5.1.1. Интерфейсы

Для того чтобы обмениваться данным с компьютером, жёсткий диск подключен кабелями управления, по которым передаются команды диску и данные. Рассмотрим различные интерфейсы подключения жёстких дисков.

Интерфейс АТА

Один интерфейс АТА (AT Attachment) может поддерживать до двух дисков, первичный диск считается «master» и вторичный диск – «slave». Очень часто ставят на один канал жёсткий диск, как «master». И другое, более медленное устройство, типа CD-ROM, как «slave».

IDE (Integrated Drive Electronics) - это название типа жёстких дисков, имеющих интерфейс ATA. Дешёвая электроника в сочетании с параллельной передачей данных АТА позволяет производить недорогие жёсткие диски. АТА не предназначен для внешних подключений и не поддерживает кабелей длиной более 60 см.

Но так как IDE может обращаться только к одному устройству на канале одновременно, то снижается производительность системы в целом. Так что лучше не иметь slave-устройств в принципе. Тем более сейчас все материнские платы имеют по два интегрированных канала IDE, а некоторые - три и даже четыре. Если это возможно, то лучше подключать жёсткий диск, как «master» на первый канал, a DVD или CD-ROM, как «master» на второй канал.

Существовали три основных стандарта IDE-дисков: AT A/33, AT А/66 и АТА/100. В данном случае число показывает максимальную пропускную способность в мегабайтах в секунду. Главным недостатком IDE- дисков была малая скорость. Будущее АТА, за стандартом Serial ATA, SATA II и external SATA.

Интерфейс Serial ATA (SATA)

В 2004 году максимальная скорость передачи данных через этот интерфейс составила 300 Мбайт/с, а в 2007 году - 600 Мбайт/с. Преимущества интерфейса SATA no сравнению с интерфейсом АТА, помимо повышения скорости передачи данных, в том, что на смену 80-жильным ленточным шлейфам пришли 7-жильные кабели. Такие кабели более стойки к различным помехам, что позволяет увеличить максимальную длину такого кабеля с 46 см до одного метра.

Кроме того, пользование длинных кабелей способно обеспечить более рациональное размещение комплектующих в системном блоке и отказаться от плоских и широких шлейфов, препятствующих распространению воздушных потоков.

В Serial ATA используется 32-разрядный контроль CRC (Cyclic Redundancy Check) – это контроль с помощью циклического избыточного кода. Код CRC, записываемый в секторы жёстких дисков, служит для обнаружения ошибок, гарантируя повышенную надёжность передачи данных.

Кроме того, одной из важных особенностей интерфейса SATA является обеспечение «горячего» подключения дисков. И конечно же, самое главное достоинство интерфейса – это простота подключения. В отличие от параллельного АТА, каждому разъёму контроллера SATA может присоединяться только один диск. Это позволяет вообще отказаться от настроек в BIOS материнской платы, а так же от перемычек на жёстких дисках.

Заметим, что стандартом Serial ATA 1.0 предусмотрена обязательная установка на жёсткие диски 15-контактного разъёма питания, который может отсутствовать в некоторых блоках питания, установленных внутри компьютера.

Имение поэтому на первых выпускаемых SATA жёстких дисках производители сохранили и традиционный четырёхштырьковый разъём. Сейчас почти все жёсткие диски оснащены 15-контактным разъёмом питания и для совместимости с 4-контактным в комплект поставки входит специальный переходник.

Конечно же, у этого интерфейса имеются и недостатки, хотя и не очень значительные. Все разъёмы, как сигнальные, так и те, которые служат для подачи питания, чисто конструктивно имеют меньшую прочность.

В отличие от IDE-дисков все диски с интерфейсов SATA представляют собой более современные разработки с высокой плотностью записи и оснащаются буфером объёмом не меньше 8 Мбайт.

Интерфейс Serial ATA II

Интерфейс Serial ATA II имеет ряд преимуществ перед своим предшественником. Скорость передачи данных - 1000 Мбайт/с. Внедрена поддержка технологам Native Command Queue (NCQ), которая позволяет достичь указанной скорости. Диск имеет внутреннюю очередь команд, в которой они перераспределяются таким образом, что несколько команд выполняются одной транзакцией. Внедрение этой технологии поставит SATA II винчестеры в один ряд со SCSI-дисками. Появилась также возможность «горячего подключения» дисков, то есть теперь диски могут подключаться во время работы всей системы. Все вышесказанное делает данную серию дисков привлекательной для использования в high-end рабочих станциях, серверах и сетевых хранилищах данных.

Для работы NCQ необходима поддержка не только со стороны жёсткого диска, но и со стороны контроллера.

Интерфейс eSATA (external SATA) - это последовательный интерфейс передачи данных, аналогичен интерфейсу S-ATA II, предназначен для подключения внешних устройств, например, жёстких дисков. eSATA можно рассматривать как альтернативу популярным интерфейсам USB и FireWire. Он поддерживает режим «горячей замены», обладает высокой скоростью передачи данных (до 3 Гбит/с.), меньше загружает центральный процессор.

Интерфейс SCSI

SCSI давно стал стандартным интерфейсом для рабочих станций и серверов. Интерфейс SCSI имеет большую пропускную способность, поддержку большего количества устройств на одном канале, большую длину кабелей (до 12 м), поддержку внешних устройств и многозадачность.

Обычная (иногда говорят «узкая») шина SCSI может нести на себе до 8 устройств, а широкая (wide) - до 16. Сам SCSI-контроллер занимает один адрес, а остальные 15 оставляет для подключаемых устройств (соответственно, на узкой шине для устройств остается 7 адресов). Старшие адреса SCSI имеют больший приоритет. Это делает установку SCSI немного сложной. Обычно лучше дать больший приоритет медленным устройствам, типа CD-ROM, а не жёстким дискам.

Существует множество различных вариантов SCSI. Из доступных сейчас устройств можно назвать Ultra, Ultra2 и Ultral60 SCSI. Ultra SCSI позволяет передачу 20 Мб/с и имеет 8 адресов. Широкая (wide) версия Ultra SCSI поднимает пропускную способность вдвое, то есть до 40 Мб/с. Ultra2 SCSI, известный также как LVD (Low Voltage Differential) SCSI, имеет пропускную способность 40 Мб/г., и, соответственно, wide-версия его дает нам 80 Мб/с. Ultral60 SCSI продолжает традицию удвоения пропускной способности, но бывает только в варианте wide, что дает нам 16 устройств на канале и 160 Мб/с.

Главное преимущество SCSI выражается термином high-end, то есть самые быстрые, самые объёмистые жёсткие диски имеют интерфейс SCSI.

Интерфейс SAS

SAS (Serial Attached SCSI) - последовательный интерфейс передачи данных, является дальнейшем развитием интерфейса SCSI и базируется на протоколе SCSI. Контроллеры SAS используются в высокопроизводительных системах хранения данных. Интерфейс SAS совместим с интерфейсом SATA II, поэтому к контроллеру SAS можно подключать HDD накопители как стандарта SAS, так и SATA II.

К каждому разъёму SAS можно подключить только одно устройство. Чем больше слотов установлено на материнской плате, тем больше возможностей для расширения системы.

Fibre Channel (оптоволоконный канал)

Fibre channel - это интерфейс, в корне отличающийся от SCSI и IDE. Вообще он ближе к Ethernet и InfiniBand. Этот интерфейс предназначен не только для того, чтобы подсоединять жёсткие диски и другую периферию к системе, а в первую очередь для организации сетей, объединения удалённых друг от друга массивов жёстких дисков и прочих операций, требующих высокой пропускной способности в сочетании с большими расстояниями. Fibre channel часто используется для соединения SCSI RAID-массивов с сетью рабочей группы либо сервером.

На сегодняшнем рынке также присутствуют решения, когда для достижения очень большой пропускной способности используется целый ряд каналов Fibre channel одновременно.

В отличие от SCSI, Fibre channel обладает гораздо большей гибкостью. Если SCSI ограничивается всего 12 м, то Fibre channel позволяет соединения протяженностью до 10 км при использовании оптического кабеля и несколько меньше при использовании относительно недорогих медных соединении IEEE 1394.

Интерфейс IEEE 1394

IEEE 1394, он же Fire Wire (как его назвала Apple), он же iL ink (как его назвала Sony), реально становится стандартом для передачи цифрового видео, но также может использоваться для подключения жёстких дисков, сканеров, сетевого оборудования, цифровых камер и всего, что требует хорошей пропускной способности.

FireWire способен поддерживать до 63 устройств на одном канале 400 Мб/с. A IEEE 1394b, первая попытка серьезного пересмотра FireWire, будет поддерживать пропускную способность в 800 Мб/с на канал. FireWire обеспечивает большую производительность, но внешние устройства с этим интерфейсом нуждаются в отдельном внешнем источнике питания.

Самой приятной особенностью FireWire является возможность «горячего» подключения. То есть можно подключать и отключать FireWire-устройства, не выключая компьютер. Но если таким устройством является жёсткий диск, то операционная система должна уметь монтировать новые жёсткие диски «на лету».

Интерфейс USB

USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) – это стандарт, получивший за последние несколько лет крайне широкое распространение. Сложно найти компьютер, на котором не было бы поддержки USB.

Данный интерфейс имеет два скоростных режима. Первый высокоскоростной режим обеспечивает пропускную способность 12 Мб/с и имеет длину соединительных кабелей до 5 м. Второй режим – низкоскоростной, обеспечивает пропускная способность 1.5 Мб/с и имеет длину кабелей до 3 м.

Понятно, что для жёстких дисков данный стандарт малопригоден из-за своей медлительности, а вот для всяких устройств резервного копирования, CD-R, сканеров, сетевых устройств и устройств ввода вполне подходит.

На одном канале USB может присутствовать до 127 устройств, для чего могут использоваться устройства, пропускающие через себя сигнал, либо USB-концентраторы. USB имеет так называемый мастер-контроллер, так что любой сигнал, передаваемый, скажем, от USB-жёсткого диска к USB CDR должен пройти через контроллер, а уже затем отправиться к требуемому устройству. Это очень понижает пропускную способность при использовании нескольких USB-устройств. Кроме того, USB-устройства не могут быть разделяемыми (в сети, например), хотя два компьютера можно соединить между собой USB-сетью через USB-MOCT.

Несмотря на все недостатки, USB позволяет «горячее» подключение. Правда, операционная система все равно потребует драйвер нового устройства, но перезагружать компьютер не придётся.

В настоящее время все большее распространение получает стандарт USB 2.O. Он поднимает планку пропускной способности с 12 до 4.80 Мб/с. Это позволяет использовать USB 2.0 для подключения внешних жестких дисков, и такие диски уже появились.

Какой интерфейс выбрать

Если требуется домашний компьютер для игр или для офисной работы, то SATA-интерфейс даст самую лучшую комбинацию цены/производительности. USB хорошо подойдёт для внешнего CDR или ленточного накопителя для резервного копирования (если копировать не слишком много).

Если нужен быстрый внешний диск для подключения к ноутбуку или для регулярной переноски между несколькими компьютерами, и основным требованием помимо мобильности является производительность, тогда лучше выбрать IEEE 1394 интерфейс.

Если требуется оснастить серьёзной рабочую станцию или сервера, где критична надёжность и производительность, то лучший выбор – это интерфейс SCSI, особенно в форме RAID, хотя и стоит достаточно дорого.

А если нужно сформировать кластер автоматизированных рабочих мест, которым необходим высокоскоростной доступ к большому массиву данных, то интерфейс Fibre channel обеспечит скорость, при этом удалённость рабочих мест от массива информации практически не имеет значения.

Другая возможность заключается в создании сети Gigabit Ethernet, а для сервера, как правило, выбирают решение RAID SCSI, для некритичных серверов – SATA RAID.