E sata что это
Обновлено: 02.07.2024
За последние годы интерфейс eSATA уже перестал быть чем-то экзотическим, превратившись во вполне нормальное средство подключения к компьютеру внешних жестких дисков. Многие им уже пользуются, благо и альтернатив особых нет — USB 3.0 все еще маячит на горизонте, а все остальные внешние интерфейсы слишком медленные. Даже былой король по скорости — FireWire 800, на практике, обеспечивает лишь порядка 80 МБ/с, в то время как даже одиночные настольные винчестеры перешагнули границу в 100 МБ/с, а есть ведь еще и внешние массивы из нескольких дисков. При этом практическое применение FW800 под управлением наиболее распространенных на сегодня операционных систем семейства Microsoft Windows сопряжено с рядом трудностей. Да и поддержку этого интерфейса к компьютеру, как правило, приходится «прикручивать» самостоятельно, причем она обходится не так и дешево. Массовые внешние интерфейсы (такие, как повсеместно представленный USB 2.0 и немного более редкий, но тоже часто встречающийся FW400), на практике. обеспечивают лишь 30-40 МБ/с, чего даже для портативных винчестеров уже маловато, не говоря уже об их более крупных собратьях. А у eSATA таких проблем нет — по скорости он в точности соответствует внутреннему SATA, на который винчестеры и рассчитаны. Причем поддержка eSATA обходится очень дешево — иногда можно и просто один из чипсетных портов наружу вывести, а уж поставить копеечный контроллер вообще дело не хитрое.
Производители ВЖД это учитывают, так что сейчас в ассортименте практически всех их (неважно — о крупной или не очень компании идет речь) есть стационарные модели, поддерживающие eSATA. А для портативных все вендоры предпочитают продолжать использовать «обычный» USB чаще всего — модели с eSATA до сих пор можно пересчитать по пальцам. Причина этого проста, и заключается она в отсутствии питания на eSATA. Стационарные накопители все равно нуждаются в собственном БП, так что там замена одного интерфейсного кабеля другим никаких неудобств не приносит, зато производительность значительно возрастает. А с портативным ВЖД хуже — им вполне достаточно того количества электричества, которое обеспечивает один USB-порт, так что при задействовании этого интерфейса можно обойтись всего одним кабелем. Но если нам хочется увеличить скорость работы, то и для обмена данными придется использовать один кабель, и для подвода энергии (с того же USB, например) еще один. Разумеется, это неудобно, да и прирост скорости все же не настолько радикальный, как в случае стационарных ВЖД. И новый интерфейс крайне медленно прокладывает путь в этот сегмент рынка, поскольку при выборе между «быстрее» и «удобнее» 90% пользователей компьютеров, все-таки, выберут второе.
Но в компаниях-производителях оборудования конструкторы получают зарплату далеко не за красивые глаза. И как-то раз кому-то из них, после длительной медитации над портами USB и eSATA, пришла в голову здравая идея — а почему бы их не совместить? У такого решения не наблюдается особых недостатков, зато достоинств масса: во-первых, накопители, которым достаточно 2,5 Вт, можно подключать всего одним кабелем, но получать при этом большую скорость работы, чем при применении только USB. Во-вторых, такой подход место экономит. Просто потому, что никто не мешает нам использовать данный комбинированный порт и как обычный eSATA, и как обычный USB — получается три в одном. В настольных компьютерах это не очень актуально, но для ноутбука (особенно, компактного) размещение большого количества портов - задача не всегда тривиальная. Так же получается добавить поддержку eSATA (причем «более качественную», чем при простом припаивании разъема eSATA) и количество USB-портов не уменьшать. А выглядит это примерно так:
Мы взяли картинку с сайта компании MSI, поэтому о ней и упоминаем. На самом деле, «Power eSATA» хоть и не является уже принятым межотраслевым стандартом, но вряд ли стандартизация за горами — очень простое решение, тем более уже используемое не одним производителем, а несколькими. Правда, несколько менее активно, чем хотелось бы. В частности, MSI применяет порты такого типа пока всего в одной модели материнских плат (MSI 790FX-GD70 под АМ3) и в восьми моделях ноутбуков. И у других производителей есть ноутбуки с Power eSATA, а наиболее активным пользователем этой технологии среди производителей материнских плат является компания ASRock — все три модели на чипсете Х58, и одна — на Р45 снабжены таким портом.
Но, разумеется, этого всего достаточно мало. А оборудование, рассчитанное на порт Power eSATA, уже начало появляться, так что и нам в лаборатории потребовалось уже что-нибудь такое эдакое. Причем идея со сменой материнской платы на тестовом стенде как-то не прельщала. Попытка найти контроллер с интерфейсом PCIe (или, на худой конец, PCI) с Power eSATA успехом не увенчалась — с «простым» eSATA их множество, но от этого не легче. Выяснилось, что компания Kanguru свою флэшку, рассчитанную на этот интерфейс, продает в комплекте со специальным кабелем-переходником, превращающим пару портов eSATA и USB в порт eSATA. Но продукция этого производителя не поставляется к нам на рынок, а найти такой кабель отдельно не удалось. Зато нам посчастливилось обнаружить в продаже столь необходимый адаптер в формате ExpressCard. А поскольку поддержка этого ноутбучного интерфейса к нашему тестовому стенду была уже «прикручена» ранее (когда потребовалось протестировать флэш-накопители в этом формате), так что это оказалось решением проблемы.
Оплатив покупку на eBay, вскоре мы дождались посылки, в которой оказалась небольшая картонная коробка без опознавательных знаков. Из нее был извлечен искомый адаптер, тоже почти без опознавательных знаков (во всяком случае, все найденное в интернете по несколько неприличному на вид сочетанию «A&S» к теме явно не относилось), бумажная инструкция в виде одного сложенного листа, CD с драйверами (огромной кучей для всех контроллеров, вообще выпускаемых этим заводом) и очень интересный кабель, позволяющий подключить любой мобильный SATA-винчестер к порту Power eSATA без использования каких-либо дополнительных коробочек и прочего. Последнему мы обрадовались лишь немногим меньше, чем самому адаптеру — во-первых, наглядная демонстрация полезности такого решения, во-вторых, хороший способ протестировать на практике его способности в плане производительности.
Но сначала закончим с изучением устройства. Как всем известно (написал Татарский через двадцать минут после того, как это стало ему известно), интерфейс ExpressCard содержит две группы контактов — PCIe 1x и USB. Второй в данном адаптере просто выводится на соответствующие контакты разъема Power eSATA, а первый нужен как раз для реализации этого eSATA. Для этого используется контроллер Silicon Image SiI3531, технические характеристики которого как раз и отвечают всем необходимым условиям. Логика работы адаптера понятна и отвечает чаяниям пользователей, мечтающих добавить к ноутбуку порт eSATA, да еще и не простой, а с питанием . А что со скоростью? Это мы и проверим.
Для проверки возьмем недавно протестированный SSD-накопитель Kingston SSDNow SNE125-S2/32GB на 32 ГБ, который, напомню, при подключении к SATA-порту ICH10R выдавал нам до 250 МБ/с при чтении данных и 200 МБ/с при записи. А к адаптеру Power eSATA vs подключали его двумя способами. Во-первых, воспользовавшись комплектным кабелем eSATA-SATA, что позволяет нам задействовать всю мощь высокоскоростного интерфейса. Во-вторых, при помощи почти так же выглядящего адаптера USB-SATA из комплекта Apacer SAFD 253. Внешне - полное равенство: всего один кабель, так что и степень удобства одинаковая. А для тестирования производительности мы воспользовались двумя подтестами IOMeter, измеряющими скорости последовательного чтения и записи данных блоками разного размера — думаем, для качественной оценки этих двух «слайдов» всем будет достаточно.
Итак, с глубоким прискорбием вынуждены констатировать факт, что использование SiI3531 скорость весьма заметно «режет». Теоретически, пропускная способность PCIe 1x хоть и недостаточна для полноценной реализации заявленного режима SATA300, однако каких-никаких 250 МБ/с составляет, то есть для нашего тестового носителя данных могла бы оказаться достаточной. Но на практике, данная компактная микросхема до теоретических возможностей шины далеко «не добирает» — что при чтении, что при записи данных все уперлось ровно в 118 МБ/с. Справедливости ради, должны заметить, что скорбь наша имеет, скорее, теоретический характер — просто были надежды, что хотя бы 200 МБ/с от данного контроллера удастся получить. А на практике, и 118 МБ/с — это пусть не идеально, но очень хорошо — редкий винчестер даже на внешних дорожках способен на большее. Это если говорить про стационарные, а не стоит забывать, что наиболее интересна модификация eSATA с питанием для винчестеров портативных, где все гораздо скромнее. Однако при этом по удобству подключения при таком использовании она вполне сравнима с USB, а сравнивать эти два способа по скорости подключения — сами видите, несерьезно просто. Сколь бы неудачным не оказался конкретный контроллер, попавшийся вам в руки, все равно, можно быть уверенным, что вся «неудачность» может быть лишь при сравнении с чипсетным SATA-контроллером, но никак не с другими интерфейсами.
Таким образом, свою проблему мы решили — постепенно появляющиеся в продаже флэш-накопители с интерфейсом Power eSATA есть на чем тестировать, да и освоение этой модификации интерфейса производителями ВЖД тоже теперь нас врасплох не застанет. Впрочем, очевидно, что адаптеры, типа изученного сегодня, будут интересны не только для тестирования оборудования, но и для практического использования. Ведь на данный момент, мягко говоря, не каждый ноутбук снабжен даже «простым» разъемом eSATA, а эксплуатировать ВЖД без скоростных ограничений хочется многим пользователям. Для стационарных моделей, впрочем, гоняться именно за Power eSATA не требуется, однако если и покупать дополнительное оборудование, то есть смысл позаботиться о том, чтобы его функциональность была максимальной (тем более, когда не приходится платить за это лишних денег). Очевидно, что с этой задачей протестированное устройство справляется несколько лучше, чем более привычные eSATA-адаптеры в том же формате ExpressCard. Но пользователей десктопов пока, к сожалению, порадовать нечем — им нужно либо заранее подбирать соответствующую модель материнской платы, либо ждать появления в широкой продаже подходящих карт расширения с интерфейсом PCIe.
Что такое SATA? Если вы активный пользователь компьютера, то нужно придавать этому понятию определенное значение, когда выбираешь жесткий диск, системную плату или уже готовый компьютер. Ведь в характеристиках этих девайсов слово SATA ныне встретишь нередко.
SATA (Serial ATA) – это последовательный интерфейс. Он осуществляет передачу данных между накопителями информации. Он сменил ранее распространенный параллельный интерфейс АТА.
История создания SATA
И уже через пару лет появились первые разъемы SATA на системных платах. Они служили для того, чтобы передавать данные через сетевые устройства. А в 2003 году последовательный интерфейс интегрировали уже во все современные системные платы.
Новый интерфейс на программном уровне совместим с каждым существующим аппаратным устройством и обеспечивает более высокую скорость передачи информации.
У контактного провода толщина меньше. За счет этого более удобно соединять различные девайсы. Также можно увеличить численность разъемов Serial ATA на системной плате. В отдельных моделях материнских плат их может быть 6!
Меньшее количество контактов и микросхем, более низкое рабочее напряжение снизило и выделение тепла девайсами. Вот почему не перегреваются контроллеры портов SATA. В результате передача данных стала еще более надежной.
К интерфейсу Serial ATA подключить львиную долю современных дисководов еще проблематично. И потому все, кто производят современные системные платы, не спешат отказываться и от интерфейса АТА (IDE).
Кабеля и разъемы
Для обеспечения плавного перехода от АТА к SATA, чтобы подключить питание, на отдельных моделях жестких дисков еще есть старые четырехконтактные разъемы. Современные винчестеры – только с пятнадцатиконтактным разъемом.
Кабель передачи данных Serial ATA подключается к винчестеру и системной плате, даже когда они включены. Ведь выводы заземления в районе контактов интерфейса длиннее, чем силовые и сигнальные. И при подсоединении, прежде всего, контактируют провода заземления, а затем все прочие. Это же качается и силового пятнадцатиконтактного кабеля.
Скорость передачи данных
Скорость передачи данных – важный параметров. Интерфейс SATA для того и разработали, чтобы этот параметр улучшить. В этом интерфейсе он постоянно увеличивался. И теперь скорость передачи данных достигает уже 1969 Мбайт/с. Во многом это определяется тем, какое поколение интерфейса SATA.
Первые поколения последовательного интерфейса, версии «0», способны были передать до 50 Мбайт/с. Однако их сразу же заменили на SATA 1.0. их скорость передачи данных тогда достигала 150 Мбайт/с. Теперь же скорость постоянно растет дальше.
Создание ESATA
Интерфейс eSATA (External SATA) необходим именно для того, чтобы подключать внешние устройства. Он осуществляет поддержку режима «горячей замены». Его создали в 2004 году. Имеет более надежные разъемы и увеличенную длину кабеля. И потому интерфейс eSATA удобен для того, чтобы подключать различные внешние устройства. Это хорошее подтверждение универсальности интерфейса SATA.
Здесь нашли применение более надежные разъемы подключения и порты. Они конструктивно рассчитаны на число подключений, которое больше, чем SATA. Зато с обычными SATA они физически несовместимы.
Есть и недостаток. Для того, чтобы подключаемые eSATA устройства имели питание, нужен отдельный кабель. Однако разработчикам интерфейса не стоило большого труда оперативно решить и эту проблему путем внедрения системы питания сразу в основной кабель в интерфейсе eSATAp.
Длину кабеля довели до двух метров. У SATA же длина не превышает одного метра. Для компенсации потерь в нем пришлось изменить уровни сигналов. Уровень передачи стал выше. Уровень порога приемника – ниже.
Нетрудно понять, что рано еще говорить о том, что интерфейс последовательной передачи данных SATA уже полностью исчерпал себя. Конечно, он будет совершенствоваться, развиваться. Он еще удивит тем, как быстро передает данные, как и своим удобством в работе.
Порт eSATA сегодня уже не является чем-то экзотическим. При этом далеко не все пользователи знакомы с данным портом и не представляют, какие преимущества и недостатки имеет этот стандарт при работе с персональным компьютером.
Порт eSATA: основная информация
Новичкам, конечно же, в первую очередь будет интересно узнать, что собой представляет порт eSATA. Если постараться ответить на этот вопрос как можно проще,то можно сказать, что eSATA это стандарт последовательного порта, который по удобству использования и скорости лежит где-то между традиционным SATA и стандартом USB 2.0. Сам термин имеет следующую аббревиатурную расшифровку- External Serial ATA. Это порт, который применяет продвинутые технологии последовательного обмена данными и имеет возможность «горячей» замены жестких дисков и других устройств, подключенных к компьютеру. Несмотря на то, что подключение eSATA появилось еще в 2004 году, сегодня пользователи довольно часто отдают предпочтение более традиционным технологиям, таким как SATA иUSB.
Порт eSATA: преимущества
Стандарт eSATA, конечно, не получил бы широкого распространения, если бы у него не было объективных преимуществ. К таким преимуществам можно отнести:
Как вы сами можете убедиться, данный интерфейс имеет множество преимуществ, хотя бы если сравнивать его с такими привычными и традиционными стандартами, как SATA иUSB 2.0.
Порт eSATA: недостатки
При ответе на вопрос, что собой представляет eSATA, нельзя обойти стороной недостатки данного типа подключения. Несмотря на то, что данный тип интерфейса впервые был запущен в работу в 2004 году, портами данного стандарта оснащаются далеко не все устройства. Пока что использование данного стандарта осложняется рядом неудобств, к которым относится:
Если говорить скорости передачи данных, то в этом плане eSATAпревосходит стандарт USB 2.0, который сегодня имеет довольно широкое распространение. При этом уступает более современному стандарту USB 3.0. Именно с этим возможно и связан тот факт, что разъемы eSATA не пользуются широкой популярностью. С USB все-таки работать намного проще, а скорость версии USB 3.0 имеет более высокое значение.
eSATA: виды
Как бы странно это не показалось, интерфейс eSATA имеет свои разновидности. Но их, впрочем, не так уж и много. Если говорить точнее, их всего две: собственно, сам eSATA, о котором уже было сказано выше, и ESATAp. Отличительная особенность порта ESATAp заключается в том, что подпитку устройства стало возможным осуществлять непосредственно через кабель eSATA. Порт SATA же требовал в обязательном порядке проводить питание через внешний источник. Постфикс p означает power, что в переводе с английского означает «питание». Может показаться, что с приходом такого стандарта, как eSATAp, все проблемы, связанные с обеспечением питания, были бы решены.Данный порт вполне готов был стать самодостаточным. Однако в это же время появился USB 3.0. eSATAp просто не смог составить ему достойную конкуренцию. Впрочем, любое устройство USB вполне можно подключить к порту eSATA. Интерфейсы вполне позволяют сделать это. При этом будет осуществляться одновременная подпитка устройства и передача информации в оба конца. Проблема главным образом состоит в том, что некоторым моделям жестких дисков для подпитки требуется не только стандартные 5 В, но и целых 12 В. В ноутбуках таких мощных источников питания просто не предусмотрено. По этой причине был разработан усовершенствованный вариант eSATAp, который предусматривает использование в разъеме дополнительных контактов питания. Данный интерфейс получил неофициальное название eSATAdpили dual power.
Что делать, если eSATA нет?
Не очень часто, но порой бывают ситуации, когда нужно вывести устройствоeSATA при наличии на системной плате только порта SATA. Предположим, вам требуется подключить внешний eSATA к какому-либо устройству. Это можно сделать, только для этой цели потребуется пассивный удлинитель, который можно подключить непосредственно к SATA на материнской плате. Если речь идет о нетбуке или ноутбуке, то можно осуществить такое подключение только через переходники PCCard, а также при помощи ExpressCard.В этом случае максимальная длина кабеля будет ограничена только значением 1 м, а это не совсем удобно.
Внешние устройства с поддержкой eSATA
Интерфейсу eSATA в свое время прочили светлое будущее. Даже сегодня в продаже можно встретить внешний жесткий диск с интерфейсом eSATA. Порт USB 3.0 пока так и не сумел вытеснить своего предшественника, порт USB 2.0. Так как стандарт eSATA в первую очередь предназначен для быстрого обмена данными, то вполне логично, что большую часть рынка внешних устройств, которые поддерживают данный интерфейс, составляют различные накопители. Это и флэш-накопители, и внешние жесткие диски. Можно также встретить в продаже сканеры и принтеры, в которых используется данный тип подключения. Также имеется определенная неразбериха, которая связана с наличием небольшого разнообразия среди интерфейсов SATA, eSATAp, eSATA и eSATAdp. Она привела к тому, что потребители постоянно путаются с совместимостью кабелей и портов. Эту проблему не всегда позволяет решить даже переходник eSATA, особенно в тех случаях, когда затруднения связаны не только с совместимостью, но и с необходимостью осуществлять дополнительную подпитку 12В. Также стоит отметить, что стандарт eSATAdp не стандартизирован до сих пор. Пока остается только внимательно следить за совместимостью кабелей, чтобы не перепутать кабели SATA, eSATA и остальные. Остается надеяться, что все их наконец стандартизируют, или на смену всему имеющемуся разнообразию портов SATA придет универсальный порт.
Почему не USB и не Fire Wire?
Ответ на вопрос, что собой представляет интерфейс eSATA был бы не полным, без анализа возможностей конкурирующих интерфейсов. В данном случае речь будет идти о USB или Fire Wire. Причин, по которым порт eSATA может быть вытеснен этими интерфейсами три:
- Чтобы организовать обмен данными через эти два порта, необходимо протоколы SATA или PATA преобразовывать в USB или тот же FireWire.При этом полоса пропускания будет иметь значительные ограничения. Это было не слишком заметно прежде, но с появлением твердотельных накопителей объемом от 500 Гб, которыми сегодня уже никого не удивишь, такой порог стал довольно ощутимым.
- Даже в случае с Fire Wire есть ограничение на скорость передачи данных – 400 Мбит в секунду, так как контроллеры Fire Wire работают по стандарту IEEE 1394A. Такое ограничение здесь бросается в глаза не столько при использовании жестких дисков большого объема, сколько при использовании скоростных и объемных массивов RAID, которые соответственно требуют довольно высоких скоростей.
- Накопители на базе USB и Fire Wire не имеют доступа к некоторым функциям низкого уровня, например, к S.M.A.R.T.eSATA в то же время избавлен от данного недостатка. Конкурентные интерфейсы сегодня довольно востребованы среди рядовых пользователей в силу своего удобства. Но в некоторых случаях без интерфейса eSATA никак не обойтись. Так, например, если пользователю нужна высокая скорость передачи информации большого объема, данный стандарт является идеальным решением для таких задач. Его реализация, к сожалению, связана с некоторыми техническими трудностями, однако при наличии дополнительного питания, например, с помощью внешнего блока, это проблемой не будет.
Порт eSATA: перспективы
Пока тяжело что-либо утверждать со 100%-гарантией относительно интерфейса eSATA. Без попытки прогноза ответ на вопрос о том, что собой представляет eSATA, был бы не полным. Сегодня на рынке существуют различные устройства, которые поддерживают работу с такими портами, как USB 3.0, USB 2.0, а также упомянутыми выше Fire Wire. Поэтому будущее порта eSATA неопределенно. Производители с одной стороны не торопятся активно использовать данный порт во всех своих устройствах. С другой стороны, они изготавливают накопители с данным интерфейсом, но при этом не забывают и про USB 3.0. Порт eSATA выглядит довольно неплохо в тех случаях, когда требуется подключение объемных накопителей, а также обработка мультимедиа контента в HD качестве. Интерфейс также поможет всем желающим создать дома собственный массив RAID. Многие пользователи предпочитают использовать в повседневной работе более медленный, но простой и понятный интерфейс USB 2.0. У большинства пользователей просто нет необходимости работать с емкими и быстрыми накопителями. Кроме того,пользователей зачастую пугает необходимость в обеспечении дополнительной запитки устройства с интерфейсом eSATA.Они согласны мириться с некоторыми ограничениями скорости в угоду удобству. Однако в отдельных случаях без него никак не обойтись. Так что не стоит ожидать в дальнейшем со стороны интерфейса eSATA существенного влияния на рынок. Он не сдаст быстро своих позиций, так что потребность в нем все-таки существует. Эксперты утверждают, что данный стандарт будет существовать вплоть до распространения более нового стандарта. Возможно главенство со временем возьмет USB 3.0. Но пока этого не произошло, можно смело приобретать накопители, функционирующие на основе eSATA.
В прошлой части цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков. Вторая часть расскажет про интерфейсы взаимодействия с накопителями.
Общение между процессором и периферийными устройствами происходит в соответствии с заранее определенными соглашениями, называемыми интерфейсами. Эти соглашения регламентируют физический и программный уровень взаимодействия.
Интерфейс — совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.
Физическая реализация интерфейса влияет на следующие параметры:
- пропускная способность канала связи;
- максимальное количество одновременно подключенных устройств;
- количество возникающих ошибок.
Параллельные и последовательные порты
По способу обмена данными порты ввода-вывода делятся на два типа:
Последовательные порты — противоположность параллельным. Отправка данных происходит по одному биту за раз, что сокращает общее количество сигнальных линий, но усложняет контроллер ввода-вывода. Контроллер передатчика получает машинное слово за раз и должен передавать по одному биту, а контроллер приемника в свою очередь должен получать биты и сохранять в том же порядке.
Small Computer Systems Interface (SCSI) появился в далеком 1978 году и был изначально разработан, чтобы объединять устройства различного профиля в единую систему. Спецификация SCSI-1 предусматривала подключение до 8 устройств (вместе с контроллером), таких как:
- сканеры;
- ленточные накопители (стримеры);
- оптические приводы;
- дисковые накопители и прочие устройства.
Изначально SCSI имел название Shugart Associates System Interface (SASI), но стандартизирующий комитет не одобрил бы название в честь компании и после дня мозгового штурма появилось название Small Computer Systems Interface (SCSI). «Отец» SCSI, Ларри Баучер (Larry Boucher) подразумевал, что аббревиатура будет произноситься как «sexy», но Дал Аллан (Dal Allan) прочитал «sсuzzy» («скази»). Впоследствии произношение «скази» прочно закрепилось за этим стандартом.
В терминологии SCSI подключаемые устройства делятся на два типа:
Используемая топология «общая шина» накладывает ряд ограничений:
- на концах шины необходимы специальные устройства — терминаторы;
- пропускная способность шины делится между всеми устройствами;
- максимальное количество одновременно подключенных устройств ограничено.
Устройства на шине идентифицируются по уникальному номеру, называемому SCSI Target ID. Каждый SCSI-юнит в системе представлен минимум одним логическим устройством, адресация которого происходит по уникальному в пределах физического устройства номеру Logical Unit Number (LUN).
Команды в SCSI отправляются в виде блоков описания команды (Command Descriptor Block, CDB), состоящих из кода операции и параметров команды. В стандарте описано более 200 команд, разделенных в четыре категории:
- Mandatory — должны поддерживаться устройством;
- Optional — могут быть реализованы;
- Vendor-specific — используются конкретным производителем;
- Obsolete — устаревшие команды.
- TEST UNIT READY — проверка готовности устройства;
- REQUEST SENSE — запрашивает код ошибки предыдущей команды;
- INQUIRY — запрос основных характеристик устройства.
Дальнейшее усовершенствование SCSI (спецификации SCSI-2 и Ultra SCSI) расширило список используемых команд и увеличило количество подключаемых устройств до 16-ти, а скорость обмена данными по шине до 640 МБ/c. Так как SCSI — параллельный интерфейс, повышение частоты обмена данными было сопряжено с уменьшением максимальной длины кабеля и приводило к неудобству в использовании.
Начиная со стандарта Ultra-3 SCSI появилась поддержка «горячего подключения» — подключение устройств при включенном питании.
Первым известным SSD диском с интерфейсом SCSI можно считать M-Systems FFD-350, выпущенный в 1995 году. Диск имел высокую стоимость и не имел широкой распространенности.
В настоящее время параллельный SCSI не является популярным интерфейсом подключения дисков, но набор команд до сих пор активно используется в интерфейсах USB и SAS.
ATA / PATA
Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment), так же известный как PATA (Parallel ATA) был разработан компанией Western Digital в 1986 году. Маркетинговое название стандарта IDE (англ. Integrated Drive Electronics — «электроника, встроенная в привод») подчеркивало важное нововведение: контроллер привода был встроен в привод, а не на отдельной плате расширения.
Решение разместить контроллер внутри привода решило сразу несколько проблем. Во-первых, уменьшилось расстояние от накопителя до контроллера, что положительным образом повлияло на характеристики накопителя. Во-вторых, встроенный контроллер был «заточен» только под определенный тип привода и, соответственно, был дешевле.
ATA, как и SCSI, использует параллельный способ ввода-вывода, что отражается на используемых кабелях. Для подключения дисков с использованием интерфейса IDE необходимы 40-жильные кабели, также именуемые шлейфами. В более поздних спецификациях используются 80-жильные шлейфы: более половины из которых — заземления для уменьшения интерференции на высоких частотах.
На шлейфе ATA присутствует от двух до четырех разъемов, один из которых подключается в материнскую плату, а остальные — в накопители. При подключении двух устройств одним шлейфом, одно из них должно быть сконфигурировано как Master, а второе — как Slave. Третье устройство может быть подключено исключительно в режиме «только чтение».
Положение перемычки задает роль конкретного устройства. Термины Master и Slave по отношению к устройствам не совсем корректны, так как относительно контроллера все подключенные устройства — Slaves.
Особенным нововведением в ATA-3 считается появление Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Пять компаний (IBM, Seagate, Quantum, Conner и Western Digital) объединили усилия и стандартизировали технологию оценки состояния накопителей.
Поддержка твердотельных накопителей появилась с четвертой версии стандарта, выпущенной в 1998 году. Эта версия стандарта обеспечивала скорость обмена данными до 33.3 МБ/с.
Стандарт выдвигает жесткие требования к шлейфам ATA:
- шлейф обязательно должен быть плоским;
- максимальная длина шлейфа 18 дюймов (45.7 сантиметров).
Стандарт Serial ATA (SATA) был представлен 7 января 2003 года и решал проблемы своего предшественника следующими изменениями:
- параллельный порт заменен последовательным;
- широкий 80-жильный шлейф заменен 7-жильным;
- топология «общая шина» заменена на подключение «точка-точка».
Шестнадцать сигнальных линий для передачи данных в ATA были заменены на две витые пары: одна для передачи, вторая для приема. Коннекторы SATA спроектированы для большей устойчивости к множественным переподключениям, а спецификация SATA 1.0 сделала возможным «горячее подключение» (Hot Plug).
Некоторые пины на дисках короче, чем все остальные. Это сделано для поддержки «горячей замены» (Hot Swap). В процессе замены устройство «теряет» и «находит» линии в заранее определенном порядке.
Чуть более, чем через год, в апреле 2004-го, вышла вторая версия спецификации SATA. Помимо ускорения до 3 Гбит/с в SATA 2.0 ввели технологию Native Command Queuing (NCQ). Устройства с поддержкой NCQ способны самостоятельно организовывать порядок выполнения поступивших команд для достижения максимальной производительности.
Последующие три года SATA Working Group работала над улучшением существующей спецификации и в версии 2.6 появились компактные коннекторы Slimline и micro SATA (uSATA). Эти коннекторы являются уменьшенной копией оригинального коннектора SATA и разработаны для оптических приводов и маленьких дисков в ноутбуках.
Несмотря на то, что пропускной способности второго поколения SATA хватало для жестких дисков, твердотельные накопители требовали большего. В мае 2009 года вышла третья версия спецификации SATA с увеличенной до 6 Гбит/с пропускной способностью.
Особое внимание твердотельным накопителям уделили в редакции SATA 3.1. Появился коннектор Mini-SATA (mSATA), предназначенный для подключения твердотельных накопителей в ноутбуках. В отличие от Slimline и uSATA новый коннектор был похож на PCIe Mini, хотя и не был электрически совместим с PCIe. Помимо нового коннектора SATA 3.1 мог похвастаться возможностью ставить команды TRIM в очередь с командами чтения и записи.
Команда TRIM уведомляет твердотельный накопитель о блоках данных, которые не несут полезной нагрузки. До SATA 3.1 выполнение этой команды приводило к сбросу кэшей и приостановке операций ввода-вывода с последующим выполнением команды TRIM. Такой подход ухудшал производительность диска при операциях удаления.
Спецификация SATA не успевала за бурным ростом скорости доступа к твердотельным накопителям, что привело к появлению в 2013 году компромисса под названием SATA Express в стандарте SATA 3.2. Вместо того, чтобы снова удвоить пропускную способность SATA, разработчики задействовали широко распространенную шину PCIe, чья скорость превышает 6 Гбит/с. Диски с поддержкой SATA Express приобрели собственный форм-фактор под названием M.2.
«Конкурирующий» с ATA стандарт SCSI тоже не стоял на месте и всего через год после появления Serial ATA, в 2004, переродился в последовательный интерфейс. Имя новому интерфейсу — Serial Attached SCSI (SAS).
Несмотря на то, что SAS унаследовал набор команд SCSI, изменения были значительные:
- последовательный интерфейс;
- 29-ти жильный кабель с питанием;
- подключение «точка-точка»
Максимальное количество одновременно подключенных устройств в SAS-домене по спецификации превышает 16 тысяч, а вместо SCSI ID для адресации используется идентификатор World-Wide Name (WWN).
WWN — уникальный идентификатор длиной 16 байт, аналог MAC-адреса для SAS-устройств.
Несмотря на схожесть разъемов SAS и SATA, эти стандарты не являются полностью совместимыми. Тем не менее, SATA-диск может быть подключен в SAS-коннектор, но не наоборот. Совместимость между SATA-дисками и SAS-доменом обеспечивается при помощи протокола SATA Tunneling Protocol (STP).
Первая версия стандарта SAS-1 имеет пропускную способность 3 Гбит/с, а самая современная, SAS-4, улучшила этот показатель в 7 раз: 22,5 Гбит/с.
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) — последовательный интерфейс для передачи данных, появившийся в 2002 году. Разработка была начата компанией Intel, а впоследствии передана специальной организации — PCI Special Interest Group.
Последовательный интерфейс PCIe не был исключением и стал логическим продолжением параллельного PCI, который предназначен для подключения карт расширения.
PCI Express значительно отличается от SATA и SAS. Интерфейс PCIe имеет переменное количество линий. Количество линий равно степеням двойки и колеблется в диапазоне от 1 до 16.
Термин «линия» в PCIe обозначает не конкретную сигнальную линию, а отдельный полнодуплексный канал связи, состоящий из следующих сигнальных линий:
- прием+ и прием-;
- передача+ и передача-;
- четыре жилы заземления.
«Аппетиты» твердотельных накопителей растут очень быстро. И SATA, и SAS не успевают увеличивать свою пропускную способность, чтобы «угнаться» за SSD, что привело к появлению SSD-дисков с подключением по PCIe.
Хотя PCIe Add-In карты прикручиваются винтом, PCIe поддерживает «горячую замену». Короткие пины PRSNT (англ. present — присутствовать) позволяют удостовериться, что карта полностью установлена в слот.
Твердотельные накопители, подключаемые по PCIe регламентируются отдельным стандартом Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification и воплощены в множестве форм-факторов, но о них мы расскажем в следующей части.
Удаленные накопители
При создании больших хранилищ данных появилась потребность в протоколах, позволяющих подключить накопители, расположенные вне сервера. Первым решением в этой области был Internet SCSI (iSCSI), разработанный компаниями IBM и Cisco в 1998 году.
Идея протокола iSCSI проста: команды SCSI «оборачиваются» в пакеты TCP/IP и передаются в сеть. Несмотря на удаленное подключение, для клиентов создается иллюзия, что накопитель подключен локально. Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN), основанная на iSCSI, может быть построена на существующей сетевой инфраструктуре. Использование iSCSI значительно снижает затраты на организацию SAN.
У iSCSI существует «премиальный» вариант — Fibre Channel Protocol (FCP). SAN с использованием FCP строится на выделенных волоконно-оптических линиях связи. Такой подход требует дополнительного оптического сетевого оборудования, но отличается стабильностью и высокой пропускной способностью.
Существует множество протоколов для отправки команд SCSI по компьютерным сетям. Тем не менее, есть только один стандарт, решающий противоположную задачу и позволяющий отправлять IP-пакеты по шине SCSI — IP-over-SCSI.
Большинство протоколов для организации SAN используют набор команд SCSI для управления накопителями, но есть и исключения, например, простой ATA over Ethernet (AoE). Протокол AoE отправляет ATA-команды в Ethernet-пакетах, но в системе накопители отображаются как SCSI.
С появлением накопителей NVM Express протоколы iSCSI и FCP перестали удовлетворять быстро растущим требованиям твердотельных накопителей. Появилось два решения:
- вынос шины PCI Express за пределы сервера;
- создание протокола NVMe over Fabrics.
Протокол NVMe over Fabrics стал хорошей альтернативой iSCSI и FCP. В NVMe-oF используются волоконно-оптическая линии связи и набор команд NVM Express.
Стандарты iSCSI и NVMe-oF решают задачу подключения удаленных дисков как локальные, а компания Intel пошла другой дорогой и максимально приблизила локальный диск к процессору. Выбор пал на DIMM-слоты, в которые подключается оперативная память. Максимальная пропускная способность канала DDR4 составляет 25 ГБ/с, что значительно превышает скорость шины PCIe. Так появился твердотельный накопитель Intel® Optane™ DC Persistent Memory.
Для подключения накопителя в DIMM слоты был изобретен протокол DDR-T, физически и электрически совместимый с DDR4, но требующий специального контроллера, который видит разницу между планкой памяти и накопителем. Скорость доступа к накопителю меньше, чем к оперативной памяти, но больше, чем к NVMe.
Протокол DDR-T доступен только с процессорами Intel® поколения Cascade Lake или новее.
Заключение
Почти все интерфейсы прошли долгий путь развития от последовательного до параллельного способа передачи данных. Скорости твердотельных накопителей стремительно растут, еще вчера твердотельные накопители были в диковинку, а сегодня NVMe уже не вызывает особого удивления.
Читайте также: