Триколор ТВ
Внутренние интерфейсы IDE и их разновидности. Интерфейсы периферийных устройств Какова пиковая пропускная способность интерфейса atapi

Внутренние интерфейсы IDE и их разновидности. Интерфейсы периферийных устройств Какова пиковая пропускная способность интерфейса atapi

В этой статье речь пойдет о том, что позволяет подключить жесткий диск к компьютеру, а именно, об интерфейсе жесткого диска. Точнее говорить, об интерфейсах жестких дисков, потому что технологий для подключения этих устройств за все время их существования было изобретено великое множество, и обилие стандартов в данной области может привести в замешательство неискушенного пользователя. Впрочем, обо все по порядку.

Интерфейсы жестких дисков (или строго говоря, интерфейсы внешних накопителей, поскольку в их качестве могут выступать не только , но и другие типы накопителей, например, приводы для оптических дисков) предназначены для обмена информацией между этими устройствами внешней памяти и материнской платой. Интерфейсы жестких дисков, не в меньшей степени, чем физические параметры накопителей, влияют на многие рабочие характеристики накопителей и на их производительность. В частности, интерфейсы накопителей определяют такие их параметры, как скорость обмена данными между жестким диском и материнской платой, количество устройств, которые можно подключить к компьютеру, возможность создания дисковых массивов, возможность горячего подключения, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д. Также от интерфейса жесткого диска зависит, какой кабель, шнур или переходник для его подключения к материнской плате вам потребуется.

SCSI - Small Computer System Interface

Интерфейс SCSI является одним из самых старых интерфейсов, разработанных для подключения накопителей в персональных компьютерах. Появился данный стандарт еще в начале 1980-х гг. Одним из его разработчиков был Алан Шугарт, также известный, как изобретатель дисководов для гибких дисков.

Внешний вид интерфейса SCSI на плате и кабеля подключения к нему

Стандарт SCSI (традиционно данная аббревиатура читается в русской транскрипции как «скази») первоначально предназначался для использования в персональных компьютерах, о чем свидетельствует даже само название формата – Small Computer System Interface, или системный интерфейс для небольших компьютеров. Однако так получилось, что накопители данного типа применялись в основном в персональных компьютерах топ-класса, а впоследствии и в серверах. Связано это было с тем, что, несмотря на удачную архитектуру и широкий набор команд, техническая реализация интерфейса была довольно сложна, и не подходила по стоимости для массовых ПК.

Тем не менее, данный стандарт обладал рядом возможностей, недоступных для прочих типов интерфейсов. Например, шнур для подключения устройств Small Computer System Interface может иметь максимальную длину в 12 м, а скорость передачи данных – 640 МБ/c.

Как и появившийся несколько позже интерфейс IDE, интерфейс SCSI является параллельным. Это означает, что в интерфейсе применяются шины, передающие информацию по нескольким проводникам. Данная особенность являлась одним из сдерживающих факторов для развития стандарта, и поэтому в качестве его замены был разработан более совершенный, последовательный стандарт SAS (от Serial Attached SCSI).

SAS - Serial Attached SCSI

Так выглядит интерфейс SAS серверного диска

Serial Attached SCSI разрабатывался в усовершенствования достаточно старого интерфейса подключения жестких дисков Small Computers System Interface. Несмотря на то, что Serial Attached SCSI использует основные достоинства своего предшественника, тем не менее, у него есть немало преимуществ. Среди них стоит отметить следующие:

Использование общей шины всеми устройствами.
Последовательный протокол передачи данных, используемый SAS, позволяет задействовать меньшее количество сигнальных линий.
Отсутствует необходимость в терминации шины.
Практически неограниченное число подключаемых устройств.
Более высокая пропускная способность (до 12 Гбит/c). В будущих реализациях протокола SAS предполагается поддерживать скорость обмена данными до 24 Гбит/c.
Возможность подключения к контроллеру SAS накопителей с интерфейсом Serial ATA.

Как правило, системы Serial Attached SCSI строятся на основе нескольких компонентов. В число основных компонентов входят:

Целевые устройства. В эту категорию включают собственно накопители или дисковые массивы.
Инициаторы – микросхемы, предназначенные для генерации запросов к целевым устройствам.
Система доставки данных – кабели, соединяющие целевые устройства и инициаторы

Разъемы Serial Attached SCSI могут иметь различную форму и размер, в зависимости от типа (внешний или внутренний) и от версий SAS. Ниже представлены внутренний разъем SFF-8482 и внешний разъем SFF-8644, разработанный для SAS-3:

Слева - внутренний разъём SAS SFF-8482; Справа - внешний разъём SAS SFF-8644 с кабелем.

Несколько примеров внешнего вида шнуров и переходников SAS: шнур HD-Mini SAS и шнур-переходник SAS-Serial ATA.

Слева - шнур HD Mini SAS; Справа - переходной шнур с SAS на Serial ATA

Firewire - IEEE 1394

Сегодня достаточно часто можно встретить жесткие диски с интерфейсом Firewire. Хотя через интерфейс Firewire к компьютеру можно подключить любые типы периферийных устройств, и его нельзя назвать специализированным интерфейсом, предназначенным для подключения исключительно жестких дисков, тем не менее, Firewire имеет ряд особенностей, которые делают его чрезвычайно удобным для этой цели.

FireWire - IEEE 1394 - вид на ноутбуке

Интерфейс Firewire был разработан в середине 1990-х гг. Начало разработке положила небезызвестная фирма Apple, нуждавшаяся в собственной, отличной от USB, шине для подключения периферийного оборудования, прежде всего мультимедийного. Спецификация, описывающая работу шины Firewire, получила название IEEE 1394.

На сегодняшний день Firewire представляет собой один из наиболее часто используемых форматов высокоскоростной последовательной внешней шины. К основным особенностям стандарта можно отнести:

Возможность горячего подключения устройств.
Открытая архитектура шины.
Гибкая топология подключения устройств.
Меняющаяся в широких пределах скорость передачи данных – от 100 до 3200 Мбит/c.
Возможность передачи данных между устройствами без участия компьютера.
Возможность организации локальных сетей при помощи шины.
Передача питания по шине.
Большое количество подключаемых устройств (до 63).

Для подключения винчестеров (обычно посредством внешних корпусов для жестких дисков) через шину Firewire, как правило, используется специальный стандарт SBP-2, использующий набор команд протокола Small Computers System Interface. Существует возможность подключения устройств Firewire к обычному разъему USB, но для этого требуется специальный переходник.

IDE - Integrated Drive Electronics

Аббревиатура IDE, несомненно, известна большинству пользователей персональных компьютеров. Стандарт интерфейса для подключения жестких дисков IDE был разработан известной фирмой, производящей жесткие диски – Western Digital. Преимуществом IDE по сравнению с другими существовавшими в то время интерфейсами, в частности, интерфейсом Small Computers System Interface, а также стандартом ST-506, было отсутствие необходимости устанавливать контроллер жесткого диска на материнскую плату. Стандарт IDE подразумевал установку контроллера привода на корпус самого накопителя, а на материнской плате оставался лишь хост-адаптер интерфейса для подключения приводов IDE.

Интерфейс IDE на материнской плате

Данное нововведение позволило улучшить параметры работы накопителя IDE благодаря тому, что сократилось расстояние между контроллером и самим накопителем. Кроме того, установка контроллера IDE внутрь корпуса жесткого диска позволила несколько упростить как материнские платы, так и производство самих винчестеров, поскольку технология давала свободу производителям в плане оптимальной организации логики работы накопителя.

Новая технология первоначально получила название Integrated Drive Electronics (Встроенная в накопитель электроника). Впоследствии был разработан описывающий ее стандарт, названный ATA. Это название происходит от последней части названия семейства компьютеров PC/AT посредством добавления слова Attachment.

Для подключения жесткого диска или другого устройства, например, накопителя для оптических дисков, поддерживающего технологию Integrated Drive Electronics, к материнской плате, используется специальный кабель IDE. Поскольку ATA относится к параллельным интерфейсам (поэтому его также называют Parallel ATA или PATA), то есть, интерфейсам, предусматривающим одновременную передачу данных по нескольким линиям, то его кабель данных имеет большое количество проводников (обычно 40, а в последних версиях протокола имелась возможность использовать 80-жильный кабель). Обычный кабель данных для данного стандарта имеет плоский и широкий вид, но встречаются и кабели круглого сечения. Кабель питания для накопителей Parallel ATA имеет 4-контактный разъем и подсоединен к блоку питания компьютера.

Ниже приведены примеры кабеля IDE и круглого шнура данных PATA:

Внешний вид интерфейсного кабеля: cлева - плоский, справа в круглой оплетке - PATA или IDE.

Благодаря сравнительной дешевизне накопителей Parallel ATA, простоте реализации интерфейса на материнской плате, а также простоте установки и конфигурации устройств PATA для пользователя, накопители типа Integrated Drive Electronics на длительное время вытеснили с рынка винчестеров для персональных компьютеров бюджетного уровня устройства других типов интерфейса.

Однако стандарт PATA имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ограничение по длине, которую может иметь кабель данных Parallel ATA – не более 0,5 м. Кроме того, параллельная организация интерфейса накладывает ряд ограничений на максимальную скорость передачи данных. Не поддерживает стандарт PATA и многие расширенные возможности, которые имеются у других типов интерфейсов, например, горячее подключение устройств.

SATA - Serial ATA

Вид интерфейса SATA на материнской плате

Интерфейс SATA (Serial ATA), как можно догадаться из названия, является усовершенствованием ATA. Заключается это усовершенствование, прежде всего, в переделке традиционного параллельного ATA (Parallel ATA) в последовательный интерфейс. Однако этим отличия стандарта Serial ATA от традиционного не ограничиваются. Помимо изменения типа передачи данных с параллельного на последовательный, изменились также разъемы для передачи данных и электропитания.

Ниже приведен шнур данных SATA:

Шнур передачи данных для SATA интерфейса

Это позволило использовать шнур значительно большей длины и увеличить скорость передачи данных. Однако минусом стало то обстоятельство, что устройства PATA, которые до появления SATA присутствовали на рынке в огромных количествах, стало невозможно напрямую подключить в новые разъемы. Правда, большинство новых материнских плат все же имеют старые разъемы и поддерживают подключение старых устройств. Однако обратная операция – подключение накопителя нового типа к старой материнской плате обычно вызывает куда больше проблем. Для этой операции пользователю обычно требуется переходник Serial ATA to PATA. Переходник для кабеля питания обычно имеет сравнительно простую конструкцию.

Переходник питания Serial ATA to PATA:

Слева общий вид кабеля; Cправа укрупнено внешний вид коннекторов PATA и Serial ATA

Сложнее, однако, дело обстоит с таким устройством, как переходник для подключения устройства последовательного интерфейса в разъем для параллельного интерфейса. Обычно переходник такого типа выполнен в виде небольшой микросхемы.

Внешний вид универсального двунаправленного переходника между интерфейсами SATA - IDE

В настоящее время интерфейс Serial ATA практически вытеснил Parallel ATA, и накопители PATA можно встретить теперь в основном лишь в достаточно старых компьютерах. Еще одной особенностью нового стандарта, обеспечившей его широкую популярность, стала поддержка .

Вид переходника с IDE на SATA

О технологии NCQ можно рассказать чуть подробнее. Основное преимущество NCQ состоит в том, что она позволяет использовать идеи, которые давно были реализованы в протоколе SCSI. В частности, NCQ поддерживает систему упорядочивания операций чтения/записи, поступающих к нескольким накопителям, установленным в системе. Таким образом, NCQ способна значительно повысить производительность работы накопителей, в особенности массивов жестких дисков.

Вид переходника с SATA на IDE

Для использования NCQ необходима поддержка технологии со стороны жесткого диска, а также хост-адаптера материнской платы. Практически все адаптеры, поддерживающие AHCI, поддерживают и NCQ. Кроме того, NCQ поддерживают и некоторые старые проприетарные адаптеры. Также для работы NCQ требуется ее поддержка со стороны операционной системы.

eSATA - External SATA

Отдельно стоит упомянуть о казавшемся многообещающим в свое время, но так и не получившем широкого распространения формате eSATA (External SATA). Как можно догадаться из названия, eSATA представляет собой разновидность Serial ATA, предназначенную для подключения исключительно внешних накопителей. Стандарт eSATA предлагает для внешних устройств большую часть возможностей стандартного, т.е. внутреннего Serial ATA, в частности, одинаковую систему сигналов и команд и столь же высокую скорость.

Разъем eSATA на ноутбуке

Тем не менее, у eSATA есть и некоторые отличия от породившего его стандарта внутренней шины. В частности, eSATA поддерживает более длинный кабель данных (до 2 м), а также имеет более высокие требования к питанию накопителей. Кроме того, разъемы eSATA несколько отличаются от стандартных разъемов Serial ATA.

По сравнению с другими внешними шинами, такими, как USB и Firewire, eSATA, однако, имеет один существенный недостаток. Если эти шины позволяют осуществлять электропитание устройства через сам кабель шины, то накопитель eSATA требует специальные разъемы для питания. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, eSATA в настоящее время не пользуется большой популярностью в качестве интерфейса для подключения внешних накопителей.

Заключение

Информация, хранящаяся на жестком диске, не может стать полезной для пользователя и доступной для прикладных программ до тех пор, пока к ней не получит доступ центральный процессор компьютера. Интерфейсы жестких дисков представляют собой средство для связи между этими накопителями и материнской платой. На сегодняшний день существует немало различных типов интерфейсов жестких дисков, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и характерные особенности. Надеемся, что приведенная в данной статье информация во многом окажется полезной для читателя, ведь выбор современного жесткого диска во многом определяются не только его внутренними характеристиками, такими, как емкость, объем кэш-памяти, скорость доступа и вращения, но и тем интерфейсом, для которого он был разработан.

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:

Test unit ready - проверка готовности устройства, в т.ч. наличия диска в дисководе.
Inquiry - запрос основных характеристик устройства.
Send diagnostic - указание устройству провести самодиагностику и вернуть результат.
Request sense - возвращает код ошибки предыдущей команды.
Read capacity - возвращает емкость устройства.
Format Unit
Read (4 варианта) - чтение.
Write (4 варианта) - запись.
Write and verify - запись и проверка.
Mode select - установка параметров устройства.
Mode sense - возвращает текущие параметры устройства.

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.

Разводка Parallel ATA

Контакт	Назначение	Контакт	Назначение
1	Reset	2	Ground
3	Data 7	4	Data 8
5	Data 6	6	Data 9
7	Data 5	8	Data 10
9	Data 4	10	Data 11
11	Data 3	12	Data 12
13	Data 2	14	Data 13
15	Data 1	16	Data 14
17	Data 0	18	Data 15
19	Ground	20	Key
21	DDRQ	22	Ground
23	I/O Write	24	Ground
25	I/O Read	26	Ground
27	IOC HRDY	28	Cable Select
29	DDACK	30	Ground
31	IRQ	32	No Connect
33	Addr 1	34	GPIO DMA66 Detect
35	Addr 0	36	Addr 2
37	Chip Select	38	Chip Select 3P

Перемычки для установки режима Master/Slave

Сравнение дисковых интерфейсов

Параметр	ST506/412 MFM	ST506/412 RLL	ESDI	SCSI	IDE/ ATA
Максимальная скорость обмена	5Мбит/сек	7.5Мбит/сек	10/24Мбит/се к	24/40МБайт /сек	10МБайт/се к
Максимальное количество устройств	4	4	7	56	2
Максимальное количество устройств в DOS	2	2	2	36	2
Подключение других устройств	-	-	-	+	-
Число секторов на дорожке	17	26	32-36	Не определено	Не определено
Все операции ввода -вывода осуществляются с использованием процессора	Частичное использование
Многозадачны й ввод-вывод	-	+	+ -[Современны е расширения IDE/ ATA поддерживают многозадачный ввод-вывод]
Автоматическая коррекция ошибок	-	-	+	+	+
Низкоуровневое форматирование	+	+	+	-

Современные реализации ATA/IDE

Предложенный в конце 80-х годов интерфейс ATA (AT Attachment) , известный также под названием 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 :

IDE поддерживает только два винчестера, а SCSI обеспечивает возможность подключения большого количества блочных устройств различных типов (принтеры, CD-ROM , стриммеры и др.);
размер дисков IDE не может превышать 528Мб, поскольку для доступа к диску используется интерфейс Int 13 BIOS , тогда как SCSI не ограничивает размер диска;
IDE обеспечивает скорость обмена с диском 2-3 Мб/сек, а SCSI - 10 или 20Мб/сек (Fast/Wide) .

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

предельный размер диска 528Мб;
малая скорость обмена с диском;

ATA

системных плат

ATA

специальные драйверы

EIDE

Ускоренный обмен данными основан на использовании скоростных режимов программируемого ввода-вывода ( PIO mode 3 ) и прямого доступа к памяти (DMA mode 1 ). Эти режимы обеспечивают скорость обмена 11.1 и 13.3 Мб/сек, соответственно. Для реализации скоростного обмена требуется поддержка со стороны винчестера и BIOS. BIOS должна поддерживать один из скоростных режимов обмена с диском ( PIO mode 3 или DMA mode 1 ), как правило это режим PIO . Со стороны дискового устройства также должна обеспечиваться поддержка скоростного обмена. Эту возможность обеспечивает большинство современных винчестеров (в том числе диски Fast ATA ). Скоростные режимы обмена позволяют полнее реализовать возможности дисковых контроллеров, использующих широкополосную локальную шину VESA или PCI .
Поддержка двух портов ATA . Для обеспечения этой возможности используются зарезервированные для второго контроллера адреса портов ввода-вывода и прерывание IRQ15 . Для реализации этой возможности требуется поддержка со стороны контроллера (хост-адаптера), BIOS и операционной системы. К самим устройствам (винчестерам, приводам CD-ROM или стриммерам) не предъявляется никаких дополнительных требований. Контроллер должен обеспечивать возможность установки адресов второго порта (это реализовано отнюдь не во всех современных моделях). Не все BIOS поддерживают возможность использования четырех устройств IDE , однако современные разработки включают этот режим. Важную роль играет поддержка использования четырех устройств со стороны операционной системы. Эта возможность реализована в большинстве 32-разрядных ОС и в последних версиях DOS .
Возможность подключения приводов CD-ROM и стримеров . Этот режим является недорогой альтернативой SCSI . Для обеспечения такой возможности требуется требуется поддержка нескольких новых команд. Спецификация ATAPI ( ATA Packet Interface) , находящаяся в стадии разработки, содержит описание новых команд. Для обеспечения возможности подключения к хост-адаптеру недисковых устройств требуется поддержка спецификации ATAPI со стороны BIOS, хост-адаптера, операционной системы и самих периферийных устройств. В настоящее время большинство устройств CD-ROM уже использует интерфейс IDE/ ATAPI для подключения ко второму порту современных контроллеров. Очевидно, что при таком обилии вариантов расширения возможностей IDE отнюдь не все устройства, рекламируемые как "Enhanced", поддерживают все четыре режима, добавленные в спецификацию Enhanced IDE . Не следует забывать также о том, что для обеспечения полной поддержки EIDE , этой спецификации должны удовлетворять BIOS , хост-адаптер, операционная система и, наконец, сами периферийные устройства.

ATA ( Attachment ) — параллельный интерфейс для подключения накопителей к ПК. В 90-е являлся стандартом, построенным на платформе IBM PC. В настоящее время стремительно вытесняется на рынке своим же последователем — SATA . С момента появления SATA, ATA переименовали в PATA (Parallel ATA).

История

Первоначально интерфейс получил предварительное название PC/AT Attachment («Соединение с PC/AT»), поскольку он предназначался для подключения к 16-битной шине ISA (известна как шина AT) . В окончательной версии название переделали в «AT Attachment» во избежании проблем с торговыми марками.

Первая версия стандарта была разработана в 1986 году компанией Western Digital, она имела название IDE (Integrated Drive Electronics — «встроенная в привод электроника»). Название отображало существенное нововведение: контроллер привода располагался в нем самом, а не в виде отдельной платы расширения, как в предшествующем стандарте ST-506 и существовавших тогда интерфейсах SCSI и ST-412. Благодаря этому нововведению были улучшены характеристики накопителей. Меньшее расстояние до контроллера, упрощенное управление им, поскольку контроллер канала IDE абстрагировался от деталей работы привода, более дешевое производство.

Правильное название контроллера канала IDE - хост-адаптер , потому что он перешел от прямого управления приводом к обмену данными с ним по протоколу.

Интерфейс между контроллером и накопителем определен в стандарте АТА. Интерфейс оснащен 8 регистрами, которые занимают 8 адресов в пространстве ввода-вывода. Ширина шины данных равна 16 битам. Число каналов, находящихся в системе, может превышать 2. Важно, чтобы адреса каналов не пересекались с адресами других устройств ввода-вывода. Каждый канал позволяет подключить к себе 2 устройства (master и slave), однако в каждый момент времени может работать лишь одно устройство.

Принцип адресации CHS заключается в следующем: прежде всего блок головок устанавливается позиционером на требуемую дорожку, после чего выбирается требуемая головка, а затем из требуемого сектора считывается информация.

Стандарт EIDE (Enhanced IDE — «расширенный IDE») появился сразу вслед за IDE. Он позволял использовать приводы с емкостью более 528 Мб (504 МиБ), вплоть до 8,4 Гб.

Хоть эти аббревиатуры возникли в качестве торговых линеек, а не официальных названий стандарта, термины IDE и EIDE обычно употребляются вместо термина ATA .

После выхода стандарта Serial ATA («последовательный ATA»), который состоялся в 2003 году, традиционный ATA стал называться Parallel ATA , что подразумивало под собой ничто иное, как способ передачи данных по параллельному 40- или 80-жильному кабелю.

Первоначально, интерфейс применялся с жесткими дисками, однако затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, преимущественно, со сменными носителями. На шину ATAPI подключали даже FDD. Такой расширенный стандарт получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), а полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI . ATAPI почти полностью совпадает со SCSI на уровне команд.

Сперва интерфейсы по подключению приводов CD-ROM не были стандартизованы, являясь исключительно частными разработками производителей приводов. По этой причине, для подключения CD-ROM необходимо было устанавливать отдельную плату расширения, настроенную под конкретного производителя. Некоторые версии звуковых карт, например Sound Blaster, оснащались именно такими портами. Выход на рынок ATAPI позволил стандартизировать всю периферию и дать возможность подключать ее к любому контроллеру.

Еще одним немаловажным этапом развития ATA стал переход от PIO (Programmed input/output — программный ввод/вывод) к DMA (Direct memory access — прямой доступ к памяти). В ходе использования PIO управлением считыванием данных с диска занимался центральный процессор, а это, в свою очередь, приводило к повышенной нагрузке на процессор и снижению его производтельности. По этой причине компьютеры, которые использовали интерфейс ATA, выполняли операции, связанные с диском, медленнее, чем компьютеры, работающие на SCSI и прочих интерфейсах. Внедрение DMA значительно сократило затраты процессорного времени на операции с диском.

Потоком данных в этой технологии управляет сам накопитель. Он считывает данные из памяти почти без участия процессора, а тот, в свою очередь, просто выдает команды на выполнение того или иного действия. При этом жесткий диск выдает сигнал запроса DMARQ на операцию DMA контроллеру. Если операция DMA возможна, контроллер посылает сигнал DMACK и жесткий диск выдает данные в 1-й регистр (DATA), с которого контроллер считывает их. Так, процессор практически не задействован в этой цепочке.

Операция DMA возможна только в том случае, если режим поддерживается одновременно BIOS , контроллером и операционной системой. В противном случае, возможен лишь режим PIO. При развитии стандарта (АТА-3), инженерами был введен дополнительный режим UltraDMA 2 (UDMA 33), который имеет временные характеристики DMA Mode 2. Однако, данные передаются и по переднему, и по заднему фронту сигнала DIOR/DIOW, что вдвое увеличивает скорость передачи данных по интерфейсу. Кроме того, введена проверка на четность CRC, что увеличивает надежность передачи.

История развития ATA включала в себя ряд барьеров (в частности, ограничения на максимальный размер диска в 504 МиБ, около 8 ГиБ, около 32 ГиБ, и 128 ГиБ), связанных с организацией доступа к данным. Большинство из этих барьеров, благодаря современным системам адресации, были преодолены. Впрочем, существовали и другие барьеры, в основном связанные с драйверами устройств, и организацией ввода/вывода в ОС, не работающих в ATA.

В оригинальной спецификации АТА предусматривался 28-битный режим адресации, что позволяло адресовать 2 28 (268 435 456) секторов по 512 байт каждый. Это давало максимальную емкость в 137 Гб (128 ГиБ). В стандартных PC BIOS поддерживал до 7,88 ГиБ (8,46 Гб), допуская максимум 1024 цилиндра, 256 головок и 63 сектора. Это ограничение на число цилиндров/головок/секторов CHS (Cyllinder-Head-Sector) в сочетании со стандартом IDE привело к ограничению адресуемого пространства в 504 МиБ (528 Мб). В целях преодоления этого ограничения была введена схема адресации LBA (Logical Block Address), что позволило адресовать до 7,88 ГиБ. Со временем, данное ограничение было снято. Это дало возможность адресовать сначала 32 ГиБ, а затем и 128 ГиБ, используя все 28 разрядов (в АТА-4) для адресации сектора. Запись 28-битного числа организована путем записи его частей в соответствующие регистры накопителя (с 1 по 8 бит в 4-й регистр, 9-16 в 5-й, 17-24 в 6-й и 25-28 в 7-й).

Адресация регистров организована тремя адресными линиями DA0-DA2. Первый регистр с адресом 0 - 16-разрядный. Он используется в целях передачи данных между диском и контроллером. Остальные регистры 8-битные и применяются для управления.

Новейшие спецификации ATA предполагают 48-битную адресацию, расширяя возможный предел до 128 ПиБ (144 петабайт).

Ограничения на размер проявляются в том, что система идентифицирует объем диска меньше его реального значения, либо же вовсе отказывается загружаться и виснет на стадии инициализации жестких дисков. Иногда проблему удатся решить обновлением BIOS. Другое возможное решение - использование специальных программ (например, Ontrack DiskManager), которые загружают в память свой драйвер до загрузки операционной системы. Недостатком таких решений является то, что используется нестандартная разбивка диска (разделы диска оказываются недоступны, в случае загрузки с обычной DOS-овской загрузочной дискеты). Впрочем, большинство современных ОС может работать с дисками большего размера, даже если BIOS компьютера не определяет размер как требуется.

Чтобы подключить HDD с интерфейсом PATA обычно используется специальный шлейф - 40-проводный кабель. Каждый шлейф обычно оснащен двумя или тремя разъемами, один из которых подключается к разъему контроллера на материнской плате, а остальные два - к дискам. В один момент времени шлейф P-ATA передает 16 бит данных. Иногда встречаются шлейфы IDE, которые позволяют подключать до трех дисков к одному IDE каналу, однако, в этом случае один из дисков работает в режиме read-only.

Разводка Parallel ATA

Контакт	Назначение	Контакт	Назначение
















			GPIO_DMA66_Detect

На протяжении длительного времени шлейф ATA содержал в себе 40 проводников, однако с введением режима Ultra DMA/66 (UDMA4 ) появилась его 80-проводная версия. Все дополнительные проводники — лишь проводники заземления, которые чередуются с информационными проводниками. Так, вместо семи проводников заземления их стало 47. Такое чередование проводников уменьшает емкостную связь между ними, тем самым сокращая взаимные наводки. Емкостная связь - это большая проблема при высоких скоростях передачи. Вот почему нововведение было необходимо для обеспечения нормальной работы установленной спецификацией UDMA4 скорости передачи 66 МБ/с. Что касается более быстрых режимом UDMA5 и UDMA6, то они также требуют 80-проводного кабеля.

Несмотря на то, что число проводников удвоилось, количество контактов осталось прежним, впрочем, как и внешний вид разъемов. Внутренняя разводка, однако, отличается. Разъемы для 80-проводного кабеля должны присоединять большое число проводников заземления к небольшому числу контактов заземления, тогда как в 40-проводном кабеле проводники присоединяются каждый к своему контакту. 80-проводных кабели имеют разъемы, размеченные расцветкой (синий, серый и черный), в отличие от 40-проводных, где обычно все разъемы одного цвета (зачастую, черного).

В стандарте ATA максимальная длина кабеля составляет 46 см. Такое ограничение затрудняет присоединение устройств в больших корпусах, или подключение нескольких приводов к одному компьютеру, и практически полностью исключает возможность использования дисков PATA в качестве внешних дисков. Однако в продаже широко распространены кабели большей длины, не соответствующие стандарту. То же можно сказать и про широко-распространенные «круглые» кабели. Стандартом ATA описаны только плоские кабели с конкретными характеристиками полного и емкостного сопротивления. Это не означает, что другие кабели не будут работать, впрочем, в любом случае, к использованию нестандартных кабелей лучше относиться осторожно.

Если к одному шлейфу подключено два устройства, одно из них носит признак «master» (ведущее), а друго - slave (ведомое). Как правило, ведущее устройство стоит перед ведомым в списке дисков, перечисляемых BIOS’ом. В старых BIOS’ах (486 и раньше) диски часто обозначались буквами «C» для ведущего диска и «D» для ведомого. Правильно называть «ведущий» и «ведомый» диски соответственно device 0 (устройство 0 ) и device 1 (устройство 1 ).

Если на шлейфе располагается лишь один привод, он в большинстве случаев является ведущмй. Некоторые диски имеют специальную надстройку, именуемую single (единый диск на кабеле). В большинстве случаев, единый привод на кабеле может работать и как ведомый.

Также существует настройка под названием «cable select» («выбор, определяемый кабелем»), она является опциональной в спецификации ATA-1 и была широко распространена начиная с ATA-5. Благодаря ней, исключена необходимость переставлять перемычки на дисках при любых переподключениях. Так, если привод установлен в режим cable select, он автоматически устанавливается как ведущий или ведомый, в зависимости от своего местоположения на шлейфе.

Во времена 40-проводных кабелей была широко распространена практика установки режима cable select путем простого перерезания проводника 28 между двумя разъемами. При этом, ведомый привод оказывался на конце кабеля, а ведущий в середине. Такое размещение в поздних версиях спецификации было стандартизировано. 80-проводные кабели, используемые для UDMA4, были лишены таких недостатков. В них ведущее устройство всегда находится в конце шлейфа. Так, если подключено только одно устройство, ненужный отрезок кабеля не образуется. Кабельная выборка у них устанавливается на заводе. Поскольку для 80-проводных шлейфов требовались собственные разъемы, повсеместное внедрение не заставило себя долго ждать. Стандарт требует использования разъемов разных цветов, для более простой идентификации. Синий предназначен для подключения к контроллеру, черный — к ведущему устройству, серый — к ведомому.

Версии ATA

Стандарт	Другие названия	Добавлены режимы передачи (МБ/с)	Максимально поддерживаемый объём диска	Другие свойства	ANSI Reference
		PIO 0,1,2 (3.3, 5.2, 8.3) Single-word DMA 0,1,2 (2.1, 4.2, 8.3) Multi-word DMA 0 (4.2)			X3.221-1994 (obsolete since 1999)
	Fast IDE, Ultra ATA	PIO 3,4: (11.1, 16.6) Multi-word DMA 1,2 (13.3, 16,6)			X3.279-1996 (obsolete since 2001)
				S.M.A.R.T., Security	X3.298-1997 (obsolete since 2002)
	ATAPI-4, ATA-4, Ultra ATA/33	Ultra DMA 0,1,2 (16.7, 25.0, 33.3) aka Ultra-DMA/33		Support for CD-ROM, etc., via ATAPI packet commands	NCITS 317—1998
	ATA-5, Ultra ATA/66	Ultra DMA 3,4 (44.4, 66.7) aka Ultra DMA 66			NCITS 340—2000
	ATA-6, Ultra ATA/100	aka Ultra DMA 100		Automatic Acoustic Management	NCITS 347—2001
	ATA-7, Ultra ATA/133	aka Ultra DMA 133		SATA 1.0, Streaming feature set, long logical/physical sector feature set for non-packet devices	NCITS 361—2002
					в процессе

Здравствуйте! В мы с вами в подробностях рассмотрели устройство жесткого диска, но я специально ничего не сказал про интерфейсы - то есть способы взаимодействия жесткого диска и остальных устройств компьютера, или если еще конкретней, способы взаимодействия (соединения) жесткого диска и компьютера.

А почему не сказал? А потому что эта тема - достойна объема никак не меньшего целой статьи. Поэтому сегодня разберем во всех подробностях наиболее популярные на данный момент интерфейсы жесткого диска. Сразу оговорюсь, что статья или пост (кому как удобнее) в этот раз будет иметь внушительные размеры, но куда деваться, без этого к сожалению никак, потому как если написать кратко, получится совсем уж непонятно.

Понятие интерфейса жесткого диска компьютера

Для начала давайте дадим определение понятию "интерфейс". Говоря простым языком (а именно им я и буду по-возможности выражаться, ибо блог то на обычных людей рассчитан, таких как мы с Вами), интерфейс - способ взаимодействия устройств друг с другом и не только устройств. Например, многие из вас наверняка слышали про так называемый "дружественный" интерфейс какой-либо программы. Что это значит? Это значит, что взаимодействие человека и программы более легкое, не требующее со стороны пользователя большИх усилий, по сравнению с интерфейсом "не дружественным". В нашем же случае, интерфейс - это просто способ взаимодействия конкретно жесткого диска и материнской платы компьютера. Он представляет собой набор специальных линий и специального протокола (набора правил передачи данных). То есть чисто физически - это шлейф (кабель, провод), с двух сторон которого находятся входы, а на жестком диске и материнской плате есть специальные порты (места, куда присоединяется кабель). Таким образом, понятие интерфейс - включает в себя соединительный кабель и порты, находящиеся на соединяемых им устройствах.

Ну а теперь самый "сок" сегодняшней статьи, поехали!

Виды взаимодействия жестких дисков и материнской платы компьютера (виды интерфейсов)

Итак, первым на очереди у нас будет самый "древний" (80-е года) из всех, в современных HDD его уже не встретить, это интерфейс IDE (он же ATA, PATA).

IDE - в переводе с английского "Integrated Drive Electronics", что буквально означает - "встроенный контроллер". Это уже потом IDE стали называть интерфейсом для передачи данных, поскольку контроллер (находящийся в устройстве, обычно в жестких дисках и оптических приводах) и материнскую плату нужно было чем-то соединять. Его (IDE) еще называют ATA (Advanced Technology Attachment), получается что то вроде "Усовершенствованная технология подсоединения". Дело в том, что ATA - параллельный интерфейс передачи данных , за что вскоре (буквально сразу после выхода SATA, о котором речь пойдет чуть ниже) он был переименован в PATA (Parallel ATA).

Что тут сказать, IDE хоть и был очень медленный (пропускная способность канала передачи данных составляла от 100 до 133 мегабайта в секунду в разных версиях IDE - и то чисто теоретически, на практике гораздо меньше), однако позволял присоединять одновременно сразу два устройства к материнской плате, используя при этом один шлейф.

Причем в случае подключения сразу двух устройств, пропускная способность линии делилась пополам. Однако, это далеко не единственный недостаток IDE. Сам провод, как видно из рисунка, достаточно широкий и при подключении займет львиную долю свободного пространства в системном блоке, что негативно скажется на охлаждении всей системы в целом. В общем IDE уже устарел морально и физически, по этой причине разъем IDE уже не встретить на многих современных материнских платах, хотя до недавнего времени их еще ставили (в количестве 1 шт.) на бюджетные платы и на некоторые платы среднего ценового сегмента.

Следующим, не менее популярным, чем IDE в свое время, интерфейсом является SATA (Serial ATA) , характерной особенностью которого является последовательная передача данных. Стоит отметить, что на момент написания статьи - является самым массовым для применения в ПК.

Существуют 3 основных варианта (ревизии) SATA, отличающиеся друг от друга пропускной способностью: rev. 1 (SATA I) - 150 Мб/с, rev. 2 (SATA II) - 300 Мб/с, rev. 3 (SATA III) - 600 Мб/с. Но это только в теории. На практике же, скорость записи/чтения жестких дисков обычно не превышает 100-150 Мб/с, а оставшаяся скорость пока не востребована и влияет разве что на скорость взаимодействия контроллера и кэш-памяти HDD (повышает скорость доступа к диску).

Из нововведений можно отметить - обратную совместимость всех версий SATA (диск с разъемом SATA rev. 2 можно подключить к мат. плате с разъемом SATA rev. 3 и т.п.), улучшенный внешний вид и удобство подключения/отключения кабеля, увеличенная по сравнению с IDE длина кабеля (1 метр максимально, против 46 см на IDE интерфейсе), поддержка функции NCQ начиная уже с первой ревизии. Спешу обрадовать обладателей старых устройств, не поддерживающих SATA - существуют переходники с PATA на SATA , это реальный выход из ситуации, позволяющий избежать траты денег на покупку новой материнской платы или нового жесткого диска.

Так же, в отличии от PATA, интерфейсом SATA предусмотрена "горячая замена" жестких дисков, это значит, что при включенном питании системного блока компьютера, можно присоединять/отсоединять жесткие диски. Правда для ее реализации необходимо будет немного покопаться в настройках BIOS и включить режим AHCI.

Следующий на очереди - eSATA (External SATA) - был создан в 2004 году, слово "external" говорит о том, что он используется для подключения внешних жестких дисков. Поддерживает "горячую замену " дисков. Длина интерфейсного кабеля увеличена по сравнению с SATA - максимальная длина составляет теперь аж два метра. eSATA физически не совместим с SATA, но обладает той же пропускной способностью.

Но eSATA - далеко не единственный способ подключить внешние устройства к компьютеру. Например FireWire - последовательный высокоскоростной интерфейс для подключения внешних устройств, в том числе HDD.

Поддерживает "горячу замену" винчестеров. По пропускной способности сравним с USB 2.0, а с появлением USB 3.0 - даже проигрывает в скорости. Однако у него все же есть преимущество - FireWire способен обеспечить изохронную передачу данных, что способствует его применению в цифровом видео, так как он позволяет передавать данные в режиме реального времени. Несомненно, FireWire популярен, но не настолько, как например USB или eSATA. Для подключения жестких дисков он используется довольно редко, в большинстве случаев с помощью FireWire подключают различные мультимедийные устройства.

USB (Universal Serial Bus) , пожалуй самый распространенный интерфейс, используемый для подключения внешних жестких дисков, флешек и твердотельных накопителей (SSD). Как и в предыдущем случае - есть поддержка "горячей замены", довольно большая максимальная длина соединительного кабеля - до 5 метров в случае использования USB 2.0, и до 3 метров - если используется USB 3.0. Наверное можно сделать и бОльшую длину кабеля, но в этом случае стабильная работа устройств будет под вопросом.

Скорость передачи данных USB 2.0 составляет порядка 40 Мб/с, что в общем-то является низким показателем. Да, конечно, для обыкновенной повседневной работы с файлами пропускной способности канала в 40 Мб/с хватит за глаза, но как только речь пойдет о работе с большими файлами, поневоле начнешь смотреть в сторону чего-то более скоростного. Но оказывается выход есть, и имя ему - USB 3.0, пропускная способность которого, по сравнению с предшественником, возросла в 10 раз и составляет порядка 380 Мб/с, то есть практически как у SATA II, даже чуть больше.

Есть две разновидности контактов кабеля USB, это тип "A" и тип "B", расположенные на противоположных концах кабеля. Тип "A" - контроллер (материнская плата), тип "B" - подключаемое устройство.

USB 3.0 (тип "A") совместим с USB 2.0 (тип "A"). Типы "B" не совместимы между собой, как видно из рисунка.

Thunderbolt (Light Peak). В 2010 году компанией Intel был продемонстрирован первый компьютер с данным интерфейсом, а чуть позже в поддержку Thunderbolt к Intel присоединилась не менее известная компания Apple. Thunderbolt достаточно крут (ну а как иначе то, Apple знает во что стоит вкладывать деньги), стоит ли говорить о поддержке им таких фич, как: пресловутая "горячая замена", одновременное соединение сразу с несколькими устройствами, действительно "огромная" скорость передачи данных (в 20 раз быстрее USB 2.0).

Максимальная длина кабеля составляет только 3 метра (видимо больше и не надо). Тем не менее, несмотря на все перечисленные преимущества, Thunderbolt пока что не является "массовым" и применяется преимущественно в дорогих устройствах.

Идем дальше. На очереди у нас пара из очень похожих друг на друга интерфейсов - это SAS и SCSI. Похожесть их заключается в том, что они оба применяются преимущественно в серверах, где требуется высокая производительность и как можно меньшее время доступа к жесткому диску. Однако, существует и обратная сторона медали - все преимущества данных интерфейсов компенсируются ценой устройств, поддерживающих их. Жесткие диски, поддерживающие SCSI или SAS стоят на порядок дороже.

SCSI (Small Computer System Interface) - параллельный интерфейс для подключения различных внешних устройств (не только жестких дисков).

Был разработан и стандартизирован даже несколько раньше, чем первая версия SATA. В свежих версия SCSI есть поддержка "горячей замены".

SAS (Serial Attached SCSI) пришедший на смену SCSI, должен был решить ряд недостатков последнего. И надо сказать - ему это удалось. Дело в том, что из-за своей "параллельности" SCSI использовал общую шину, поэтому с контроллером одновременно могло работать только лишь одно из устройств, SAS - лишен этого недостатка.

Кроме того, он обратно совместим с SATA, что несомненно является большим плюсом. К сожалению стоимость винчестеров с интерфейсом SAS близка к стоимости SCSI-винчестеров, но от этого никак не избавиться, за скорость приходится платить.

Если вы еще не устали, предлагаю рассмотреть еще один интересный способ подключения HDD - NAS (Network Attached Storage). В настоящее время сетевые системы хранения данных (NAS) имеют большую популярность. По сути, это отдельный компьютер, этакий мини-сервер, отвечающий за хранение данных. Он подключается к другому компьютеру через сетевой кабель и управляется с другого компьютера через обычный браузер. Это все нужно в тех случаях, когда требуется большое дисковое пространство, которым пользуются сразу несколько людей (в семье, на работе). Данные от сетевого хранилища передаются к компьютерам пользователей либо по обычному кабелю (Ethernet), либо при помощи Wi-Fi. На мой взгляд, очень удобная штука.

Думаю, это все на сегодня. Надеюсь вам понравился материал, предлагаю подписаться на обновления блога, чтобы ничего не пропустить (форма в верхнем правом углу) и встретимся с вами уже в следующих статьях блога.

Со времени создания персональных компьютеров было разработано несколько типов интерфейсов для подключения жестких дисков. Два первых интерфейса – ST-506/412 (фирмы Seagate Technologies) и ESDI (Enhanced Small Device Interface - усовершенствованный интерфейс малых устройств) в настоящее время не используются. Развитие интерфейсов шло по пути объединения контроллера и накопителя на жестких дисках, что позволило повысить скорость обработки данных, плотность размещения данных на носителе и общее быстродействие системы. Поскольку современные интерфейсы используются для обмена данными не только с жесткими дисками, но и другими устройствами внешней памяти (например, оптическими дисководами или накопителями на магнитной ленте) их правильнее называть интерфейсами внешней памяти.

В настоящее время используются два интерфейса внешней памяти: IDE (ATA) и SCSI.

Наиболее распространенным интерфейсом внешней памяти на IBM-совместимых компьютерах является стандарт IDE (IDE расшифровывается как intelligent drive electronics – интеллектуальная электроника устройства или integrated drive electronics – интегрированная электроника устройства). Другое, официальное, название интерфейса – АТА (AT Attachment – подключение к AT), поскольку этот интерфейс впервые был применен в компьютерах серии IBM PC AT.

Стандарты на интерфейс ATA в настоящее время разрабатываются комитетом T13 Международного комитета по стандартам информационных технологий – INCITS (InterNational Committee on Information Technology Standards), в который в основном входят специалисты из фирм, разрабатывающих и производящих устройства внешней памяти (дисководы жестких и оптических дисков). После разработки стандарты утверждаются Американским национальным институтом стандартов – ANSI (American National Standards Institute), под руководством которого функционирует INCITS.

Интерфейс ATA – это интерфейс системного уровня, в котором контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. Стандарт определяет разъемы и кабели для подключения устройств внешней памяти к материнской плате, характеристики сигналов, набор исполнительных регистров, а также команды и протоколы, используемые в устройстве внешней памяти.

Официально принятым в настоящее время стандартом является шестая версия стандарта ATA – ATA/ATAPI-6 (2002 г.) и седьмая версия стандарта ATA – ATA/ATAPI-7 (2004 г.). В конце 2008 г. принят очередной стандарт ATA – ATA/ATAPI-8.

Начиная с версии ATA-4, в спецификацию ATA включена спецификация ATAPI (АТ Attachment Packet Interface – пакетный интерфейс ATA), ранее являвшаяся отдельной спецификацией. Эта спецификация обеспечивает общий интерфейс не только для жестких дисков, но и других устройств: оптических дисководов и стримеров.

В стандартах определены:

· общие требования к устройству ATA;

· регистры ввода-вывода устройства;

· набор команд устройства;

· протоколы обмена данными между устройством и компьютером.

В спецификации определена также технология анализа и вывода мониторинга – SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), что сделало устройства IDE более надежными. Была добавлена также защита с помощью паролей при доступе к устройствам. Кроме того, предусмотрен режим экономии электроэнергии: двигатель жесткого диска сам останавливается при отсутствии обращения к диску в течение временного интервала, определяемого пользователем системы.

В спецификациях АТА предусмотрено несколько режимов быстрого обмена данными с жесткими дисками, которые называются режимами программного ввода/вывода PIO (Programmed Input/Output) со скоростями передачи данных 3,3-20 Мбайт/с. Эти режимы обеспечивают обмен между оперативной памятью и жесткими дисками с участием процессора.

С появлением процессоров Pentium контроллеры АТА обеспечивают функцию Bus Master. В этом режиме процессор указывает контроллеру АТА, откуда он должен взять данные, и в какую область оперативной памяти их поместить. После этого контроллер захватывает управление шиной PCI и выполняет операции ввода-вывода без участия процессора. Этот режим называется режимом прямого доступа в память – DMA (Direct Memory Access). Особенно заметны преимущества режима Bus Master при одновременной работе нескольких приложений.

Контроллер АТА имеет два канала (primary – первичный и secondary – вторичный), к каждому из которых с помощью одного кабеля можно подключить до двух устройств (всего четыре устройства). Чтобы два устройства могли работать на одном кабеле используется режим «хозяин-слуга» («master-slave»). Устройство на первичном канале – «хозяин» разрешает выполнять обмен данными устройству на вторичном канале – «слуге» только в том случае, если «хозяин» не занят обменом данных, поэтому каждый раз, когда устройству, подключенному к вторичному каналу, необходимо выполнить обмен данными, оно обращается за разрешением к устройству на первичном канале. Подключение двух устройств к одному кабелю и, соответственно, к одному порту ввода-вывода называют параллельным ATA (Parallel ATA – P-ATA). В спецификации ATA/ATAPI-7 определен режим Ultra ATA/133, который обеспечивает режим обмена данными до 133 Мбайт/с.

В спецификации ATA определены два типа кабеля: старый, 40-разрядный и новый, 80-разрядный, обеспечивающий более высокую скорость передачи – в режиме Ultra DMA – до 66,67 Мбайт/с (рис 1.3.7а). В старом и новом кабели используются одинаковые 40-контактные разъемы, однако внутренняя разводка проводников в этих кабелях различна. Электронная схема устройства автоматически определяет, какой тип кабеля подключен, и в соответствии с этим определяет максимальную скорость передачи данных.

Для подключения устройств IDE (ATA) к материнской плате используются два вида кабелей: шинный кабель и круглый кабель. Цвета разъемов в кабелях фиксированы: синий разъём предназначен для подключения к материнской плате, чёрный – к устройству на первичном канале, серый – к устройству на вторичном канале (рис. 1.3.7б). Разъем для подключения кабеля IDE (ATA) на материнской плате приведен на рис. 1.3.7в, а разъем для подключения кабеля IDE (ATA) на устройстве – на рис. 1.3.7г.

Рис. 1.3.7. Интерфейс IDE (ATA): а) сравнение 80-разрядного кабеля (сверху) и 40-разрядного кабеля (снизу); б) подключение шинного и круглого кабеля (1 – к вторичному устройству; 2 – к первичному устройству; 3 – к материнской плате или контроллеру)

в) разъем для подключения кабеля на материнской плате;

г) разъем для подключения кабеля на устройстве

В отличие от интерфейса IDE (ATA), в котором данные передаются параллельно, интерфейс последовательного ATA – SATA (Serial ATA) реализует последовательную передачу данных на двух витых парах. Так же, как в шине PCI Express, этот обмен реализуется с помощью метода LDVS.

Первая версия SATA (SATA I) была определена в 2002 г. в спецификации ATA/ATAPI-7 комитета T13.

В этой версии шина SATA работает на частоте 1,5 ГГц. Реальная пропускная способность шины несколько меньше (из-за используемого метода кодирования данных) и составляет 1,2 Гбит/с или 150 Мбайт/с.

В 2003 г. Рабочая группа Serial ATA (Serial ATA Working Group) комитета T13 начала разработку спецификации SATA II, также называемую SATA 2. На основе этой группы в 2004 г. была создана неприбыльная Международная организация по Serial ATA – SATA-IO (Serial ATA International Organization), которая в настоящее время определяет основные направления и концепции развития интерфейса SATA. Последняя редакция спецификации SATA II – спецификация последовательного ATA редакция 2.6 (Serial ATA Revision 2.6 Specification) была выпущена в 2007 г. Эту спецификацию называют также SATA 2.6.

В SATA II за счет увеличения частоты до 3 ГГц была добавлена скорость передачи данных 300 Мбайт/с. Кроме этого, в качестве необязательного компонента в SATA II была добавлена технология аппаратной установки очередности команд – NCQ (Native Command Queuing). Устройства с поддержкой NCQ могут принимать одновременно несколько запросов на обмен данными, в отличие от параллельного ATA и SATA I. Очередность выполнения запросов определяется с учетом минимизации общего времени доступа к данным, что особенно существенно при одновременном выполнении на компьютере нескольких программ. Необязательной возможностью в SATA II является также «горячее» подключение устройств.

В 2009 г. SATA-IO приняло новую спецификацию SATA – спецификацию последовательного ATA редакции 3.0 (Serial ATA Revision 3.0 Specification), называемую также спецификацией SATA III или спецификацией SATA 3.0. В этой спецификации добавлена скорость передачи данных 600 Мбайт/с (при увеличении частоты до 6 ГГц). Помимо этого, в NCQ добавлен режим изохронной передачи для мультимедийных приложений, улучшено управление электропитанием устройств, добавлены два новых разъема для устройств небольших размеров.

Передача данных в SATA выполняется по 7-проводному кабелю (4 провода витых пар, 2 провода заземления на каждую пару и провод общего заземления). Каждое устройство подключается к материнской плате с помощью своего кабеля и разъемов (рис. ????а). Максимальная длина кабеля SATA – 1 м. За форму, похожую на букву L, разъем SATA иногда называют L-разъемом.

Для передачи данных и подведения электропитания используется 22-проводный кабель SATA (7 проводов для данных и 15 – для электропитания) (рис. ????б).

В редакции SATA 2.6 был введен 16-проводной внутренний разъем Micro SATA для жестких дисков малых размеров (рис. ????в) и 13-проводной внутренний разъем Slimline SATA для оптических дисководов малой толщины типа Slim (тонкий) (рис. ????г).

В настоящее время подавляющее большинство моделей дисководов жестких дисков, твердотельных дисков и оптических дисководов в системном корпусе подключаются к компьютеру с использованием интерфейса SATA.

Рис. ?????. Интерфейсы SATA: а) 7-проводной интерфейс SATA: 1 – кабель; 2 – гнездо на материнской плате; 3 – гнездо в устройстве; б) 22-проводной интерфейс SATA:

1 – кабель; 2 – контакты данных; 3 – контакты электропитания; 4 – гнездо в устройстве;

в) 16-проводной штекер Micro SATA: 1 – контакты данных; 2 – контакты электропитания; 3 – гнездо в устройстве; в) 13-проводной штекер Slimline SATA: 1 – контакты данных;

2 – контакты электропитания; 3 – гнездо в устройстве

Для подключения внешних устройств к компьютеру по интерфейсу SATA организация SATA-IO разработала технологию внешнего SATA – eSATA (external SATA).

В eSATA устройства подключаются к компьютеру по шине PCI или PCI Express через карту расширения eSATA (рис. ????а) , содержащую контроллер eSATA и гнезда для подключения внешних устройств (рис. ????б). Кабель eSATA для подключения устройств (рис. ????в) так же, как кабель SATA, имеет 7 проводов с теми же назначениями. В отличие от кабеля SATA, кабель eSATA экранирован и поэтому максимальное значение длины для него составляет 2 м. Разъемы eSATA (I-разъемы) отличаются от L-разъемов SATA как по форме, так и по размеру.

Количество подключаемых внешних устройств определяется количеством разъемов на карте расширения eSATA. Для подключения большего количества устройств можно использовать либо вторую карту расширения, либо концентраторы eSATA (рис. ????г). Пример подключения внешних устройств к компьютеру при использовании технологии eSATA приведен на (рис. ????д).

Разрабатываемая SATA-IO технология xSATA предусматривает увеличение длины кабеля для подключения устройства до 8 м, что позволит создавать сети SATA.

Рис. ?????. Средства подключения устройств по интерфейсу eSATA: а) кабель eSATA;

б) гнездо подключения устройства eSATA; в) карта расширения eSATA для двух устройств с интерфейсом PCI Express: 1 – гнезда для подключения

внешних устройств; 2 – контроллер eSATA; г) концентратор eSATA: 1 – гнезда для подключения устройств; 2 – гнездо электропитания; 3 – гнездо для подключения к компьютеру; д) пример подключения внешних устройств по интерфейсу eSATA (медиаплеера и, через концентратор, устройства внешней памяти, содержащего два жестких диска с интерфейсом eSATA)