Ultra ATA ハードディスクの採用について

志田晃一郎
2000 年 1 月 29 日

概要

これまで PC のハードディスクドライブのインターフェースは ATA よりもSCSI のほうが優れているといわれてきた．しかし現状ではほとんどの場合 Ultra ATA が優れた選択である．研究室でも，今後は Ultra ATA ディスクへ移行する．

1. ハードディスクインターフェース技術の変化

1.1 ハードディスクの読みだし速度

磁気ヘッドとディスクの間のデータの読み書き速度は記録密度が上がることとほぼ比例して高くなっています．実際には，シーク時間や回転待ち時間があるので，順次アクセスの理想的な場合でも実際に観測される転送速度はこれより低く，ランダムアクセスでは数十分の一になります． IBM のハードディスクの例を示します．

順次読み書き速度
名前 I/F 容量年読み書き速度保有台数

DCAS34330 U-SCSI 4.3GBytes '97 8~13MBytes/s 7(シリーズ合計)

DDRS34560 UW-SCSI 4.5GBytes '98 13~21MBytes/s 5(シリーズ合計)

DNES309170 UW-SCSI 9.1GBytes '99 22~30MBytes/s 4

DPTA351500 U-ATA/66 15GBytes '99 31MBytes/s 1

順次読み書き速度
名前	I/F	容量	年	読み書き速度	保有台数
DCAS34330	U-SCSI	4.3GBytes	'97	8~13MBytes/s	7(シリーズ合計)
DDRS34560	UW-SCSI	4.5GBytes	'98	13~21MBytes/s	5(シリーズ合計)
DNES309170	UW-SCSI	9.1GBytes	'99	22~30MBytes/s	4
DPTA351500	U-ATA/66	15GBytes	'99	31MBytes/s	1

インターフェースの速度はこのように読み書きしたデータを主メモリとやり取りするもので，読み書き速度とは独立です．読み書き速度よりインターフェース速度の方が速くないとドライブの全性能が発揮されません．

1.2 SCSI

現在研究室にある SCSI インターフェースには四種類があります． PCI スロットに挿す別売りカードを介してつなぎます．普通の (Narrow) SCSI と Wide では信号線の本数が違っていて，併用するには変換コネクタが必要です．

SCSI インターフェースの種類
名前最高転送速度信号線ボード保有枚数

SCSI 5MBytes/s 50 PowerMac6100,7100 内蔵 3

Fast SCSI 10MBytes/s 50 AHA2940,DC390 3

Ultra SCSI 20MBytes/s 50 DC390U 6

Wide Ultra SCSI 40MBytes/s 68 DC390F 3

Wide Ultra 2 SCSI 80MBytes/s 68 AHA2940U2W 1

SCSI インターフェースの種類
名前	最高転送速度	信号線	ボード	保有枚数
SCSI	5MBytes/s	50	PowerMac6100,7100 内蔵	3
Fast SCSI	10MBytes/s	50	AHA2940,DC390	3
Ultra SCSI	20MBytes/s	50	DC390U	6
Wide Ultra SCSI	40MBytes/s	68	DC390F	3
Wide Ultra 2 SCSI	80MBytes/s	68	AHA2940U2W	1

これより Fast SCSI は一世代前のドライブですでに限界に達し，最新のドライブでは Ultra SCSI でもインターフェースの転送速度がドライブに追い付かないことが分かります．一方 MO （最大 4MBytes/s）やスキャナなどの周辺機器は今後とも Fast SCSI で十分でしょう． Narrow SCSI では一つのインターフェースに七台まで， Wide SCSI では十五台までつなげます．

1.3 ATA と Ultra ATA

ATA コネクタはどのマザーボードにもついているので，カードを買う必要はありません．マザーボードにはコネクタが二つあり，それぞれ二台つなげるので，合計四台までです．

ATA インターフェースの種類
名前最高転送速度研究室のマザーボード保有枚数

PIO 3 約 6MBytes/s OS の都合で DMA モードにならない場合 1

DMA 3 16.6MBytes/s Pentium Pro (440FX Chip Set)マザー 3

Ultra ATA/33 33Mbytes/s K6-2 マザー，Celeron/PII/PIII (440BX) マザー 9

Ultra ATA/66 66Mbytes/s Athlon マザー 4

ATA インターフェースの種類
名前	最高転送速度	研究室のマザーボード	保有枚数
PIO 3	約 6MBytes/s	OS の都合で DMA モードにならない場合	1
DMA 3	16.6MBytes/s	Pentium Pro (440FX Chip Set)マザー	3
Ultra ATA/33	33Mbytes/s	K6-2 マザー，Celeron/PII/PIII (440BX) マザー	9
Ultra ATA/66	66Mbytes/s	Athlon マザー	4

IDE(ATA) ディスクは遅いといわれたのは PIO （プログラムドアイオー）モードで動作していた時代で，これは転送速度が遅いのに加え， CPU にも負荷がかかったのです． DMA （ダイレクトメモリアクセス）モードでは CPU が介在しないので，速度も速く，CPU の負荷も SCSI と変わらないくらい低いのです．かつて SCSI の方が良いといわれた CD-R ドライブも ATA インターフェースに接続するもの (ATAPI) が多くなっています．

最近のドライブはほとんどが U-ATA/66 対応になっています．しかしマザーボードや OS が対応しない場合には，自動的に低い転送速度のモードになります． U-ATA/33 なら最新型ドライブでもいけることが分かります．

OS の U-ATA 対応
対応 Windows98, FreeBSD-3.x, Linux 2.x

M/B 附属のドライバーで対応 Windows NT4.0

未対応 FreeBSD-2.x （PIO モードになる）

OS の U-ATA 対応
対応	Windows98, FreeBSD-3.x, Linux 2.x
M/B 附属のドライバーで対応	Windows NT4.0
未対応	FreeBSD-2.x （PIO モードになる）

2. コストの比較

ドライブの記憶容量1バイト当たりの値段は，SCSIの方が三倍高いのです．

ドライブの値段（2000 年 1 月現在）
I/F 型番容量値段 1GB 当たりの値段

SCSI DNES309170 9.1GB 25,000円 2750円

SCSI DNES318350 18.3GB 44,000円 2400円

U-ATA DPTA351500 15GB 14,000円 930円

U-ATA DPTA352200 22GB 18,000円 820円

ドライブの値段（2000 年 1 月現在）
I/F	型番	容量	値段	1GB 当たりの値段
SCSI	DNES309170	9.1GB	25,000円	2750円
SCSI	DNES318350	18.3GB	44,000円	2400円
U-ATA	DPTA351500	15GB	14,000円	930円
U-ATA	DPTA352200	22GB	18,000円	820円

一方 SCSI はドライブと別にインターフェースカードが必要です． 80MBytes/s の転送速度の Ataptec 2940U2W は 4 万円します．これは新しいマザーボードと CPU がセットで買える値段です．手持ちの Fast/Ultra カードを使い続ければ，そのお金はかかりませんが，最新ドライブの性能は発揮できないことになります．

3. 検討

3.1 研究室での実績

今まで見てきたように，1997 年に登場し '98 年以降に普及した Ultra DMA モードによって，IDE と SCSI の立場は逆転し，それまでの常識が破られました．研究室では，これまで todoroki (Linux) と sinagawa (Win98) で U-ATA ドライブを運用し問題がないことを確かめています． seta もドライブはそうですが FreeBSD のバージョンの関係で PIO モードで動作しています．しかしそれでも性能上の問題はありません．

3.2 方針

今後ドライブの交換は原則として IDE(Ultra ATA) ドライブにします． SCSI カードのささっている PC であっても．
Ultra ATA でないマザーボードは，いずれ取り替えます．
PC 用 SCSI カードはなるべく買いません．
SCSI の MO，CD-ROM などもこれから買うのはなるべく ATAPI インターフェースにします．

3.3 SCSI を使う場合

Alpha Station （Ultra ATA インターフェースなし）． okusawa/futako は Ultra SCSI，それ以降は Ultra Wide．
PowerMacintosh 6100/7100（Ultra ATA インターフェースなし）．
tokyo （ファイルサーバでドライブ数が多い）．ただし安価な IDE-RAID カードが出てきているので，将来採用する可能性はある．

3.4 まとめ

マシンの性能はハードディスクに大きく左右される．これまでマザーボードや CPU を交換してもディスクはそのままという例が多かったが，最近のドライブは容量速度とも大きくく向上しており，古いドライブのままでは足を引っ張られることになる．今後はハードディスクの交換も積極的に行ないたいので，皆さんも協力して下さい．

以上よろしく．

この文章は，高橋君の示唆によりまとめました．