3. Інтерфейси накопичувачів та носіїв інформації (ата, Serial ata, стандарти raid).

Існує величезна кількість різноманітних моделей жорстких дисків багатьох фірм, таких як Seagate, Maxtor, Quantum, Fujitsu і т.д. Щоб забезпечити сумісність вінчестерів, розроблено стандарти на їх характеристики, які визначають номенклатуру з'єднувальних провідників, їх розміщення в перехідних роз'ємах, електричні параметри сигналів. Найпоширенішими нині є стандарти інтерфейсів IDE (Integrated Drive Electronics) або ATA та більш продуктивні EIDE (Enhanced IDE) і SCSI (Small Computer System Interface). Саме характеристики цих інтерфейсів, за допомогою яких вінчестери зв'язані з материнською платою, у значній мірі визначають продуктивність сучасних жорстких дисків. Серед інших параметрів, що впливають на швидкодію HDD слід відзначити такі:

• швидкість обертання дисків - в наш час випускаються накопичувачі EIDE із частотою обертання 4500-7200 об/хв, і накопичувачі SCSI - 7500-10000 об/хв;

• ємність кеш-пам'яті - у всіх сучасних дискових накопичувачах встановлюється кеш-буфер, який дає змогу прискорити обмін даними; чим більша його ємність, тим вища ймовірність того, що в кеш-пам'яті буде необхідна інформація, якої не треба прочитувати з диску (цей процес у тисячі разів повільніший); ємність кеш-буфера в різних пристроях може змінюватися в межах від 64 Кбайт до 2Мбайт;

• середній час доступу - це час (у мілісекундах), на протязі якого блок головок зміщуються з одного циліндра на інший. Залежить від конструкції приводу головок і складає приблизно 10-13 мілісекунд;

• час затримки - це час від моменту позиціювання блоку головок на потрібний циліндр до позиціювання конкретної головки на конкретний сектор, іншими словами, це час пошуку потрібного сектора;

• швидкість обміну - визначає об'єми даних, які можуть бути передані з накопичувача до мікропроцесора та в зворотному напрямку за певні проміжки часу. Максимальне значення цього параметра дорівнює пропускній здатності дискового інтерфейсу і залежить від того, який режим використовується PIO або DMA; в режимі PIO обмін даними між диском і контролером відбувається за безпосередньої участі центрального процесора, чим більший номер режиму PIO, тим вища швидкість обміну; робота в режимі DMA (Direct Memory Access) дозволяє передавати дані безпосередньо в оперативну пам'ять без участі процесора; швидкість передавання даних у сучасних жорстких дисках коливається в діапазоні 30-60 Мбайт/с

Для підключення вінчестерів використовуються декілька типів інтерфейсів, але в персональних комп'ютерах майже завжди застосовується 16-розрядний паралельний інтерфейс IDE (Integrated Drive Electronics), він же - АТ-BUS, ATA і його модернізації Ultra ATA з різними тактовими частотами. Назва інтерфейсу IDE утворилося внаслідок того, що все управління вінчестером знаходиться в ньому самому, а не як у більш старих типів, коли контролер перебував на допоміжній платі, що вставляється в ISA-слот. Зауважимо, що інтерфейс IDE прив'язаний до шини PCI (в комп'ютерах з 486 процесором і раніше інтерфейс IDE реалізовувався на шині ISA з допомогою плати Multi I / O), пропускної здатності якої для новітньої модернізації інтерфейсу АТА/100 вже не вистачає.

Інтерфейс IDE за майже двадцятирічну історію практично не змінився, залишаючись укороченою версією системної шини IBM PC AT, і лише періодично піддавався модернізації для збільшення швидкості обміну між вінчестером і системної платою. Тільки останнім часом йому на зміну приходить новий тип інтерфейсу - послідовний, або Serial, ATA (рівні логічних сигналів всього 0,5 В). Перехід на послідовний інтерфейс викликаний, в першу чергу, проблемами із синхронізацією паралельних сигналів інтерфейсу, т. к. найпростіший протокол обміну через інтерфейс не забезпечує надійну передачу даних на високих тактових частотах. Зокрема, варіант АТА/133, мабуть, будуть підтримувати не всі виробники вінчестерів.

Примітка

Інтерфейс SCSI використовується, в основному, тільки в серверах, т. к. вартість вінчестерів з SCSI-інтерфейсом майже в два рази вище, ніж у вінчестерів з IDE-інтерфейсом. Подробиці про інтерфейс SCSI наведені в гл. 8. Коротко лише зазначимо, що підвищена продуктивність інтерфейсу SCSI пояснюється окремим контроллером (процесором), який регулює потоки даних між пристроями, не використовуючи ресурси центрального процесора. Найбільшого ефекту від застосування інтерфейсу SCSI можна досягти тільки в багатозадачних операційних системах, коли треба одночасно виконувати кілька "важких" додатків або при масових запитах до даних на пристроях зберігання.

Якщо бути точним, то "чистий" IDE-інтерфейс дозволяє обмінюватися даними зі швидкістю до 2 Мбайт / с. Його модернізація під назвою АТА (AT Attachment, раніше EIDE - Enhanced IDE), яка торкнулася тільки протоколів обміну і з'єднувального шлейфу, ввела шість режимів роботи інтерфейсу, так звані РIO-режими (Programmed I / O), при яких програмно задається швидкість обміну через інтерфейс. Всі варіанти інтерфейсу АТА (до назви додається номер) сумісні з електричним і механічним характеристикам. У табл. наведені можливості інтерфейсу IDE в різних режимах.

Швидкості обміну даними для різних варіантів інтерфейсу АТА

Режим	Тип	Швидкість, (Мбайт / с)
UDMA Mode 0	ATA 16	16.7
UDMA Mode 1	ATA 25	25
UDMA Mode 2	ATA 33	33
UDMA Mode 3	ATA 48	48
UDMA Mode 4	ATA 66	66
UDMA Mode 5	ATA 100	100

Специфікація IDE визначає, що на системній платі встановлюється контролер IDE-інтерфейсу з двома однаковими каналами, до кожного з яких можна підключити до 2 рівноправних пристроїв. Тобто в персональному комп'ютері може одночасно працювати до 4 вінчестерів (або будь-яких пристроїв з IDE-інтерфейсом, а також з інтерфейсом ATAPI, що є ще однією модернізацією інтерфейсу IDE). Зауважимо, що для збільшення кількості підключаються IDE-пристроїв можна використовувати додаткові плати IDE-контролерів, які встановлюються в слот PCI.

Примітка

Контролер IDE інтерфейсу на системній платі займає або може зайняти апаратні переривання 14 і 15. При використанні 4 каналів виникає необхідність у перериваннях 10 і 12.

До швидкості передачі даних в 33 Мбайт / с для IDE-кабеля (шлейфа) застосовується 40-жильний плоский кабель. При бажанні використовувати стандарти Ultra ATA/66 і Ultra ATA/100 треба замінити 40-жильний кабель на 80-жильний.

Для інтерфейсу IDE використовується кабель з 40-контактними роз'ємами і довжиною не більше 46 см (18 дюймів). Практично завжди на ньому встановлено 3 роз'єми - один для підключення до системної плати і два для IDE-пристроїв. Яких-небудь перекруток проводів не використовується! Слід звернути увагу, що на 80-жильний кабель також встановлюються 40-контактні роз'єми, а додаткові 40 провідників заземлюються всередині роз'єму.

Доведеться засмутити тих, хто без заміни 40-жильного шлейфу намагається змусити працювати вінчестер в режимі Ultra ATA/66 і тим більше Ultra ATA/100. У цих режимах в обов'язковому порядку необхідно використовувати 80-жильний шлейф!

SATA (англ. Serial ATA) — послідовний інтерфейс обміну даними з накопичувачами інформації (як правило, з жорсткими дисками). SATA є розвитком інтерфейсу ATA (IDE), який після появи SATA був перейменований в PATA (Parallel ATA).

SATA Revision 1.0 (до 1,5 Гбит/с) - На початку стандарт SATA передбачав роботу шини на частоті 1,5 ГГц, що забезпечує пропускну здатність приблизно в 1,2 Гбіт/с (150 МБ/с). (20%-а втрата продуктивності пояснюється використанням системи кодування 8B/10B, при якій на кожні 8 біт корисної інформації припадає 2 службових біта). Пропускна здатність SATA/150 незначно вище пропускної здатності шини Ultra ATA (UDMA/133). Головною перевагою SATA перед PATA є використання послідовної шини замість паралельної. Незважаючи на те, що послідовний спосіб обміну принципово повільніше паралельного, у цьому випадку це компенсується можливістю роботи на більш високих частотах за рахунок більшої перешкодостійкості кабелю. Це досягається 1) меншим числом провідників й 2) об'єднанням інформаційних провідників в 2-і виті пари, екрановані заземленими провідниками.

SATA Revision 2.0 (до 3 Гбит/с) - Стандарт SATA/300 працює на частоті 3 ГГЦ, забезпечує пропускну здатність до 2,4 Гбіт/c (300 МБ/с). Уперше був реалізований у контролері чипсету nForce 4 фірми NVIDIA. Досить часто стандарт SATA/300 називають SATA ІІ. [2] Теоретично SATA/150 й SATA/300 пристрої повинні бути сумісні (як SATA/300 контролер і SATA/150 пристрій, так і SATA/150 контролер й SATA/300 пристрій) за рахунок підтримки узгодження швидкостей (у меншу сторону), однак для деяких пристроїв і контролерів потрібне ручне виставляння режиму роботи (наприклад, на жорсткому диску фірми Seagate, що підтримують SATA/300, для примусового включення режиму SATA/150 передбачений спеціальний джампер). Стандарт SATA передбачає можливість збільшення швидкості роботи до 600МБ/с (6 ГГц).

SATA Revision 3.0 (до 6 Гбит/с) - Serial ATA International Organization (SATA-IO), відповідальна за розвиток послідовного інтерфейсу, в травні 2009 опублікувала специфікації стандарту SATA 3.0[3], здатного передавати дані на швидкості до 6 Гбіт/с, удвічі вище в порівнянні з SATA 2. Специфікація була обнародувана в серпні 2008 і допрацьовувалася до травня 2009. Після публікації специфікації виробники дістали можливість використовувати SATA-3 в комерційних продуктах. Новий стандарт сумісний назад з існуючими версіями SATA, але разом з цим пропонує зручніший роз'єм для підключення компактних 1,8-дюймових дисків і SSD. Покращена передача мультимедійних файлів. Істотних змін в інтерфейсі нема — максимальна довжина кабелю складає 1 метр, причому роз'єми будуть сумісні з ранніми версіями SATA. Проте крім збільшення швидкісних показників також реалізована підтримка додаткового набору команд, які призначені для підвищення ефективності при передачі відео потоку. Підвищення швидкісних показників інтерфейсу передачі даних приведе до підвищення споживаної потужності, але з іншого боку, це приведе до прискореного переходу на нові технології виготовлення управляючих мікросхем.