Ульяновский государственный университет
Опубликован: 18.05.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 3768 / 1013 | Оценка: 4.05 / 4.02 | Длительность: 15:15:00
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 14:

Интерфейсы вычислительных систем

Интерфейсы накопителей

Первоначально для подключения накопителей к IBM PC использовались интерфейсы низкого уровня, классифицируемые как интерфейсы на уровне устройства: ST-506 (Shugart Technology), ESDI (Enhanced Small Device Interface). Для таких интерфейсов характерно, что их сигналы являются функцией генерирующего и использующего их устройства. Это позволяет использовать весьма простую электронику в самом устройстве, а основную нагрузку по обработке данных переложить на контроллер или процессор, что, естественно, негативно отражается на скоростных и прочих характеристиках подобных накопителей.

Например, для ST-506/412: Direction In (направление), Step (шаг), Head Select (выбор головки) и т.п. Более того, сигнал с носителя, включающий в себя данные и биты синхронизации, передавался через интерфейс в аналоговом виде, поскольку разделение этой информации, выполняемое специальным блоком - сепаратором, происходило в контроллере. Появление новых методов кодирования информации ( RLL6RLL (Run Length Limited) - Кодирование с ограничением длины поля записи. вместо MFM7MFM (Modified Frequency Modulation) - Модифицированная частотная модуляция. ) привело к необходимости создания ориентированных на эти методы контроллеров (RLL-контроллер вместо MFM-контроллера), причем не гарантировалась надежная работа MFM-винчестера с RLL-контроллером. В интерфейсе ESDI эта проблема была решена, поскольку сепаратор был перенесен из контроллера в само устройство. Кроме того, в интерфейсе ESDI была выделена последовательная линия Command Data для передачи 16-битных команд, что перевело взаимодействие контроллера и винчестера ESDI на более высокий уровень и позволило повысить скорость передачи данных до 20 Мбит/с.

В настоящее время распространены интерфейсы системного уровня, использующие сигналы в логике центрального процессора, что предполагает реализацию функций контроллера накопителя в самом накопителе, а устройство, сопрягающее интерфейс накопителя с системной шиной ПК, выполняет лишь роль адаптера интерфейса (моста). В IBM PC таким интерфейсом является EIDE/ATA. Он представляет собой "приставку" к 16-битной шине ISA, иначе называемой AT Bus, поэтому стандарт именуется AT Attachment (ATA). Другое название интерфейса - Enhanced Integrated Drive Electronics (EIDE). Первая спецификация ATA (IDE) определяла возможность подключения двух устройств к одному интерфейсу. Спецификация ATA-2 (EIDE) описывает совместную работу двух интерфейсов, позволяя, таким образом, подключать до четырех устройств. С внедрением стандарта ATA-4 на поддержку пакетных команд (ATAPI - ATA Packet Interface) стало возможным подключение устройств со сменным накопителем (приводы CD-ROM/DVD-ROM, стримеры, приводы флоппи-дисков большого объема). Последующие спецификации добавляли новые скоростные режимы (табл. 14.3) и решали некоторые проблемы (табл. 14.4). После появления интерфейса SerialATA принято ссылаться на EIDE/ATA как Parallel ATA.

Таблица 14.3. Режимы работы интерфейса EIDE/ATA
Режим PIO8Программный ввод-вывод. SW DMA9Прямой доступ к памяти по одиночным словам. MW DMA10Прмой доступ к памяти по нескольким словам. Ultra DMA
0 1 2 3 4 0 1 2 0 1 2 0 1 2 3 4 5 6
Скорость, Мбайт/с 3,3 5,2 8,3 11 16 2,1 4,2 8,3 4,2 13 16 16 25 33 44 66 100 133
Стандарт 1 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 4 4 4 5 5 6 7

Таблица 14.4. Сводная таблица стандартов EIDE/ATA
Псевдоним ANSI11ANSI (American National Standards Institute) - Национальный институт стандартизации США. / NCITS12NCITS (National Committee for Information Technology Standards) - Особенности
1 ATA, IDE X3.221-1994 Накопители размером <528 мегабайт
2 EIDE, FastATA X3.279-1996 Адресация LBA 24 бита (до 8,4 гигабайт)
3 EIDE X3.298-1997 Адресация LBA 28 бит (до 134 гигабайт), SMART
4 ATAPI NCITS 317-1998 Поддержка пакетных команд (ATAPI) - поддержка CD-ROM
5 UltraATA/66 NCITS 340-2000 80-контактный кабель
6 UltraATA/100 NCITS 347-2001 Адресация LBA 48 бит, автоматическое управление акустикой
7 UltraATA/133 NCITS 361-2002 Потоковое расширение (streaming), "длинные" сектора

В современной вычислительной технике наблюдается тенденция перехода на высокоскоростные последовательные интерфейсы. Так, для накопителей был предложен последовательный интерфейс SerialATA, по своим характеристикам представляющий собой "приставку" к PCI Express. Стандарт SATA/150 обеспечивает пропускную способность до 1,5 Гбит/с (без учета кодирования 8B / 10B). Стандарт SATA/300 обеспечивает пропускную способность до 3 Гбит/с (без учета кодирования 8B/10B). Каждое устройство работает на отдельном кабеле. Стандарт предусматривает горячую замену устройств и функцию очереди команд. SATA-устройства используют два разъема: 7-контактный - для подключения шины данных и 15-контактный - для подключения питания. Передача данных происходит в дуплексном режиме по двум парам проводником (одна пара - на прием, другая - на передачу) с использованием дифференциального кодирования сигналов.

Кроме перечисленных интерфейсов, для подключения накопителей используются универсальные периферийные интерфейсы, речь о которых пойдет в следующей главе - SCSI, USB, FireWire и т.п.

Вопросы для самоконтроля

  1. Что такое интерфейс? Назовите основные интерфейсные функции.
  2. Перечислите основные технические характеристики интерфейсов ввода/вывода.
  3. Системные интерфейсы микроЭВМ и их особенности.
  4. Назовите интерфейсы на уровне устройств.
  5. Сравните шины расширения ввода/вывода.
  6. Перечислите основные особенности интерфейса AGP.
  7. Какие шины расширения используются в архитектуре ПК в настоящее время?
Виктория Монахова
Виктория Монахова
Евгений Коваленко
Евгений Коваленко