Контроллеры

ESDI

По мере роста скорости работы компьютеров интерфейс ST506 перестал удовлетворять всем требованиям и в 1985 году был разработан новый стандарт - ESDI, который, по сути, являлся простым расширением возможностей своего предшественника. Кабели, используемые в спецификации ESDI, внешне не отличаются от кабелей ST506, однако сигналы по ним передаются другие.

Длина используемых в интерфейсе ESDI кабелей могла достигать 9 футов (3 метра), сигналы передавались главным образом как синфазные (с общей землей), за исключением данных и синхронизации, для передачи которых использовался дифференциальный метод. Данные передавались через последовательную линию порциями по 16 бит, сопровождаемых битом четности. Обеспечивалась также возможность подтверждения передачи данных.

Сепаратор в соответствии с новой спецификацией устанавливался непосредственно на плате винчестера и по кабелю данных передавались уже не аналоговые сигналы, а реальные данные в цифровой форме, что позволяло подобрать параметры сепаратора к конкретному типу устройства, поскольку искажения сигналов в кабеле уже не имели значения. Такой метод повышал надежность передачи данных и увеличивал скорость обмена с контроллером до 10Мбит/сек за счет передачи по кабелю цифровых сигналов. Кроме того, интерфейс ESDI обеспечивал возможность использования винчестеров большой емкости и оптических накопителей.

Интерфейс ESDI обеспечивал три сигнала выбора устройства, что позволяло подключать к нему до 7 накопителей. Сигналы выбора головки позволяли напрямую адресовать до 16 головок, однако специальная команда Select Head Group позволяла использовать до 256 головок (16 групп по 16 головок в каждой).

SCSI

Первоначальный вариант интерфейса SCSI (Small Computer System Interface) был предложен в конце 70-х годов Shugart Associates под названием SASI (Shugart Associates System Interface) взамен разработанной компанией IBM системной шины IPI (интеллектуальный периферийный интерфейс). После неудачи в конкурентной борьбе с фирмой IBM этот интерфейс был предложен комитету ANSI X3T9.2 как интерфейс нижнего уровня под названием SCSI. В 1984 году этот комитет закончил разработку спецификации SCSI-1 и в 1986 году она была опубликована в окончательном виде. Этот интерфейс обеспечивал подключение широкого класса периферийных устройств, таких как винчестеры, принтеры, сканеры, стриммеры, приводы CD-ROM и др. SCSI является интерфейсом системного, а не приборного уровня. В отличие от ST506/412 и других приборных интерфейсов с последовательной передачей информации, SCSI передает биты данных параллельно, что обеспечивает существенное повышение скорости обмена данными между устройством и хост-адаптером.

Интерфейс SCSI используется не только в IBM -совместимых компьютерах, но и семействах Macintosh, SPARC, VAX и др. Одна из причин такого широкого распространения интерфейса SCSI заключается в том, что он не накладывает никаких ограничений на связь между контроллером и периферийным устройством. Шину SCSI можно использовать для связи компьютера с несколькими периферийными устройствами (как внешними, так и внутренними). Более того, допускается совместное использование одного периферийного устройства несколькими компьютерами, подключенными к общей шине SCSI (правда это значительно сложнее сделать, чем написать, но об этом разговор особый). Подключаемые к шине SCSI устройства могут играть роль ведущих ( Initiator ) или ведомых ( Target ), при этом одно и то же устройство может быть ведомым в одних случаях и ведущим - в других. Такое разделение функций устройств позволяет организовать передачу данных с одного периферийного устройства на другое (например, резервное копирование данных с винчестера на стриммерную кассету). Обмен между устройствами по магистрали SCSI происходит в соответствии с протоколом высокого уровня и адресация осуществляется на уровне логических, а не физических (как в ESDI) блоков. Программы для работы со SCSI -устройствами не используют физические характеристики конкретного устройства (число головок, цилиндров и т.п.), а имеют дело с логическими блоками, что дает возможность работы фактически со всеми блочными устройствами.

Для подключения устройств SCSI используется кабель (как правило плоский) с 50-контактными разъемами (Приложение 3). Возможны как синфазная, так и дифференциальная (с помощью "токовой петли") передача данных по кабелю; при синфазной передаче длина кабеля может достигать 6 м, при дифференциальной - 25 м. Для гарантированной передачи сигналов по магистрали SCSI линию требуется согласовывать с помощью терминаторов (набора резисторов), устанавливаемых по обоим концам шины SCSI.

Спецификация SCSI предусматривает подключение к шине до восьми устройств, однако с учетом того, что каждое устройство может содержать 8 логических блоков, а каждый блок - 256 подблоков, возможности расширения являются фактически неограниченными. Каждое подключаемое к шине SCSI устройство имеет свой идентификатор, устанавливаемый с помощью перемычек или переключателей непосредственно в устройстве. Идентификаторы позволяют адресовать устройства и задают их приоритет (чем больше значение идентификатора, тем выше приоритет устройства).

На протяжении последних лет интерфейс SCSI был существенно расширен - появились спецификации Fast-SCSI и Wide-SCSI, обеспечивающие более высокую скорость обмена данными с устройствами SCSI. В настоящее время интерфейс SCSI используется в основном в высокопроизводительных системах, предназначенных для коллективного использования (диски файловых серверов, сканеры и т.д.)

Протокол команд SCSI

В терминологии SCSI взаимодействие идет между инициатором и целевым устройством. Инициатор посылает команду целевому устройству, которое затем отправляет ответ инициатору.

Команды SCSI посылаются в виде блоков описания команды (англ. Command Descriptor Block, CDB ). Длина каждого блока может составлять 6, 10, 12 или 16 байт. В последних версиях SCSI блок может иметь переменную длину. Блок состоит из однобайтового кода команды и параметров команды.

После получения команды целевое устройство возвращает значение 00h в случае успешного получения, 02h в случае ошибки или 08h в случае, если устройство занято. В случае, если устройство вернуло ошибку, инициатор обычно посылает команду запроса состояния. Устройство возвращает Key Code Qualifier (KCQ) .

Все команды SCSI делятся на четыре категории: N (non-data) , W (запись данных от инициатора целевым устройством), R (чтение данных) и B (двусторонний обмен данными). Всего существует порядка 60 различных команд SCSI, из которых наиболее часто используются:

ATA

Спецификация IDE/ATA была предложена в качестве недорогой альтернативы интерфейсам ESDI и SCSI для персональных компьютеров семейств IBM PC XT/AT. В результате сотрудничества компании Western Digital с Compaq Computer Corporation был разработан интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics), называемый также АТА (AT attachment) . Первые промышленные устройства на базе IDE/ATA были выпущены в 1986году. Интерфейс был стандартизован ( ANSI X3T9.2/90-143 ) в 1990г. как ATA (AT Attachment) . Основным отличием нового интерфейса была реализация большинства функций контроллера непосредственно на плате дискового накопителя. Такой подход упростил и удешевил хост-адаптеры, используемые для подключения винчестеров к компьютеру, и позволил обеспечить высокий уровень совместимости устройств разных фирм.

Используемые устройствами IDE адреса ввода/вывода совпадают с адресами ST506/412, но функции контроллера перенесены на плату управления приводом диска и головок винчестера. Информация о геометрии диска (число головок, цилиндров и секторов) хранится в самом устройстве. Зачастую в BIOS передаются логические параметры диска, не совпадающие с его физическими параметрами, т.е. используется трансляция, что позволяет устанавливать винчестеры в компьютеры со старыми BIOS, не обеспечивающими возможность произвольной установки параметров устройства (в большинстве современных реализаций BIOS такая возможность поддерживается как тип 47 - User Defined ).

Базовый набор команд интерфейса IDE полностью соответствовал набору команд контроллера WD1002/1003 компании Western Digital, который был использован в компьютере IBM PC AT. При стандартизации интерфейса IDE к 12 базовым командам было добавлено еще столько же. Перенос большинства функций контроллера на плату управления позволяет несколько повысить скорость обмена данными с диском. Как правило диски IDE имеют небольшую встроенную кэш-память (до 256Кб) и позволяют работать с фактором чередования 1:1 (дорожка может быть прочитана целиком за один оборот диска).

Хост-адаптер для подключения дисков IDE зачастую устанавливается на системной плате (Mother board) или совмещается с контроллером дисководов и портами ввода-вывода (последовательными и параллельным) на специальной, вставляемой в гнездо расширения, плате (мультикарте, как ее зачастую называют). Подключение устройств к хост-адаптеру осуществляется с помощью 40-проводного плоского кабеля, к которому можно присоединить два винчестера. Для корректной адресации устройств один из винчестеров должен быть установлен в режим Master (ведущий), другой - в режим Slave (ведомый). Режим работы диска задается с помощью перемычек, расположенных как правило около сигнального разъема винчестера.

Перемычки для установки режима Master/Slave

Современные реализации ATA/IDE

Предложенный в конце 80-х годов интерфейс ATA (AT Attachment) , известный также под названием IDE (Integrated Drive Electronics) очень быстро завоевал широкую популярность среди производителей и пользователей персональных компьютеров. Основными причинами быстрого и широкого распространения нового интерфейса послужили невысокая цена устройств, простота их установки и эксплуатации, а также высокий уровень совместимости устройств IDE. Спецификация АТА уступает по скорости обмена с дисками и ряду других параметров интерфейсу SCSI, однако для большинства пользователей производительность играет меньшую роль, по сравнению с совместимостью, простотой и стоимостью устройств.

Ограниченность АТА

Первоначальная версия стандарта IDE обеспечивала возможность подключения к компьютеру четырех винчестеров и позволяла обмениваться данными с диском на скорости до 10Мбайт/сек, однако реальная скорость ограничивалась прежде всего возможностями самого винчестера. Подключение четырех устройств, предусмотренное спецификацией IDE, в компьютерах семейства IBM PC AT, в спецификации ATA/IDE реализовано не было. Кроме того, совместное использование стандарта ATA и программного интерфейса Int 13 BIOS ограничивало размер дисковых устройств 528Мб. Природу этого ограничения, связанную с форматами чисел, используемых для адресации головок, секторов и цилиндров винчестера ( CHS -адрес) в стандарте IDE и BIOS, можно понять из приведенной ниже таблицы и рисунка 3, иллюстрирующего взаимодействие операционной системы с диском IDE.

Взаимодействие диска IDE с операционной системой.

Другим существенным ограничением стандарта IDE/ATA является невозможность подключения к контроллеру IDE каких-либо устройств, за исключением винчестеров.

Присущие интерфейсу IDE/ATA ограничения тормозили развитие недорогих компьютерных систем, рассчитанных на массового пользователя, в связи с чем целый ряд фирм предпринял попытки расширения возможностей классического IDE. Наибольших успехов на этом пути добилась компания Western Digital, разработавшая спецификацию Enhanced IDE (EIDE) , позволяющую использовать диски, размер которых превышает 528 Мб, и обеспечившую реальную возможность подключения к компьютеру до четырех устройств IDE (не только винчестеров, но и приводов CD-ROM или стриммеров).

Другим интересным вариантом развития интерфейса IDE является технология Fast ATA, разработанная компанией Seagate Technology при поддержке фирмы Quantum. Эта технология направлена в первую очередь на повышение скорости обмена данными с дисковыми устройствами и не поддерживает возможность подключения CD-ROM или стриммеров, но обеспечивает более высокий уровень совместимости за счет соответствия широко распространенным промышленным стандартам.

Enhanced IDE

Технология Enhanced IDE компании Western Digital была разработана в результате анализа потребностей современного рынка ПК. В 1984 году компания Western Digital создала контроллеры дисководов ( WD1002 ) и винчестеров ( ST506 ), которые были использованы фирмой IBM при разработке компьютера IBM PC AT. Успех архитектуры АТ привел к значительному расширению рынка IBM -совместимых ПК и сделал контроллеры Western Digital стандартом de facto.

В процессе становления рынка персональных компьютеров фирма Western Digital пришла к выводу о необходимости интеграции электроники контроллера АТ и дискового устройства. В результате сотрудничества с Compaq Computer Corporation был разработан интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) , называемый также АТА (AT Bus attachment) . Первые промышленные устройства на базе IDE/ATA были выпущены в 1986 году.

Продолжая лидировать в сфере IDE -устройств, компания Western Digital предложила расширение интерфейса IDE. Новая спецификация - Enhanced IDE повышает скорость обмена с диском, допускает применение более скоростных дисков и обеспечивает возможность установки в компьютере до четырех устройств IDE. Кроме того, Enhanced IDE позволяет подключать к контроллеру не только винчестеры, но и другие устройства (приводы CD-ROM, стриммеры), поддерживающие спецификацию ATAPI (AT Attachment Packet Interface) . Эта спецификация определяет интерфейс с приводами CD-ROM и другими недисковыми устройствами, позволяющий использовать стандартные контроллеры и кабели. Стандарт ATAPI получил широкую поддержку среди производителей CD-ROM -устройств и разработчиков операционных систем, что еще более расширило сферу распространения интерфейса IDE/ATA.

Спецификация EIDE позволяет избавиться от целого ряда ограничений, присущих интерфейсу IDE/ATA. Такое расширение обеспечивает существенный рост возможностей устройств долговременного хранения информации без роста цен, усложнения использования и потери совместимости. Ограничения, присущие IDE, по сравнению с другими интерфейсами (такими, как SCSI ) не угрожают доминированию IDE на современном рынке недорогих систем. Однако повышение производительности процессоров, разработка новых ОС и высокие запросы современных приложений к дисковому пространству привели к тому, что стандарт IDE уже не может удовлетворять всем современным требованиям. Существенно и то, что стандартный интерфейс IDE менее гибок и более ограничен по сравнению со SCSI:

Технология Enhanced IDE позволяет избавиться от основных ограничений стандарта IDE/ATA:

Компоненты технологии EIDE

Как показано на рисунке, технология Enhanced IDE включает в себя четыре основных компоненты, реализуемые совместно в периферийных устройствах, контроллерах EIDE, BIOS и операционной системе:

Использование дисков большой емкости

Ограничение размера винчестеров с интерфейсом IDE/ATA (528 Мб) является результатом совместного использования стандарта IDE и программного интерфейса Int 13 BIOS. Технология Enhanced IDE дает возможность внести в BIOS изменения, позволяющие избавиться от этого ограничения.

Природа ограничения размера дисков связана с форматом (числом бит), используемым для задания номеров головок, цилиндров и секторов в интерфейсах Int 13 и IDE ( CHS -адресация). Поскольку оба интерфейса используют различные форматы, их совместное применение не позволяет работать с дисками размером более 528 мегабайт. В таблице приведены форматы чисел, используемых для нумерации в BIOS и IDE:

Существует два способа преодолеть ограничение размера диска. Первый способ заключается в использовании трансляции адресов CHS (цилиндр-головка-сектор) - пересчета реальных значений в фиктивные, удовлетворяющие ограничениям BIOS. Контроллер и BIOS используют в этом случае разную геометрию для адресации данных на диске. Если диск содержит 1500 секторов и имеет 16 головок, то в результате трансляции BIOS будет воспринимать его как устройство с 750 цилиндрами и 32 головками.

Технология Enhanced IDE использует другой метод, называемый логической адресацией блоков ( LBA - Logical Block Address ). В этом случае используется сквозная нумерация секторов и адрес CHS преобразуется в одно 28-битовое число, используемое для нумерации секторов - LBA -адрес. Метод LBA обеспечивает более эффективный способ работы с большими дисками за счет простоты преобразования адреса. Кроме того, этот способ представляется более эффективным при разработке новых операционных систем. Схема адресации с использованием LBA была впервые применена фирмой Western Digital в конце 1993 года, позволив создать диск IDE размеров 540Мб (модель AC2540 ).

Повышение скорости обмена

Шина ISA обеспечивает возможность обмена данными с диском на скорости 2-3Мб/сек. По сравнению со скоростями SCSI-контроллеров (5, 10 и 20Мб/сек), эта скорость слишком мала. До недавнего времени ограничение скорости обмена не играло существенной роли, поскольку сами устройства IDE не позволяли считывать или записывать данные со скоростью выше 5 Мбит/сек. По мере совершенствования дисковых технологий скорость контроллера 2-3Мб/сек начала все-таки ограничивать возможности винчестеров IDE. Для повышения производительности дисковой подсистемы компьютеров пришлось использовать буферную память, устанавливаемую на плате винчестера или хост-адаптера. Современные винчестеры могут обеспечивать скорость чтения/записи до 48 Мбит/сек и простая буферизация для повышения производительности работы будет слишком дорогим решением.

Скоростные режимы PIO

Для повышения скорости обмена данными в современных ПК широко используются локальные шины. Локальная шина VESA была разработана для ускорения вывода изображений на экран, а в 1992 году был выпущен первый контроллер IDE с шиной VLB (VESA Local Bus) , обеспечивший некоторый рост скорости обмена с диском. Несколько позже была разработана спецификация локальной шины PCI. Контроллеры IDE с локальной шиной VLB поддерживают высокую скорость обмена между диском и буфером, но и они не могут сравниться с контроллерами Fast-SCSI (10Мб/сек.) по причине использования "слепого" обмена в режиме программируемого ввода-вывода ( PIO ). "Слепой" метод PIO основан на том, что контроллер (ведущее устройство) запрашивает данные у диска (ведомое устройство) или передает их ему. При таком режиме используется только часть полосы пропускания шины, что не позволяет добиться существенного роста скорости контроллеров IDE.

Enhanced IDE включает операции, называемые "управление потоком с использованием IORDY ", которые позволяют диску включать пакетный режим передачи для 100% использования полосы пропускания шины. Режим управления потоком передает инициативу устройству (диску) и позволяет избавиться от неэффективных "слепых" режимов PIO за счет установки полосы пропускания контроллера в соответствии с возможностями винчестера. Это означает, что в тех случаях, когда доступна вся полоса, винчестер будет управлять обменом данными с хост-адаптером.

Режим 3 PIO с периодом тактирования 180нсек. обеспечивает скорость обмена 11Мб/сек., превышающую скорость Fast-SCSI (10Мб/сек.). Управление потоком со стороны диска включается контроллером с помощью команды Set Features, в результате чего такой обмен поддерживается одновременно и диском, и контроллером. Винчестер AC25400 (540Мб) выпущенный в 1993 году фирмой Western Digital, поддерживал управление потоком с помощью IORDY, реализованное с помощью специализированной микросхемы-контроллера. Основные возможности этого контроллера позднее были включены в стандартные наборы микросхем IDE.

Режимы DMA

Хотя режимы программируемого ввода-вывода ( PIO ) являются стандартным методом, поддерживаемым в серийных устройствах IDE, и отличаются высокой совместимостью, существуют и другие способы повышения скорости обмена с винчестерами. Метод прямого доступа к памяти ( DMA ) основан на передаче данных между диском и памятью компьютера без использования центрального процессора CPU. Тип B для DMA определен в спецификации EISA и обеспечивает обмен со скоростью 4Мб/сек. Этот метод дает преимущество по сравнению со стандартной скоростью для шины ISA, но значительно уступает Fast-SCSI.

С развитием технологии локальных шин в спецификации PCI был предложен новый вариант обмена с использованием DMA (тип F), обеспечивающий скорость 8.33 и 6.67Мб/сек. В соответствии с возможностями существующих микросхем была предложена спецификация DMA Mode 1 с циклом 150 нсек., обеспечивающая скорость обмена 13Мб/сек. за счет передачи нескольких слов за один запрос. Комплекты микросхем с поддержкой DMA типа B ( EISA ) и типа F ( PCI ) поставляются с конца 1993 года.

Сравнение DMA и PIO

Режимы PIO в дисковых контроллерах IDE получили более широкое распространение по сравнению с режимами DMA. По этой причине прерывание BIOS Int 13 и драйверы устройств операционных систем поддерживают режим PIO, а не DMA. Это означает, что для использования режимов DMA потребуется замена BIOS и драйверов устройств.

Технология Enhanced IDE компании Western Digital обеспечивает возможность выбора между режимами PIO с управлением потоком через IORDY (mode 3) и DMA (тип B или F), реализованными с помощью драйверов.

Увеличение числа устройств

В оригинальном IBM PC AT была зарезервирована поддержка двух контроллеров для работы с винчестерами и каждый из этих контроллеров позволял подключить два диска. Однако BIOS и драйверы операционных систем не поддерживали использование второго контроллера, что ограничивало возможности дисковой подсистемы ПК. Сегодняшние операционные системы предоставляют возможность использовать в компьютере все четыре устройства IDE (два порта). Добавление второго порта IDE на плату хост-адаптера почти не увеличивает стоимости последнего. Большинство микросхем, используемых для изготовления контроллеров уже содержат второй порт и устройство декодирования адреса, поэтому стоимость расширения возможностей контроллера фактически сводится к стоимости установке на плате дополнительного 40-контактного разъема для подключения кабеля. Расширение дисковой системы компьютера до 4 устройств с помощью новых контроллеров IDE экономически более эффективно по сравнению с использованием устройств SCSI.

Технология Enhanced IDE компании Western Digital позволяет BIOS определить второй контроллер по номеру диска, переданному прерыванию Int 13. DOS версии 3.30 и выше позволяет использовать в компьютере до семи устройств, поэтому для поддержки дополнительных дисков IDE требуется лишь изменить BIOS, чтобы обеспечить возможность использования второго канала IDE. Операционные системы типа OS/2 и Windows NT позволяют использовать четыре устройства IDE и со старыми BIOS; Novell NetWare позволяет устанавливать в компьютер четыре контроллера IDE, к которым можно подключить восемь устройств.

Подключение устройств ATAPI

Второй порт IDE не только позволяет увеличить число дисков, но и обеспечивает возможность подключения устройств, не являющихся винчестерами - например, приводов CD-ROM или стриммеров. Подключение медленных устройств типа CD-ROM ко второму порту обеспечивает возможность работы винчестера без задержек даже при отсутствии раздельного тактирования устройств (при отсутствии раздельного тактирования скорость обмена с подключенными к одному порту устройствами определяется более медленным из них).

Компания Western Digital разработала спецификацию ATAPI (ATA Packet Interface) для подключения к контроллеру IDE новых устройств хранения, подобных приводам CD-ROM и стриммерам. В традиционной компьютерной архитектуре использовался механизм переноса данных, основанный на регистрах. Современные варианты архитектуры используют механизм передачи на основе пакетов. ATAPI является расширением стандарта IDE, обеспечивающим возможность работы с пакетами. Спецификация ATAPI добавляет к IDE единственную новую команду, расширяющую функции контроллера, и две новых команды адресации.

EIDE в сравнении со стандартным ATA

Современные технологии устройств и контроллеров IDE обеспечивают им возможность успешной конкуренции со стандартом SCSI. IDE обеспечивает хорошую совместимость и простоту использования наряду с невысокой ценой. Кроме того, современные варианты IDE обеспечивают не менее высокую скорость, чем SCSI (проигрывая только Fast/Wide SCSI ). Существенна также возможность подключения недисковых устройств к современным контроллерам ATA/IDE.

В таблице приведены сравнительные данные интерфейсов IDE и Enhanced IDE:

Спецификация Fast ATA разработана компанией Seagate Technology и поддержана фирмой Quantum и еще рядом компаний. Это расширение стандарта IDE/ATA преследует цель увеличения емкости винчестеров и скорости обмена между диском и программами. К настоящему моменту существует два варианта спецификации Fast ATA и Fast ATA-2. Винчестеры, соответствующие Fast ATA, обеспечивают высокую скорость обмена за счет реализации скоростных режимов PIO mode 3 (11.1 Мб/сек) или Multiword DMA mode 1 (13.3 Мб/сек). Выбор конкретного режима предоставляется производителю устройства. Fast ATA-2 поддерживает PIO mode 4 или Multiword DMA mode 2 (пока не реализован "в железе"), обеспечивающие скорость обмена 16.6 Мб/сек.

Для обеспечения возможности использования дисков, размер которых превышает 528Мб, используется режим трансляции параметров диска; реальные адреса CHS (цилиндр-головка-сектор) пересчитываются в фиктивные, удовлетворяющие ограничениям BIOS. Контроллер и BIOS используют в этом случае разную геометрию для адресации данных на диске. Если диск содержит 2000 секторов и имеет 16 головок, то в результате трансляции BIOS будет воспринимать его как устройство с 1000 цилиндров и 32 головками.

Трансляция параметров диска

Технология Fast ATA основана на признанных промышленных стандартах, что обеспечивает ей высокий уровень совместимости со старыми контроллерами и дисками. Протоколы обмена данными соответствуют официальному документу АТА-2 (Ref: 9048D) .

Сравнение Fast ATA и EIDE

Режимы быстрого обмена данными ( PIO 1-4 и DMA 0-2 ) являются краеугольным камнем технологий Fast ATA и EIDE.

Термин Fast ATA был введен компанией Seagate и поддерживается ею совместно с фирмой Quantum; термин Enhanced IDE использует компания Western Digital.

EIDE поддерживает режимы ускоренного обмена наряду с:

Fast ATA и Fast ATA-2 также поддерживают быстрый обмен вместе с:

Различие между этими двумя схемами заключается главным образом в возможностях EIDE. Эта спецификация включает множество аспектов технологии дисков и драйверов, которые еще не полностью реализованы "в железе". Многие устройства могут называть "Enhanced", даже если они не поддерживают всех возможностей EIDE. Это может привести к затруднениям при покупке.

Термин Fast ATA-2 также определен недостаточно четко. Эта спецификация предполагает использование PIO mode 4 и DMA mode 2 (16MB/s), тогда как Fast ATA использует только PIO mode 3 (11MB/s) и DMA mode 1 (13MB/s). Обе спецификации полностью совместимы со стандартом ATA-2, и Fast ATA-2 следует понимать как [Fast ATA]-2, а не Fast [ATA-2] .

SATA

SATA (англ. Serial ATA) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE) , который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA) .

SATA/150

Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 МБ/с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133) . Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной. Несмотря на то, что последовательный способ обмена принципиально медленнее параллельного, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах за счет большей помехоустойчивости кабеля. Это достигается меньшим числом проводников и объединением информационных проводников в две витые пары, экранированные заземленными проводниками.

SATA/300

Стандарт SATA/300 работает на частоте 3 ГГц, обеспечивает пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 МБ/с). Впервые был реализован в контроллере чипсета nForce 4 фирмы "NVIDIA". Часто стандарт SATA/300 называют SATA II или SATA 2.0. Теоретически устройства SATA/150 и SATA/300 должны быть совместимы (как контроллер SATA/300 с устройством SATA/150, так и контроллер SATA/150 с устройством SATA/300 ) за счет поддержки согласования скоростей (в меньшую сторону), однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное выставление режима работы (например, на НЖМД фирмы Seagate, поддерживающих SATA/300, для принудительного включения режима SATA/150 предусмотрен специальный джампер).

ATA/600

Спецификация SATA Revision 3.0 предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (600 МБ/с). В числе улучшений SATA Revision 3.0 по сравнению с предыдущей версией спецификации, помимо более высокой скорости, можно отметить улучшенное управление питанием. Также будет сохранена совместимость, как на уровне разъемов и кабелей SATA, так и на уровне протоколов обмена. Кстати, консорциум SATA-IO предостерегает от применения для обозначения поколений SATA доморощенных терминов вроде SATA III, SATA 3.0 или SATA Gen 3. Полное правильное название спецификации - SATA Revision 3.0 ; название интерфейса - SATA 6 Gb/s.

Описание SATA

SATA использует 7-контактный разъем вместо 40-контактного разъема у PAT A. SATA -кабель имеет меньшую площадь, за счет чего уменьшается сопротивление воздуху, обдувающему комплектующие компьютера, упрощается разводка проводов внутри системного блока.

SATA -кабель за счет своей формы более устойчив к многократному подключению. Питающий шнур SATA так же разработан с учетом многократных подключений. Разъем питания SATA подает 3 напряжения питания: +12 В, +5 В и +3,3 В; однако современные устройства могут работать без напряжения +3,3 В, что дает возможность использовать пассивный переходник со стандартного разъема питания IDE на SATA. Ряд SATA устройств поставляется с двумя разъемами питания: SATA и Molex.

Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает проблему невозможности одновременной работы устройств, находящихся на одном кабеле (и возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при использовании нетерминированных PATA -шлейфов.

Стандарт SATA предусматривает горячую замену устройств и функцию очереди команд ( NCQ, начиная с SATA/300 ).

SATA устройства используют два разъема: 7-контактный (подключение шины данных) и 15-контактный (подключение питания). Стандарт SATA предусматривает возможность использовать вместо 15-контактного разъема питания стандартный 4-контактный разъем Molex. Использование одновременно обоих типов силовых разъемов может привести к повреждению устройства.

G - заземление (англ. Ground )

R - зарезервировано

D1+,D1-,D2+,D2 - - два канала передачи данных (от контроллера к устройству и от устройства к контроллеру соответственно). Для передачи сигнала используется технология LVDS, провода каждой пары ( D1+, D1- и D2+, D2- ) являются экранированными витыми парами.

eSATA

eSATA (External SAT A) - интерфейс подключения внешних устройств, поддерживающий режим "горячей замены" (англ. Hot-plug ). Был создан несколько позже SATA (в середине 2004). Основные особенности eSATA:

Разъемы менее хрупкие и конструктивно рассчитаны на большее число подключений(~9000).

Требует для подключения два провода: шину данных и кабель питания. В новых спецификациях планируется отказаться от отдельного кабеля питания для выносных eSATA устройств.

Длина кабеля увеличена до 2 м (по сравению с 1 м у SAT A).

Средняя практическая скорость передачи данных выше, чем у USB или IEEE 1394.

Существенно меньше нагружается центральный процессор. Уменьшены требования к сигнальным напряжениям по сравнению с SATA.

SAS (Serial Attached SCSI)

НЖМД с интерфейсом SAS: слева НЖМД типоразмера 2,5 дюйма, справа - типоразмера 3,5 дюйма

Serial Attached SCSI (SAS) - компьютерный интерфейс, разработанный для обмена данными с такими устройствами, как жесткие диски, накопители на оптическом диске и т. д. SAS использует последовательный интерфейс для работы с непосредственно подключаемыми накопителями (англ. Direct Attached Storage (DAS) devices ). SAS разработан для замены параллельного интерфейса SCSI и позволяет достичь более высокой пропускной способности, чем SCSI ; в то же время SAS совместим с интерфейсом SATA. Хотя SAS использует последовательный интерфейс в отличие от параллельного интерфейса, используемого традиционным SCSI, для управления SAS -устройствами по-прежнему используются команды SCSI. Протокол SAS разработан и поддерживается комитетом T10. SAS поддерживает передачу информации со скоростью до 3 Гбит/с; ожидается, что к 2010 году скорость передачи достигнет 10 Гбит/с.

Типичная система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонентов:

Сравнение SAS и параллельного SCSI

SAS использует последовательный протокол передачи данных между несколькими устройствами, и, таким образом, использует меньшее количество сигнальных линий.

Интерфейс SCSI использует общую шину. Таким образом, все устройства подключены к одной шине, и с контроллером одновременно может работать только одно устройство. Интерфейс SAS использует соединения точка-точка - каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом.

В отличие от SCSI, SAS не нуждается в терминации шины пользователем.

В SCSI имеется проблема, связанная с тем, что скорость передачи информации по разным линиям, составляющим параллельный интерфейс, может отличаться. Интерфейс SAS лишен этого недостатка.

SAS поддерживает большое количество устройств (> 16384), в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине.

SAS поддерживает высокие скорости передачи данных (1,5, 3,0 или 6,0 Гбит/с). Такая скорость может быть достигнута при передаче информации на каждом соединении инициатор-целевое устройство, в то время как на шине SCSI пропускная способность шины разделена между всеми подключенными к ней устройствами.

SAS поддерживает подключение устройств с интерфейсом SATA.

SAS использует команды SCSI для управления и обмена данными с целевыми устройствами.

Сравнение SAS и SATA

SATA-устройства идентифицируются номером порта контроллера интерфейса SATA, в то время как устройства SAS идентифицируются их WWN -идентификаторами ( WWN - англ. World Wide Name ).

Устройства SATA версии 1 не поддерживают очередей команд, в то время как устройства SAS поддерживают теггированные очереди команд (англ. Tagged Command Queuing ). В то же время, устройства SATA версии 2 поддерживают англ. Native Command Queuing (NCQ) .

SATA использует набор команд ATA и поддерживает жесткие диски и накопители на оптическом диске, в то время как SAS поддерживает более широкий набор устройств, в том числе жесткие диски, сканеры, принтеры и др.

Аппаратура SAS поддерживает связь с целевыми устройствами по нескольким независимым линиям, что повышает отказоустойчивость системы. Интерфейс SATA версии 1 такой возможности не имеет. В то же время, интерфейс SATA версии 2 использует дубликаторы портов для достижения аналогичной возможности.

SATA преимущественно используется в некритических приложениях, например в домашних компьютерах. Интерфейс SAS, благодаря своей надежности, может быть использован в критически важных серверах.

Выявление ошибок и обработка ошибочных ситуаций определено в SAS гораздо лучше чем в SATA.

Разъемы

Некоторые версии разъемов SAS значительно меньше разъемов традиционного интерфеса SCSI, что позволяет использовать разъемы SAS для подключения компактных накопителей размером 2,5 дюйма.

Существует несколько вариантов разъемов SAS:

SFF 8482 - вариант, механически совместимый с разъемом интерфейса SATA. За счет этого возможно подключать устройства SATA к контроллерам SAS. Подключить же SAS -устройство к интерфейсу SATA - не получится, этому препятствует отсутствие посередине разъема специально выреза-ключа (см. изображение разъема в таблице ниже);

SFF 8484 - внутренний разъем с плотной упаковкой контактов; позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8470 - разъем с плотной упаковкой контактов для подключения внешних устройств (разъем такого типа применяется в интерфейсе Infiniband, а кроме того, может использоваться для подключения внутренних устройств); позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8087 - уменьшенный разъем Molex iPASS, содержит разъем для подключения до 4 внутренних устройств; поддерживает скорость 10 Гбит/с;

SFF 8088 - уменьшенный разъем Molex iPASS, содержит разъем для подключения до 4 внешних устройств; поддерживает скорость 10 Гбит/с.

Изображение	Кодовое название	Также известен как	Внеш./внутр.	К-во линий	К-во устр-в	Комментарий
	SFF 8482	SATA разъeм	Внутренний		1	Форм-фактор, совместимый с SATA -устройствами: позволяет SATA -устройствам соединяться с SAS -контроллером или планкой SAS -разъeмов, что устраняет необходимость в дополнительном SATA контроллере для подключения SATA -устройств типа DVD -рекордеров. Однако жeсткие диски с интерфейсом SAS не могут подключаться к шине SATA, поэтому их физический разъeм имеет "ключ", не позволяющий подключение к шине SATA. Изображeнный на рисунке разъeм является разъeмом "дисковой" стороны интерфейса.
	SFF 8484		Внутренний	32 (19)	4 (2)	Разъ?м с высокой плотностью контактов; в стандарте SFF определены разъeмы для подключения 2 или 4 устройств.
	SFF 8485					Определяет SGPIO (расширение стандарта SFF 8484 ) - последовательное соединение, обычно используемое для подключения светодиодных индикаторов.
	SFF 8470	Разъeм типа Infiniband	Внешний	32	4	Внешний разъeм с высокой плотностью контактов (также может использоваться в качестве внутреннего разъeма).
	SFF 8087	Внутренний мини- SAS	Внутренний		4	Внутренний разъeм типа Molex iPASS уменьшeнной ширины с подключением до 4-х устройств, в будущем планируется поддержка скоростей до 10 Гбит/с.
	SFF 8088	Внешний мини- SAS	Внешний	32	4	Внешний разъeм типа Molex iPASS уменьшeнной ширины с подключением до 4-х устройств, в будущем планируется поддержка скоростей до 10 Гбит/c.

"Переходники" с SATA на IDE и c IDE на SATA

Пример контроллера SATA -> IDE

Существуют платы, позволяющие подключать устройства SATA к IDE -контроллерам и наоборот. Это активные устройства (которые, по сути, имитируют устройство и контроллер в одной микросхеме). Такие устройства требуют питания (обычно 5 или 12 вольт), подключаются к разъемам IDE или Floppy.

Сравнение ATA и SATA

	Serial ATA (SATA)	Параллельный ATA (IDE)
Теоретическая скорость передачи данных (в течение существования спецификации SATA )	Поколение 1 - 150 МБ/с; Поколение 2 - 300 МБ/с; прогнозируется - 600 МБ/с	133Mб/с
Режимы передачи		PIO - UDMA-6
Transfer Mode	Поколение 1 или поколение 2
Шлейф	7-контактный SATA	Кабель IDE (80 проводников, 40-контактные разъемы)
Максимальная длина кабеля передачи данных	1 м (39 дюймов)	45,72 cm
Кабель питания	Кабель питания SATA	Кабель питания IDE
Энергопотребление	250 mV	5 В

Контрольные вопросы.