4.3.5. Интерфейсы Ultra ata/133
В 2001 году фирма Maxtor представила спецификацию на новый интерфейс Ultra АТА/133, позиционируемый ею как переходное решение между постепенно устаревающим Ultra ATA/100 и перспективным, но пока еще не готовым к массовому использованию Serial ATA. Пропускная способность при этом возросла на треть и достигла 133 Мбайт/с.
Появление Ultra АТА/133 не привело к реальному увеличению скорости работы современных жестких дисков по сравнению с АТА/100, так как рост реальной скорости работы современных винчестеров ограничивается уже не пропускной способностью интерфейса, а малым размером дискового кэш и малой пропускной способностью шины PCI.
4.3.6. Интерфейсы Serial ata
Несмотря из то что последние версии параллельного интерфейса АТА вполне удовлетворяют требованиям современных жестких дисков, все возможности по своему дальнейшему совершенствованию они уже полностью исчерпали, и в скором времени параллельный интерфейс АТА должен быть заменен на новый. В качестве его замены принят новый стандарт Serial ATA. Он будет поддерживать все накопители, включая винчестеры, CD, DVD, флоппи-дисководы и подобные устройства, при подключении их к системным платам.
Как следует из названия, в Serial ATA вместо передачи данных в параллельном режиме по многожильному кабелю используется принцип последовательной передачи данных. Первая версия Serial ATA имеет пропускную способность 1,5 Гбит/с, затем скорости возрастут до 3 Гбит/с во второй спецификации и позднее до 6 Гбит/с, при этом сохранится обратная совместимость с Serial ATA первой версии.
Интерфейс предназначен для подключения внутренних устройств, поэтому максимальная длина кабеля относительно невелика - 1 метр, тем не менее это в 2 раза больше, чем у параллельного АТА интерфейса (45 см). Всего кабель состоит из 7 жил: две дифференциальные пары для передачи и для приема и три общих (заземляющих) провода. Контроллер Serial АТА рассчитан на подключение 2 устройств по схеме point-to-point, то есть каждое из них подключается отдельным кабелем, и обмен информацией происходит параллельно. Кроме этого, Serial ATA позволяет осуществлять замену накопителей в "горячем" режиме. Не менее важно и снижение питающего напряжения с 5 В до 3,3 В. Кроме того, Serial ATA будет обладать средствами исправления ошибок (по ЕСС), что гарантирует целостность передаваемых по кабелю данных. Изменения архитектуры Serial ATA лежат только в области физического интерфейса, а по регистрам и программному обеспечению он будет полностью совместим с параллельным АТА, поэтому не будет необходимости менять драйверы, да и архитектура Serial ATA будет полностью прозрачной для BIOS и операционных систем. Для совместимости с ныне существующим оборудованием (системные платы и жесткие диски) выпускаются специальные адаптеры-переходники с интерфейса IDE на интерфейс Serial ATA и наоборот.
4.3.7. Конфигурирование АТА-устройств
Каждый канал АТА-интерфейса поддерживает подключение двух устройств - Master и Slave. Причем оба эти устройства абсолютно равноправны друг перед другом и ни одно из них не имеет никаких преимуществ. Конфигурация обычно задается перемычкой, размещенной на задней стенке устройства. Кроме этих двух позиций там обычно присутствует и третья - Cable Select. Для работы устройств в режиме Cable Select требуется специальный Y-образный шлейф, центральный разъем которого подключается к системной плате, а крайние разъемы - к устройствам; одно из них автоматически становится Master, а другое - Slave.
Не следует подключать два активно используемых устройства (например, два жестких диска) к одному IDE-каналу, потому что каждый канал в каждый момент времени может обрабатывать только один запрос к одному устройству. А это, учитывая, что и винчестеры, и CD-ROM являются медленными электромеханическими устройствами, существенно замедляет их одновременную работу, даже если пропускная способность интерфейса соответствует суммарной скорости считывания данных с диска. Каждое АТА-устройство по возможности следует подключать к отдельному каналу.
Не следует подключать к одному каналу жесткий диск и ATAPI-устройство (например, CD-ROM) - протокол ATAPI использует систему команд, немного отличающуюся от системы команд АТА.
Хотя практически все современные чипсеты поддерживают возможность использования различных режимов передачи данных для устройств, подключенных к одному каналу, устройства, существенно различающиеся по скорости, лучше разнести по разным каналам, если имеется такая возможность.
4.4. Технология RAID
Сам термин RAID - Redundant Array of Independent (или Inexpensive) Disks (избыточный массив независимых (или недорогих) дисководов) появился в 1987 году. В основу RAID положена идея объединения в массив несколько относительно небольших, а значит, и недорогих винчестеров, в результате чего можно получить систему, превосходящую по объему, скорости работы и надежности хранения информации самые скоростные и дорогие дисководы. В стандартных компьютерах каждый диск виден пользователю как независимый, обозначенный своей, уникальной буквой, тогда как в RAID-системах несколько физических дисков объединяются в виртуальный массив, который пользователь видит как один независимый физический диск.
Изначально было определено пять типов дисковых массивов, обозначаемых соответственно RAID-1, RAID-2 - RAID-5. Каждый из этих типов, за счет определенной избыточности записываемой информации, обеспечивал повышенную отказоустойчивость по сравнению с одиночным дисководом. Наряду с этими типами широкую популярность приобрели также дисковые массивы типа RAID-0, не обладающие избыточностью, но позволяющие увеличить производительность дисковой подсистемы, а также комбинированные массивы типов RAID-0+1/1+0. К числу основных методов обработки информации, способствующих увеличению производительности дисков и обеспечивающих защищенность информации в RAID массивах, являются:
Дублирование и зеркалирование данных (Mirroring) - один из самых простых и надежных методов резервирования информации, при котором все операции ввода/вывода выполняются параллельно как на основной диск, так и на его дублера, содержащего резервную копию всей информации. Операция зеркалирования подразумевает использование общей шины данных для каждой пары дисков, а при дублировании каждый из них имеет свой отдельный канал. Недостаток метода - его относительная дороговизна, ведь ровно половина всего имеющегося дискового пространства исключена из активного использования.
Вторым методом, называемым "Striping" (полосатый), осуществляется распределение порций данных между различными накопителями и дополнение их кодами контрольных сумм, получаемыми путем суммирования по модулю 2 содержимого информационных блоков массива. В этом случае обеспечивается возможность, в случае выхода из строя какого-либо диска из состава массива, по содержимому сохранившихся блоков информации и контрольной суммы восстановить на новом диске всю утраченную информацию.
4.4.1. Уровни RAID-массивов
RAID-0. В массиве RAID-0 используется как минимум два жестких диска, осуществляя чтение и запись информации одновременно с обоих дисков, благодаря чему возрастает общая производительность дисковой подсистемы. При этом все они видны системе как один виртуальный диск. RAID-0 не обладает ни избыточной емкостью, ни контролем четности, поэтому авария одного дисковода может привести к выходу из строя всего массива. С другой стороны, RAID-0 обеспечивает максимальную скорость обмена и эффективность использования объема дисководов. Поскольку для организации RAID-0 не требуются сложные математические или логические вычисления, затраты на его реализацию минимальны. Наиболее оправданная область применения массивов RAID-0: аудио- или видеоприложения, требующие высокой скорости непрерывного потока передачи данных, которую не может обеспечить одиночный дисковод. Например, в дисковых системах для станций нелинейного видеомонтажа.
Распределение данных осуществляется следующим образом (рис. 4.2). Совокупное дисковое пространство разбивается на блоки одинаковой длины. Обозначим эти блоки цифрами 1-4. Блок 1 располагается на первом физическом диске, блок 2 - на втором, в том же самом месте, что и 1 на первом, блок 3 - опять на первом диске, вслед за блоком 1, четвертый - на втором вслед за блоком 2 и т. д. до тех пор, пока все они не будут расположены.
