| |
В недрах жестких дисков
(HDD)
Продолжение, начало в МК №21 (296), 25 (300), 40 (315).
Сегодня я предлагаю разобраться с основными интерфейсами,
которые широко используются для подключения накопителей.
Интерфейс обмена данными
Интерфейсом накопителя на жестких магнитных дисках, образно
говоря, принято называть набор электроники, соединительных
приспособлений и протокола передачи данных (т.е. языка общения
между устройствами), которые выполняют обмен данными между
компьютером и контроллером HDD.
Ввиду того, что HDD устанавливаются не только в привычные нам
персональные компьютеры, но и в массу другой техники (бытовая и
переносная техника, банкоматы и многое другое), то в этой статье
под словом «компьютер» следует понимать устройство, к которому
подключается жесткий диск.
Общаемся параллельно
История возникновения параллельного интерфейса уходит корнями в
далекие 1983–1984 годы. После выхода в мир жесткого диска модели
AT ( Advanced Technology) производства IBM, компании Western
Digital и Compaq решили встроить AT-совместимый контроллер прямо
в накопитель (до этого он находился на материнской плате). Это
позволило унифицировать подключение жестких дисков и снизить
стоимость связки контроллер–жесткий диск, так как отпала
необходимость в поддержке разных стандартов контроллеров HDD
средствами материнской платы. Этот тип интерфейса получил
название ATA ( AT Attachment — в переводе
«дополнение/прикрепление к AT»), который широко известен также
под именем IDE ( Integrated Drive Electronics — «электроника,
интегрированная в привод»). В связи с тем, что стандарт АТ
предусматривал подключение к ISA-шине (предшественница PCI), а
она была 16-ти разрядная, то АТА-интерфейс также остался 16-ти
разрядным (и по сей день).
После официального утверждения стандарта он имел следующие
характеристики: подключение до двух устройств на один канал
(конфигурируются при установке как master и slave) ( рис. 1);
режимы передачи данных PIO ( Programmed Input/Output —
«программируемый ввод-вывод») 0, 1, 2 и DMA ( Direct Memory
Access — «прямой доступ к памяти») 0, 1, 2. Более подробно эти
стандарты были описаны в статье Владимира СИРОТЫ «PIOнеры
АТА-интерфейса» (МК №40 (263)). Рассмотрим их кратко. Протокол
PIO предусматривает управление режимом обмена данных между ОЗУ и
накопителем с помощью центрального процессора. Протокол DMA,
напротив, обеспечивает обмен данными напрямую между памятью и
накопителем — благодаря чему процессор занимается в это время
более важными делами (например, просчитывает траекторию полета
курсора :-)).
ATA-интерфейс первоначально разрабатывался исключительно для
подключения жестких дисков, но возросшая популярность таких
устройств, как CD-ROM, дисководов и других встраиваемых
носителей информации заставила разработчиков ввести расширение
стандарта — ATAPI ( ATA Packet Interface — «пакетная передача
данных»). Разработчики также ввели более быстрые режимы передачи
данных — PIO 3, 4 и Ultra DMA 33 (33 — скорость передачи данных,
Мб/с). Также была введена расширенная система диагностики,
которая в процессе развития получила название SMART.
В процессе дальнейшего развития АТА-интерфейса в основном
повышалась скорость передачи данных — Ultra DMA 66, 100 и 133.
Для подключения использовался 40-жильный кабель. При передаче
данных по стандартам выше Ultra DMA 33 возникла неприятность —
паразитная емкость, возникающая между соседними проводниками в
соединительном кабеле, сводила на нет дальнейшее повышение
скорости. Поэтому для более скоростных режимов пришлось
применить другой, 80-жильный кабель, который содержал все те же
40 «сигнальных жил», а между ними расположились экранирующие
жилы, соединенные с общим проводом. Эти две разновидности
кабелей (шлейфов) используются и по сей день.
Скази — не сказки
Параллельно с параллельным :-) интерфейсом развивался еще один
тип — SCSI ( Small Computer System Interface). Появился
SCSI-интерфейс в конце 70-х — начале 80-х годов прошлого века
благодаря организации Shugart Associates System Interface и
вначале назывался SASI. После официального утверждения
интерфейса он получил знакомое нам название SCSI (в народе — «скази»).
Основным его преимуществом является возможность освобождения
шины для другого устройства при выполнении длительных операций
(например, чтения, записи или поиска) и возможность изменения
очередности команд NCQ ( Native Command Queuing). Эти свойства
позволили существенно поднять производительность передачи
данных. Вторым преимуществом является то, что интерфейс не
привязан конкретно к средствам хранения данных, и может быть
использован любым устройством (например, сканером), кроме того,
подключенные устройства могут общаться друг с другом напрямую.
Третьим преимуществом SCSI является возможность подключения до
семи устройств ( рис. 2), тогда как ATA обеспечивает максимум
два на канал.
А теперь кратко о технологии NCQ. Эта технология позволяет
накопителю получать сразу несколько команд (до 128) и
самостоятельно изменять очередность их выполнения, оптимизируя
перемещения магнитной головки HDD.
Преимуществ у SCSI-интерфейса над АТА много, но препятствием
большой популярности стала высокая стоимость его организации.
Этот интерфейс применяется преимущественно в
высокопроизводительных станциях и устройствах, требующих высокой
пропускной способности. Он также довольно широко применялся для
подключения первых CD-ROM’ов, стримеров, сканеров и т.д.
В процессе развития появилось достаточно большое количество
версий SCSI-интерфейса, например: Wide SCSI, Ultra SCSI, Ultra
Wide SCSI и другие ( таблица 1).
Последовательно быстрее
В связи с непрекращающимся ростом производительности дисковых
систем начали возникать трудности (куда без них ). Параллельный
АТА-интерфейс уже не мог существенно поднять пропускную
способность, не претерпевая значительных конструктивных
изменений. Изменение протоколов и сам процесс передачи
представляли большую угрозу, так как это влекло за собой
несовместимость новых накопителей и старых материнских плат.
В 1999 году семь крупных производителей — Intel, IBM, Seagate,
Maxtor, Quantum, APT Technologies и Dell — объединились в «Serial
ATA Working Group». В связи с тем, что параллельный интерфейс
передачи данных практически исчерпал свои возможности, было
принято решение о разработке совершенно нового последовательного
интерфейса для подключения жестких дисков — Serial АТА. Несмотря
на новизну решения, уже в 2000 году в период проведения
ежегодных IDF ( Intel Developer Forum) компания Intel
представляет предварительную спецификацию нового интерфейса. К
концу лета с конвейера сошел первый жесткий диск с
последовательным интерфейсом. И уже в конце года была
представлена финальная первая версия Serial АТА интерфейса.
Итак, посмотрим, что тут изменилось. Прежде всего, бросается в
глаза возросшая пропускная способность — до 150 Мб/с (существует
возможность поднять скорость до 300 Мб/с или даже до 600 Мб/с).
Длина кабеля может достигать 1 метра. Напряжение питания
опустилось с 5 В (для АТА) до 3.3 В.
Обеспечивается совместимость по командам и регистрам с
параллельным интерфейсом, что позволяет программному обеспечению
не замечать изменения интерфейса передачи данных. Ну и самое
интересное — возможность «горячей» (т.е. без выключения питания
ПК) замены HDD или другого подключенного накопителя, что особо
актуально для серверных систем, где выключение питания очень
нежелательно. Эта возможность включена в спецификацию второй
версии интерфейса. И последнее — в новом интерфейсе применен
небольшой разъем и тонкий провод (7-жильный), что благоприятно
сказывается на циркуляции воздуха в корпусе системы. К
интерфейсу возможно подключение одного устройства на канал (
рис. 3). К недостаткам интерфейса с точки зрения пользователя
можно отнести не очень надежное крепление интерфейсного кабеля
(в первую очередь это касается разъема на материнской плате).
Не успел этот интерфейс обрести широкую популярность, как в
конце 2002 года появилась его новая спецификация — Serial АТА II.
В этой версии были исправлены мелкие недоработки, в том числе
усовершенствовано крепление кабеля. Возросла максимальная
пропускная способность — до 300 Мб/с. Также в спецификации
появилась новая функция, ранее присущая только SCSI-интерфейсу —
технология изменения очередности команд NCQ.
SCSI наносит ответный удар
Появление Serial АТА интерфейса вовсе не означало победу над
SCSI. На свет вышел новый последовательный интерфейс — Serial
SCSI (SAS). Преимущества над параллельным аналогичны Serial АТА.
По аналогии с Serial АТА, SAS-интерфейс был доработан, и
появился SAS 1.1. Появление этого интерфейса очень обрадовало
многих пользователей, так как теперь с точки зрения физического
соединения SAS стал полностью аналогичным SАТА. А это означает,
что к шине SAS стало возможным с легкостью подключить
SАТА-устройство.
Этот шаг позволил сблизить два совершенно разных интерфейса.
Очень хочется радоваться стандартизации интерфейсов подключения.
Первый шаг уже сделан…
(продолжение следует)
НАЗАД
|
|
