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
|