Используется для подключения устройств внешней памяти sata

Обновлено: 03.07.2024

В этой статье речь пойдет о том, что позволяет подключить жесткий диск к компьютеру, а именно, об интерфейсе жесткого диска. Точнее говорить, об интерфейсах жестких дисков, потому что технологий для подключения этих устройств за все время их существования было изобретено великое множество, и обилие стандартов в данной области может привести в замешательство неискушенного пользователя. Впрочем, обо все по порядку.

Предназначение

Интерфейсы жестких дисков (или строго говоря, интерфейсы внешних накопителей, поскольку в их качестве могут выступать не только жесткие диски, но и другие типы накопителей, например, приводы для оптических дисков) предназначены для обмена информацией между этими устройствами внешней памяти и материнской платой. Интерфейсы жестких дисков, не в меньшей степени, чем физические параметры накопителей, влияют на многие рабочие характеристики накопителей и на их производительность. В частности, интерфейсы накопителей определяют такие их параметры, как скорость обмена данными между жестким диском и материнской платой, количество устройств, которые можно подключить к компьютеру, возможность создания дисковых массивов, возможность горячего подключения, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д. Также от интерфейса жесткого диска зависит, какой кабель, шнур или переходник для его подключения к материнской плате вам потребуется.

Интерфейс SCSI является одним из самых старых интерфейсов, разработанных для подключения накопителей в персональных компьютерах. Появился данный стандарт еще в начале 1980-х гг. Одним из его разработчиков был Алан Шугарт, также известный, как изобретатель дисководов для гибких дисков.

Внешний вид интерфейса SCSI на плате и кабеля подключения к нему

Стандарт SCSI (традиционно данная аббревиатура читается в русской транскрипции как «скази») первоначально предназначался для использования в персональных компьютерах, о чем свидетельствует даже само название формата – Small Computer System Interface, или системный интерфейс для небольших компьютеров. Однако так получилось, что накопители данного типа применялись в основном в персональных компьютерах топ-класса, а впоследствии и в серверах. Связано это было с тем, что, несмотря на удачную архитектуру и широкий набор команд, техническая реализация интерфейса была довольно сложна, и не подходила по стоимости для массовых ПК.

Тем не менее, данный стандарт обладал рядом возможностей, недоступных для прочих типов интерфейсов. Например, шнур для подключения устройств Small Computer System Interface может иметь максимальную длину в 12 м, а скорость передачи данных – 640 МБ/c.

Как и появившийся несколько позже интерфейс IDE, интерфейс SCSI является параллельным. Это означает, что в интерфейсе применяются шины, передающие информацию по нескольким проводникам. Данная особенность являлась одним из сдерживающих факторов для развития стандарта, и поэтому в качестве его замены был разработан более совершенный, последовательный стандарт SAS (от Serial Attached SCSI).

Serial Attached SCSI разрабатывался в усовершенствования достаточно старого интерфейса подключения жестких дисков Small Computers System Interface. Несмотря на то, что Serial Attached SCSI использует основные достоинства своего предшественника, тем не менее, у него есть немало преимуществ. Среди них стоит отметить следующие:

Использование общей шины всеми устройствами.
Последовательный протокол передачи данных, используемый SAS, позволяет задействовать меньшее количество сигнальных линий.
Отсутствует необходимость в терминации шины.
Практически неограниченное число подключаемых устройств.
Более высокая пропускная способность (до 12 Гбит/c). В будущих реализациях протокола SAS предполагается поддерживать скорость обмена данными до 24 Гбит/c.
Возможность подключения к контроллеру SAS накопителей с интерфейсом Serial ATA.

Как правило, системы Serial Attached SCSI строятся на основе нескольких компонентов. В число основных компонентов входят:

Целевые устройства. В эту категорию включают собственно накопители или дисковые массивы.
Инициаторы – микросхемы, предназначенные для генерации запросов к целевым устройствам.
Система доставки данных – кабели, соединяющие целевые устройства и инициаторы

Разъемы Serial Attached SCSI могут иметь различную форму и размер, в зависимости от типа (внешний или внутренний) и от версий SAS. Ниже представлены внутренний разъем SFF-8482 и внешний разъем SFF-8644, разработанный для SAS-3:

Несколько примеров внешнего вида шнуров и переходников SAS: шнур HD-Mini SAS и шнур-переходник SAS-Serial ATA.

Сегодня достаточно часто можно встретить жесткие диски с интерфейсом Firewire. Хотя через интерфейс Firewire к компьютеру можно подключить любые типы периферийных устройств, и его нельзя назвать специализированным интерфейсом, предназначенным для подключения исключительно жестких дисков, тем не менее, Firewire имеет ряд особенностей, которые делают его чрезвычайно удобным для этой цели.

Интерфейс Firewire был разработан в середине 1990-х гг. Начало разработке положила небезызвестная фирма Apple, нуждавшаяся в собственной, отличной от USB, шине для подключения периферийного оборудования, прежде всего мультимедийного. Спецификация, описывающая работу шины Firewire, получила название IEEE 1394.

На сегодняшний день Firewire представляет собой один из наиболее часто используемых форматов высокоскоростной последовательной внешней шины. К основным особенностям стандарта можно отнести:

Возможность горячего подключения устройств.
Открытая архитектура шины.
Гибкая топология подключения устройств.
Меняющаяся в широких пределах скорость передачи данных – от 100 до 3200 Мбит/c.
Возможность передачи данных между устройствами без участия компьютера.
Возможность организации локальных сетей при помощи шины.
Передача питания по шине.
Большое количество подключаемых устройств (до 63).

Для подключения винчестеров (обычно посредством внешних корпусов для жестких дисков) через шину Firewire, как правило, используется специальный стандарт SBP-2, использующий набор команд протокола Small Computers System Interface. Существует возможность подключения устройств Firewire к обычному разъему USB, но для этого требуется специальный переходник.

Аббревиатура IDE, несомненно, известна большинству пользователей персональных компьютеров. Стандарт интерфейса для подключения жестких дисков IDE был разработан известной фирмой, производящей жесткие диски – Western Digital. Преимуществом IDE по сравнению с другими существовавшими в то время интерфейсами, в частности, интерфейсом Small Computers System Interface, а также стандартом ST-506, было отсутствие необходимости устанавливать контроллер жесткого диска на материнскую плату. Стандарт IDE подразумевал установку контроллера привода на корпус самого накопителя, а на материнской плате оставался лишь хост-адаптер интерфейса для подключения приводов IDE.

Данное нововведение позволило улучшить параметры работы накопителя IDE благодаря тому, что сократилось расстояние между контроллером и самим накопителем. Кроме того, установка контроллера IDE внутрь корпуса жесткого диска позволила несколько упростить как материнские платы, так и производство самих винчестеров, поскольку технология давала свободу производителям в плане оптимальной организации логики работы накопителя.

Новая технология первоначально получила название Integrated Drive Electronics (Встроенная в накопитель электроника). Впоследствии был разработан описывающий ее стандарт, названный ATA. Это название происходит от последней части названия семейства компьютеров PC/AT посредством добавления слова Attachment.

Для подключения жесткого диска или другого устройства, например, накопителя для оптических дисков, поддерживающего технологию Integrated Drive Electronics, к материнской плате, используется специальный кабель IDE. Поскольку ATA относится к параллельным интерфейсам (поэтому его также называют Parallel ATA или PATA), то есть, интерфейсам, предусматривающим одновременную передачу данных по нескольким линиям, то его кабель данных имеет большое количество проводников (обычно 40, а в последних версиях протокола имелась возможность использовать 80-жильный кабель). Обычный кабель данных для данного стандарта имеет плоский и широкий вид, но встречаются и кабели круглого сечения. Кабель питания для накопителей Parallel ATA имеет 4-контактный разъем и подсоединен к блоку питания компьютера.

Ниже приведены примеры кабеля IDE и круглого шнура данных PATA:

Благодаря сравнительной дешевизне накопителей Parallel ATA, простоте реализации интерфейса на материнской плате, а также простоте установки и конфигурации устройств PATA для пользователя, накопители типа Integrated Drive Electronics на длительное время вытеснили с рынка винчестеров для персональных компьютеров бюджетного уровня устройства других типов интерфейса.

Однако стандарт PATA имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ограничение по длине, которую может иметь кабель данных Parallel ATA – не более 0,5 м. Кроме того, параллельная организация интерфейса накладывает ряд ограничений на максимальную скорость передачи данных. Не поддерживает стандарт PATA и многие расширенные возможности, которые имеются у других типов интерфейсов, например, горячее подключение устройств.

Интерфейс SATA (Serial ATA), как можно догадаться из названия, является усовершенствованием ATA. Заключается это усовершенствование, прежде всего, в переделке традиционного параллельного ATA (Parallel ATA) в последовательный интерфейс. Однако этим отличия стандарта Serial ATA от традиционного не ограничиваются. Помимо изменения типа передачи данных с параллельного на последовательный, изменились также разъемы для передачи данных и электропитания.

Ниже приведен шнур данных SATA:

Это позволило использовать шнур значительно большей длины и увеличить скорость передачи данных. Однако минусом стало то обстоятельство, что устройства PATA, которые до появления SATA присутствовали на рынке в огромных количествах, стало невозможно напрямую подключить в новые разъемы. Правда, большинство новых материнских плат все же имеют старые разъемы и поддерживают подключение старых устройств. Однако обратная операция – подключение накопителя нового типа к старой материнской плате обычно вызывает куда больше проблем. Для этой операции пользователю обычно требуется переходник Serial ATA to PATA. Переходник для кабеля питания обычно имеет сравнительно простую конструкцию.

Переходник питания Serial ATA to PATA:

Слева общий вид кабеля; Cправа укрупнено внешний вид коннекторов PATA и Serial ATA

Сложнее, однако, дело обстоит с таким устройством, как переходник для подключения устройства последовательного интерфейса в разъем для параллельного интерфейса. Обычно переходник такого типа выполнен в виде небольшой микросхемы.

В настоящее время интерфейс Serial ATA практически вытеснил Parallel ATA, и накопители PATA можно встретить теперь в основном лишь в достаточно старых компьютерах. Еще одной особенностью нового стандарта, обеспечившей его широкую популярность, стала поддержка технологий NCQ и AHCI.

О технологии NCQ можно рассказать чуть подробнее. Основное преимущество NCQ состоит в том, что она позволяет использовать идеи, которые давно были реализованы в протоколе SCSI. В частности, NCQ поддерживает систему упорядочивания операций чтения/записи, поступающих к нескольким накопителям, установленным в системе. Таким образом, NCQ способна значительно повысить производительность работы накопителей, в особенности массивов жестких дисков.

Для использования NCQ необходима поддержка технологии со стороны жесткого диска, а также хост-адаптера материнской платы. Практически все адаптеры, поддерживающие AHCI, поддерживают и NCQ. Кроме того, NCQ поддерживают и некоторые старые проприетарные адаптеры. Также для работы NCQ требуется ее поддержка со стороны операционной системы.

Отдельно стоит упомянуть о казавшемся многообещающим в свое время, но так и не получившем широкого распространения формате eSATA (External SATA). Как можно догадаться из названия, eSATA представляет собой разновидность Serial ATA, предназначенную для подключения исключительно внешних накопителей. Стандарт eSATA предлагает для внешних устройств большую часть возможностей стандартного, т.е. внутреннего Serial ATA, в частности, одинаковую систему сигналов и команд и столь же высокую скорость.

Тем не менее, у eSATA есть и некоторые отличия от породившего его стандарта внутренней шины. В частности, eSATA поддерживает более длинный кабель данных (до 2 м), а также имеет более высокие требования к питанию накопителей. Кроме того, разъемы eSATA несколько отличаются от стандартных разъемов Serial ATA.

По сравнению с другими внешними шинами, такими, как USB и Firewire, eSATA, однако, имеет один существенный недостаток. Если эти шины позволяют осуществлять электропитание устройства через сам кабель шины, то накопитель eSATA требует специальные разъемы для питания. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, eSATA в настоящее время не пользуется большой популярностью в качестве интерфейса для подключения внешних накопителей.

Заключение

Информация, хранящаяся на жестком диске, не может стать полезной для пользователя и доступной для прикладных программ до тех пор, пока к ней не получит доступ центральный процессор компьютера. Интерфейсы жестких дисков представляют собой средство для связи между этими накопителями и материнской платой. На сегодняшний день существует немало различных типов интерфейсов жестких дисков, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и характерные особенности. Надеемся, что приведенная в данной статье информация во многом окажется полезной для читателя, ведь выбор современного жесткого диска во многом определяются не только его внутренними характеристиками, такими, как емкость, объем кэш-памяти, скорость доступа и вращения, но и тем интерфейсом, для которого он был разработан.

Здравствуйте! В прошлой статье мы с вами в подробностях рассмотрели устройство жесткого диска, но я специально ничего не сказал про интерфейсы - то есть способы взаимодействия жесткого диска и остальных устройств компьютера, или если еще конкретней, способы взаимодействия (соединения) жесткого диска и материнской платы компьютера.

А почему не сказал? А потому что эта тема - достойна объема никак не меньшего целой статьи. Поэтому сегодня разберем во всех подробностях наиболее популярные на данный момент интерфейсы жесткого диска. Сразу оговорюсь, что статья или пост (кому как удобнее) в этот раз будет иметь внушительные размеры, но куда деваться, без этого к сожалению никак, потому как если написать кратко, получится совсем уж непонятно.

Понятие интерфейса жесткого диска компьютера

Для начала давайте дадим определение понятию "интерфейс". Говоря простым языком (а именно им я и буду по-возможности выражаться, ибо блог то на обычных людей рассчитан, таких как мы с Вами), интерфейс - способ взаимодействия устройств друг с другом и не только устройств. Например, многие из вас наверняка слышали про так называемый "дружественный" интерфейс какой-либо программы. Что это значит? Это значит, что взаимодействие человека и программы более легкое, не требующее со стороны пользователя большИх усилий, по сравнению с интерфейсом "не дружественным". В нашем же случае, интерфейс - это просто способ взаимодействия конкретно жесткого диска и материнской платы компьютера. Он представляет собой набор специальных линий и специального протокола (набора правил передачи данных). То есть чисто физически - это шлейф (кабель, провод), с двух сторон которого находятся входы, а на жестком диске и материнской плате есть специальные порты (места, куда присоединяется кабель). Таким образом, понятие интерфейс - включает в себя соединительный кабель и порты, находящиеся на соединяемых им устройствах.

Ну а теперь самый "сок" сегодняшней статьи, поехали!

Виды взаимодействия жестких дисков и материнской платы компьютера (виды интерфейсов)

Итак, первым на очереди у нас будет самый "древний" (80-е года) из всех, в современных HDD его уже не встретить, это интерфейс IDE (он же ATA, PATA).

IDE - в переводе с английского "Integrated Drive Electronics", что буквально означает - "встроенный контроллер". Это уже потом IDE стали называть интерфейсом для передачи данных, поскольку контроллер (находящийся в устройстве, обычно в жестких дисках и оптических приводах) и материнскую плату нужно было чем-то соединять. Его (IDE) еще называют ATA (Advanced Technology Attachment), получается что то вроде "Усовершенствованная технология подсоединения". Дело в том, что ATA - параллельный интерфейс передачи данных, за что вскоре (буквально сразу после выхода SATA, о котором речь пойдет чуть ниже) он был переименован в PATA (Parallel ATA).

Что тут сказать, IDE хоть и был очень медленный (пропускная способность канала передачи данных составляла от 100 до 133 мегабайта в секунду в разных версиях IDE - и то чисто теоретически, на практике гораздо меньше), однако позволял присоединять одновременно сразу два устройства к материнской плате, используя при этом один шлейф.

Причем в случае подключения сразу двух устройств, пропускная способность линии делилась пополам. Однако, это далеко не единственный недостаток IDE. Сам провод, как видно из рисунка, достаточно широкий и при подключении займет львиную долю свободного пространства в системном блоке, что негативно скажется на охлаждении всей системы в целом. В общем IDE уже устарел морально и физически, по этой причине разъем IDE уже не встретить на многих современных материнских платах, хотя до недавнего времени их еще ставили (в количестве 1 шт.) на бюджетные платы и на некоторые платы среднего ценового сегмента.

Следующим, не менее популярным, чем IDE в свое время, интерфейсом является SATA (Serial ATA), характерной особенностью которого является последовательная передача данных. Стоит отметить, что на момент написания статьи - является самым массовым для применения в ПК.

Существуют 3 основных варианта (ревизии) SATA, отличающиеся друг от друга пропускной способностью: rev. 1 (SATA I) - 150 Мб/с, rev. 2 (SATA II) - 300 Мб/с, rev. 3 (SATA III) - 600 Мб/с. Но это только в теории. На практике же, скорость записи/чтения жестких дисков обычно не превышает 100-150 Мб/с, а оставшаяся скорость пока не востребована и влияет разве что на скорость взаимодействия контроллера и кэш-памяти HDD (повышает скорость доступа к диску).

Из нововведений можно отметить - обратную совместимость всех версий SATA (диск с разъемом SATA rev. 2 можно подключить к мат. плате с разъемом SATA rev. 3 и т.п.), улучшенный внешний вид и удобство подключения/отключения кабеля, увеличенная по сравнению с IDE длина кабеля (1 метр максимально, против 46 см на IDE интерфейсе), поддержка функции NCQ начиная уже с первой ревизии. Спешу обрадовать обладателей старых устройств, не поддерживающих SATA - существуют переходники с PATA на SATA, это реальный выход из ситуации, позволяющий избежать траты денег на покупку новой материнской платы или нового жесткого диска.

Так же, в отличии от PATA, интерфейсом SATA предусмотрена "горячая замена" жестких дисков, это значит, что при включенном питании системного блока компьютера, можно присоединять/отсоединять жесткие диски. Правда для ее реализации необходимо будет немного покопаться в настройках BIOS и включить режим AHCI.

Следующий на очереди - eSATA (External SATA) - был создан в 2004 году, слово "external" говорит о том, что он используется для подключения внешних жестких дисков. Поддерживает "горячую замену" дисков. Длина интерфейсного кабеля увеличена по сравнению с SATA - максимальная длина составляет теперь аж два метра. eSATA физически не совместим с SATA, но обладает той же пропускной способностью.

Но eSATA - далеко не единственный способ подключить внешние устройства к компьютеру. Например FireWire - последовательный высокоскоростной интерфейс для подключения внешних устройств, в том числе HDD.

Поддерживает "горячу замену" винчестеров. По пропускной способности сравним с USB 2.0, а с появлением USB 3.0 - даже проигрывает в скорости. Однако у него все же есть преимущество - FireWire способен обеспечить изохронную передачу данных, что способствует его применению в цифровом видео, так как он позволяет передавать данные в режиме реального времени. Несомненно, FireWire популярен, но не настолько, как например USB или eSATA. Для подключения жестких дисков он используется довольно редко, в большинстве случаев с помощью FireWire подключают различные мультимедийные устройства.

USB (Universal Serial Bus), пожалуй самый распространенный интерфейс, используемый для подключения внешних жестких дисков, флешек и твердотельных накопителей (SSD). Как и в предыдущем случае - есть поддержка "горячей замены", довольно большая максимальная длина соединительного кабеля - до 5 метров в случае использования USB 2.0, и до 3 метров - если используется USB 3.0. Наверное можно сделать и бОльшую длину кабеля, но в этом случае стабильная работа устройств будет под вопросом.

Скорость передачи данных USB 2.0 составляет порядка 40 Мб/с, что в общем-то является низким показателем. Да, конечно, для обыкновенной повседневной работы с файлами пропускной способности канала в 40 Мб/с хватит за глаза, но как только речь пойдет о работе с большими файлами, поневоле начнешь смотреть в сторону чего-то более скоростного. Но оказывается выход есть, и имя ему - USB 3.0, пропускная способность которого, по сравнению с предшественником, возросла в 10 раз и составляет порядка 380 Мб/с, то есть практически как у SATA II, даже чуть больше.

Есть две разновидности контактов кабеля USB, это тип "A" и тип "B", расположенные на противоположных концах кабеля. Тип "A" - контроллер (материнская плата), тип "B" - подключаемое устройство.

USB 3.0 (тип "A") совместим с USB 2.0 (тип "A"). Типы "B" не совместимы между собой, как видно из рисунка.

Thunderbolt (Light Peak). В 2010 году компанией Intel был продемонстрирован первый компьютер с данным интерфейсом, а чуть позже в поддержку Thunderbolt к Intel присоединилась не менее известная компания Apple. Thunderbolt достаточно крут (ну а как иначе то, Apple знает во что стоит вкладывать деньги), стоит ли говорить о поддержке им таких фич, как: пресловутая "горячая замена", одновременное соединение сразу с несколькими устройствами, действительно "огромная" скорость передачи данных (в 20 раз быстрее USB 2.0).

Максимальная длина кабеля составляет только 3 метра (видимо больше и не надо). Тем не менее, несмотря на все перечисленные преимущества, Thunderbolt пока что не является "массовым" и применяется преимущественно в дорогих устройствах.

Идем дальше. На очереди у нас пара из очень похожих друг на друга интерфейсов - это SAS и SCSI. Похожесть их заключается в том, что они оба применяются преимущественно в серверах, где требуется высокая производительность и как можно меньшее время доступа к жесткому диску. Однако, существует и обратная сторона медали - все преимущества данных интерфейсов компенсируются ценой устройств, поддерживающих их. Жесткие диски, поддерживающие SCSI или SAS стоят на порядок дороже.

SCSI (Small Computer System Interface) - параллельный интерфейс для подключения различных внешних устройств (не только жестких дисков).

Был разработан и стандартизирован даже несколько раньше, чем первая версия SATA. В свежих версия SCSI есть поддержка "горячей замены".

SAS (Serial Attached SCSI) пришедший на смену SCSI, должен был решить ряд недостатков последнего. И надо сказать - ему это удалось. Дело в том, что из-за своей "параллельности" SCSI использовал общую шину, поэтому с контроллером одновременно могло работать только лишь одно из устройств, SAS - лишен этого недостатка.

Кроме того, он обратно совместим с SATA, что несомненно является большим плюсом. К сожалению стоимость винчестеров с интерфейсом SAS близка к стоимости SCSI-винчестеров, но от этого никак не избавиться, за скорость приходится платить.

Если вы еще не устали, предлагаю рассмотреть еще один интересный способ подключения HDD - NAS (Network Attached Storage). В настоящее время сетевые системы хранения данных (NAS) имеют большую популярность. По сути, это отдельный компьютер, этакий мини-сервер, отвечающий за хранение данных. Он подключается к другому компьютеру через сетевой кабель и управляется с другого компьютера через обычный браузер. Это все нужно в тех случаях, когда требуется большое дисковое пространство, которым пользуются сразу несколько людей (в семье, на работе). Данные от сетевого хранилища передаются к компьютерам пользователей либо по обычному кабелю (Ethernet), либо при помощи Wi-Fi. На мой взгляд, очень удобная штука.

Думаю, это все на сегодня. Надеюсь вам понравился материал, предлагаю подписаться на обновления блога, чтобы ничего не пропустить (форма в верхнем правом углу) и встретимся с вами уже в следующих статьях блога.

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.

Любительский

Содержание

Шустрые SSD все больше вытесняют из обихода жесткие диски. Даже современные винчестеры постепенно теряют популярность, что и говорить об устаревших моделях, которые не всегда поддерживаются современными материнскими платами. Тем не менее, использовать старый HDD иногда нужно, а как заставить его работать — непонятно. В этом материале все самые полезные способы подключения как устаревших, так и актуальных накопителей и приводов.

Адаптер USB 2.0 -> IDE

Адаптер предназначен для подключения к компьютеру наиболее старых типов жестких дисков или CD/DVD-приводов с интерфейсом IDE. Учитывая, что современные материнские платы вообще не имеют подобного разъема, с подключением могут возникнуть проблемы. Накопители формата 2.5″ подключаются напрямую к адаптеру, накопители формата 3.5″ и приводы требуют дополнительного питания 12 В, поэтому к винчестеру необходимо подключать и Molex-разъем, что не всегда удобно. Для этих целей лучше приобрести отдельный блок питания с переходником или присмотреться к более удобным адаптерам ниже.

Двусторонний адаптер IDE/SATA

По назначению аналогичен предыдущему, за исключением того, что подключается он к IDE или SATA-разъемам. Адаптер двусторонний — можно подключить устаревшее IDE-устройство к современной плате с SATA-разъемом на борту, либо наоборот — современный SATA накопитель/привод к устаревшей материнской плате, имеющей только IDE-разъем. Последний вариант актуален для рабочих компьютеров, которые не апгрейдились с момента их покупки.

Адаптер eSata

Еще один удобный способ быстрого подключения накопителей и различных приводов, но почему-то не получивший широкого распространения. Для этого необходимо установить планку с разъемами eSATAp на передней или задней панели компьютера и подключить соответствующие SATA-кабели и питание (рис. слева). Накопитель или привод подключается специальным eSATAp-кабелем (рис. справа). Обратите внимание именно на eSATAp-вариант, позволяющий подключать 3.5-дюймовые накопители и приводы, требующие питание 12В. Основное преимущество такого способа — полное отсутствие задержек, так как при работе не используются сторонние контроллеры.

Адаптер USB 2.0 -> SATA

Винчестеры с SATA-разъемом еще довольно актуальны, вот только модели с небольшой емкостью не представляют практического интереса и только мешают. От них идет постоянный шум, они греются и нагревают соседние элементы, а также требуют провода для подключения. Поэтому целесообразнее подключать их по необходимости.

Данный адаптер является аналогом первого, но рассчитан только на подключение SATA-накопителей формата 2.5″. Имеет объединенную SATA-колодку (питание + данные). Интересной особенностью является наличие дополнительного «хвостика» USB 2.0 для подключения требовательных к питанию накопителей.

В качестве примера подключение SSD-накопителя небольшой емкости:

Адаптер USB 3.0 -> SATA

Это наиболее универсальная модель, позволяющая подключать практически все различные накопители или приводы с интерфейсом IDE и SATA. Дополнительный разъем питания 12 В расположен с обратной стороны, а в комплекте поставляется блок питания.

Контейнер (внешний бокс) USB 3.0 -> SATA

Очень удобное приспособление для быстрого подключения накопителей. Есть множество различных моделей, отличающихся между собой как внешним исполнением, так и используемым мостом. Бывают в закрытом и полуоткрытом корпусе из пластика или металла. Есть модели как для 2.5-дюймовых накопителей, так и 3.5-дюймовых винчестеров. Подключение к компьютеру осуществляется, как правило, посредством USB 3.0.

В продаже можно встретить так называемые «внешние накопители» — это есть не что иное, как контейнер (внешний бокс) с установленным накопителем под собственной маркой. Вот только накопители там стоят не всегда удачные и разобрать их проблематично.

Док-станция USB 3.0 -> SATA

Док-станция — более эстетичный вариант адаптеров, но в то же время более дорогой и более функциональный. Накопители, как правило, вставляются сверху. Поддерживается горячее подключение. Есть варианты как для 2.5″ накопителей без внешнего питания, так и для 3.5″ винчестеров с отдельным или встроенным блоком питания. Встречаются модели как на один накопитель, так и на несколько.

Хранилища дисков

Является дальнейшим развитием док-станций, но с более расширенными возможностями. В качестве подключения уже присутствует несколько альтернатив: USB или eSATA. Из особых достоинств стоит отметить «горячее» подключение любого накопителя независимо от остальных и поддержку RAID-массивов нескольких уровней. Для этого на задней панели присутствует конфигуратор. Приятным дополнением является наличие вентилятора и специальных вентиляционных отверстий в передней и задних частях корпуса, которые охлаждают накопители в работе. Есть модели на два и более накопителя. Очень популярны в среде систем видеонаблюдения, где постоянно требуется писать десятки гигабайт данных на высокой скорости и защищать их от сбоев.

Многие пользуются такими хранилищами на несколько жестких дисков, так как они очень удобны для хранения медиатеки. При необходимости можно активировать дисковый массив повышенной производительности из двух накопителей (RAID 0), либо так называемое «зеркалирование» (RAID 1).

Сетевые хранилища (NAS)

Практически аналог предыдущего варианта, за исключением того, что дополнительно используются сетевые функции и сетевой доступ к дискам. Помимо стандартных разъемов USB и eSATA присутствуют и RJ45 (Ethernet), а также беспроводной доступ посредством сети Wi-Fi. Эти устройства занимают особую нишу и пользуются популярностью при постройке единой медиатеки с доступом с различных устройств. Рассчитаны как на один накопитель, так и на несколько, в зависимости от модели и стоимости.

Мультикомбайны

Одни из самых функциональных устройств. Главное отличие от предыдущих — небольшие размеры и возможность автономной работы благодаря наличию встроенного Li-Ion/Li-Pol аккумулятора. Как правило, мультикомбайны рассчитаны на установку одного накопителя формата 2.5″ (HDD или SSD) и позволяют получить доступ к нему посредством проводного соединения через USB или Ethernet, либо через беспроводной Wi-Fi. Очень удобно тем, кто постоянно путешествует или находится в командировках.

Для организации сетевого доступа в мультикомбайн встроен роутер, который при подключении интернет-кабеля RJ-45 (Ethernet) может раздавать интернет близлежащим устройствам, то есть может работать в качестве точки доступа. Для просмотра содержимого диска достаточно активировать сеть Wi-Fi на устройстве и подключиться к ней с любого гаджета, будь то смартфон, планшет или нетбук. После этого через стандартный диспетчер можно просматривать файлы и папки. В случае необходимости мультикомбайн можно использовать в качестве внешнего аккумулятора для заряда севших устройств или гаджетов через предусмотренный USB-выход и универсальный кабель.

С разработкой новых стандартов Serial ATA, внешний формат хранения, теперь начинает выходить на рынок. В этой статье мы рассмотрим новый интерфейс, как он сравнивается с существующими форматами, а также то что он может означать с точки зрения наружного хранилища.

Интерфейс внешнего хранилища ПК, основанный на стандартах SATA

USB и FireWire были огромным преимуществом для передачи данных, но их производительность по сравнению с настольными дисками всегда отставала.

Различия USB и FireWire

Перед тем, как смотреть внешний Serial ATA или eSATA, важно посмотреть интерфейсы USB и FireWire. Оба этих контроллера были разработаны как высокоскоростные последовательные контроллеры между компьютерной системой и внешними периферийными устройствами. USB более общий и используется для более широкого спектра периферийных устройств, таких как клавиатуры, мыши, сканеры и принтеры, в то время как FireWire почти исключительно используется в качестве наружного интерфейса.

Несмотря на то, что эти контроллеры используются для внешнего хранилища, фактические диски, используемые в этих устройствах, все еще используют формат SATA. Это означает, что наружный корпус, содержащий жесткий или оптический привод, имеет мост, который преобразует сигналы с интерфейса USB или FireWire в "CATA", используемый приводом. Этот перевод вызывает некоторое ухудшение общей производительности накопителя.

Одним из больших преимуществ, которые были реализованы на обоих этих контроллерах, была возможность «горячей» замены. Предыдущие поколения контроллера хранения данных обычно не поддерживали возможность динамически добавлять или удалять диски из системы. Эта особенность заставила рынок внешнего хранилища взорваться.

Еще одна интересная функция, которую можно найти в eSATA, - это множитель портов. Он позволяет использовать один разъем eSATA для подключения наружней шины eSATA, которое обеспечивает подключение нескольких дисков.

eSATA против SATA интерфейса

Внешний Serial ATA на самом деле является дополнением спецификаций для стандартного контроллера Serial ATA. Это не обязательная функция, а расширение которое можно добавить как к контроллеру, так и к устройствам. Для правильной работы eSATA оба должны поддерживать необходимые функции "CATA". Это особенно важно, так как многие контроллеры и диски SATA первого поколения не поддерживают функцию Hot Plug, для внешнего интерфейса.

Несмотря на то, что eSATA является частью спецификаций "CATA" контроллера, он использует совершенно другой физический разъем от внутренних разъемов SATA. Причиной этого является лучшее экранирование высокоскоростных последовательных линий, используемых для передачи сигналов от защиты от электромагнитных помех. Он также обеспечивает длину кабеля 2 метра по сравнению с 1 метром для внутренних кабелей. В результате два типа кабелей не могут использоваться взаимозаменяемо.

Различия в скорости интерфейсов

Одним из преимуществ, которые eSATA предлагает по USB и FireWire, является скорость. В то время как другие два имеют накладные расходы от преобразования сигнала между внешним интерфейсом и внутренними дисками, SATA не имеет этой проблемы. Поскольку "CATA" является стандартным контроллером используемым на многих новых жестких дисках, в корпусе требуется простой переходник между внутренним и наружным разъемами. Это означает, что подключаемое устройство должно работать с той же скоростью, что и внутренний диск SATA.

Итак, вот скорости различных внешних интерфейсов:

USB 1.1 - 15 Мбит/с
FireWire (1394a) - 400 Мбит/с
USB 2.0 - 480 Мбит/с
FireWire 800 (1394b) - 800 Мбит/с
SATA 1,5 - 1,5 Гбит/с
SATA 3.0 - 3.0 Гбит/с
USB 3.0 - 4.8 Гбит/с
USB 3.1 - 10 Гбит/с

Новые стандарты USB теперь более теоретичны, чем SATA, который используют приводы в наружных корпусах. Дело в том, что из-за накладных расходов на преобразование сигналов новый USB по-прежнему будет немного медленнее, но для большинства потребителей практически нет разницы. Из-за этого разъемы eSATA гораздо менее распространены, поскольку использование USB-корпусов намного удобнее.

Выводы

Отдельно подключаемая "CATA" была отличной идеей, когда она впервые появилась. Проблема в том, что интерфейс не менялся за многие годы. В результате внешние контроллеры стали намного быстрее, чем накопители. Это означает, что eSATA гораздо менее распространен и фактически не используется на многих компьютерах вообще. Это может измениться, если SATA Express реализует себя, но вряд ли означает, что USB будет доминировать в интерфейсе внешнего хранилища на многие годы вперед.

Читайте также: