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 ( RLL^{6RLL (Run Length Limited) - Кодирование с ограничением длины поля записи.} вместо MFM^{7MFM (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.

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?