Студентам > Дипломные работы > Аппаратные средства ПК
Аппаратные средства ПКСтраница: 6/8
Интерфейсы
При покупке жесткого диска вам сперва
необходимо определиться какой интерфейс будет у вашего диска. Может быть это
будет IDE диск? А как на счет SCSI, IEEE 1394, USB? Интерфейсы различаются по
скорости, цене, длине кабеля, гибкости и по многим другим факторам. Из чего следует,
что было бы разумно дать описание интерфейсам жестких дисков.
UDMA
По мере того как технологии по производству
дисков становились лучше и плотность размещения возрастала более чем на 20% за
год, появилась потребность в новом стандарте-интерфейсе передачи данных. Такой,
который позволит разместить два устройства на одном ATA шлейфе, что бы загрузка
была минимальной. Скорости передачи 16,6Мб/с определенно не хватало и Quantum
разработал стандарт Ultra-ATA/33 (UDMA/33), увеличив пропускную способность
вдвое. Для того, чтобы достичь такого эффекта сигнал остался прежним, но данные
передавались как по нарастающему, так и по заднему фронту импульса, а не как
прежде только по нарастающему. Далее, по мере развития технологий, применяемых
в дисках, появились стандарты ATA/66/100/133.
IDE/ATA
IDE - так обозначается типа диска,
который использует интерфейс ATA. IDE - не дорогая электроника, которая
использует ATA для подключения c помощью параллельного шлейфа, и создана для
подключения устройств внутри компьютера. Т.е. для подключения внешнего или
переносного устройства к компьютеру он плохо подходит: шлейф как правило имеет
только 2 разъема и, по нашему опыту не более двух футов (один метр) длиной.
Конечно же существуют и длинные шлейфы с большим количеством разъемов, но мы бы
не рекомендовали пользоваться такими.
Как уже говорилось, ATA канал
поддерживает до двух устройств - "master" и "slave". Обычно
жесткий диск используется первым, и называется "master", "slave"
используется для вторичного устройства, например, CD-ROM. По такому кабелю за
один рабочий такт может работать только одно устройство, поэтому использование
"slave"-устройства не рекомендуется. На современных материнских
платах существует два разъема для подключения IDE устройств, поэтому мы
рекомендуем установить жесткий диск как "master" на одном разъеме, а
CD-ROM, или DVD-ROM как "master" на втором.
В настоящее время доступны три
основных варианта IDE дисков: это ATA/33, ATA/66, и ATA/100 (или UDMA/33,
UDMA/66, UDMA/100). Цифра в этой записи означает пиковое (максимальное)
пропускную способность, измеряемую в Мб/с. ATA/66 и ATA/100 требуют специальный
80-контактнцый разъем для работы в полную силу (такой кабель обычно
поставляется с материнской платой, поддерживающей такие режимы). Если же такой
кабель не поставляется, то такие диски работают как через интерфейс ATA/33 и
скорость передачи не превышает 33 Мб/с. Как уже говорилось выше, эти варианты
так же называют как UDMA. Но, с другой стороны, неправильно приравнивать под
одно значение такие понятия, как UDMA, ATA и IDE.
Все IDE диски ДОЛЖНЫ работать со
всеми вариантами ATA. Т.е. любой ATA/100 диск будет работать с контроллером
ATA/33, а диск ATA/33 - с контроллером ATA/100. Сигнал будет подаваться на уровне
компонента низшего класса. В вышеописанном примере оба диска будут работать на
ATA/33, это значит они будут передавать данные со скоростью 33Мб/с. Не
исключено, что вы можете столкнуться с проблемой несовместимости IDE, когда
определенный диск не будет работать с определенным шлейфом, или когда два диска
от разных производителей не будут работать на одном канале IDE, но такого рода
проблемы редкость в наше время.
Различие между производительностью
ATA/33, 66 и 100, как правило, очень малы. На сегодняшний день не существует
дисков ATA/100, способных работать со скоростью 66 Мб/с, и очень мало дисков,
полностью использующих частоту ATA/33. Только дисковый кэш может улучшить
частоту работы диска, при этом работа диска увеличивается, но не намного.
Главный недостаток дисков IDE: они
не считаются профессиональными, т.е. диски для SCSI всегда быстрее. К примеру,
можно приобрести IDE диск с 7200 об/мин, который является быстрейшим IDE
диском… но для SCSI доступен диск с 15000 об/мин, который, все же, быстрее. Еще
один недостаток - это относительно низкое значение MTBF у IDE, чем у SCSI.
Немного о перспективах. Жизнь ATA
продлится при широком распространении последовательного ATA (Serial ATA). Этот
интерфейс будет использовать только два провода (один для приема, другой для
передачи) для обмена данными со скоростью 1.5 Гб/с и быстрее. Это более, чем в
два раза быстрее, нежели у сегодняшних ATA/100 дисков! Недостаток - на один
канал может быть помещено только одно устройство, но и он легко решаем -
введением дополнительных каналов.
Плюсы
·
Превосходная производительность за низкую цену
· Большое распространение
Минусы
· Сейчас не
доступны более быстрые диски
· Маленькая длина кабеля
· Только для внутреннего использования
SCSI
SCSI - это стандартный интерфейс
для жестких дисков, которые чаще всего устанавливаются на рабочие станции и
сервера. Диски с этим интерфейсом более дорогие, чем IDE. Это параллельный
интерфейс, по которому обмен данных происходит быстрее, который поддерживает
больше устройств и может работать на больших расстояниях (до 12 метров в
известных SCSI устройствах), а также является многозадачным.
Узкая шина SCSI имеет 8 адресов, а
широкая шина имеет 16 адресов. Сам контроллер резервирует один адрес, а
остальные 15(7) доступны для устройств. Чем выше адрес у устройства, тем выше
приоритет устройства, следовательно, благодаря этому каждое устройство имеет
свой приоритет доступа к шине. Это позволяет более корректно настроить систему,
но и вызывает некоторые сложности для неподготовленных пользователей.
Почему же UDMA со своей довольно
неплохой пропускной способностью - 66Мб/с не может тягаться со SCSI. Одно из
важных отличий SCSI от IDE - эффективность пропускной способности SCSI, которая
была достигнута увеличением тактовых частот и небольшим изменением протокола.
|
Тип диска
|
Скорость
шины (Мб/с)
|
Кол-во
адресов
|
Макс.
Кол-во устройств
|
|
SCSI-1 (узкий)
|
5
|
8
|
8
|
|
Fast SCSI (узкий)
|
10
|
8
|
8
|
|
Fast Wide SCSI (широкий)
|
20
|
16
|
16
|
|
Ultra SCSI (узкий)
|
20
|
8
|
8
|
|
Wide Ultra SCSI (широкий)
|
40
|
16
|
16
|
|
Ultra2 SCSI (узкий)
|
40
|
8
|
8
|
|
Wide Ultra2 SCSI (широкий)
|
80
|
16
|
16
|
|
Ultra3 SCSI (широкий)
|
160
|
16
|
16
|
Как видите, существует большое
количество SCSI вариантов. Остановимся поподробней на самых распространенных:
Ultra, Ultra2, Ultra160. Ultra SCSI работает со скоростью 20 Мб/с и
поддерживает 8 адресов. Ultra2 - это расширенная версия Ultra, основное
улучшение - скорость 40 Мб/с. Еще Ultra2 SCSI называют LVD (Low Voltage
Differential) - Дифференциал Низкого потребления. Wide Ultra2 SCSI - работает
со скоростью 80 Мб/с. Ultra160 SCSI (или Ultra3 SCSI) - это самая последняя
широко распространенная версия SCSI, работающая со скоростью 160 Мб/с. Есть и
более быстрые интерфейсы SCSI,
но пока они представляют интерес лишь для профессионалов.
Устройства SCSI в основном
совместимы с контроллерами и дисками, которые используют другой вариант SCSI,
но 100% гарантии в совместимости нет. Может случиться так, что со старым диском
на новом контроллере все остальные диски автоматически работают со скоростью
старого. Это зависит от используемого контроллера. А так же при использовании
шлейфа узкого типа на шине приводит к тому, что все устройства работают на
скорости работы узкого шлейфа.
Со всеми нововведениями SCSI можно
запутаться, особенно с кабелями. Что в них больше всего сбивает с толку, так
это то, что они называются не по типу шины. Существуют два типа внутренних SCSI
кабелей и четыре типа внешних, не включая LVD (у которого просто-напросто
больше проводов). Смущает то, что любой внутренний SCSI кабель имеет 68
контактов и является "SCSI-3" кабелем. Это вовсе не означает, что
диски на этом шлейфе являются устройствами "SCSI-3" или то, что он
будет работать только с устройствами Ultra3. 68-контактный разъем
"SCSI-3" может быть LVD и нормально соединять UltraWide или
Ultra2Wide устройства.
SCSI часто называют "черной
магией", т.к. грамотная настройка может обеспечить просто колдовскую
производительность! Или наоборот, длина кабеля, или адресные конфликты могут
быть источником головной боли. А вообще, SCSI - это проверенный, способ
соединения жестких дисков для обеспечения высокой скорости.
Главное преимущество SCSI - это то,
что этот стандарт разработан для высококачественных и высокопроизводительных
жестких дисков. Это означает, что все быстрые и объемные диски проектируются
для него. К примеру, жесткий диск от Seagate Cheetah, со скоростью вращения
15000 об/мин не доступен для IDE. Плюс ко всему, на одной шине может находиться
15 устройств при минимальных потерях в скорости.
Будущие SCSI устройства будут еще
быстрее. Следующий шаг - это Ultra320, а в планах Ultra640.
Плюсы
·
Масштабируемая производительность
· Масштабируемый объем
· Используется как для внешних, так и для внутренних устройств
Минусы
· Большая
цена как контроллеров, так и устройств
· Сложности в настройке
Fibre Channel
Оптический канал - это интерфейс,
сильно отличающийся от IDE и SCSI. Его устройство напоминает устройство
Ethernet и InfiniBand. Этот интерфейс в одинаковой мере предназначен для
жестких дисков, для сети, и для другой периферии. Оптический канал часто
используется для присоединения SCSI RAID (или просто RAID) к сети рабочих
станций, или серверов.
Оптический канал на сегодняшний
момент имеет реальную скорость 100 Мб/с и выше, но его теоретическая скорость
составляет 1.06 Гб/с. Несколько компаний предлагают оптические каналы
следующего поколения, со скоростью 2.12 Гб/с. Некоторые из супер-современных
высококачественных решений на оптическом канале (кстати, даже самый слабый оптический
канал является высококачественным и профессиональным решением) на рынке
используют множество оптических каналов как один, за счет чего достигается
большая пропускная способность.
В отличие от SCSI, оптический канал
довольно гибкий. И если длина SCSI ограничена 12 метрами, то его длина
оптического канала может достигать 10 километров, и даже значительно больше при
использовании специальных дорогостоящих медных кабелей.
Плюсы
· Высокая масштабируемость
· Очень большая длина кабеля
· Высокая скорость
· Различное его применение
· Множество компьютеров в сети могут иметь один RAID
Минусы
· Высокая стоимость
· Очень высокая стоимость
· Постоянно растущая стоимость
IEEE 1394
IEEE 1394, или FireWire (название
Apple), или iLink (название Sony), становится стандартом для передачи цифрового
видео, но может использоваться для присоединения жестких дисков, сканеров,
сети, цифровых камер, передачи профессионального аудио, и других процессов,
требующих большой пропускной способности. FireWare на сегодняшний день
ненамного дороже, чем другие форматы, но цена на него быстро падает.
FireWare поддерживает до 63
устройств на одном канале со скоростью 400 Мб/с. 1394b, первое его дополнение,
будет поддерживать до 800 Мб/с на один канал. FireWare обеспечивает устройство
энергией по необходимости, что делает этот стандарт очень удобным для
внутренних устройств.
Сейчас вы не найдете жестких
дисков, созданных для использования с этим стандартом, но они обязательно
появятся в будущем. Ну а сейчас можно использовать специальный IDE/FireWare
преобразователь. Также можно подключить видеокамеры, сканеры, принтеры.
FireWare может использоваться для сетей, соединения нескольких компьютеров, при
этом создается сеть FireWare, т.е. устройствами могут пользоваться все
компьютеры одновременно. Некоторые новые ПК, а также практически все Mac имеют
один или два порта FireWare.
Одно из замечательных свойств
FireWare, кроме скорости и цены, это высокая стабильность и подключаемость. К
примеру, можно на компьютере смотреть видео с диска FireWare, затем отключить
диск, включить его, и смотреть видео без всякой настройки или установки
драйверов. При этом нет необходимости выключать компьютер! Совместимость
Plug&Play зависти от установленной операционной системы, но практически для
всех ОС предусмотрена поддержка FireWare.
Будущее стандарта IEEE 1394 также в
увеличении скорости. Стандарт 1394b уже набирает силу, так что проблем с этим
не будет.
Плюсы
· Высокая
подключаемость
· Скорость
· Нет устройств "master"
· Возможно подключение к нескольким машинам одновременно
Минусы
· Высокая
стоимость адаптеров жестких дисков
USB
USB 1 (Universal Serial Bus) -
Универсальная Последовательная Шина - это распространенная на ПК шина для
внешних устройств. В высокоскоростном варианте скорость составляет 12 Мбит/с, и
1.5 Мбит/с в низкоскоростном. При использовании высокоскоростного варианта,
максимальная длина кабеля 5 метров, и только 3 метра при низкоскоростном. Пока
что у USB не хватает скорости для работы с основным жестким диском, но ее
вполне хватает для второстепенного, CD-R, сканеров, сети, и др. устройств.
Один USB канал поддерживает 127
устройств, используя USB хабы. USB использует контроллер "master",
так что любой сигнал от одного устройства другому, скажем, от USB жесткого
диска до USB CD-R, должен пройти через контроллер на компьютере, а затем до
необходимого устройства. Это значительно уменьшает скорость. Кроме того, через
USB не может быть подключено более одного компьютера, хотя два компьютера могут
быть связаны через специальное устройство - USB мост.
USB также высоко подключаемый
стандарт, т.е. можно подключать устройства, не выключая компьютер. Несмотря на
это, поддержка этого стандарта ОС не столь хорошее. К примеру, под Windows 2000
каждая подключаемая мышь должна быть с драйвером.
Будущее USB называется…. USB 2.0. Скорость увеличилась до 480 Мбит/с, а этого
вполне достаточно для подключения как основного жесткого диска, так и
второстепенного.
Плюсы
· Широкое
распространение
· Низкая цена
· Высокая подключаемость
Минусы
· Плохой
алгоритм связи между устройствами
· Низкая скорость (не в USB 2)
· Небольшая длина кабеля
Выбор интерфейса
Если вы покупаете компьютер для
дома, или офиса, интерфейс IDE будет для вас оптимален как по цене, так и по
скорости. USB - это хороший выбор при использовании внешнего CD-R, или сканера.
IEEE 1394 хорош для простого и быстрого соединения внешнего жесткого диска к
вашему компьютеру, или ноутбуку. Если же вам нужна рабочая станция, производительность
которой сильно зависит от скорости жесткого диска, особенно при использовании
RAID, то SCSI подойдет как нельзя лучше. Если же есть несколько рабочих
станций, нуждающихся в одновременном доступе на высокой скорости к одному
жесткому диску, то оптический канал вам подойдет лучше всего. При использовании
RAID в этом случае, можно выбрать RAID как на оптическом канале, так и на SCSI
RAID. Ну а для серверов, традиционно, лучшим выбором является SCSI. Для
вспомогательного сервера подойдет даже IDE.
RAID
RAID (Redundant Array of
Inexpensive Disks) - матрица независимых дисковых накопителей с избыточностью.
RAID используется для увеличения надежности и увеличения скорости. Основные
способы использования: RAID 0, 1, и 0+1. RAID 0 использует два жестких диска
одновременно, осуществляет чтение и запись одновременно с обоих дисков. При
этом возрастает производительность. RAID 1 тоже использует два диска, но данные
из первого дика просто дублируются на втором через секунду. Это обеспечивает
высокую надежность системы, ведь при повреждении одного диска, второй остается
рабочим, и данные не теряются. RAID 0+1 использует четыре диска, первые два
работают как и RAID 0, вторые - как RAID 1, т.е. дублируют. Существуют и другие
варианты использования RAID, различным образом увеличивая надежность, к
примеру, сравнение данных на дисках для проверки их сохранности.
Для машины, ориентированной на
домашнее или рабочее пользование со средней производительностью, жесткий диск -
7200rpm с 2Мб кэша и ATA/66 или более быстрым интерфейсом даст неплохую
производительность за сравнительно небольшие деньги. Вы, конечно можете
сэкономить на диске с 5400 оборотами, но могу сказать с уверенностью - вы от
этого не выиграете. Диски со SCSI интерфейсом дадут больше производительности,
но, опять же, обойдутся гораздо дороже, нежели ATA.
Размер
40 ГБ будет более чем достаточно для обычного домашнего
пользователя, как минимум на несколько лет вперед. Если вы коллекционируете
MP3'шки, видео, или другие файлы, которые периодически скачиваются вами из
Интернета, то вам лучше поискать диск емкостью 60-120ГБ. Если же занимаетесь
сложным, многоступенчатым редактированием видео, то вам не помешает приобрести
второй диск большой емкостью, как правило у него меньше оборотов, чем у
ведущего диска. Если же ничего сверхъестественного с видео вы не делаете, то
вам понадобится как минимум диск 120ГБ, а идеальным приобретением будет диск
емкостью 160-200ГБ, которые значительно облегчит работу и условия работы.
Serial ATA
Причины перехода с IDE/ATA на SerialATA
Всем уже давно понятно, что времена
стандарта IDE/ATA прошли. Пользователи всегда пытаются улучшить
производительность своих систем, и негибкий параллельный ATA выделяется в
компьютере как мамонт в зоопарке, а шлейфы бывают всегда слишком коротки и
слишком ненадежны.
Вот как описал причину перехода с IDE/ATA на SerialATA один из специалистов (Vlady,
http://admin.vlady.ru) в конференции talk.ru.comp.admin 23.09.2003 (широко используется
профессиональный жаргон):
Именно технологические
и "технические в железе" проблемы породили переход с параллельного на
последовательный интерфейс.
Очень трудно
передавать по нескольким шинам
одновременно согласованный по времени сигнал.
Гораздо проще нарастить скорость до заоблачной в одной свитой паре
проводников.
Нет желания рисовать
графики, поэтому я попробую объяснить физику процессов на пальцах. Ты поймешь,
если будешь внимателен.
Рассмотрим обычный
параллельный шлейф.
Сигнал просто
передается по нескольким параллельным линиям, в каждой линии - свой сигнал,
втупую означающий "0" или "1" передаваемой информации в
этой линии.
Для понимания давай
примем одно условие: мы планируем передавать по 8 (например) параллельным линиям
одно двоичное число в секунду.
Тогда получается, что
для того, чтобы передать двоичное число "00100000", надо изначально
на всех линиях иметь 00000000 (то есть на всех физических жилах иметь 0 вольт),
потом на одну секунду на третьей линии поднять сигнал в "единицу",
подержать его 1 секунду, а потом снова вернуть на все линии "нули".
То есть, физически, изначально имеем на всех линиях "ноль" вольт,
потом подать на третью по счету линию 1 вольт (на остальных - так и остается
"ноль"), подержать его целую секунду, и потом снова вернуть на
все линии "ноль" вольт.
Допустим,
мы хотим передавать больше информации, чем одно двоичное число в секунду. Тогда
нам надо увеличивать скорость в каждой линии - два, три, пятьсот, миллион
переключений из нуля в единицу и обратно в ноль в секунду. Но есть предел (не
теоретический, а практический) увеличения скорости для проводника длиной 40см -
когда скорость переключения в нем сильно возрастёт (то "есть частота
переключения" из состояния "нуля" в "единицу" и потом
обратно в "ноль" - понимаешь? то есть частота - запомнил? а где есть
частота, там есть "длина волны", которая составляет "единицу
делёную на частоту") и длина волны в каждом проводнике начнет приближаться
к длине самого проводника (то есть к длине шлейфа), то возникают уже
"радиоэффекты":
а) отражения сигнала
от конца проводника ("стоячая волна”), которые сильно искажают
сигнал вплоть до его полного исчезновения;
б) потери на
излучение (то есть каждый проводник в шлейфе становится самой настоящей
антенной, и энергия просто уходит в окружающее пространство с него;
в) и тому подобное
(чтоб голову тебе не забивать).
И мы упрёмся,
НАПРИМЕР, в миллион переключений в секунду в каждой жиле. То есть для восьми
жил в параллельном шлейфе мы уткнемся в миллион двоичных чисел в секунду.
А в реале мы бы
уткнулись в PIO4 (MW-0).
Но мы ж ненасытные,
нам этого мало.
И тогда мы начинаем
хитрить (вот где нужны графики!).
Но для рассмотрения
нашей "хитрости" давай снова вернемся в скорость в шлейфе "одно
двоичное число в секунду".
Мы не станем
возвращать "единицу" в "ноль" в конце секунды!
Мы примем, что для
ВТОРОЙ секунды "нулевым" состоянием в шлейфе является состояние
00100000! И сразу подадим нужное двоичное число, например, 00000010, но
откорректировав его соответственно "исходному для второй секунды"
"нулю". То есть в шлейфе окажется состояние линий 00100010.
"Ну и?" -
скажет невнимательный читатель, - "Чего мы добились? За две секунды мы
передали два двоичных числа, плюс получили головную боль с расчетом состояния
для второй секунды".
"Э-э-э-э...."
- подняв палец, скажу я, - "Мы добились того, что перешли из
"физических" переключений в "логические" - состояние
ТРЕТЬЕЙ линии за две секунды не изменилось, то есть мы не упрёмся в миллион
физических переключений в секунду в этой (и в каждой из остальных!) линии и
ПОКА не создадим радиоэффектов".
Внимательный читатель
спросит: "А зачем нам ждать начала второй секунды, чтобы перевести шлейф
во второе состояние? чего мы тянем с отправкой второго двоичного числа? давай
сделаем это сразу, как только ЗАФИКСИРУЕТСЯ состояние "единицы" в
третьей линии, то есть СРАЗУ, как только будет передано первое двоичное
число?!"
"Правильно,"
- скажу я. Но синхронизацию давай всё же оставим – просто разделим секунду на
миллион частей. Состояние третьей линии ЗАФИКСИРОВАЛОСЬ в "единице"?
Следующее состояние не требует изменения состояния в третьей линии в
"ноль"? “ВременнАя метка” разрешает дальнейшую передачу? Тогда
передаем дальше – переводим седьмую линию в "единицу"!
Таким образом мы
сможем колоссально поднять скорость в шлейфе.
Но не до
беспредела.
Ввиду того, что из
положения "ноль вольт" в положение "1 вольт" (и обратно)
линия переходит НЕ МГНОВЕННО, а с небольшой задержкой, то существует время на
ФИКСАЦИЮ состояния линии. Задержка обусловлена паразитными параметрами
сигнальной линии - емкостями и индуктивностями не только самой линии, но и
"передающего транзистора", и "принимающего транзистора". То
есть при переходе из "нуля" в "единицу" сигнал выглядит как
взлёт фейерверка - сначала быстро, но потом всё медленней и медленней. А при
переходе из "единицы" в "ноль" сигнал КАК БЫ похож на
падение метеорита - сначала быстро влетает в атмосферу, а потом всё больше и
больше тормозится в ней; то есть полезный сигнал "вязнет" в
паразитных параметрах. Разумеется, можно БЕСКОНЕЧНО ПЫТАТЬСЯ снизить паразитные
параметры транзисторов... а что делать с медными проводниками линий? Да хоть с
золотыми?! Кроме того, мы же снова приблизимся к состоянию, когда рядом
расположенные проводники/линии будут превращаться в антенны друг для друга, и
тем самым искажать сигнал друг другу. Разумеется, мы снова всех обхитрим -
сделаем не 40-жильный провод с рядом расположенными "дельными"
проводниками, а 80-жильный, где каждый "дельный" проводник отделен от
соседнего "дельного" проводника "земляным" проводником -
это намного снизит влияние соседних "дельных" проводников друг на
друга.
Всеми этими
ухищрениями мы сможем перейти с АТА-33 до АТА-133.
Но дальше - НЕКУДА.
"Стоп!" -
скажет нетехнологичный читатель, - "Почему некуда? Давайте расширим
сигнальную шину с 8 проводников до 16, или сразу до 64 линий. Давайте не просто
проложим между каждыми "дельными" проводниками "земляной"
проводник, а сделаем из каждого "дельного" и "земляного"
провода свивку (витую пару) - для уменьшения наводок между "дельными"
проводниками!".
А я у него спрошу:
"А тебе хватит месячной зарплаты, чтобы купить хотя бы один ТАКОЙ шлейф? А
два ТАКИХ шлейфа?".
.....
Переход на
последовательную шину - благо для технологии.
Потому что требует
гораздо меньших затрат: оптимизировать "передающий" и
"принимающий" транзисторы, хорошенько свить и экранировать пару
проводов (строго говоря – две пары). Никаких тебе взаимных помех. Максимальная
скорость в витой паре теоретически и в реале обусловлена гораздо более простыми
правилами, чем для шлейфа в 40 проводников.
Параллельная передача данных
(посылка данных по нескольким параллельным маршрутам) подразумевает
использование нескольких проводов, к тому же высокочастотный сигнал подвержен
электромагнитным помехам. Serial ATA является последователем других успешных
стандартов, базирующихся на принципе последовательной передачи данных. Среди
них можно упомянуть Ethernet, USB, FireWire и даже AMD HyperTransport.
Serial ATA призван достичь
нескольких целей. Он должен быть быстрым, легким в эксплуатации и
самонастраивающимся. Еще одно ключевое требование - обратная совместимость.
Serial ATA должен быть обратно совместим с Parallel ATA (что достигается с
помощью специальных адаптеров). Новый стандарт должен быть распространен как
можно шире, и в результате экспансии Serial ATA уже разрабатывается стандарт
SAS (Serial Attached SCSI). Так что через пару лет Fiber Channel придется
потесниться, поскольку SAS обеспечит скорость передачи 600 Мбайт/с.
Что нового в стандарте
Прежде всего, кабель у нового
интерфейса принципиально отличается от прежнего 40- или 80-жильного широкого
плоского: количество сигнальных проводов кабеля сокращено до четырех (есть еще
и земля), и до метра увеличена его допустимая длина. Это способствует более
компактной упаковке и лучшим условиям охлаждения внутри корпуса компьютера,
удешевляет конструкцию. Тут компактные семиконтактные разъемы соединяются узким
уплощенным кабелем шириной примерно 8 мм и толщиной около 2 мм. Внутри кабеля
Serial ATA находятся 2 пары сигнальных проводов (одна пара на прием, другая -
на передачу), отделенных тремя жилами общего провода ("земли"). На
разъеме, расположенном на дисках и материнских платах, три "земляных"
контакта выступают чуть дальше сигнальных контактов, чтобы облегчить
"горячее" подключение (предусмотрено "горячее" подключение
накопителей по Serial ATA без специальных адаптеров).
Еще одно преимущество Serial ATA -
бОльшая полоса пропускания, чем у Parallel ATA. Первая версия интерфейса Serial
ATA обладает пропускной способностью до 1,5 Гбит/с (это около 150 Мбайт/с для
полезных данных против 100-130 Мбайт/с у параллельного интерфейса). Однако в
дальнейшем второе и третье поколение Serial ATA (примерно через 3 и 6 лет)
увеличат скорость до 3 и 6 Гбит/с соответственно.
Кроме того, поскольку к каждому
кабелю Serial ATA может быть подключен только один накопитель (к параллельным
можно подключать два накопителя одновременно), то запас скорости интерфейса
сейчас кажется очень большим. Действительно, если нынешние IDE-винчестеры со
скоростью чтения полезных данных с пластин до 50 Мбайт/с практически насытили
интерфейс UltraATA/100 (два таких диска на одном IDE-шлейфе уже не могут
сосуществовать без теоретической потери скорости, поскольку реально UltraATA/100
дает примерно 90 Мбайт/с потоковой пропускной способности) и подступили
вплотную к пределу интерфейса UltraATA/133, то добираться до 150 Мбайт/с
одиночным дискам придется еще очень долго (по прикидкам - примерно лет 5, а то
и больше), то есть даже первой версии Serial ATA обеспечена долгая жизнь. К
тому же соседство на одном шлейфе больше не будет мешать дискам в силу
устранения латентностей шины IDE на переключение между соседними устройствами,
что также должно повысить скорость работы дисков в компьютерах при грамотной
реализации контроллеров на системных платах.
Улучшено и электрическое обрамление
интерфейса: теперь вместо более 20 пятивольтовых линий (а пятивольтовые сигналы
в современных системах нередко требуют усложнения и удорожания схемотехники, поскольку
большинство нынешних цифровых микросхем уже работают при более низких
напряжениях питания) используются всего две дифференциальные линии с перепадом
уровня всего 0,5 вольт, а это отлично согласуется с современными
интегрированными решениями.
Еще одной важной особенностью
Serial ATA является то, что изменения архитектуры интерфейса лежат только в
области физического интерфейса, а по регистрам и программному обеспечению он
будет полностью совместим с нынешним параллельным ATA. Поэтому не будет необходимости
кардинально менять драйверы. Более того, в некоторых случай новых драйверов для
Serial ATA вообще не потребуется(!): архитектура Serial ATA прозрачна для BIOS
и операционной системы. Кроме того, Serial ATA (в отличие от параллельных ATA)
обладает средствами исправления ошибок (по ECC), и целостность передаваемых по
кабелю данных будет гарантироваться.
Обратная совместимость
последовательного ATA с параллельным будет реализовываться двумя способами:
объединением чипсетов, поддерживающих параллельный ATA-интерфейс, с дискретными
компонентами, реализующими Serial ATA физически, и применением адаптеров
(dongles), превращающих параллельную шину АТА в последовательную, и наоборот.
В перспективе
Так же на данный момент ведутся
разработки Serial ATA II. В спецификации Serial ATA II предусматриваются и
другие усовершенствования и технологии, улучшающие производительность:
- внеочередное
исполнение команд и разбивка/сборка потока данных
- полное
управление окружением, включая управление вентилятором, индикаторами
активности, температурным контролем и уведомлением о подключении новых
устройств
- подключение
через соединительную плату, что позволяет преодолеть ограничения, связанные с
длиной шлейфа стандарта Serial ATA 1.0, и использовать съемные устройства с
возможностью горячей замены
- возможность
эффективного подключения большого количества дисковых накопителей
Разработка усовершенствованной
спецификации Serial ATA II проходит в два этапа. На первом уточняются
технические характеристики функций для серверных и сетевых устройств хранения
данных, включая новые возможности нивелирования нагрузки на серверы, а также
способы модернизации инфраструктуры путем оснащения корпусов устройств хранения
данных средствами подключения через интерфейс Serial ATA. К таким средствам
относятся функции диспетчерского обслуживания корпусов и поддержка
объединительных плат. На вторую половину 2003 года намечено завершение второго
этапа разработки спецификации Serial ATA II, призванной обеспечить прохождение сигналов
на скоростях нового поколения, то есть 300 Мбайт/с. Приступить к освоению
продукции на базе достижений второго этапа намечено на второе полугодие 2004 г.
Serial ATA II полностью обратно совместим с первой версией шины. Будет
использоваться тот же самый кабель, даже для скоростей 300 Мбайт/с (3 Гбит/с).
По словам сотрудника Intel, работа над Serial ATA III пока не планируется.
Первые продукты, поддерживающие интерфейс Serial ATA II, вероятно, поступят в
продажу уже в следующем году и будут полностью совместимы с устройствами Serial
ATA 1.0, а также обладать программной совместимостью с существующими сегодня
операционными системами.
Поддержка технологии очередности
команд (Native Command Queuing) - это новая ключевая особенность интерфейса
Serial ATA II, которая позволяет использовать новые интеллектуальные алгоритмы
и улучшить работу серверов начального уровня, сетевых систем хранения данных и
высокопроизводительных ПК. Технология очередности команд является, видимо,
самой долгожданной возможностью нового стандарта. Она позволяет дисковому
накопителю одновременно принимать несколько запросов ввода/вывода от процессора
и самостоятельно формировать очередность исполнения команд для достижения
максимальной скорости обмена данными. Накопители с поддержкой интерфейса Serial
ATA II смогут расставлять запросы в очередь и выполнять их самостоятельно, без
участия центрального процессора или чипсета материнской платы.
Итого
Интерфейс Serial
ATA обеспечивает дальнейшую возможность увеличения скорости передачи данных
|
Характеристика
|
Поколение 1
|
Поколение 2
|
Поколение 3
|
|
Средняя скорость передачи данных
|
150 Мб/с
|
300 Мб/с
|
600 Мб/с
|
|
Средняя скорость работы шины данных
|
1.5 Гб/с
|
3 Гб/с
|
6 Гб/с
|
|
Ориентировочное время начала внедрения
|
Конец 2002
|
Середина 2004
|
Середина 2007
|
|
Главная
Документация
Файлы
Информация
