Данные 1

Данные 2

Данные 3

Данные 4

(дан. 1, дан. 2)

Рис. 4.4. Принцип передачи данных в интерфейсах АТА и Ultra ATA/33

2.2. Интерфейсы НЖМД

IDE. В качестве интерфейса винчестера с системной шиной на материнской плате давно используются IDE (ATA), EIDE (Fast ATA, ATA-2, ATA-3) и SCSI. Первый IDE интерфейс компаний Compaq и Western Digital, интегрированный в плате винчестера для 8/16 - разрядных шин ISA для ЭВМ типа AT, названный IDE ATA и выпущенный в 1986 г., был стандартизирован в 1990 г. для обслуживания двух НЖМД. Интерфейс IDЕ очень быстро завоевал популяр­ность среди производителей и пользователей ПК. При этом стоимость винчестера увеличи­лась незначительно, а винчестер стал подключаться непосредственно к слоту на материнской плате, представляющему собой усеченный слот шины ISA, или к плате адаптера. Ранее на плате адаптера был интегрирован контроллер НГМД, а также располагались парал­лельные и/или последовательные интерфейсы и игровой порт. В новых материнских платах все эти компоненты интегрированы непосредственно в один из СБИС чипсета. Важнейшей идеей в создании IDE является сборка основных частей платы контроллера в самом НЖМД и обеспечение совместимости его с любыми материнскими платами. Он рассчитан на единовременную обработку одной процедуры программного ввода/вывода в режимах PIO - 0, PIO - 1, PIO - 2. В формате CHS предел емкости НЖМД с IDE определяется произведением

Ё max = C  H  S (цилиндры х головки х сектора)

Ё max = 65 536  16  255  512 (байт) = 139.9 Гб. Однако стандарт BIOS материнских плат совсем недавно поддерживал лишь Ё max = C  H  S = 1024  255  63  512 (байт) = 8.4 Гб. Учет совместных ограничений IDE и BIOS на величины С, H, S ограничивал максимальную емкость НЖМД без соответствующего программного обеспечения величиной, равной

Ё max = 1024  16  63  512 (байт) = 504 Мб.

Емкости НЖМД 504 Мб уже в ЭВМ с i486 стало недостаточно, поэтому IDE АТА был усовершенствован. Новый стандарт EIDE позволяет расширить предел максимальной емкости НЖМД.

EIDE (Fast ATA) (торговое название фирмы Western Digital) PIO-3 и MultiWord DMA1 с передачей нескольких слов в режиме прямого доступа к памяти ОЗУ. Усовершенствованный Fast ATA2 поддерживает режимы: PIO-4 и MultiWord DMA 2. Новый, с измененной BIOS, стандарт EIDE через контроллер EIDE может удваивать/учетверять число головок с пропорциональным уменьшением числа цилиндров. Это позволяет расширить предел максимальной емкости НЖМД до 8.4 Гб и более за счет реализации режима логического адреса LBA, когда ФА < C, H, S > преобразуется в 28 разрядный логический адрес < C *, H *, S * >. Однако при использовании FAT возникает проблема, ограничивающая емкость диска. Она заключается в том, что с увеличением емкости диска увеличивается минимальный размер кластера (число секторов обмена и наименьшая емкость записи) с 8 Кб (для НЖМД до 504 Мб) до 64 Кб с дисками большой емкости. При малых размерах файлов эти кластеры заполняются не полностью. Память используется неэффективно.

Число подключенных устройств к EIDE может достигать четырех, в том числе CD - ROM или стримеры. Новые режимы EIDE позволяют за 1 обмен считать данные, содержащие сразу несколько (2, 4, 8, 16 и более) стандартных 512 - байтных секторов (Multiple). А новый интерфейс IDE (ATA - 3) поддерживает стандарт Ultra DMA и позволяет увеличить быстродействие обмена Ultra DMA винчестеров с ОЗУ через контроллер Ultra DMA материнской платы. В режиме Ultra быстродействие обмена соответствует: DMA 0 – 16.6 Мб/с; DMA 1 – 24.9 Мб/с; DMA 2 (DMA 33) – 33.3 Мб/с; Ultra ATA/66 – 66.6 Мб/с; Ultra ATA/100 – 100 Мб/с. Новый последовательный 4-жильный интерфейс Serial ATA-1,6 с быстродействием обмена (3 или 6) Гб/с разрабатывается для дальнейшего увеличения быстродействия ЭВМ и совместимости с параллельным интерфейсом IDE.

SCSI был спроектирован для повышения быстродействия обмена внешних устройств с системной шиной и числа подключаемых периферийных устройств для многозадачных и многопользовательских операционных систем. Он подсоединяется через главный адаптер к PCI и имеет 8/16 - битную шину данных. К шине SCSI подсоединяются устройства, которым устанавливаются номера ID = 0, 1, ..., 7. Номера ID позволяют устройствам осуществлять обмен по ШД без участия МП с использованием форматов и команд SCSI. Интерфейс SCSI поддерживает Ёmax = 8.4 Гб. Путем увеличения быстродействия обмена (“fast” – быстрый) и разрядности шины расширения (“wide” – многоразрядный) он имеет следующие модификации [14]:

- SCSI-1 – 8 бит / до 5 Мб/с;

- Fast SCSI (SCSI - 2) – 8 бит / до 10 Мб/с;

- Ultra SCSI – 8 бит / до 20 Мб/с;

- Fast Wide SCSI – 16 бит / до 20 Мб/с;

- Ultra Wide SCSI (SCSI - 3) – 16 бит / до 40 Мб/с;

- Ultra 160 SCSI – 160 Мб/с;

- Ultra 320 SCSI – 320 Мб/с.

Практически во всех модификациях в SCSI устанавливается мультисегментный кэш-буфер с емкостью более 512 Кб для одновременного обслуживания нескольких конкурирующих процессов ввода/вывода. Интерфейс SCSI имеет некоторые преимущества перед интерфейсом АТА:

- возможность подключения до 27 устройств (например, Ultra SCSI-III);

- возможность подключать внутренние и внешние устройства;

- диски SCSI-винчестеров вращаются с повышенной скоростью 7200, 10000 или 15 000 об/мин, и время доступа к ним составляет меньше 5 – 7 мс;

- длина 50-жильного плоского кабеля SCSI может достигать 6 м.

Имея в своём составе более качественное оборудование, SCSI стоит в 1,5 раза дороже ATA и применяется чаще всего в серверах.