Функции AHCI и как включить его поддержку в Windows 7
Advanced Host Controller Interface (AHCI) — это современный режим работы контроллеров жестких дисков, позволяющий устройствам SATA использовать ряд расширенных функции. Рассмотрим основные и наиболее актуальные из них.
Основные функции AHCI
Горячее подключение SATA дисков — Hot Swap, Hot Plug
(Hot Swap — горячая замена, Hot Plug — горячее подключение), то есть, непосредственно в процессе работы без выключения или перезагрузки компьютера.
Применительно к настольным компьютерам эта опция будет крайне полезной тем, кто работает с накопителями, подключаемыми по интерфейсу eSATA, или SATA дисками, устанавливаемыми в мобилрек.
До установки AHCI драйверов Intel в Windows это может выглядеть так:
Через значок «Безопасное извлечение устройств и дисков» можно отключать SATA диски.
После установки AHCI драйверов Intel для горячего отключения и подключения ранее отключенных дисков нужно будет воспользоваться диспетчером устройств в «Управление компьютером»:
В случае более распространенного подключения внешних накопителей — к портам USB через адаптер SATA-USB, горячее подключение/отключение доступно без AHCI.
NCQ (Native Command Queuing) – организация очереди команд
В двух словах можно сказать, что NCQ — это логистика перемещения головок диска. Если в конкретный момент времени к контроллеру жесткого диска поступило несколько запросов на чтение/запись данных, то очередность их обработки AHCI изменит так, чтобы за счет оптимизации последовательности перемещений головок обработать все запросы за минимальное количество оборотов пластин диска, то есть, за меньшее время.
Представим себе такую аналогию NCQ. Курьер (головки HDD) обслуживает некое офисное здание, на нескольких этажах которого размещаются различные организации. Каждый день курьер приносит и забирает корреспонденцию. Особенностью функционирования этих многочисленных организаций является то, что их канцелярии работают на прием и выдачу в строго определенные, причем разные, часы и прийти надо обязательно к самому началу, иначе окошко закроется. У курьера есть список организаций, которые он должен обслужить в ближайшее время.
Теперь представим себе, что курьер посещает организации строго по списку в порядке их очередности. Предположим, что первой в перечне числится организация, расположенная на n-ом этаже здания. Рано утром курьер поднимается на этот этаж, подходит к окну канцелярии и выясняет, что оно откроется ближе к вечеру (Этажи, в нашем случае, это треки, или цилиндры, жесткого диска, а часы работы – его сектора). Если курьер должен обходить организации строго по списку, то он прождет без дела до вечера, заберет документы и пойдет во вторую по списку организацию на другой этаж. Вероятность того, что приемные часы в этой организации уже закончились, достаточно высока и значит, в этот день курьер может уже ничего не забрать/передать, а будет ждать следующего дня (оборота диска HDD). Ну и так далее. Не слишком продуктивно.
Однако если изменить порядок обхода, то за один день (оборот диска) можно посетить значительно большее число организаций. Для этого надо расставить их по времени начала работы канцелярий но с учетом того, что лифт, перемещающий курьера в нашем гипотетическом здании, сам по себе не слишком быстрый (время перемещения головок на нужный трек). Если времена (сектора) близки, то начав движение на выбранный этаж к открытию окна можно и не успеть.
С другой стороны, очевидно, что если в списке на день будет всего одна организация, то никакого выигрыша не получится.
Еще в этой связи невольно вспоминается древняя синклерная игрушка, которая, если не ошибаюсь, называлась «Тапер». В ней официант пивного бара должен был не только наливать пиво посетителям, но и, перемещаясь от стола к столу, собирать пустые кружки, которые неумолимо двигались к краю. Правда, замешкаться было нельзя совсем – если кружка падала на пол, то игра тут же прекращалась. Очень похоже, логистика в чистом виде — выдать/собрать как можно больше в единицу времени за счет оптимизации перемещений.
NCQ по большей части актуальна для нагруженных серверов и систем хранения с SATA дисками. Ожидать некого драматического увеличения скорости работы обычного настольного компьютера или ноутбука от включения этой опции не стоит. Но хуже не будет точно.
Тема AHCI стала вновь актуальной в связи с широким распространением твердотельных накопителей (SSD-дисков). Режим работы Advanced Host Controller Interface включает в себя ряд функций, необходимых для быстрой и правильной работы SATA SSD-дисков. Очень важной является команда TRIM.
Команда TRIM
Команда TRIM была включена в AHCI после появления твердотельных накопителей и специально для них. Дело в том, что логика процесса записи в SSD-дисках значительно отличается от таковой в традиционных механических жестких дисках.
Наверняка многим знакомы утилиты, типа Undelete Plus, позволяющие восстановить недавно стертые файлы. Их работа основана на том, что файл только помечается в каталоге как удаленный, но физически с жесткого диска не стирается. Более того, сам накопитель ничего не знает о статусе записанной на нем информации. Помеченный как удаленный файл может оставаться на диске сколь угодно долго, до тех пор, пока он, или его части, не будут перезаписаны новыми данными.
Для обычных HDD такое положение вещей не несло в себе никакой опасности, в связи с тем, что стирание или перезапись по своей сути были одной и той же операцией и занимали одинаковое время.
В твердотельных накопителях это не так. Внутренняя логика их работы не допускает простой перезаписи данных в ячейке памяти. Для того чтобы в ранее уже задействованную ячейку памяти можно было бы что-то записать повторно, ее содержимое должно быть предварительно «обнулено». А эта операция требует дополнительного времени. Таким образом, по мере эксплуатации SSD-диска в составе компьютера с течением времени все больше и больше места на нем будет затронуто и потребуется все больше операций «обнуления» ячеек.
На самом деле все еще хуже, так как «обнулить можно» только блок памяти целиком. Чтобы не потерять записанную на нем информацию она предварительно считывается в кеш, выполняется стирание блока, данные в кеше модифицируются с учетом новых и только затем записываются на накопитель. В общем случае требуется четыре операции. Все это приводит к серьезной деградации скорости записи на твердотельный накопитель.
Команда TRIM служит связующим звеном между контроллером SSD-диска и операционной системой. Она сообщает контроллеру, какие блоки на диске действительно можно считать незанятыми, и помогает таким образом заранее физически стереть их в фоновом режиме и реально освободить место на диске. Это позволяет не допустить падения производительности операций записи на SSD.
В контексте команды TRIM уместным будет вспомнить о динамических виртуальных дисках. Такой диск представляет собой файл, который непосредственно после создания имеет небольшой физический размер, определяемый размещенной на нем системной и служебной информацией.
После первой операции записи данных на такой диск его размер увеличится ровно на столько, сколько занимают записанные данные. При каждой последующей записи физический размер виртуального жесткого диска будет увеличиваться до тех пор, пока не достигнет своего предельного значения, указанного при его создании.
Для SSD-диска этот момент будет означать начало деградации скорости.
Увеличение размера диска будет происходить даже в том случае, если перед записью часть данных с него удалить. Дело в том, что все новые блоки информации всегда записываются в конец диска.
Для того, чтобы привести размер динамического виртуального диска в соответствие с объемом записанных на него данных, системы виртуализации предусматривают процедуру сжатия. В разных системах виртуализации эти процедуры несколько отличаются, но суть при этом не меняется – если попытаться сжать динамический виртуальный диск без его предварительной подготовки, то ничего не произойдет. Физический размер диска не изменится.
Для того, чтобы процедура сжатия отработала корректно, незанятые на диске блоки должны быть предварительно обнулены. В Windows для этой цели можно использовать Precompact.iso или sdelete –c, в Linux – zerofree. Утилиты обнуления запускаются в среде виртуальной машины. Вот и аналогия с TRIM – та же пометка незанятых областей диска, без которой физическое удаление стертых блоков невозможно.
Так как TRIM полностью стирает содержимое ячеек диска, восстановление удаленных данных становится невозможным.
В Windows встроенная поддержка TRIM появилась в 2009 году начиная с Windows 7. В Linux чуть позднее – в начале 2010 года.
Проблема с AHCI в Windows 7
На самом деле никакой проблемы нет. Однако если операционная система была установлена на диск, который работал с контроллером в режиме классического IDE, то просто взять и переключить в BIOS режим работы контроллера дисков на AHCI, не получится. Если это сделать, то при следующей же загрузке работа Windows аварийно завершится с демонстрацией «синего экрана смерти» BSoD из-за того, что она не найдет загрузочный диск.
В Windows 8 эту ситуацию подправили. После включения AHCI в BIOS теперь достаточно один раз загрузить систему в безопасном режиме.
Как включить AHCI в Windows 7
Для того, чтобы включить AHCI в Windows 7, нужно сделать следующее:
- Запустить из командной строки с правами администратора редактор реестра RegEdit и открыть ветку:
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\services\msahci
Найти на правой панели ключ Start. Если у вас не включен AHCI, то значение ключа будет равно 3. Его надо поменять на 0, как показано на рисунке:
- Закрыть редактор реестра и перезапустить компьютер. Во время перезапуска зайти в BIOS и поменять режим работы контроллера жестких дисков на AHCI.
Windows 7 при старте найдет новое оборудование, установит драйверы и попросит еще раз перезапуститься. После перезагрузки компьютера жесткие диски будут работать в режиме AHCI.
Проверка включения режима AHCI в Windows 7
Открываем IDE ATA/ATAPI контроллеры в Диспетчер устройств. Убеждаемся, что там появился контроллер AHCI.
Установка драйверов AHCI
В зависимости от разновидности контроллера и материнской платы ищем и устанавливаем соответствующие драйверы для AHCI. Делать это не обязательно, но желательно.
Для владельцев материнских плат на чипсете от Intel самый свежий драйвер AHCI лучше всего поискать на официальном сайте по запросу “Intel Rapid Storage Technology”. Для моей материнской платы Intel на момент написания этой статьи наиболее подходящей оказалась версия 11.7.0 1013. Загрузить с сайта и установить нужно программу iata_cd.exe.
После инсталляции и двух перезагрузок компьютера информация о контроллерах IDE ATA/ATAPI в диспетчере устройств стала такой >
Для того, чтобы определить был ли в этом смысл, я воспользовался бесплатной утилитой AS SSD Benchmark. Полностью полагаться на ее объективность я бы не стал, но некоторое представление получить можно. Вот так выглядят полученные результаты для 60-гигабайтного твердотельного накопителя Intel 520-ой серии >
Наибольший выигрыш получился на операциях записи, а суммарный прирост скорости SSD-диска составил около 10%. Существенно.
Все должно получиться. Если по какой-то причине система загружаться отказалась, возвращаемся к исходной точке и разбираемся с материнской платой, вернее, с контроллером жестких дисков.
Если категорически что-то не получается, то еще один возможный вариант смены режима работы контроллера жестких дисков, правда, более длинный, это использование программы подготовки системы (Sysprep). Но об этом в другой раз.
Можно ли подключать SATA жесткий диск на горячую
Вопрос задан:
Есть HDD с интерфейсом SATA, используется для бекапов. Есть отдельный блок питания для этого hdd. Возникла идея вывести sata (сам data) шнур «наружу» системника и во время работы подключить вначале DATA, а потом подать питание. После чего в «диспетчере устройств» обновить параметры железа. Размонтировать обратным способом, при помощи утилит (тот же usb safely remove), потом отключить БП и отсоединить data шнур.
Насколько безопасна данная процедура? В sata вроде бы как поддерживается железный hot swap и контакты одни «ближе», а другие «подальше». Или лучше не стоит «шутить» с таким?
Вы наметили абсолютно правильный способ. Действительно, можно подключать к ПК периферийные носители информации, не только SATA но даже IDE «на горячую» в указанной вами последовательности, сперва интерфейс, потом питание, и отключая в обратной последовательности, сперва питание, потом интерфейс. На наших рабочих станциях «горячие замены» наших собственных носителей — достаточно распространенное явление. Хочу только отметить несколько дополнительных моментов.
Во-первых, если есть такая возможность, то я бы рекомендовал использовать для hot plug не штатные контроллеры на системной плате, а внешние PCI-SATA. Лично я использую контроллеры на Marwell 91xx, а особо могу порекомендовать SATA Raid контроллер на базе Silicon Image Sil 3114 как дешевый и нормально работающий. Подключая SATA диски к подобным контроллерам на горячую можно даже не жать refresh system devices, после подключения диски объявятся в списке устройств без дополнительных телодвижений. И точно так же контроллер корректно отрабатывает отключение — можно просто выдернуть винчестер и из списка устройств он исчезнет по тому же принципу, как USB девайсы — по факту отсутствия наличия 🙂 Штатные контроллеры на motherboard могут пару раз корректно подключить диск а на третий раз система упадет в BSOD. Я с таким сталкивался.
Разумеется, необходимо иметь в виду, что на момент отключения в системе не должны быть подмонтированы буквы томов. Иначе ОС может начать серьезно притормаживать или вообще зависнет. Кроме того, если отключить подмонтированный в качестве тома диск «на лету» можно получить сбой файловой системы, с последующими радостями восстановления файлов с помощью всяких разных easy recovery.
Ну и разумеется, на ПК должен быть установлен нормальный блок питания, не проседающий при подключении доп. нагрузки. Идеально — использование внешнего БП для дисков hot swap. И очень желательно, чтобы системник имел заземление.
В дополнение можете посмотреть обучающее видео, как подключать и отключать жесткий диск или SSD «на горячую» на нашем Youtube канале