2.История создания технологий интерфейса накопителя на жёстких магнитных дисках sata2

История развития жесткого диска тесно связана с деятельностью нескольких крупнейших производителей. История эта довольно таки увлекательная

Итак, 13 сентября 1956 известный флагман компьютерной промышленности Intel устроил презентацию своего детища, а именно первого накопителя на магнитных дисках.Вскоре новое устройство стало называться как «винчестер».Это «стреляющее» название пошло опять таки от Intel.В 1973 году фирма выпускает жесткий диск под маркировкой 3340.Примечательно устройство тем, что считывающее устройство и сами магнитные диски объединены в одном герметичном блоке .Устройство носило кодовое название «30-30»В обиходе до этого времени крепко закрепилось оружие «Winchester 30-30» ,отсюда и пошло название «Винчестер» или просто «Винт».

Конечно же ,первый жесткий диск существенно отличался от нынешних. Это был шкаф, внутри которого умещались 50 магнитных пластинок диаметром около 60(!) см.Диск назывался RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) и разрабатывался в лаборатории Intel а в Силиконовой долине. Пластины были смонтированы на вращающемся шпинделе, а механический кронштейн содержал головки чтения и записи и перемещался вверх-вниз на вертикальном стержне, причем время доставки головки до нужной магнитной дорожки составляло менее одной секунды. Емкость данного чуда техники составляло немного ни мало… 5 Мб. Грех было бы не упомянуть и вес: 975 кг.

IBM на месте конечно же не стоял и в июне 1973 представил взору общественности модель 3340.Высота его уже равнялось одному метру.Тут уже головка буквально парила над поверхностью дисков благодаря аэродинамическому эффекту. Далее этот принцип записи и считывания лег в основу всех современных hdd.Имелось два отсека с дисками по 30 Мб.В одном отсеке дисковое устройство лежало намертво, а в другом была предусмотрена возможность смены накопителя.Время доступа к данным равнялось 25 миллисекунд.

В 1979 году эта же компания ввела в обращение новую технологию изготовления головок записи/считывания Между тем первенство Intel не длилось вечно, ведь конкуренты тоже не спят. Компания Hitachi в 1982 году выпускает винчестер объемом 1 гигабайт, тем самым опередив конкурентов на голову и начинает новую историю развития жесткого диска. Устройство состояло из десяти магнитных дисков по 14 дюймов каждая.Работал диск на 87 процентов быстрее всех существовавших на то время hdd.

Сюрпризы Hitachi на этом не закончились: в 1985 году была выпущена модель H-6586 объемом 1,9 Гб и главное ,весом 80 кг.

В начале 80-х IBM выпускает hdd диаметром диска 5,25 дюймов и эти винтами начиняют первые IBM PC.Формат 3,5 дюймов реализовали в Conner Peripherals и этот диаметр надолго закрепился в индустрии.

В 1997 году IBM на дисках Deskstar 16GP использует магнитные головки на гигантском магниторезистивном эффекте ( GMR heads),что позволяет увеличить плотность записи.В 1999 году эта же фирма шокирует мировую общественность винчестером Microdrive диаметром в 1дюйм, объемом 137 Мб.

В 2006 году была внедрена революционная технология перпендикулярной записи. Магнитные домены ориентированы не вдоль, а поперек тонкой магнитной пленки на поверхности пластины. Hitachi GST продемонстрировала перпендикулярную магнитную запись еще в апреле 2005 года на образцах с плотностью записи 233 Гбит на кв. дюйм. Поперечная ориентация магнитных доменов в тонкой пленке (хотя и несколько более толстой, чем для аналогичных моделей с продольной записью) существенно увеличивает стабильность хранения информации, что необходимо для преодоления последствий так называемого суперпарамагнитного эффекта.В этом же году появились диски использующие комбинацию «hdd+flash» .

История развития жесткого диска взяла еще один исторический рубеж , Hitachi в 2007-ом.Это выпуск винчестера с приставкой «Тера»,то есть 1 Терабайт.К этому шли многие производители и ближе всех стояли именно Hitachi и Seagate. Seagate сделал ответный ход в 2008-ом выпуском hdd с емкостью 1,5 Тб.И производители жестких дисков продолжают свою острейшую борьбу.

Мощнейший Х1 сервер игры Айон для Украины.

Сами жесткие диски стали очень быстро вытеснять носители информации на основе магнитных лент. По мере развития накопителей на магнитных дисках шло и развитие самих интерфейсов. Изначально конструкция винчестера предусматривала отдельную плату расширения, на которой был установлен специальный дисковый контроллер для управления этим HDD. Данная схема была неудобной, требовала использования нескольких шлейфов и не позволяла подключать различные жесткие диски к одному и тому же контроллеру. К концу 80-х три большие корпорации, Western Digital, Control Data Corporation и Compaq, объединили силы для создания общего интерфейса, который бы мог стать значительно удобнее и быстрее существующего. В результате был рожден стандарт АТА, включающий в себя интерфейс IDE, подразумевавший интеграцию дискового контроллера в сам накопитель. Стандарт IDE очень быстро набрал популярность, несмотря на некоторые «косяки» в его реализации - скорость передачи данных в первоначальном варианте была ограничена всего 3 Мбайт/с, очень часто возникали случаи «несовместимости» двух HDD при их подключении на общий шлейф в режиме Master/Slave и так далее. Чуть позже все эти недостатки были устранены специально созданной комиссией по развитию интерфейса, в которую вошли все именитые производители, заинтересованные в последующих улучшениях. Со временем поднялась и скорость передачи данных - с жалких 3 Мбайт/с до 16 Мбайт/с, а вскоре и до 33 Мбайт/с. В обновленные версии стандарта АТА вошла и поддержка оптических приводов CD-ROM, сменивших собой устаревающие флоппи-дисководы. Изначально соединительный кабель АТА был 40-жильным, однако по инициативе Intel, касающейся расширения пропускной способности канала до 66 Мбайт/с, пришлось добавлять еще 40 жил для заземления. В результате соединительный шлейф стал 80-жильным, сохранив при этом разъемы подключения и длину. Последним из введенных в обращение стандартов стал Ultra АТА/133, разработанный компанией Maxtor и увеличивающий скорость передачи данных до 133 Мбайт/с. Стоит отметить, что на момент появления Ultra АТА такие мегаскорости еще не были задействованы в накопителях и пропускная способность вообще не являлась узким местом - оставался явный запас прочности на будущее.

Рождение Serial АТА

Дальновидно, перспективно и оптимистично смотря в будущее, полдюжины гигантов компьютерной индустрии образовали Serial АТА International Organization в конце 90-х для разработки интерфейса нового поколения. В группу разработчиков вошли Intel, IBM, DELL, Seagate, Maxtor и APTechnologies, которые с энтузиазмом принялись за проектировку нового стандарта, готовящегося сменить поднадоевший IDE. В основу нового интерфейса было заложено много фундаментальных новшеств, способных в дальнейшем развивать возможности стандарта без кардинальных аппаратных изменений. Почему же IDE стал отходить на второй план, ведь его возможности были далеко не исчерпаны? Все дело в том, что в стандарте Parallel АТА (IDE) изначально не было реализовано множество нужных функций, и в последствии разработчикам приходилось быстро решать сложившиеся проблемы, чтобы обойти ограничения данного стандарта. Serial АТА, наоборот, разрабатывался специально с залогом на будущее, имея четкое «расписание» своей эволюции на ближайшее десятилетие.

Компания Intel даже пыталась скорее продвинуть новый стандарт и обеспечить его поддержку в новом чипсете для первых процессоров Pentium 4. Но по каким-то причинам материнские платы с поддержкой CPU на ядре Willamette совместимостью с SATA так и не обзавелись, по старинке довольствуясь лишь IDE. До использования в ПК новенький интерфейс дополз только к 2002 году, начав постепенно и методично отвоевывать свои позиции у параллельного собрата.

Муки выбора или что лучше SATA или РАТА?

Какими же преимуществами обладал Serial АТА над своим постаревшим конкурентом? Достоинств было действительно много: во-первых, скорость передачи данных, возросшая до 150 Мбайт/с. Во-вторых, напряжение было понижено с 5 В до 3.3 В, что позволило уменьшить количество проводов в соединительном кабеле и увеличить его максимальную длину до 1 м (в Parallel АТА существовало ограничение длины кабеля до 50 см). Поскольку каждое устройство теперь подключалось к компьютеру через один шлейф, необходимость в комбинациях Master/Slave отпала, так что подсоединять жесткие диски и приводы стало намного быстрее и удобнее. Наконец, был навсегда забыт ужасный, толстый и неудобный шлейф, который вечно мешался в корпусе - новый интерфейсный кабель был намного тоньше, занимал в компьютере меньше места и способствовал лучшему охлаждению компонентов системы. Сменился и разъем питания, подключаемый к устройству - теперь он стал 15-контактным вместо стандартного 4-контактного Molex-разъема. Первые модели HDD и оптических приводов, имеющих SATA-интерфейс, оснащались сразу двумя разъемами для подключения питания - 4- и 15-контактным. Это было сделано специально для тех пользователей, чьи старенькие БП не имели шлейфов питания нового образца.

Развитие интерфейса Serial АТА

Как и планировалось, ровно через три года после анонса первого поколения SATA организация по развитию серийного интерфейса анонсировала новый стандарт -SATA II. Главной фишкой» в новом Serial ATA II стало увеличение скорости передачи данных в два раза - со 150 Мбайт/с до 300 Мбайт/с. Многие ошибочно расценили данное новшество как единственное, по сравнению с предыдущей версией интерфейса. Однако разработчики из Serial ATA International Organization неплохо постарались и добавили много всяких вкусностей. Например, была реализована функция Native Command Queuing (технология изменения очередности команд), которая позволяла обрабатывать большее количество запросов за меньшее время. Все запросы от процессора выстраивались в набор из 32 команд, после чего SATA-контроллер определял наилучшую очередность их исполнения, в зависимости от расположения на диске. Кроме того, это увеличивало срок жизни механики HDD за счет ее меньшего эксплуатирования. Технология Port Multipiers позволяла подключать к одному разъему SATA II на материнской плате сразу несколько устройств через специальные концентраторы (наподобие USB-хабов). Однако при этом пропускная способность одного порта делилась между подключенными устройствами, так что при подключении нескольких HDD был риск, что возникнет "нехватка» в пропускной способности, поскольку один канал был занят обменом данными сразу с несколькими подключенными девайсами. К обновленному стандарту был добавлен и новый интерфейс - External SATA (eSATA), позволяющий подключать внешние накопители. Наконец,была реализована технология Staggered Spin-up, улучшающая работу, подключение и питание SATA HDD в RAID-массивах. Таким образом, наворотов и улучшений в новой версии стандарта оказалось достаточно для того, чтобы без угрызения совести добавить циферку «II». Вторая версия интерфейса более 4 лет не совершенствовалась, а анонс SATA III оттягивался - в новом стандарте просто не было необходимости. Однако первое время устройства с поддержкой SATA II на рынке практически отсутствовали, и поскольку нововведения в этом новеньком интерфейсе оказались не критичными, пользователи предпочитали по старинке использовать менее скоростной, но более популярный Serial ATA.

Обновленный стандарт eSATA

Так уж получилось, что как раз в момент разработки первой версии SATA (150 Мбайт/с) разработчики жестких дисков уже задумывались о создании переносных HDD с интерфейсом USB 2.0. Возможность носить компактные, относительно недорогие и емкие жесткие диски у себя в кармане очень заинтересовала пользователей, как собственно и разработчиков накопителей. Однако у USB 2.0 была одна нехорошая черта - достаточно малая пропускная способность, не дающая полностью раскрыть потенциал HDD и позволить ему работать на полной скорости. Все-таки 60 Мбайт/с - это намного меньше показателей SATA 1.0, не говоря уже о более скоростном SATA II, Поэтому было принято решение о создании нового интерфейса для подключения внешних устройств, которое назвали External SATA, или просто - eSATA. Сам разъем напоминал смесь из USB и обычного Serial ATA. По сравнению со своим «внутренним» аналогом, у нового интерфейса были улучшены прочностные характеристики, ориентированные на многократное подключение и отключение устройств. Была также увеличена максимальная длина кабеля - до 2 м. Однако, несмотря на очевидные скоростные преимущества, eSATA, в отличие от USB, требовалось два провода на подключение - один для передачи данных, а другой для подачи питания. Поскольку первоначальные спецификации eSATA не позволяли подавать напряжение по кабелю данных, пришлось прибегнуть к такой вот «многопроводности». Именно поэтому в плане популярности USB порядочно обогнал eSATA, имея при этом меньшую скорость передачи данных.

Ожидается, что обновленный стандарт eSATA, который должен появиться в ближайшее время, будет лишен своего главного недостатка и научится обходиться всего одним общим кабелем для питания и данных, а не двумя, как сейчас. Скорее всего, такой подход улучшит ситуацию сданным интерфейсом, и он наконец-то начнет конкурировать с USB, завоевывая себе популярность.

Альтернативные интерфейсы

Помимо SATA и РАТА, на рынке в одно время с ними существовал и интерфейс SCSI (Small Computer System Interface), разработанный и стандартизированный в середине 80-х как параллельный интерфейс для передачи данных с широким спектром применения - от DVD- и CD-приводов до принтеров и сканеров. Этот интерфейс также очень часто применялся для создания высокопроизводительных систем с RAID-массивами и серверов на основе скоростных HDD. Однако данный стандарт не стал популярным ввиду его высокой стоимости, хотя и достаточно долго использовался в компьютерах Apple Macintosh. Жесткие диски на основе SCSI стоили очень дорого, а периферия с поддержкой такового стандарта, включая принтеры и сканеры, практически не выпускалась, сразу перескочив на более удобный и распространенный USB. Но у рассматриваемого интерфейса было основное преимущество над своим конкурентом SATA - невероятно высокая скорость передачи. В частности, самая последняя версия стандарта Ultra-640 SCSI, представленная в 2003 году, позволяла обмениваться информацией со скоростью 640 Мбайт/с. На данный момент SCSI вытесняется своим последователем SAS {Serial Attached SCSI), который имеет внушительную скорость передачи данных в 1000 Мбайт/с и полностью совместим с Serial ATA.

Развитие интерфейса - SATA III

Дабы не выбиваться из созданного в начале 2000 графика по внедрению новых стандартов интерфейса, в 2009 году был анонсирован новый стандарт - SATA III, увеличивающий скорость передачи данных до 600 Мбайт/с. Новый интерфейс был моментально «привит» топовым материнским платам на базе чипсета Intel Р55 для процессоров Lynnfield (Core 13, Core 15 и Core i7). Помимо возросшей пропускной способности, новый стандарт получил поддержку улучшенной технологии Native Command Queuing, а также доработанную подсистему питания. Ребята, продвигающие новый интерфейс, стараются сконцентрировать внимание общественности на том, что удвоенная пропускная способность - это лишь «добавка к остальным нововведениям», реализованным в SATA III. Но по сути ничего кардинально нового, помимо увеличения скорости, обновленный стандарт не принес. Многие производители уже анонсировали свои HDD с поддержкой нового интерфейса, однако пройдет еще много времени, прежде чем SATA 111 надежно укрепится в наших материнских платах. Ты наверняка задашь все тот же вопрос, что и тысячи людей до тебя - для чего было вводить такую немыслимую пропускную способность, если скорость чтения/записи в современных жестких дисках едва ли приближается к барьеру восьмилетней давности в 150 Мбайт/с? Ответ прост - развитие твердотельных накопителей на основе flash-памяти. Скоростные характеристики SSD значительно опережают таковые у HDD, вплотную приближаясь к максимальным возможностям SATA II. Так что увеличение пропускной способности до 600 Мб/с - это. прежде всего, залог на будущее. Прогресс не стоит на месте, и наверняка через год-полтора крупнейшие производители SSD представят свои модели твердотельных накопителей, работающих на скоростях, превышающих возможности SATA

Будущее интерфейса SATA

Очень удачный и широко распространенный интерфейс SATA через пару лет разменяет второй десяток. За это время пропускная способность интерфейса возросла в 4 раза и обросла некоторыми весьма полезными улучшениями. Другое дело, что монструозный план, созданный Serial ATA International Organization, уже выполнен, и нужно думать, что они будут улучшать в следующем стандарте. Смогут ли они увеличить скорость передачи данных еще в два раза, сохранив разъемы питания и интерфейса в том же виде? Возможно, и смогут, ведь как-то же удавалось улучшать Parallel ATA на протяжении десятилетия, хотя у этого стандарта при создании даже отсутствовал четкий план по дальнейшему развитию. В любом случае производители жестких дисков, а также Blu-ray приводов, вместе с именитыми гигантами индустрии вроде Intel, не оставят этот удачный интерфейс на произвол судьбы. Разумный вопрос, а когда же ожидать появления SATA IV? Опять же, о нем наверняка будет объявлено через пару лет, на очередном съезде разработчиков, организованном компанией Intel. На данный момент максимально возможная планка пропускной способности SATA III сильно отдалена от характеристик современных HDD и SSD, и пока ее будет хватать о новом витке развития этого серийного интерфейса можно не беспокоиться. В любом случае SATA IV появится чуть раньше, чем этого потребует нехватка пропускной способности устройств - производители любят навариваться на пользователях, которые покупают дорогие и разрекламированные материнские платы с новыми, но совершенно бесполезными первое время интерфейсами.