Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Интерфейсы жестких дисков




Интерфейсом накопителей называется набор электроники, обеспечивающий обмен информацией между контроллером устройства (кеш-буфером) и компьютером. В настоящее время в настольных ПК IBM-PC, чаще других, используются две разновидности интерфейсов ATAPI - AT Attachment Packet Interface (Integrated Drive Electronics - IDE, Enhanced Integrated Drive Electronics - EIDE) и SCSI (Small Computers System Interface).

Интерфейс IDE разрабатывался как недорогая и производительная альтернатива высокоскоростным интерфейсам ESDI и SCSI. Интерфейс, предназначен для подключения двух дисковых устройств. Отличительной особенностью дисковых устройств, работающих с интерфейсом IDE состоит в том, что собственно контроллер дискового накопителя располагается на плате самого накопителя вместе со встроенным внутренним кэш-буфером. Такая конструкция существенно упрощает устройство самой интерфейсной карты и дает возможность размещать ее не только на отдельной плате адаптера, вставляемой в разъем системной шины, но и интегрировать непосредственно на материнской плате компьютера. Интерфейс характеризуется чрезвычайной простотой, высоким быстродействием, малыми размерами и относительной дешевизной.

Схемы сопряжения адаптера с накопителями в интерфейсе IDE

 

Сегодня на смену интерфейсу IDE пришло детище фирмы Western Digital - Enhanced IDE, или сокращенно EIDE. Сейчас это лучший вариант для подавляющего большинства настольных систем. Жесткие диски EIDE заметно дешевле аналогичных по емкости SCSI-дисков и в однопользовательских системах не уступают им по производительности, а большинство материнских плат имеют интегрированный двухканальный контроллер для подключения четырех устройств. Что же появилось нового в Enhanced IDE по сравнению с IDE ?

Во-первых, это большая емкость дисков. Если IDE не поддерживал диски свыше 528 мегабайт, то EIDE поддерживает объемы до 8.4 гигабайта на каждый канал контроллера.

Во-вторых, к нему подключается больше устройств - четыре вместо двух. Раньше имелся только один канал контроллера, к которому можно было подключить два IDE устройства. Теперь таких каналов два. Основной канал, который обычно стоит на высокоскоростной локальной шине и вспомогательный.

В-третьих, появилась спецификация ATAPI (AT Attachment Packet Interface) дающая возможность подключения к этому интерфейсу не только жестких дисков, но и других устройств - стриммеров и дисководов CD-ROM.

В-четвертых - повысилась производительность. Накопители с интерфейсом IDE характеризовались максимальной скоростью передачи данных на уровне 3 мегабайт в секунду. Жесткие диски EIDE поддерживают несколько новых режимов обмена данными. В их число входит режим программируемого ввода-вывода PIO (Programmed Input/Output) Mode 3 и 4, которые обеспечивают скорость передачи данных 11.1 и 16.6 мегабайт в секунду соответственно. Программируемый ввод-вывод - это способ передачи данных между контроллером периферийного устройства и оперативной памятью компьютера посредством команд пересылки данных и портов ввода/вывода центрального процессора.



В пятых, поддерживается режим прямого доступа к памяти - Multiword Mode 1 DMA (Direct Memory Access) или Multiword Mode 2 DMA и Ultra DMA, которые поддерживают обмен данными в монопольном режиме (то есть когда канал ввода-вывода в течение некоторого времени обслуживает только одно устройство). DMA - это еще один путь передачи данных от контроллера периферийного устройства в оперативную память компьютера, от PIO он отличается тем, что центральный процессор ПК не задействуется и его ресурсы остаются свободными для других задач. Периферийные устройства обслуживает специальный контроллер DMA. Скорость при этом достигает 13.3 и 16.6 мегабайта в секунду, а при использовании Ultra DMA и соответствующего драйвера шины - 33 мегабайт в секунду. EIDE-контроллеры используют механизм PIO точно так же, как это делают и некоторые SCSI-адаптеры, но скоростные адаптеры SCSI работают только по методу DMA.

В шестых - расширена система команд управления устройством, передачи данных и диагностики, увеличен кеш-буфер обмена данными и существенно доработана механика.

Фирмы Seagate и Quantum вместо спецификации EIDE используют спецификацию Fast ATA для накопителей, поддерживающих режимы PIO Mode 3 и DMA Mode 1, а работающие в режимах PIO Mode 4 и DMA Mode 2 обозначают как Fast ATA-2.



Интеллектуальный многофункциональный интерфейс SCSI был разработан еще в конце 70-х годов в качестве устройства сопряжения компьютера и интеллектуального контроллера дискового накопителя. Интерфейс SCSI является универсальным и определяет шину данных между центральным процессором и несколькими внешними устройствами, имеющими свой контроллер. Помимо электрических и физических параметров, определяются также команды, при помощи которых, устройства, подключенные к шине осуществляют связь между собой. Интерфейс SCSI не определяет детально процессы на обеих сторонах шины и является интерфейсом в чистом виде. Интерфейс SCSI поддерживает значительно более широкую гамму периферийных устройств и стандартизован ANSI (X3.131-1986).

Сегодня применяются в основном два стандарта - SCSI-2 и Ultra SCSI. В режиме Fast SCSI-2 скорость передачи данных доходит до 10 мегабайт в секунду при использовании 8-разрядной шины и до 20 мегабайт при 16-разрядной шине Fast Wide SCSI-2. Появившийся позднее стандарт Ultra SCSI отличается еще большей производительностью - 20 мегабайт в секунду для 8-разрядной шины и 40 мегабайт для 16-разрядной. В новейшем SCSI-3 увеличен набор команд, но быстродействие осталось на том же уровне. Все применяющиеся сегодня стандарты совместимы с предыдущими версиями

Сопряжение внешних устройств в интерфейсе SCSI

 

 

сверху - вниз, то есть к адаптерам SCSI-2 и Ultra SCSI можно подключить старые SCSI-устройства. Интерфейс SCSI-Wide, SCSI-2, SCSI-3 - стандарты модификации интерфейса SCSI, разработаны комитетом ANSI. Общая концепция усовершенствований направлена на увеличение ширины шины до 32-х, с увеличением длинны соединительного кабеля и максимальной скорости передачи данных с сохранением совместимости с SCSI. Это наиболее гибкий и стандартизованный тип интерфейсов, применяющийся для подключения 7 и более периферийных устройств, снабженных контроллером интерфейса SCSI. Интерфейс SCSI остается достаточно дорогим и самым высокопроизводительным из семейства интерфейсов периферийных устройств персональных компьютеров, а для подключения накопителя с интерфейсом SCSI необходимо дополнительно устанавливать адаптер, т.к. немногие материнские платы имеют интегрированный адаптер SCSI.

 

 

Последовательный способ обмена информацией с жестким диском (SATA)

Спецификация SATA (Serial ATA), описывающая последовательный способ обмена информацией, впервые была представлена на Intel Developer Forum в 2000 году и была окончательно доработана до версии - 1.0 в конце того же года. Первые продукты начали появляться в 2001 году, а массовое производство началось в 2002-2003 годах. Новый последовательный интерфейс полностью совместим с традиционным - параллельным. Для обмена в нем используются те же регистры и команды, что обеспечивает совместимость с предыдущими версиями ATA.

В SATA нет необходимости использовать перемычки жестких дисков для конфигурации роли накопителя в канале ATA как главное или подчиненное устройство, т.к. все жесткие диски подключаются независимым информационным кабелем, который состоит из 7 проводов, из которых 3 провода не используются, а оставшиеся 4 используются парами (одна пара для передачи, другая для приема). Кабель стал тонким и круглым, что позволило снизить температуру компонентов внутри системного блока компьютера за счет улучшения вентиляции. Теперь разъем конструктивно предусматривает защиту от неправильного подключения. Изменившийся разъем питания, до повсеместного появления в блоках питания разъемов для SATA, стал "головной болью", т.к. приходится использовать дополнительный переходник. Это негативно сказалось на надежности, т.к. увеличилось число контактов в цепи питания жесткого диска, а современные жесткие диски являются достаточно мощными потребителями энергии, особенно в момент запуска двигателя.

В параллельном интерфейсе ATA используются сигналы амплитудой 5 вольт, а обеспечить такое напряжение на выходе микросхем, питающихся от меньшего напряжения, стало затруднительным. Нахождение кабеля SATA вблизи источников сильных электромагнитных помех нежелательно, т.к. в кабеле SATA уровень сигналов снижен до 0.4 вольт, что привело к снижению помехозащищенности при передаче информации. Поддержка подключения и замены жестких дисков без выключения компьютера описана в стандарте опционально, и производители жестких дисков стали реализовывать ее по своему усмотрению, что привело к различным проблемам совместимости.

 

Расширения SATA-II направлены на повышение надежности этой системы и оптимизацию обработки запросов, однако подавляющая часть нововведений рассчитана на применение не в настольных компьютерах, а в серверах. Пропускная способность SATA-II составляет 300 мегабайт в секунду. Зачем потребовалось увеличивать скорость шины в условиях, когда современный жесткий диск способен использовать не более 60-70 процентов от пропускной способности SATA? Дело в том, что спецификация SATA-II предусматривает возможность подключения к одному порту нескольких жестких дисков при помощи так называемого концентратора или умножителя портов (port multiplier). При этом уменьшается число кабельных соединений, экономится место и достигается возможность гибкого масштабирования системы. Все это вызывает сложные чувства. Многим помнится, что SATA изначально рекламировался как простой в использовании интерфейс, т.е. к каждому порту можно подключить только одно устройство, что снимает всяческие проблемы с установкой перемычек, ведь исчезают такие понятия, как Master и Slave применительно к накопителям. Понятно, что это попытка воспользоваться уже готовой и отработанной технологией для удешевления серверов, однако с точки зрения потребителя такое решение выглядит несколько странно.

SATA не увеличивает производительность жестких дисков, несмотря на заверения продавцов, а первая рыночная волна жестких дисков, совместимых с SATA, имела даже худшую производительность по сравнению с полностью аналогичными устройствами использующих классический параллельный интерфейс. К тому же, широко разрекламированная технология оптимизации очереди команд (NCQ) не принесла увеличения производительности по сравнению с ранее использовавшейся в ATA и SCSI технологии TCQ.

Разъемы ATA-контроллера

Разъёмы SATA –контроллера

Пример контроллера SATA

 


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.011 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал