On-Line Библиотека www.XServer.ru - учебники, книги, статьи, документация, нормативная литература.
       Главная         В избранное         Контакты        Карта сайта   
    Навигация XServer.ru


По желанию клиента тумба под телевизор жк недорого по низким ценам.




 

Parallel ATA умер, да здравствует Serial ATA!

Череповский Константин

Как вы уже догадались, речь пойдет о новом замысле Intel - последовательном интерфейсе (Serial ATA) - кому это надо, кому не надо и почему. Сразу хочется отметить, что реальной видимой необходимости в появлении нового интерфейса еще нет, ведь редкий винчестер подбирается к барьеру Ultra ATA/66, а иные и до UDMA/33 не добрались. Но обо всем по порядку...

Немного истории... Начнем с истоков зарождения, которое для интерфейса Parallel ATA началось в далеком 1984 году, когда Western Digital и Compaq загорелись идеей встроить АТ-контроллер в электронику жесткого диска. Как ни странно, но небольшое увеличение цены носителя информации существенно снижало общую стоимость дисковой подсистемы в целом. Уже в 1989 году все та же "троица" Compaq, Western Digital и Control Data Corporation предложили новый интерфейс. Прототип не залежался в столах важных президентов фирм и в 1994 году вышел в свет. Был принят первый стандарт АТА, совмещающий в себе спецификации IDE. АТА вообще расшифровывается как AT Attachment, приложение к АТ, то есть контроллеру. Необходимо отметить, что контроллер имел 16-разрядную шину и был нацелен на присоединение к ISA. Пропускная способность PATA тогда составляла менее 3 Мбайт/с. Кстати, до выхода стандарта ANSI в 1994 году очень часто появлялись диски, не совместимые между собой, при подключении которых к одному порту не работал ни один. Именно такое положение дел заставило индустрию создать инициативную группу Т13 при National Committee for Informational Technology Standards (NCITS) для дальнейшего развития и стандартизации интерфейса АТА. Что касается технических подробностей контроллерной новинки, то она поддерживала два канала, которые делились в себе на master/slave, обеспечивала PIO вплоть до mode 2, а также включала поддержку прямого доступа к памяти single word DMA modes 0,1 и 2 и multiword DMA mode 0.

Скоростные показатели жестких дисков не стояли на месте, и поэтому в 1996 году АТА был расширен и снова стандартизирован в ANSI. Новый АТА-2 был обратно совместим с предшественником. Новый интерфейс получил более скоростные режимы программного ввода/вывода (PIO modes 3 и 4) и multiword DMA modes 1 и 2. Повышение производительности достигалось в основном введением block transfer - блочной переадресации данных - и логической адресацией блоков (LBA). Команда Identify Drive была усовершенствована, и диск идентифицировался намного лучше.
Такое бурное развитие не замедлило сказаться на популярности АТА-2. Как грибы после дождя посыпали псевдоновые стандарты и расширения. Так, Fast ATA от Seagate явился лишь маркетинговым ходом, так как вместо ожидаемого от приставки Fast прироста производительности означал скорей обратное - отсутствие поддержки самых быстрых PIO mode 4 и DMA mode 2. Аналогично поступил Quantum, переименовав АТА-2 в Fast ATA-2, абсолютно ничего не изменив. Еще одно дополнение, но уже более существенное, вводит Western Digital. Оно получило название Enhanced IDE (EIDE) и состояло в расширении максимального объема дисков до 8,4 Гбайт, плюс увеличение скорости порта до 16 Мбайт/с.

Выход в 1997 году нового АТА-3 (кстати, не утвержденного ANSI новым стандартом из-за отсутствия новых режимов передачи данных) был вынужденным шагом из-за низкой надежности семейства АТА. Поскольку кабель IDE/ATA остался тем же, что и при рождении стандарта, нужно было многое переосмыслить. И в это время на арену компьютерных технологий выходит технология S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), необходимость которой сложно переоценить. В стандарт, как уже было сказано, она не вошла, однако поддержали новую технологию все без исключения производители. Итак, есть особый смысл в предотвращении сбоев в дисковой подсистеме. Распространение IDE устройств намного превосходит аналоги для SCSI. Хотя оба стандарта поддерживают создание RAID-массивов, это не выход из сложившейся ситуации. Данные могут годами накапливаться не только на серверах, но и, например, на бухгалтерских рабочих лошадках, где сохранность отчетов в течение финансового года также архиважна. Все же RAID-массивы или более дорогие SCSI-устройства для этого типа компьютеров пока редкость. Именно поэтому технология S.M.A.R.T. в индустрии пошла на ура.

Как, наверное, помнит читатель, мы подошли ко времени бурного роста популярности лазерных носителей информации CD-ROM, дисководы которых, к сожалению, не могли быть подключены к контроллерам АТА-3. Решить эту проблему был призван новый стандарт ATA Packet Interface, или ATAPI. Можно долго дискутировать на тему его привлекательности и совершенства, однако со стороны пользователей такое развитие событий было логичным. До сих пор на ISA звуковых картах можно наблюдать порт для подключения CDROM-дисковода. И в самом деле, шлейф на жестком диске и лазерном проигрывателе был одинаков, но не совместим аппаратно! В конце концов, выиграли все. Итак, при подключении CDROM-а более не надо было использовать дорогой интерфейс, достаточно было загрузить особый драйвер новому устройству. Теперь почти все материнские платы имеют возможность загрузки с ATAPI-устройств. Еще вместе с ATAPI был разработан Multiword DMA3 (UDMA), который поднимал планку скорости АТА до 33 Мбайт/с, при помощи CRC по старому 40-жильному кабелю.

Хочется также разъяснить ситуацию с EIDE (Enhanced IDE). Как уже было отмечено, это расширение дополняло спецификации IDE. Однако когда оно разрабатывалось, то ориентировалось не только на контроллер, но также на чипсет и BIOS, которая не поддерживала в то время диски более 530 Мбайт. Таким образом, существует распространенное заблуждение, что для функционирования жесткого диска более 530 Мбайт необходима поддержка не Enhanced BIOS, а Enhanced IDE в первую очередь. Видим, что EIDE от Western Digital вскоре становится маркетинговым ухищрением, кстати, подогретым тогда производителями карт с Enhanced BIOS, ловко выдаваемых за enhanced IDE cards. Многие помнят инновацию Quantum, к тому же поддержанную Intel, по расширению пропускной способности канала до 66 Мбайт/с - UDMA/66. Но это еще добавило проблем сборщикам систем - теперь для обеспечения стабильности понадобилось добавить 40 линий заземления на шлейф.

Чуть позднее Т13 выпускает стандарт UDMA/100, который обеспечивает стабильную передачу данных по 80-жильному кабелю со скоростью 100 Мбайт/с. Расширен до 64 бит LBA. Чипсеты с поддержкой ATA/100 сегодня наиболее распространены. Также ожидается в скором будущем выход UDMA/133. Однако пока только в продуктах вездесущей VIA; Intel отказывается от дальнейшего расширения этого стандарта в своих чипсетах и обещает в новых платах реализовать лишь SATA-разъемы для винчестеров, видимо, прокладывая дорогу Serial ATA. Что ж, посмотрим, c RDRAM уже вышел один провал...

Однако буквально на днях фирма Maxtor представила спецификацию на новое поколение жестких дисков Ultra ATA/133. Сам разработчик называет новинку Fast Drives, видно, по давно сложившейся маркетинговой традиции. Планка пропускной способности должна вырасти на треть и составить 133 Мбайт/с. Компания представляет лицензию на эту технологию на условиях неразглашения. Как отмечается в пресс-релизе, спецификация направлена на стандартизацию и утверждение в группу Т13 уже упоминавшегося института национальных стандартов ANSI. Продвижением новинки на рынок заинтересовались такие компании, как VIA Technologies, Silicon Integrated Systems (SiS), Promise Technology и Silicon Image. Ожидается, что в ближайшее время к ним присоединятся ACARD Technology, Acer Laboratories (ALi), Adaptec, Agere Systems, HighPoint Technologies и Pacific Digital.

Теперь поговорим об истории виновника обсуждения Serial ATA. Итак, его история начинается с образованием Serial ATA Working Group, создателями которой являются Intel, APTechnologies, Dell, IBM, Maxtor, Quantum (тогда еще независимо от Maxtor) и Seagate. И уже в 2000 году на очередном Intel Developers Forum - серьезном форуме для разработчиков - анонсируется предварительная спецификация нового стандарта SATA. Кроме того, как тогда планировалось, новый интерфейс войдет в чипсет под Willamette. Дальше - больше, и на августовском форуме появляется первая новинка - жесткий диск, созданный под руководством Seagate, APTechnologies и Vitesse Semiconductor. В конце того же года Serial ATA Working Group завершила Draft Specification 1.0, по которому SATA получил пропускную способность в 1,5 Гбит/с. Какие из этого всего можно сделать выводы? Все очень просто: устаревший стандарт Parallel ATA должен сойти со сцены, уступив место своему младшему приемнику Serial ATA. Intel с сотоварищами подвели черту под долгой историей интерфейса, возможности которого отнюдь не исчерпаны.
И последняя графа истории - проходивший на днях Intel Developer Forum дал, кроме прочих новинок, и новую финальную спецификацию Serial-ATA 1.0, которая позволит в будущем производить обмен данными со скоростью до 3 Гбит/с, а потом и 6 Гбит/с, и потребует применения специального кабеля и разъема на подключаемом устройстве. Seagate уже через год планирует наладить массовый выпуск устройств с этим интерфейсом.

Как показала история Parallel ATA, его долгое существование определено удачным решением появившихся на тех или иных этапах проблем и ограничений. Самое время подытожить сказанное и выявить истинные причины замены стандарта.
Как известно, жесткие диски характеризуются двумя основными параметрами. Во-первых, внутренней скоростью считывания данных с пластин в буфер HDD (internal transfer rate), а во-вторых, скоростью передачи из буфера в контроллер. Первая во многом зависит от плотности записи, скорости вращения и т.д. Эти параметры зависят не от типа интерфейса, а от конструкции диска. Вторая - именно от используемого интерфейса и разрядности его шины, кстати, этот показатель абсолютно не изменился со времени проектирования АТА (доселе 16 бит, хотя, перейдя на PCI "вход" в хост контроллеры, стал 32 бит). Изначально общеупотребительным способом передачи данных через интерфейс IDE/ATA был протокол PIO. Последний mode 4 (но пятый по счету) имел пропускную способность 16,6 Мбайт/с. Отличительной стороной, и определенно отрицательной, являлось то, что эти режимы передачи данных серьезно загружали центральный процессор и, конечно же, были лучшим выбором в однозадачных DOS - операционных системах. Однако не требовали каких-либо драйверов. Direct Memory Access (DMA) - прямой доступ к памяти - название протоколов, позволяющих устройству передавать информацию непосредственно в системную память без всякого участия центрального процессора. Сегодня этот способ дает возможность в перспективе увеличить скорость передачи данных до 133 Мбайт/с - предел того, что способен выдержать 80-жильный кабель.

Из вышесказанного следует, что основными путями совершенствования PATA являются два способа. Первый, и наиболее логичный, - это увеличение скорости передачи информации в буфер устройства. Но тут мы подходим к дилемме: увеличение скорости передачи информации в буфер требует увеличения размера последнего (сейчас наиболее продуктивен, по мнению производителей, размер буфера около 2 Мбайт). Несложно догадаться, что идеальное равновесие такой системы будет при равенстве возможных скоростей на разделе пластина-буфер и жесткий диск-чипсет. Иначе данные просто напросто будут переполнять буфер диска.
Как видим, перспектив развития у Parallel ATA было не так уж мало: увеличивай число Гб на пластину, наращивай буфер диска, расширяй пропускную способность шины и т.д. Особенно если учесть, что современные диски не дотягивают до предела UDMA/66. Что касается других причин, то это, в первую очередь, невыгодная рядовому пользователю замена большого числа компонентов системного блока, от HDD до материнской платы! Зато посмотрите, как удобно... по-моему, не очень убедительная причина заменить все разом. Угадайте-ка, кому это выгодно? Вы правы - указанной в начале статьи семерке разработчиков стандарта SATA. Похоже, экономному пользователю слова о "двукратном" приросте производительности перестали быть командой к очередному upgrade.

Однако у приверженцев Serial ATA есть и неоспоримые доводы в пользу последнего. Среди них в первую очередь отсутствие препятствующих вентиляции внутри корпуса широких шлейфов. Хотя сборщики компьютеров класса brand-name используют направляющие для воздушных потоков, все же это не решает проблему. Во-вторых, это пониженное напряжение - 3,3 В вместо 5. Вследствие снижения напряжения, а также уменьшения числа проводников всего до двух (плюс шесть на питание и заземление), возможно удлинение сигнального кабеля до 1 метра, что больше стандарта для параллельного интерфейса в два раза. Также канет в лету и последовательный способ подключения устройств, при котором каждое либо Master, либо Slave. Программное обеспечение посчитает оба устройства главными, "сидящими" на разных портах. Пропускная способность интерфейса составит 1,5 Гбит/с. Но все же расстраиваться не стоит, так как для первоначального использования устройств SATA в старых системах предусмотрены специальные адаптеры (Dongle adaptor). Вы спросите: 'Как это возможно?' Все очень просто и продумано до мелочей, так как на уровне BIOS, а значит и операционной системы, новый интерфейс полностью совместим со старым. Проще говоря, изменилась только начинка, программное обеспечение переписывать не придется.

Хочу под конец рассуждений вспомнить про альтернативные интерфейсы. В первую очередь, это новомодный USB. В своей версии 1.1 он поддерживает скорости передачи данных 1,5 и 12 Мбит/с, чего явно недостаточно. Версия 2.0 обеспечивает скорость до 480 Мбит/с, чего вполне хватит для внешних устройств хранения данных, на которые стандарт в основном и рассчитан.
Перспективной заменой параллельному интерфейсу также рассматривался FireWire (IEEE 1394) от Apple, который в силах обеспечить пропускную способность от 100 до 400 Мбит/с. В дальнейшем эту планку планируется поднять до 3,2 Гбит/с. Хотя сама Apple, судя по лицензионной политике на интерфейс, видит его скорей как замену все для того же SCSI. К неоспоримым достоинствам стандарта необходимо отнести удобство конфигурирования, высокую пропускную способность и прекрасную предсказуемость. Гарантированное время задержки у интерфейса открывает широкие возможности для него в системах, оперирующих потоковым аудио и видео. Но индустрия в поисках замены обошла стороной оба этих стандарта, в основном из-за плохого сочетания стоимости, перспектив развития и наследственности в программном плане. Последовательный интерфейс (Serial ATA), судя по Roadmap, взойдет на арену высоких технологий лет на десять, и уже сейчас ему готовится два расширения до 3 Гбит/с и позднее 6 Гбит/с. Значит, по мнению производителей жестких дисков, предел их производительности еще далеко не достигнут, а значит "покой нам только снится...".



Литература по накопителям