Понимание стандартных скоростей компьютерного оборудования
Существует много недопониманий относительно скоростей различных стандартов передачи данных и хранения компьютерных данных (например, USB, SATA, DDR, PCIe, Ethernet и т. д.). Поэтому я создал несколько сводных описаний и таблиц, охватывающих основные стандарты и их скорости.
Производительность стандартов компьютерного оборудования часто рекламируется с использованием теоретических максимальных значений, измеренных в идеальных лабораторных условиях (на практике скорость передачи данных может быть ограничена контроллерами устройств, температурой или другими узкими местами). Эти цифры не обязательно отражают реальные скорости использования, но они отлично подходят для целей сравнения, поскольку четко показывают различия между технологическими поколениями.
Если мы хотим эффективно сравнивать скорости передачи данных и емкость хранения, байт может служить общим знаменателем, поскольку все данные в конечном итоге хранятся в байтах. Поэтому в этих сравнениях я буду представлять все данные в байтах, или, точнее, где это возможно, в мегабайтах в секунду (МБ/с), чтобы цифры были легко сопоставимы. Я использую МБ/с (мегабайты в секунду), потому что в настоящее время это наиболее распространенная единица измерения скорости накопителей, памяти и других внутренних компонентов, даже несмотря на то, что технически 1 МБ часто относится к 10241024 байтам в этом контексте (что формально является МиБ, как объясняется ниже). Во многих местах я значительно округляю числа для удобочитаемости. Прежде чем мы рассмотрим скорости отдельных стандартов, давайте рассмотрим основы единиц измерения.
Единицы данных и их использование
Единицы измерения данных составляют основу цифрового мира. Самой основной единицей является бит, который хранит одно двоичное значение (0 или 1). Более крупные единицы, такие как байт, килобайт, мегабайт, гигабайт и т. д., используются для измерения емкости хранения и передачи данных. В таблице ниже показаны наиболее важные единицы, их размеры и распространенные области использования.
| Единица | Сокращение | Размер (байты) | Распространенное использование |
|---|---|---|---|
| Бит | б | 1/8 байта | Скорость передачи данных (например, скорость интернета: Мбит/с, Гбит/с) |
| Байт | Б | 8 бит | Хранение символов (например, одна буква может быть одним байтом) |
| Килобайт | КБ | 1 024 байта | Текстовые файлы, простые изображения |
| Мегабайт | МБ | 1 024 КБ | MP3-файлы, небольшие программы, фотографии |
| Гигабайт | ГБ | 1 024 МБ | Фильмы, программное обеспечение, ОЗУ, емкость SSD |
| Терабайт | ТБ | 1 024 ГБ | Жесткие диски, большие базы данных, серверное хранилище |
| Петабайт | ПБ | 1 024 ТБ | Крупные центры обработки данных, облачное хранилище |
| Эксабайт | ЭБ | 1 024 ПБ | Объем интернет-данных, глобальное хранение данных |
Примечание: в таблице используется общепринятое соглашение, согласно которому КБ, МБ, ГБ и т. д. представляют степени 1024. См. следующий раздел для уточнения.
Почему 1024, а не 1000?
В вычислительной технике объемы данных основаны на двоичной системе, поскольку компьютеры используют двоичную систему счисления (0 и 1). Поэтому размер группы битов основан на степенях 2:
- 1 КБ = 2¹⁰ = 1 024 байта,
- 1 МБ = 2²⁰ = 1 048 576 байтов,
- 1 ГБ = 2³⁰ = 1 073 741 824 байта, и так далее.
Это отличается от стандартной метрической системы (СИ), где 1 кило = 1000, 1 мега = 1 000 000 и т. д. Из-за этого различия стандарт МЭК (Международной электротехнической комиссии) ввел отдельные названия для двоичных единиц, такие как:
- 1 кибибайт (КиБ) = 1 024 байта
- 1 мебибайт (МиБ) = 1 024 КиБ = 1 048 576 байтов
- 1 гибибайт (ГиБ) = 1 024 МиБ = 1 073 741 824 байта
Однако большинство операционных систем (например, Windows) и многие аппаратные контексты по-прежнему используют традиционные сокращения КБ, МБ, ГБ для обозначения двоичных единиц на основе 1024. В отличие от этого, в маркетинговых материалах, особенно для устройств хранения данных, таких как жесткие диски и SSD, часто используются метрические (на основе 1000) определения (например, 1 ГБ = 1 000 000 000 байтов). Это несоответствие объясняет, почему жесткий диск «1 ТБ» может отображаться в вашей операционной системе как примерно «931 ГБ» (потому что 1 000 000 000 000 байтов / (102410241024) ≈ 931 ГиБ).
Что представляют собой 1000 МБ данных?
(Используется 1000 МБ ≈ 1 ГБ в десятичной системе для иллюстрации)
| Тип данных | 1000 МБ примерно эквивалентно |
|---|---|
| MP3-песня (320 кбит/с, ~5 МБ/песня) | ~200 песен (~15-20 часов музыки) |
| Электронная книга (EPUB/PDF) (~500 КБ/книга) | ~2 000 книг |
| Фотография (JPEG, 12 МП) (~3 МБ/фото) | ~333 фотографии |
| HD-фильм (720p, H.264) (~1 000-1 500 МБ/час) | ~40-60 минут видео |
| Full HD-фильм (1080p, H.264) (~2 000-3 000 МБ/час) | ~20-30 минут видео |
| 4K-фильм (HEVC/H.265) (~7 000-15 000 МБ/час) | ~4-8 минут видео |
Примечание: Фактические размеры сильно различаются в зависимости от сжатия и настроек качества.
Области применения и их основные единицы измерения
- Передача данных: Скорость сети (например, интернет или Ethernet) обычно измеряется в битах в секунду (например, Мбит/с, Гбит/с), поскольку поток данных характеризуется количеством битов, передаваемых в секунду. Однако для сравнения со скоростью хранения полезно преобразовать их в байты в секунду (разделив на 8).
- Хранение: Байты и их производные (КБ, МБ, ГБ, ТБ и т. д.) используются для измерения емкости файлов, жестких дисков, SSD и модулей памяти.
- Память и устройства хранения: Емкость ОЗУ и флэш-памяти обычно измеряется в МБ, ГБ или ТБ. Серверы и центры обработки данных работают в масштабе ПБ или ЭБ.
Скорость передачи данных и расчетное время копирования
(Время рассчитано с использованием теоретических максимальных скоростей)*
| Технология | Макс. скорость (МБ/с) | Копирование 1 000 МБ (1 ГБ) | Копирование 10 000 МБ (10 ГБ) | Копирование 100 000 МБ (100 ГБ) |
|---|---|---|---|---|
| Дискета (1,44 МБ) | ~0,05 МБ/с | ~5,5 часов | ~2,3 дня | ~23 дня |
| CD-ROM (1x скорость) | 0,15 МБ/с | ~1,9 часа | ~19 часов | ~8 дней |
| USB 1.1 | 1,5 МБ/с | ~11 минут | ~1,8 часа | ~18 часов |
| Старый HDD (IDE, 5400 об/мин) | ~25 МБ/с | ~40 сек | ~7 минут | ~1,1 часа |
| USB 2.0 | 60 МБ/с | ~17 сек | ~3 минуты | ~28 минут |
| SATA HDD (7200 об/мин) | ~150 МБ/с | ~7 сек | ~1,1 минуты | ~11 минут |
| USB 3.0 (Gen 1) | ~500 МБ/с (реалистично) | ~2 сек | ~20 сек | ~3,5 минуты |
| SATA III SSD | ~550 МБ/с | ~1,8 сек | ~18 сек | ~3 минуты |
| PCIe 3.0 NVMe SSD | ~3 500 МБ/с | ~0,3 сек | ~3 сек | ~30 сек |
| PCIe 4.0 NVMe SSD | ~7 000 МБ/с | ~0,15 сек | ~1,5 сек | ~15 сек |
| PCIe 5.0 NVMe SSD | ~14 000 МБ/с | ~0,07 сек | ~0,7 сек | ~7 сек |
| Пропускная способность памяти HBM3 (на стек) | ~819 200 МБ/с | ~0,0012 сек | ~0,012 сек | ~0,12 сек |
В следующих постах я подробно описал теоретические максимальные скорости и краткие описания наиболее важных стандартов передачи данных в подробных таблицах: