Содержание:
· Введение 3
· Предпосылки к созданию 5
· Преимущества интерфейса SATA над PATA 7
· Обратная совместимость SATA и PATA 10
· Общие данные интерфейса SATA 10
· Физический уровень 11
· Канальный уровень 15
· Транспортный и прикладной уровни 16
· Перспективы развития 17
· Используемая литература 18
Введение.
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, однако это не выход из сложившейся ситуации. Данные могут годами накапливаться не только на серверах, а, 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 по этому S.M.A.R.T. в индустрии пошел 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 контролерам 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 недавно 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.
Предпосылки к созданию.
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 не давно 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, скоростью 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 является 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 на просто 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!
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, но 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 нитание 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.
Преимущества интерфейса SATA над PATA.
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.
Существует несколько способов повысить пропускную способность интерфейса: увеличить или разрядность шины данных, или тактовую частоту передачи, или и то и другое сразу. Увеличение разрядности шины данных (то есть когда передача становится все более «параллельной») налагает жесткие ограничения на максимальную частоту передачи. Это вызывает сложности синхронизации, возникновение паразитных модуляционных сигналов при одновременном переключении сигналов в соседних проводах, интерференцию сигналов на высоких частотах и т.д. Поэтому для реализации большей пропускной способности был выбран путь последовательной передачи данных, то есть разрядность шины данных свели к минимуму и повысили тактовую частоту передачи. Именно в этом заключается принципиальное отличие нового интерфейса Serial ATA от интерфейса PATA.
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 SATA и PATA.
Обратная совместимость последовательного ATA с параллельным реализована двумя способами:
1. Объединением чипсетов, поддерживающих параллельный ATA-интерфейс, с дискретными компонентами, реализующими Serial ATA физически. Эти дискретные компоненты стали доступны в 2001 году, а в 2002 году появились чипсеты со встроенными компонентами Serial ATA.
0 комментариев