Шина Serial Attached scsi

Вершиной эволюции параллельного интерфейса SCSI стала спецификация Ultra320 SCSI, обеспечившая пропускную способность шины 320 Мбайт/с, что вполне соответствовало требованиям современных систем хранения данных. Но тенденция повсеместного перехода на последовательные шины не миновала и SCSI. В результате появился новый стандарт Serial Attached SCSI (SAS), утвержденный в 2004 г. Пиковая пропускная способность шины Serial Attached SCSI в сегодняшней версии составляет до 5 Гбит/с (около 600 Мбайт/с).

Впрочем, основное достоинство интерфейса SAS заключается не в пропускной способности, а в поддержке полнодуплексного режима работы, возможности подключения до 128 корневых устройств (всего до 16256 уст-ройств с учетом всех веток), в обратной совместимости на физическом уровне с шиной Serial ATA.

В качестве сигнальных линий шины SAS используются две дифференциальные пары, что позволяет организовать полнодуплексный режим работы. Обмен данными по дифференциальным парам происходит низковольтными сигналами в противофазе, что исключает перекрестные помехи. Один или несколько физических каналов, каждый из которых образован дифференциальной парой, образуют порт. Порт с одним каналом называют ≪узким≫ (Narrow port), порт с двумя и более каналами называют ≪широким≫ (Wide port). Каждое физическое S A S - устройство должно иметь один или несколько узких или широких портов. Кроме оконечных устройств (например, жестких дисков) и контроллеров спецификацией SAS предусмотрены расширители (Expander), также оснащенные портами. К расширителям подключаются как оконечные устройства, так и другие расширители. Причем используется два типа расширителей: оконечный (Edge Expander) и корневой (Fanout Expander). К оконечным расширителям подключаются только конечные S A S - устройства , например жесткие диски. Корневой расширитель предназначен для подключения к нему только оконечных расширителей и выполняет функции маршрутизатора. Использование корневого и оконечных расширителей позволяет создавать разветвленные топологии шины SAS.

Архитектура интерфейса SAS предусматривает несколько уровней: физический (физической линии и физического порта), логического канала, логического порта, транспортного протокола, приложений. Поскольку различия, препятствующие взаимодействию с SATА, начинаются лишь на самом низком физическом уровне, к шине SAS возможно подключение дисков SATА, но обратная операция исключена. Монтаж хост-контроллера и устройств SAS на платформу ПК не представляет сложности, так как уже на логическом уровне они воспринимаются операционной системой и приложениями как стандартные накопители. Однако вряд ли все возможности SAS понадобятся в настольной платформе, поэтому наличие шины Serial Attached SCSI станет, по-видимому, отличительной чертой рабочих станций и серверов.

Интерфейс acpi

Механизм ACPI (Advanced Configuration and Power Interface, расширенный интерфейс конфигурирования и управления питанием) — один из самых запутанных и темных узлов шинной архитектуры персонального компьютера. Поддержка ACPI должна обеспечиваться на уровне компонентов, BIOS и ядра операционной системы. Система ACPI занимается менеджментом энергосберегающих функций компьютера и распределением системных ресурсов посредством расширенного контроллера прерывания APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller). Поддержка обширного перечня функций со стороны ACPI вызывает определенные трудности в реализации интерфейса. С момента своего появления в 1997 г. и до настоящего времени некоторые возможности ACPI либо не поддерживаются, либо поддерживаются лишь частично платформами настольных ПК.

Н на интерфейс ACPI опирается технология On-Now, призванная сократить длительный процесс при включении (выключении) компьютера, обеспечить служебным приложениям (например, процедурам проверки жесткого диска) возможность работы в то время, когда компьютер выключен, улучшить положение с энергопотреблением.

Согласно спецификации ACPI компьютер может находиться в следующих состояниях:

• G1 — спящий режим (suspend);

• G2 — питание отключено, но блок питания находится под напряжением (soft-off);

• G3 - питание отключено механическим выключателем (mechanical off). Технология On-Now предусматривает расширения для режима G1. Добавляются следующие уровни функционирования.

• SI (Standby 1) — останавливаются таймеры системной платы, но сохраняется состояние оперативной памяти. Выход из режима S1 в рабочий режим происходит мгновенно.

• S2 (Standby 2) — дополнительно отключается питание кэш-памяти системной платы и процессора, а данные, хранившиеся там, переправляются в оперативную память. Переход в рабочий режим происходит достаточно быстро.

• S3 (Suspend-to-memory) — обесточиваются все компоненты системы, кроме оперативной памяти. Текущее состояние системы записывается в оперативную память. Включение с восстановлением предыдущего состояния компьютера занимает чуть больше времени, чем из режима S2.

• S4 (Suspend-to-disk) — данные о состоянии системы и содержимое 'памяти записываются в специально отведенное место на жестком диске. Переход в рабочий режим занимает сравнительно много времени.

Для поддержки режима S3 необходимо, чтобы системная плата имела схемы раздельного питания компонентов и обеспечивала запись в память на уровне BIOS.

Так как спецификацию On-Now разрабатывала фирма Microsoft, то управляющим центром всей технологии, естественно, стала операционная система Windows. Учитывая любовь Билла Гейтса к идее информаци-онной магистрали, было предусмотрено многое для работы в локальных и глобальных сетях. В частности, обеспечивается автоматическая загрузка файлов из Интернета и выполнение системных задач. Например, можно задать включение компьютера ночью для просмотра Web-страниц и получения новых файлов. По такому же принципу функционируют другие программы (антивирусы, средства резервного копирования, проверки диска и пр.).

Сохранение сетевых соединений обеспечивается автоматической записью используемых файлов на локальный диск и восстановлением со-единения после включения компьютера. Поддержка специфических функций предусматривает, например, непрерывную 24-часовую работу факс-модема независимо от состояния компьютера. При необходимости сетевая карта включает систему и запускает необходимые приложения.

Откровенно говоря, автор до сих пор не видел ни одной настольной платформы, поддерживающей функции энергосбережения ACPI и OnNow в полном объеме. Обязательно что-то не работает или работает не так, как положено. Совсем иначе обстоят дела в сфере переносных компьютеров. Здесь интерфейс ACPI поддерживается в полной мере на уровне железа, BIOS и приложений.

Для настольных систем самой важной функцией ACPI является система IRQ Sharing (поддерживается APIC), занимающаяся динамическим распределением прерываний между компонентами. Если на одной линии IRQ висит несколько устройств, менеджмент между ними обеспечивается системой IRQ Sharing. Физически в компьютере имеется 16 линий аппаратных прерываний, но некоторые прерывания имеют статус системных, поэтому их использование или переназначение линии невозможно. В современной компьютерной системе свободных прерываний осталось оченьмало.

Все линии прерываний имеют свои приоритеты. Чем выше приоритет у линии прерывания, тем быстрее процессор ответит на запрос устройства, находящегося на этой линии. Прерывания приведены в таблице в порядке приоритета.

Устройств, требующих собственное прерывание и не представленных в таблице, может быть куда больше. Например: сетевая карта, контроллер RAID или SCSI, ТВ-тюнер, SATA, IEEE1394 (FireWire) и так далее. То есть, вполне может сложиться ситуация, когда на два свободных прерывания будет несколько устройств, требующих собственного прерывания.

Совместное использование ресурса означает пропорциональное снижение эффективности компонентов. Если на одном прерывании сидят видеокарта и звуковая карта, ≪торможение≫ для обоих практически гарантированно.

Существует три метода решения этой проблемы. Первый метод — полноценное использование систем ACPI и IRQ Sharing, Если системы ACPI, а соответственно и APIC, включены, то операционная система считает, что имеется 256 виртуальных прерываний, при этом реальных прерываний остается 16. ACPI автоматически распределяет прерывания и не позволяет менять их произвольно.

Если устройство может функционировать в режиме кооперации с другими устройствами, то ACPI с большой вероятностью посадит их на одну физическую линию. Так на одном физическом прерывании могут оказаться практически все устройства, установленные в компьютере, даже если есть свободные прерывания. Это приводит к определенному снижению эффективности системы, но гарантирует отсутствие конфликтов между устройствами.

Второй метод заключается в отказе от использования ACPI и APIC, но задействовании IRQ Sharing. Отказ от систем ACPI и APIC означает, что операционная система знает о наличии только 16 прерываний. Система IRQ Sharing позволит находиться на одном прерывании нескольким устройствам. При этом можно изменять распределение прерываний по усмотрению пользователя. Правда, компьютер больше не будет выключаться программно (его придется выключать кнопкой “Power”) и откажется поддерживать функции энергосбережения.

Третий метод — самый эффективный в смысле улучшения производительности, но требует определенных усилий пользователя. Суть метода в полном отказе от систем ACPI и IRQ Sharing и ручном распределении линий прерываний. Каждое устройство должно иметь отдельное прерывание и ни с кем не пересекаться. Неиспользуемые устройства отключаются от линий прерываний. При использовании данного метода половина компьютера может оказаться “в отключке”, зато все остальное будет работать самым эффективным образом.Предположительный список отключаемых устройств:

• Midi Port Adress;

• Onboard Parallel Port (если к нему не подключен принтер);

• Onboard COM Port (если порт не используется);

• Onboard Audio (если установлена отдельная звуковая карта);

• Onboard LAN Control (если компьютер не подключен к локальной сети);

• USB Host Controller (если нет устройств, подключенных к портам USB);

• Onboard Serial ATA (если нет дисков SATА);

• Onboard ATA (если установлены диски SAT А, один канал ATА можно отключить, оставив второй для CD/DVD привода);

• Onboard RAID (если функция RAID не используется).