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INTRO

L’anno era il 2007, e per la prima volta restammo stupiti da una nuova tecnologia: i dischi a stato solido. Uno dei primi personal computer, infatti, che utilizzava questo apparato fu, appunto nel 2007, il primo eeePc 700, su cui era installata una distribuzione di linux per il contenuto multimediale. Non ci lasciammo sfuggire l’occasione di installare un sistema operativo Windows XP e restammo stupiti della sua reattività, nonostante la sua velocità di trasferimento dati di circa 25Mb/s. Scoprimmo che il punto di forza di quella “primordiale” SSD risiedeva nei suoi tempi di accesso: una media di 3ms, una frazione spaventosamente bassa, pensando che un buon disco a 7200rpm arrivava al massimo a 25ms.

Nelle operazioni “quotidiane” di un sistema operativo tempi di accesso elevati portano ad elevati tempi di attesa: un disco, spesso, non legge sequenzialmente dati, ma cerca, legge e scrive migliaia di file al minuto sparsi qua e la per tutta la sua superficie, e questa attesa aumenta con il tempo a causa del fenomeno della frammentazione dei file a cui sono soggetti tutti i dischi con tecnologia a piatti rotanti.

In una SSD questo non accade: non importa dove sono salvati i file, quanto essi siano frammentati, non c’è attesa nell’ottenere la lettura di un blocco di dati.

Inoltre le moderne SSD sono capaci di leggere dati a velocità molto elevate, e molto più rapidamente di un disco old fashion, tanto da dare finalmente un senso alla recente presenza di controller SATA 3.0 sulle schede madri e nei moderni laptop.

In questo articolo metteremo a confronto queste due caratteristiche delle memorie di massa: velocità di trasferimento e tempi di accesso, e vedremo quanto esse siano importanti durante le operazioni di tutti i giorni.

 

L’IMPORTANZA DI UN BASSO TEMPO DI ACCESSO

Nell’introduzione si è parlato di tempi di accesso nell’ordine di millisecondi, ma quanto può essere influente una differenza di accesso dai dischi tradizionali pari a circa 15-20ms? La causa di questa importanza risiede, come abbiamo già accennato nell’introduzione, nel fatto che il sistema operativo, e in generale tutti i software, compiono migliaia di operazioni di lettura e scrittura sul disco nel corso del loro normale funzionamento. Si pensi semplicemente all’apertura di un programma come il Microsoft Word: ci vogliono una media di 20.007 operazioni[1] tra lettura e scrittura del registro e di file su disco. Ovviamente non tutte queste operazioni richiedono uno spostamento della testina di un disco tradizionale, quindi non per tutte si dovrà attendere il famoso tempo di accesso, dunque cominciamo ad applicare dei filtri: rimuoviamo le entry che riguardano il registro (che per l’ottimizzazione del sistema dovrebbe già essere in RAM a questo punto), e siamo a circa 7700 valori; ora sarà ragionevole rimuovere i “doppioni” in quanto se viene fatto accesso ad un file, esso risiederà in cache per un po’, inoltre possiamo scartare gli accessi ai font, che vengono caricati all’avvio del sistema. Scendiamo a 368. Trecentosessantottooperazioni, con un tempo di accesso di una SSD di un millisecondo, otteniamo un tempo di attesa di 0,037 secondi. Con un disco tradizionale e con un buon tempo di accesso medio di 15ms si ha un tempo di attesa del software, dovuto solamente allo spostamento della testina,pari a 5,5 secondi, ovvero un tempo 200 volte superiore. Vi ho convinto? Bene, ora pensate a quante operazioni su disco potrebbe richiedere il caricamento di un sistema operativo…

 

L’IMPORTANZA DI UN’ALTA VELOCITA’ DI TRASFERIMENTO

Nel corso degli anni abbiamo visto evolversi i dischi rigidi in molti modi: sono diventati più capienti, più affidabili, e soprattutto più veloci nel trasferire dati.  L’aspettativa di vedere sistemi operativi sempre più performanti, però, non è stata del tutto mantenuta: il disco rigido non sempre faceva la differenza. Si poteva avere una configurazione hardware molto economica con una reattività del sistema operativo del tutto inaspettata, così come si poteva rimaner delusi da un assemblaggio elitecon un disco Raptorda 10.000 giri al minuto. Morale della favola: il disco rigido non ha quasi mai fatto la differenza; non nelle operazioni di tutti i giorni.

 

SATA 2.0 vs SATA 3.0

Come si sarà sicuramente notato, ultimamente si sta diffondendo sempre di più la presenza di controller Serial ATA v.3.0 all’interno dei personal computer. Questo nuovo standard, oltre ad avere ottimizzazioni quali per esempio il Native Command Queuing[2], garantisce una velocità reale di trasferimento dei dati di ben 4.8Gb/s; ovvero di 600 Megabyte al secondo. Il perché di questa evoluzione, dato che i dischi rigidi tradizionali raramente superano la velocità di trasferimento dei dati di 150Mb/s, ricade appunto nelle SSD, le quali sono in grado di trasferire dati per oltre 500 Megabyte al secondo. Il nostro laboratorio non poteva lasciarsi sfuggire l’occasione di provare la differenza tra un “vecchio” controller SATA2 e un più recente SATA3. In Fig.1 e in Fig.2 si possono notare le differenze tra i due controller: abbiamo testato la stessa unità SSD (Kingston V200+ 120Gb) su due controller differenti della stessa macchina; le differenze sono sorprendenti, sembrerebbe che la scelta di sviluppare un controller che garantisce una velocità di trasferimento dati superiore sia stata azzeccatissima.

 

Figura 1: Kingston V200+ 120Gb su SATA 2.0

Figura 2: Kingston V200+ 120Gb su SATA 3.0

Il pensiero di tutti era il seguente: “Chissà le differenze nel sistema operativo!!”. Immaginate la delusione quando abbiamo misurato i tempi di caricamento di un sistema sull’uno e sull’altro controller e abbiamo scoperto che in realtà non c’è alcuna dissomiglianza: i tempi erano gli stessi. In effetti eravamo stati troppo frettolosi nell’aspettarci diversità, come si può notare dalle Figure 1 e 2, infatti, l’unità SSD dà il suo meglio quando si trova a dover leggere e scrivere dati da una certa dimensione in su. Un sistema operativo, come abbiamo già ripetuto più volte, tende a leggere e a scrivere molti piccoli file, e trae giovamento da bassi tempi di latenza più che da velocità di trasferimento elevate. Nei due controller i tempi di latenza sono gli stessi, di conseguenza non c’è alcun motivo di aspettarsi differenze.

In seguito ad un test di trasferimento dati tra una SSD e un disco tradizionale (una configurazione standard in cui si installa un sistema su di un SSD e si tengono dati su un disco classico) si è notato che non c’è differenza nel lavorare su di un controller SATA2 o un SATA3: i tempi di trasferimento dei file erano gli stessi. Facilmente spiegabile pensando che i dischi tradizionali sono più lenti delle velocità teoriche di trasferimento del controller SATA3.

Ma allora PERCHE’?? Cosa me ne faccio di tutti quei bei mostruosi numeretti sul test??

La figura 3 fornisce la risposta.

Figura 3: Trasferimento file tra due SSD.

Se pur auto esplicativa forniamo un po’ di contesto: da un lato c’è una Kingston V200+ 240Gb, dall’altro una SSD Samsung 830 Series 256Gb, entrambe su un controller SATA3. Semplicemente incredibile. C’è da dire, però, che questa sarebbe una configurazione abbastanza poco comune e abbastanza dispendiosa: un sistema su una SSD e lo storage su di un’altra SSD. Dal punto di vista dell’utente non ci sarebbe motivo di spendere così tanti soldi per averne una.

Ma immaginate il seguente scenario: un fotografo professionista che elabora filmati FULL-HD con Adobe Premiere. Se vi è già venuto il latte alle ginocchia pensando ad aggiungere un effetto su di un progetto che ha raggiunto una certa dimensione sapete di cosa sto parlando. Potevamo forse lasciarci sfuggire l’occasione di installare il Premiere su di una SSD e avere la cartella di lavoro sull’altra? Ovviamente no. I risultati? Sembrava di star costruendo una presentazione PowerPoint. Magari il SATA3 non è poi così tanto male…

 

CONCLUSIONI

E’ apparso chiaro che il collo di bottiglia dei sistemi moderni è il disco rigido. Processori potenti, controller performanti e RAM ultraveloci non possono far altro rimanere in attesa, aspettando che le unità di memorie di massa forniscano loro i dati di cui hanno bisogno. Con le SSD i sistemi attuali possono esprimersi al meglio, e i personal computer più datati possono risorgere.

 

Ho visto Compaq 615 caricare Windows in meno di 5 secondi, e ho visto processori Celeron schizzare come se qualcuno avesse tagliato loro un’immaginaria corda che li teneva legati stretti alla piastra madre. Ma queste cose non andranno perdute nel tempo.

E’ tempo di provare questa nuova tecnologia. E una volta provata, non tornerete più indietro.

 

[1] Test effettuati mediante il software Process Monitor.

[2] Per approfondimenti consultate il link http://www.sata-io.org/technology/ncq.asp direttamente sul sito dell’organizzazione internazionale Serial Ata.

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