш-памяти, выбранные для тестирования
Таблица 1. Основные параметры Apacer MMCplus 290X 2 Гбайт и Apacer SD 150X 2 Гбайт
Характеристики |
Apacer MMCplus |
|
Совместимость со спецификацией, версия |
4.1 |
1.1 |
Максимальная скорость чтения, Мбайт/с |
43,5 |
22,5 |
Максимальная скорость записи, Мбайт/с |
11 |
15 |
Напряжение питания, В |
3,3 |
3,3 |
Размеры, мм |
24х32х1,4 |
24х32х2,1 |
Вес, г |
1,3 |
2 |
Учитывая ориентацию карточек флэш-памяти SD/MMC+ на сектор мобильных устройств, их работу целесообразно оценивать совместно с мобильными системами, дополненными соответствующими карт-ридерами.
В качестве тестового компьютера был использован ноутбук Fujitsu Siemens Amilo M1420. Этот компьютер имеет в своем составе: процессор — Intel Pentium M 735 с ядром Dothan и тактовой частотой 1,7 ГГц, чипсет — Intel 855GME + ICH4M, встроенный видеоадаптер — ATI MOBILITY RADEON 9600 PRO c 128 Мбайт RAM, оперативная память — 512 Мбайт DDR333, HDD — 80 Гбайт. Совместно с компьютером использовался карт-ридер Transcend (Рис. 2).
Рис. 2. Карт-ридер
Результаты тестирования карточек флэш-памяти представлены в таблице 2 и на Рис. 3.
Таблица 2. Результаты тестирования карточек SD/MMC+
Тесты |
Apacer |
|
Transcend |
|
WinBench 99/Disk Access Time (Milliseconds) |
1,11 |
1,67 |
1,64 |
10,8 |
WinBench 99/Disk Transfer Rate: Beginning (Thousand Bytes/Sec) |
1760 |
7070 |
7060 |
6870 |
WinBench 99/Disk Transfer Rate: End (Thousand Bytes/Sec) |
1760 |
7070 |
7060 |
6870 |
Рис.3. Результаты выполнения теста WinBench 99/Disk Transfer Rate
Результаты, прямо сказать, получились неожиданными. Действительно, ни одна из карточек с объявленными показателями производительности не продемонстрировала декларируемые скорости обмена данными. Как следует из результатов тестирования, значения оказались существенно более низкими: отличия в разы. И что самое интересное, карточка MMC+, производительность которой была объявлена как 290Х, оказалась аутсайдером. Ее легко обогнали другие представители выбранного множества карточек флэш-памяти. А должно было бы быть с точностью наоборот. И это удивительный результат.
На этом можно было бы поставить точку, но трудно было поверить, что уважаемый производитель мог так ошибиться. Конечно, можно было бы все списать на неисправность оборудования или на неожиданно вышедшие из строя карточки флэш-памяти. Но во все это трудно было поверить.
Оставалось внести изменения в тестовое оборудование и повторить эксперимент.
Удивительно, но карт-ридер от неизвестного производителя не смог реабилитировать карточки: результаты оказались даже несколько слабее тех, которые были получены в тестировании с помощью предыдущего комплекта.
Но вот замена карт-ридера на другую модель, кстати, также от Transcend, все расставила на свои места. Данный карт-ридер приведен на Рис. 4.
Рис. 4. Карт-ридер, обеспечивший высокие скорости работы карточек флэш-памяти
Результаты тестирования с описанным выше компьютером и с этой моделью карт-ридера приведены в таблице 3 и на Рис. 5.
Таблица 3. Результаты тестирования карточек SD/MMC+
Тесты |
Apacer |
|
Transcend |
|
WinBench 99/Disk Access Time (Milliseconds) |
0,753 |
1,12 |
1,04 |
8,6 |
WinBench 99/Disk Transfer Rate: Beginning (Thousand Bytes/Sec) |
32 700 |
19300 |
11 300 |
9640 |
WinBench 99/Disk Transfer Rate: End (Thousand Bytes/Sec) |
32 200 |
19500 |
11 400 |
9640 |
Рис.5. Результаты выполнения теста WinBench 99/Disk Transfer Rate
Приведенные результаты тестирования свидетельствуют о том, что карточки флэш-памяти Apacer MMCplus 290X 2 Гбайт и Apacer SD 150X 2 Гбайт действительно характеризуются не только большой информационной емкостью, но высокой скоростью передачи данных. При этом скоростные параметры выбранных карточек SD/MMCplus, выпускаемых компанией Apacer, как и ожидалось, оказались существенно выше аналогичных характеристик двух других моделей.
Что же касается разницы в производительности между реальными и объявленными значениями, то это объясняется особенностями использованных тестов, вычисляющих интегрированную оценку производительности, учитывающую как операции чтения, так и записи. Кроме того, объявленная «скорострельность» является, вообще говоря, пиковой, и она зависит как от аппаратно-программных средств компьютера, так и от модели карт-ридера. Тем не менее, можно заметить, что места в своеобразном рейтинге распределись в соответствии с объявленными производителями коэффициентами производительности.
В заключение, следует еще раз отметить, что тестирование показало, что не все карт-ридеры «одинаково полезны» Объясняется это тем, что далеко не все они в полной мере поддерживают стандарты, установленные для карточек флэш-памяти и карт-ридеров. К сожалению, очень редко, когда в сопровождающих карт-ридеры документах приведен перечень поддерживаемых ими стандартов. К слову сказать, как правило, отсутствуют подобные характеристики и в большинстве других устройств, использующих карточки флэш-памяти. К таким устройствам относятся многочисленные ноутбуки, КПК, аудио и видеоплееры, коммуникаторы, смартфоны, телефоны и т. п.
Учитывая все это, очень трудно дать рекомендации, как выбирать оптимальные модели. Вероятно, наилучший способ — это тестирование. Как альтернативный вариант, можно воспользоваться советами авторитетных специалистов, друзей, продавцов компьютерных магазинов.
Итак, оценивая полученные в процессе тестирования результаты, необходимо помнить, что скоростной потенциал карточек флэш-памяти удается реализовать в максимальной степени только с помощью использования соответствующих технических средств, поддерживающих необходимые стандарты и спецификации.
Модули флэш-памяти MMCplus 290X 2 Гбайт и SD 150X 2 Гбайт были предоставлены европейским представительством компании ApacerTechnology Inc.