0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Новые технологии IDE: Ultra ATA

Новые технологии IDE: Ultra ATA

Вот краткий обзор технологий IDE дисков:

Это старые технологии. Большинство жестких дисков и не-SCSI интерфейсов, которые вы можете купить сегодня или уже используете — EIDE, хотя множество винчестеров большой емкости — UDMA.

Bus Master DMA — это технология, повышающая скорость обмена с жестким диском, требующая поддержки материнской платы, BIOS и, по крайней мере, какой-то поддержки от самого жесткого диска.

Ultra-DMA может называться по-разному, но мы его будем называть просто UDMA.

UDMA — это более продвинутая технология, обеспечивающая передачу данных жесткого диска со скоростью до 33.3 Мб/сек в UDMA режиме 2 и 66.7 Мб/сек в режиме 4, что от двух до четырех раз быстрее, чем EIDE, и дешевле, чем SCSI. Много новых компьютеров уже поставляется с UDMA-дисками большого размера и UDMA-интерфейсами, однако возможна установка дополнительной карты UDMA-интерфейса (такой как Promise Ultra33 или Ultra66), чтобы увеличить скорость даже на старых не-UDMA дисках.

Замечу, что длина кабеля UDMA, по сравнению с простым DMA, желательно должна быть менее 30см, и не более 18 дюймов. Для скорости 66Мб/сек требуется специальный 80-жильный кабель не большей длины. Если у вас появляется большое количество CRC-ошибок, то попробуйте использовать кабель покороче.

Прежде, чем пойдем дальше, давайте проясним заблуждение. Эти 33 и 66 MB/сек — максимальная скорость передачи (burst transfer rate) , а это встречается не очень часто. Вот кусок из UDMA.txt:

Быстрый (burst) (немедленный) режим передачи предполагает от 16.6МБ/сек (PIO режим 4) до 16.6МБ/сек (DMA режим 2) и до 33МБ/сек (UDMA). Kim-Hoe Pang в своем патче ядра 2.1.55 логически проверил скорость передачи в максимальном режиме UDMA: 60 нс/слово, что означает 33МБ/сек. Замечу, что скоростной (burst) режим передачи влияет только на данные, передаваемые из кэша EIDE винчестера (476Кб на IBM 6.4Гб), а это IMHO не особенно актуально для большинства пользователей Linux. Ядро Linux использует для кэширования доступа к винчестеру столько оперативной памяти, насколько это возможно, и если данные не находятся в кэше ядра, то мало шансов, что они будут в меньшем по размеру кэше винчестера.

Намного большее значение имеет устойчивая скорость передачи (sustained transfer rate) — скорость, на которой данные передаются с винчестера в память. Проще всего использовать hdparm , чтобы измерить устойчивую скорость передачи, например » hdparm -t /dev/hda «, для измерения скорости первого IDE диска.

Вот некоторые данные, собранные после большого количества испытаний, с использованием утилиты hdparm (Mark Lord): PIO в режиме 4 под Linux дает скорость передачи: +/- 5.2MB/s DMA в режиме 2 под Linux дает скорость передачи: +/- 7.2MB/s UDMA в режиме 2 под Linux дает скорость передачи: +/- 9.8MB/s

Как вы можете видеть, UDMA все еще в два раза быстрей обычного EIDE, и все еще значительно быстрей Bus Master DMA. Большинство современных UDMA-дисков дают от 10 до 15 МБ/сек с использованием UDMA в режиме 2 (33 MB/s) или 4 (66 МБ/сек).

Кроме того, использование DMA, в отличии от PIO, значительно сокращает использование процессора во время обмена с диском.

Я не могу дать вам точные цифры, но, по общему мнению, SCSI может дать лучшую производительность, чем UDMA. Тем не менее, если вы посмотрите на цены винчестеров, то заметите, что UDMA значительно дешевле. В большинстве случаев, коэффициент цена/производительность говорит в пользу UDMA.

Компьютерная Энциклопедия

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Мини блог

Самое читаемое

ATA/IDE

ATA/IDE

Разъем ввода-вывода параллельного ATA

Чтобы предотвратить неправильное подключение, 40-контактный разъем интерфейса ATA (рис. 1) обычно снабжают ключом. Этот ключ на штекере кабеля обычно выполняют в виде выступа, а также заблокированного контакта с номером 20 (рис. 2). На самом устройстве ключ выполнен в виде соответствующего разреза и отсутствия контакта с номером 20.

Далеко не все разъемы и кабели снабжены ключами

Кабель ввода-вывода параллельного ATA

Для передачи сигналов между адаптером шины и жестким диском (контроллером) предназначен 40-контактный ленточный кабель (рис. 1). Чтобы по возможности не допускать искажения формы сигнала, увеличения задержек и уровня помех, длина кабеля не должна превышать 46 см (18 дюймов), хотя тестирование показало, что 80-жильные кабели могут достигать длины 69 см (27 дюймов).

Стандарты ATA

В настоящее время развитием интерфейса ATA занимается независимая группа, включающая в себя представителей различных компанийразработчиков ПК, жестких дисков и комплектующих. Эта группа, получившая название Технический комитет Т13, отвечает за развитие всех стандартов интерфейсов Serial и Parallel AT Attachment. Комитет Т13 входит в Интернациональный комитет по стандартам информационных технологий (International Committee on Information Technology Standards — INCITS), который работает в соответствии с правилами государственной организации ANSI (Национальный институт стандартизации США).Для создания стандартов SATA была сформирована группа, получившая название Serial ATA Workgroup (www.serialata.org), которая затем передала свои разработки Комитету T13 для завершения и официальной публикации. В последние стандарты ATA-7 и ATA-8 вошли требования к последовательному и параллельному интерфейсам ATA.

Правила, разрабатываемые этими комитетами, предназначены для согласования стандартов производителей, вовлеченных в этот технологический сектор рынка. В частности, Международный комитет стандартов информационных технологий (INCITS) разрабатывает стандарты систем обработки информации, в то время как Институт стандартизации ANSI утверждает процесс разработки этих стандартов и публикует их. Поскольку Комитет T13 по своей сути является общественной организацией, все рабочие проекты и их обсуждения открыты для публичного доступа.

На данный момент рассмотрены и утверждены следующие стандарты ATA.

  • ATA-1
  • ATA-2 (также называется FastATA, FastATA-2 или EIDE)
  • ATA-3
  • ATA-4 (также называется UltraATA/33)
  • ATA-5 (также называется UltraATA/66)
  • ATA-6 (также называется UltraATA/100)
  • ATA-7 (также называется UltraATA/133 или SATA)
  • ATA-8 (также называется UltraATA/133 или SATA)

Начиная с ATA-1, новые версии интерфейса ATA и обновленные версии BIOS обеспечивали поддержку более емких и быстрых накопителей, а также устройств других типов, отличных от жестких дисков. В стандарте ATA-2 и всех последующих исходный интерфейс ATA был улучшен в пяти направлениях:

  • вторичный канал для подключения двух устройств;
  • увеличенная максимальная емкость накопителей;
  • увеличенная скорость передачи данных;
  • поддержка интерфейса ATAPI (ATA Packet Interface — пакетный интерфейс периферийных устройств);
  • поддержка SATA.

Все версии стандарта ATA обратно совместимы, т.е. устройства ATA-1 или ATA-2 будут прекрасно работать с интерфейсом ATA-4 или ATA-5. Каждый последующий стандарт ATA основан на предыдущем. Это означает, что стандарт ATA-8, например, практически полностью соответствует функциональным особенностям ATA-7, но обладает дополнительными функциональными возможностями. Стандарты ATA-7 и ATA-8 содержат требования к параллельному и последовательному интерфейсам ATA.

В таблице представлены сведения о существующих стандартах ATA, а их более подробное описание приведено далее.

Таблица. Стандарты ATA

SMART. Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology (технология самоконтроля с анализом).
Пбайт. Петабайт; 1 Пбайт равен одному квадрильону байтов.
CHS. Cylinder Head Sector (система адресации типа цилиндр/головка/сектор).
LBA. Logical Block Address (адресация логических блоков).
UDMA — Ultra DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти).

Подробно о стандартах

Стандарт ATA-1

Стандарт ATA-2

Стандарт ATA-3

Стандарт ATA/ATAPI-4

Стандарт ATA/ATAPI-5

Стандарт ATA/ATAPI-6

Стандарт ATA/ATAPI-7

Стандарт SATA/ATAPI-8

Происхождение ATA

Прототип накопителя ATA IDE, или 40-контактный разъем IDE, был разработан совместными усилиями компаний CDC, Western Digital и Compaq. Первым устройством ATA IDE стал жесткий диск формата 5,25 дюйма и емкостью 40 Мбайт, выпущенный CDC. В нем использовался встроенный контроллер компании Western Digital, а устанавливались эти диски в первых компьютерах Compaq 386 (1986 год). Помнится, когда этот диск был впервые представлен на ярмарке Comdex в 1986 году, меня больше всего поразили широкий 40-жильный шлейф и зеленый мерцающий индикатор (до этого все индикаторы активности устройств были красными).

Компания Compaq впервые представила в выпускаемых компьютерах специальный шинный адаптер, обеспечивший подключение 98-контактного краевого разъема шины АТ (также известной как ISA), расположенного на системной плате, к меньшему 40-контактному разъему, применяемому для соединения с накопителем. 40-контактного разъема оказалось вполнедостаточно, поскольку контроллеру жесткого диска хватало 40 линий шины ISA. В меньших по размеру 2,5-дюймовых накопителях АТА, применяемых в портативных компьютерах, используется расширенный 44-контактный разъем, содержащий дополнительные контакты питания. Стандартному контроллеру жесткого диска АТ требуются только сигнальные контакты оригинальной шины ISA, поддерживаемые шиной АТА. Например, поскольку первичный контроллер диска АТ задействует лишь линию запроса прерывания 14 (IRQ 14), основной разъем системной платы АТА предоставляет только эту линию запроса, не требуя использования других линий IRQ. Даже в том случае, если интерфейс АТА встроен в такой компонент набора микросхем системной логики, как южный мост или контроллер вводавывода (что типично для современных компьютеров), и работает на высоких тактовых частотах шины данных, схема расположения выводов и функциональное назначение контактов не отличаются от оригинальной конструкции шины ISA.

Примечание!
Многие пользователи полагают, что в компьютерах, в которых разъем IDE установлен на системной плате, контроллер жесткого диска расположен на ней же. На самом деле это не так: контроллер находится в самом жестком диске. Несмотря на то что интегрированные в материнскую плату порты ATA часто называют контроллерами, с технической точки зрения их правильнее было бы называть адаптерами контроллеров (хотя мне никогда не приходилось слышать такой термин), т.е. устройствами, подключающими контроллер к шине.

Через некоторое время 40-контактный разъем и метод построения дискового интерфейса были представлены на рассмотрение в Комитет по стандартам при ANSI. Совместными усилиями этого института и компанийизготовителей были устранены некоторые шероховатости, “подчищены хвосты”, и в марте 1989 года был опубликован стандарт на интерфейсы, известный как CAM ATA. Однако еще до появления этого стандарта многие компании, например Conner Peripherals, вслед за CDC внесли некоторые изменения в первоначальную конструкцию. В результате многие старые накопители ATA очень трудно объединять в двухдисковую конфигурацию, принятую в современных системах. К началу 1990-х годов большинство производителей жестких дисков привели выпускаемые устройства в соответствие официальному стандарту, что решило все проблемы совместимости.

Читать еще:  Xiaomi Air 2: полностью беспроводные наушники-вкладыши за 50 евро

Некоторые разделы стандарта ATA не конкретизированы, и изготовителям предоставлена определенная свобода творчества при введении собственных команд и функций. Кстати, именно поэтому низкоуровневое форматирование накопителей IDE превратилось в столь сложную проблему. Программа форматирования при перезаписи заголовков секторов и создании карты дефектов должна обладать возможностью использования набора команд, разработанного для конкретной модели жесткого диска. К сожалению, при таком подходе размывается само понятие “стандарт”. Большинство производителей жестких дисков публикуют программы низкоуровневого форматирования на своих сайтах поддержки.

Примечание!
Многие путают 16- и 32-разрядные подключения жестких дисков с 16- и 32-разрядными шинами. Подключение к шине PCI позволяет установить 32-разрядное (а в некоторых версиях и 64-разрядное) соединение между шиной и управляющим интерфейсом ATA, который обычно находится в южном мостe или контроллере ввода-вывода набора микросхем системной логики. В то же время параллельный интерфейс PATA между управляющим интерфейсом и самим устройством является 16-разрядным. Таким образом, одновременная передача данных между устройством и управляющим интерфейсом на материнской плате осуществляется всего по 16 каналам. Несмотря на это тактовая частота интерфейса ATA достаточно высока, чтобы обслужить один или два жестких диска при полной утилизации 16-разрядного канала. То же самое справедливо и для интерфейса SATA: несмотря на то что одновременно передается только один бит, этот интерфейс способен обеспечить экстремально высокие скорости передачи данных.

Стандартная шина PАТА представляет собой 16-разрядный параллельный интерфейс, т.е. по интерфейсному кабелю одновременно передается 16 бит данных (разрядов). Интерфейс SATA обеспечивает единовременную передачу по кабелю только одного бита данных, что позволяет уменьшить геометрические размеры используемого кабеля и обеспечить более высокую эффективность его работы, которая достигается за счет повышения циклической частоты передачи информации. На рисунке сравниваются размеры кабелей питания и данных шины SATA с геометрическими параметрами кабелей для параллельного интерфейса АТА (PATA).

Основным преимуществом накопителей АТА по сравнению со старыми интерфейсами, созданными на основе отдельных контроллеров, а также более современными хостинтерфейсами шины данных, к которым относятся SCSI и IEEE-1394 (iLink или FireWire), является их низкая стоимость. Отсутствие отдельных контроллеров или хостадаптеров позволяет упростить структуру кабельного соединения, благодаря чему стоимость накопителей АТА значительно ниже, чем стоимость комбинации стандартного контроллера и накопителя.

В контексте рабочих характеристик накопители АТА являются одними из наиболее эффективных устройств, несмотря на то что могут быть отнесены и к числу довольно низкопроизводительных. Противоречивость этих утверждений стала результатом широкого разнообразия накопителей данного типа. Каждый накопитель посвоему уникален, поэтому сделать какиелибо обобщения практически невозможно. Тем не менее модели высокого класса по своим рабочим характеристикам ничем не уступают накопителям других типов, представленным на рынке однопользовательских однозадачных операционных систем.

Ultra ATA и SATA 2020

Ultra ATA против SATA

Усовершенствования вычислительной техники всегда определялись разработками более быстрых процессоров, RAMS и видеокарт. Существует одно устройство, которое часто остается забытым, но все же постепенно развивается стремительно, и это жесткие диски и то, как они работают.

Пользователям компьютеров сейчас требуется более высокая пропускная способность жесткого диска из-за различных компьютерных действий, которые теперь стали обычным хобби или интереса многими », например. редактирование и воспроизведение цифровых видео / аудио, расширенное совместное использование файлов и другие приложения, ориентированные на передачу данных.

Жесткие диски и другие различные устройства хранения, такие как CD-ROM, подключаются к материнской плате компьютера. Эта связь использует общие стандарты для бесшовной электронной связи между двумя устройствами. ATA, сокращение от Advanced Technology Attachment — такой стандарт.

ATA иногда называют IDE (Integrated Drive Electronics). Типы ATA типов были стандартом с конца 80-х годов. Он достиг многих улучшений для повышения общей производительности, в частности, скорости передачи и размеров кеша.

Ultra ATA по-прежнему является параллельным ATA, но улучшает или расширяет интерфейс PATA (Parallel ATA). Он обратно совместим с предыдущими версиями PATA. Говорят, что архитектура значительно улучшена благодаря более высокой скорости передачи.

Ultra ATA — это версия ATA с возможностями пакетного режима, которая может иметь скорость передачи данных 33,3 Мбит / с. Однако, чтобы иметь это преимущество, вы должны оборудовать свою систему UDMA (Ultra Direct Memory Access). Это протокол, который позволяет использовать такие средства.

Тем не менее, инженеры-разработчики обнаружили, что параллельные реализации технологии ATA позволили ограничить свои ограничения, и нет никакого способа пойти по этому пути, но посмотрите в другом направлении, таким образом, приложение Serial Advanced Technology Attachment (SATA).

В двух словах, Serial ATA или SATA — это в основном последовательная реализация технологии ATA, поскольку ATA изначально была параллельной концепцией. Говорят, что с такой разворотностью с точки зрения дизайна ограничения будут расширяться и, по крайней мере, теоретически, затмевают возможности стандартов Ultra ATA.

В отличие от устройств PATA, SATA может быть подключен без полного отключения системы. Это называется возможностью «горячей замены» SATA. Соединения, связанные со стандартами SATA, менее громоздки, но некоторые утверждают, что разъемы Ultra ATA более прочны.

Следует отметить, что диски SATA потребляют меньше энергии, чем Ultra ATA. На данный момент устройства SATA немного дороже, и только время покажет, станут ли они более дорогими.

1. Ultra ATA по существу является параллельным ATA-типом, в то время как SATA, очевидно, имеет серийный дизайн.

2. Ultra ATA можно свободно рассматривать как устройство IDE, в то время как SATA далеко не считается IDE, поскольку он находится в серийном режиме.

3. В целом, SATA имеет лучшую производительность, основанную на скорости передачи данных.

4. SATA теперь рассматривается как следующий рубеж технологии ATA.

5. SATA имеет менее громоздкие разъемы и потребляет меньше энергии, чем Ultra ATA.

UltraATA/100: последний писк

Человечество смеясь расстается с прошлым. В том числе и с компьютерным. Сочтены дни шины ISA, бывшей еще недавно незыблемой основой ЭВМ класса PC. Подходит к концу господство портов COM и LPT, уверенно вытесняемых USB… Вот и параллельный интерфейс ATA (AT Attachment), ставший в последние 6–7 лет самым популярным способом подключения к компьютеру накопителей и приводов 1 , неуклонно движется к финалу своей жизни.

По оценкам аналитиков, лебединой песней параллельного интерфейса ATA станет его новейшая модификация — UltraATA/100 2 , пришедшая летом 2000 года на смену появившемуся всего год назад UltraATA/66. Не в последнюю очередь скорейшей гибели параллельного ATA способствует небывалый прогресс жестких дисков — еще летом 1999 года пределом мечтаний были винчестеры с плотностью записи 5 Гбайт на пластину, а сейчас в продаже диски с плотностью 20 Гбайт и скоростью чтения полезных данных с поверхности почти 40 миллионов байт в секунду.

Для таких дисков применение нового протокола со скоростью передачи данных по шине IDE до 100 Мбайт/с становится необходимостью, поскольку суммарный трафик пары дисков, подключенных к одному IDE-шлейфу (например, в массиве RAID, см. далее), может превышать возможности UltraATA/66. Более того, если прогресс «дискостроения» будет продолжаться такими же темпами, то в 2001 году и UATA/100 может стать узким местом для конфигурации двух дисков на одном шлейфе. Для этого достаточно, чтобы появились диски со скоростью чтения в районе 45 Мбайт/с, что примерно соответствует емкости трехдюймовой пластины «всего» 30 Гбайт. Напомню, что этой весной на экспериментальных образцах уже была продемонстрирована вдвое большая плотность (см., например, обзор винчестеров в «КТ» #348).

Однако дальнейший рост скорости передачи параллельного интерфейса АТА сковывают, в частности, физические ограничения, накладываемые многожильным IDE-кабелем. Нынешний 80-жильный 46-сантиметровый плоский кабель, применяемый для протоколов UATA/66 и UATA/100, где сигнальные жилы чередуются с экранирующими «земляными», уже не способен эффективно работать на более высоких частотах даже с применением избыточных кодов защиты от ошибок. Аналогичная проблема для интерфейсов SCSI при переходе с Ultra2 LVD (80 Мбайт/с) на Ultra160 (160 Мбайт/с) была решена заменой такого же плоскопараллельного кабеля на многожильный, состоящий из витых пар. Однако это решение недешево.

Прогноз производительности 3,5-дюймовых жестких дисковс частотой вращения шпинделя 7200 об./мин.

К тому же параллельному интерфейсу присущи такие недостатки, как 26 пятивольтовых сигнальных линий, для которых требуются отдельные многоножечные микросхемы (поскольку современные чипсеты рассчитаны на меньшее напряжение питания), большие разъемы и широкие кабели. Это увеличивает размер и стоимость системных плат, затрудняет порой сборку требуемых конфигураций и ухудшает условия циркуляции воздуха внутри корпуса. И хотя с появлением UltraATA/33 введена проверка целостности передаваемой информации по CRC, методов выявления источников и исправления ошибок в интерфейсе ATA до сих пор нет.

На прошедшем весной 2000 года Intel Developer Forum хороший выход из создавшегося положения предложила собственно Intel, поддерживаемая группой производителей ПК (IBM, Dell, Seagate, Quantum, Maxtor, APT Technologies и др.). Вместе эти компании образовали рабочую группу по выработке спецификации и продвижению на рынок нового интерфейса — Serial ATA 3 . Сайт рабочей группы по интерфейсу Serial ATA — www.serialata.org. Он будет поддерживать все накопители, включая винчестеры, CD, DVD, флоппи-дисководы, и др. при подключении их к материнским платам. Serial ATA работает при более низких напряжениях (размах импульсов всего полвольта), количество проводов кабеля сокращено до четырех, и до метра увеличена его допустимая длина. Это способствует более компактной упаковке и лучшим условиям охлаждения внутри корпуса компьютера (см. фото), а также удешевляет конструкцию. Станет возможно «горячее» подключение накопителей.

Но главное преимущество Serial ATA — большая полоса пропускания. Первое поколение интерфейса Serial ATA будет обладать пропускной способностью до 1,6 Гбит/с. Второе и третье увеличат скорость до 3 и 6 Гбит/с соответственно 4 .

Предыдущая попытка введения универсального скоростного последовательного интерфейса IEEE 1394 не имела большого коммерческого успеха, поскольку по лицензии вынуждала отчислять четверть доллара за каждый порт. Группа, продвигающая Serial ATA, уже работает над тем, чтобы исключить такие поборы и сделать новый интерфейс легко доступным широкому кругу желающих.

Важно, что изменения архитектуры Serial ATA лежат только в области физического интерфейса, а по регистрам и программному обеспечению он будет полностью совместим с нынешним параллельным ATA. Поэтому не будет необходимости кардинально менять драйверы. Архитектура Serial ATA прозрачна для BIOS и операционной системы. Кроме того, Serial ATA будет обладать средствами исправления ошибок (по ECC), и целостность передаваемых по кабелю данных будет гарантироваться.

Обратная совместимость последовательного ATA с параллельным будет реализовываться двумя способами:

Объединением чипсетов, поддерживающих параллельный ATA-интерфейс, с дискретными компонентами, реализующими Serial ATA физически. Эти дискретные компоненты должны стать доступны в 2001 году, а в 2002 году должны появиться чипсеты со встроенными компонентами Serial ATA.

Применением адаптеров (dongles), превращающих параллельную шину АТА в последовательную, и наоборот (см. блок-схему).

SerialATA. Схема соединения

Устройства первого поколения Serial ATA со скоростью передачи до 150 Мбайт/с должны появиться в 2001 году. Позднее с интервалами в три года появятся модификации на 300 и 600 Мбайт/с, а полный переход на Serial ATA ожидается к 2003 году. Заинтересовавшимся рекомендую почитать весьма живую презентацию Intel.

Читать еще:  Выбираем пылесосы, часть вторая: про экзотику и не только

Таким образом, большинство производителей уже почти признало бесперспективность создания параллельного интерфейса UltraATA/133, и новорожденный UATA/100 обречен стать последним из могикан.

Тем не менее, сейчас младенец выглядит вполне розовощеким и даже не думает кукситься. Оптимистические прогнозы роста внутренней скорости чтения дисков обещают ему господство аж до 2003 года. Повышение скорости передачи улучшает надежность при работе с непрерывными потоками аудио/видеоданных, все более актуальными в последнее время, а также позволяет без ущерба сокращать размер буфера в низкостоимостных моделях дисков, как например, Quantum Fireball lct20 (128 Кбайт) или IBM Deskstar 40GV (380 Кбайт для данных, так как 132 Кбайт занимает firmware).

Поскольку возможности UATA/66 иссякнут при достижении дисками внутренней скорости чтения около 56 Мбайт/с (что ожидается в 2001 году), фирма Quantum выступила с инициативой разработки протокола UATA/100, который позже был принят остальными производителями дисков и поддержан в новейших чипсетах и контроллерах. Фактически он является дальнейшим усовершенствованием UATA/66, оптимизированным для мультимедийных приложений. В новом протоколе уменьшены времена задержки сигналов, гистерезисные явления, увеличена рабочая частота. UATA/100 обладает полной обратной совместимостью и автоматически переключается на менее скоростные моды (UATA/33 или UATA/66), если одно из устройств его не поддерживает.

Несмотря на то, что интерфейс UltraATA/100 запатентован фирмой Quantum, он доступен для свободного лицензирования производителями чипсетов и других компьютерных компонентов и уже поддерживается во всех современных чипсетах и отдельных чипах дисковых контроллеров, как HPT370 от фирмы HighPoint Technology и PDC20267 от Promise Technology и др.

После затянувшегося молчания 5 новые серии винчестеров IBM к лету 2000 года восстановили статус-кво Голубого Гиганта как бесспорного лидера отрасли. Действительно, если конкуренты тогда только планировали перейти на пятнадцатигигабайтные пластины в «медленных» моделях, то IBM сразу порадовала плотностью 15 Гбайт на дисках 75GXP со скоростью вращения 7200 об./мин. и 20 Гбайт на низкостоимостных «пятитысячниках» 40GV. Такой прорыв стал возможен благодаря применению стеклянных пластин-носителей вместо традиционных алюминиевых, а также улучшенной системе балансировки головок. Помимо стандартных размеров буфера в 2 Мбайт (75GXP) или 512 Кбайт (40GV) стоит особо отметить значительно улучшенную ударостойкость и ощутимо сниженный акустический шум дисков. Субъективно, младшие «семитысячники» работают заметно тише хваленых Quantum Fireball lct10 и вполне сравнимы с неназойливым шелестом Fujitsu. Модельный ряд дисков (емкости 15/20/30/45/60/75 Гбайт для 75GXP и 20/30/40 Гбайт для 40GV) был уникален присутствием самой огромной на тот момент IDE-модели (75 Гбайт) и необычен наличием 20-гигабайтной модели «семитысячника» с тремя головками (нестандартная емкость пластины).

Мы испытали четыре диска IBM: два гиганта DTLA-307075 по 75 Гбайт каждый (оба из Венгрии) и два таиландских двадцатигигабайтника — на 7200 об./мин. (DTLA-307020) и на 5400 об./мин. (DTLA-305020). И если семитысячники порадовали невиданно высокой скоростью чтения — свыше 37 млн. байт в секунду, демонстрируемой под управлением UATA/66 или 100 (см. график на отдельной странице, по оси ординат — тыс. байт/с), то плотность 20 Гбайт на пластину в пятитысячниках еще сыровата, и график чтения заметно «дрожит» даже под UATA/100.

Кстати, график чтения одной стороны пластины для «урезанной» модели DTLA-307020 практически совпадает с полноразмерной моделью — исключены только 10 процентов емкости в самой медленной части диска. Это подтверждает и меньшее на 0,7 миллисекунды время доступа благодаря меньшей амплитуде хода головок. Так что такую модель сомнительно считать результатом «отбраковки» полноценных блинов, тем более что в ряде тестов она переигрывает даже самую старшую модель.

Кроме того, обнаружилась неприятная особенность — если по UATA/33 и UATA/100 все четыре диска работали как часы, то по UATA/66 (контроллер на чипе HPT366 от ABIT) два из них (307020 и один из 307075) намертво вешали компьютер после окончания процедуры POST (начальный этап при включении ПК до загрузки операционной системы). Я склонен считать это сыростью контроллера IBM (все диски были датированы маем этого года), поскольку любые другие винчестеры, поддерживающие UATA/66, никогда не имели подобных проблем с HPT366 (по крайней мере, на трех тестовых системах). Более того, когда я запустил диски на повышенной частоте шины PCI (41,3 МГц), все четыре отлично заработали и под UATA/66 6 . Плавно снижая частоту PCI, я нашел, что даже при частоте системной шины 101 МГц (PCI=33,7 МГц) все диски работали нормально, а вот при 33,3 МГц — два уже отказывали. Позднее вышли обновления BIOS контроллера, исправляющие эти проблемы (версии начиная с 1.26).

Новые технологии IDE: Ultra ATA/133 и 66 МГц PCI

Несмотря на непрекращающиеся споры между любителями SCSI и IDE, становится ясно, что винчестеры IDE завоевывают рынок и сегодня занимают даже большую его часть, чем раньше. В то время как винчестеры SCSI продолжают доминировать на рынке серверов и рабочих станций, все больше любителей SCSI переходят на IDE. Дело в том, что винчестеры IDE практически сравнялись со SCSI как по части производительности, так и надежности. К тому же интеграция контроллеров IDE RAID на материнскую плату, позволяющих создать высокоскоростной массив RAID-0, стала достойной альтернативой использования одиночных винчестеров SCSI.

По мере расширения рынка IDE, всегда находятся компании, которые пытаются чем-то выделиться среди конкурентов. Наиболее ярким примером решения проблем, о существовании которых до этого никто даже не догадывался, может послужить компания Maxtor. Она недавно выпустила на рынок новые винчестеры Ultra ATA/133 и периферию к ним, которые позволяют увеличить производительность интерфейса дисков на 33%.

Но вряд ли можно сказать, что пропускная способность интерфейса Ultra ATA/100 не удовлетворяет нуждам имеющихся винчестеров. Безусловно, скорости винчестеров постоянно увеличиваются, но пропускная способность интерфейса никогда не становилась узким местом. Даже самые быстрые винчестеры IDE не могут перешагнуть за черту 45 Мбайт/с (скорость чтения данных с пластин), и поэтому проблемным местом становится не интерфейс, а собственно винчестер.

Maxtor разработала новый стандарт Ultra ATA/133 в одиночку, попытавшись изменить судьбу развития этой сферы индустрии. Обычно подобными вещами занимаются консорциумы, состоящие из многих производителей винчестеров и контроллеров. За последнее время это единственный случай, когда одна компания взяла всю инициативу на себя.

В то время как Maxtor пытается продвигать Ultra ATA/133, все остальные производители винчестеров избегают этой технологии и начинают разрабатывать продукты, поддерживающие новый стандарт Serial ATA. Даже сама Maxtor готовится к этому событию, чтобы удержать свою позицию на рынке к концу года, но все же компания позиционирует Ultra ATA/133 как отличное переходное решение между Ultra ATA/100 и Serial ATA.

Итак, мы поставили своей целью сравнить интерфейс ATA/133 с предыдущими интерфейсами ATA и проверить, дает ли он хоть какой-нибудь заметный прирост производительности и стоит ли тратить деньги на новые продукты, поддерживающие стандарт ATA/133. Но кроме этого в обзор войдет одна из разрабатываемых карт 66 МГц PCI компании Promise, благодаря которой мы сможем проверить, влияет ли увеличение скорости PCI на производительность новых винчестеров. Но прежде чем перейти к тестированию, давайте познакомимся поближе с технологиями Ultra ATA/133 и 66-МГц PCI.

64-бит и 66 МГц PCI

Самый распространенный способ увеличения пропускной способности шины – это увеличение скорости разъемов PCI. Это можно сделать двумя способами, которые, кстати говоря, не исключают совместного применения. Один из них состоит в увеличении объема данных, передаваемых карте за один такт (переход от 32 к 64 битам), а второй в увеличении частоты шины (с 33МГц до 66МГц). Оба способа практически удваивают скорость интерфейса. Если же применить их вместе, то теоретически производительность должна возрасти в 4 раза. Вот таблица, отражающая положение вещей с точки зрения теории.

Как видите, при использовании новых технологий скорость разъема PCI может стать очень большой. Однако мы не наблюдаем массового перехода на эти технологии по причине сложности реализации 64-битной 66 МГц PCI шины на материнской плате. Во-первых, использование 64-битного слота возможно только при специализированном 64-битном южном мосте, который сможет правильно формировать 64-битные пакеты данных. Intel и AMD уже создали 64-битные чипсеты для материнских плат, но они довольно дорогие. Шина 66 МГц требует очень качественной сборки и специальной разводки, поэтому скоростную шину PCI сложно реализовать. Вот почему 66МГц PCI до сих пор остается на территории серверов. Прирост производительности за счет этой технологии пока что не стоит денег, которые придется за него платить. К тому же карты, работающие на 66МГц PCI – редкое явление в наши дни.

Вот 3 «стандартных» типа разъемов PCI, которые реализованы сегодня. На всем рынке существует шесть разновидностей, но на сервера и рабочие станции обычно устанавливают эти три.

Как ни странно, не любая PCI карта сможет работать с такой шиной. Новая 64-битная шина PCI создавались с учетом поддержки старого 32-битного режима. Так что большинство 32-битных карт PCI все же будут работать без всяких проблем (но не получат от такой шины никакого преимущества). Если у вашей 32-битной карты PCI есть две выемки, то она будет работать в любом 64-битном разъеме, указанном выше. Если же на ней только одна выемка, то у вас карта, которая поддерживает либо 5В питание, либо 3,3В. Если выемка ближе к передней части платы, то у вас карта на 3,3В. Если же наоборот, то карта на 5В.

Большинство новых 64-битных карт PCI на 66МГц несовместимы со старыми разъемами PCI на 33МГц. Они могут быть установлены только в новые специальные разъемы. 64-битные карты PCI на 66 МГц – очень большая редкость на сегодняшний день. Они используются только для ОЧЕНЬ требовательных к пропускной способности устройств PCI, так что вам они вряд ли понадобятся, пока вы не займетесь сооружением серверов.

Самой большой проблемой, впрочем, является ситуация, когда на шине используется несколько высокоскоростных PCI устройств, тогда пропускная способность должна быстро исчерпаться. Как Intel, так и AMD разработали протоколы, которые могут резервировать определенные уровни пропускной способности, достаточные для любого PCI устройства.

Пример реализации ATA-133, 66 МГц PCI системы

Мы взяли материнскую плату Asus A7M266-D с двумя процессорами Athlon. Благодаря новому южному мосту AMD 768 на плате реализованы два 64-битных разъема PCI на 66МГц. Они также допускают использование и 32-битных карт на 33МГц и на 66МГц. Большинство плат для AMD Athlon MP и Intel Pentium 4 Xeon будут поддерживать 64-битную шину PCI, как и большинство чипсетов от Serverworks. Но на данный момент количество материнских плат, поддерживающих такую скорость PCI можно сосчитать по пальцам на одной руке.

Мы также протестировали винчестер Matrox D740X и на старых контроллерах ATA, чтобы проверить, существует ли разница между «вчерашними» контроллерами Ultra ATA/66 и Ultra ATA/100 и «сегодняшним» контроллером Ultra ATA/133. Контроллеры Ultra ATA/66 и 100 были взяты также от Promise (Ultra66 и Ultra100 соответственно) и работали в 32-битном режиме на 33МГц слотах. В виду того, что ATA/133 использует такой же 40-контактный 80-проводной шлейф, мы использовали один и тот же шлейф во всех тестах.

Читать еще:  Трейлер «Едем вместе» о тяжёлой жизни дальнобойщика в симуляторе бездорожья SnowRunner

Ultra ATA/66 — очередное устранение скоростных барьеров

Эволюция интерфейса

Ultra ATA/66 — самый новый из стандартов передачи данных по интерфейсу IDE и, как и сам интерфейс, является недорогим способом подключения жестких дисков, допуская при этом высокую скорость передачи данных. Как и его предшественник Ultra ATA/33, был предложен Quantum и принят большинством производителей дисков и наборов системной логики. Также известен под именами Ultra DMA/66. По сранению с Ultra ATA/33, Ultra ATA/66 удваивает предельное значение для скорости передачи данных между кэш-буфером жесткого диска и системной шиной — до 66,6 MB/s, против 33,3 MB/s у Ultra DMA/33. Несмотря на то, что ограничения на быстродействие дисков накладываются прежде всего их механическими характеристиками и технологией изготовления компонентов, задача разработчиков электроники и протоколов передачи данных состоит в том, чтобы не допускать сближения пиковых значений внутренней скорости передачи данных между рабочими поверхностями через головки во внутренний кэш дисков с ограничениями кремния. Благодаря удвоенному «запасу прочности» Ultra ATA/66 гарантирует, в еще большей степени чем Ultra ATA/33, что электроника дисков и материнских плат не окажется узким местом при передаче данных, и в особенности, при операциях последовательного чтения и записи. Кроме этого Ultra ATA/66 обеспечивает целостность данных, что имеет важное значение для интерфейса EIDE, недостатком которого является слабая помехозащищенность. Для этого вводится добавочное экранирование, с использованием 40-контактного 80-жильного кабеля и проверка ошибок по циклически избыточному коду CRC (Cyclic Redundancy Check). Дополнительные к обычным 40 линиям сигнала и земли еще 40 линий заземления уменьшают наводки и повышают качество сигнала. Разъем является совместимым по контактам с существующей 40-контактной распайкой, что минимизирует дополнительные расходы на кабель нового типа.

Предшествующий Ultra ATA/66 протокол передачи данных Ultra ATA/33 гарантирует потоки данных с максимальной пиковой скоростью 33.3 MB/s. В свою очередь, до появления Ultra ATA/33 его роль играли стандарты передачи данных с участием центрального процессора PIO Mode 4 и пакетных посылок с непосредственным доступом к системной памяти DMA Mode 2 с предельной скоростью 16,6 MB/s. Ultra ATA/66 вдвое превышает возможности Ultra ATA/33 и вчетверо — PIO Mode 4/DMA Mode 2. Развитие возможностей интерфейса происходит на сигнальном уровне, путем изменения спецификации следования данных синхронизирующим импульсам. С изменением механических параметров современных жестких дисков, скоростей их вращения, совершенствованием подвесок головок, изменением их типа, материала, и технологии нанесения магнитного слоя на рабочие поверхности дисков, внутренняя скорость передачи данных заметно возросла, и будет расти дальше, все больше приближаясь к пределам, задаваемым интерфейсом диска с системной шиной. Ultra ATA/66 приводит в разумное соответствие эффективную скорость передачи по системной шине с внутренней скоростью дисков. Новый протокол позволяет гарантировать большую пропускную способность шины, что особенно актуально для режимов непрерывной последовательной передачи данных, характерных для аудио/видеоприложений.

Скорость передачи данных в системную шину и из нее должна превышать внутреннюю скорость работы с поверхностью, в противном случае производительность падает — необходимы дополнительные обороты привода для опустошения буфера при считывании с поверхности и наполнения его при записи. Бороться с этим можно, увеличивая размер кэш-буфера диска или повышая эффективность его обменов с системной шиной. Первый способ связан с использованием дорогостоящей памяти и противоречит самому назначению IDE-дисков, производители как раз-таки всячески минимизируют размер кэша. Приводимый график отражает тенденцию роста внутренней скорости передачи данных, подтверждая необходимость увеличения интерфейсной скорости. Из него следует, что пределы Ultra ATA/33 будут достигнуты во второй половине 1999 года, а значит время Ultra ATA/66 пришло.

Графиком подтверждается, что интерфейсная скорость передачи данных удваивается каждые три года. Ultra ATA/66 изживет себя где-то к 2002 году. Предшествующие этапы, пережитые индустрией, были связаны с реализацией:

  • PIO Mode 4 и DMA Mode 2, 16.6 MB/s в 1994
  • Ultra ATA/33, 33.3 MB/s в 1997
  • Ultra ATA/66, 66.6 MB/s в 1999

Продолжающееся увеличение емкости дисков и скоростей их вращения, внутренние их скорости также продолжают расти. Передача больших по размеру файлов, особенно записанных последовательно на диск, особенно чувствительна к возможностям интерфейса. При последовательном чтении диск, благодаря высокой внутренней скорости, может наполнять буфер быстрее, чем система считывает из него данные. Производительность дисковой подсистемы чаще всего падает из-за таких узких мест. Ultra ATA/66 — средство усовершенствования интерфейса, актуальное именно сейчас в силу изменения структуры потоков передаваемой информации в сторону мультимедийных данных.

Ultra ATA/66 гарантирует целостность данных

Стандартная передача данных по ATA-шине в спецификации DMA Mode 2 (16,6 MB/s) состояла из посылок данных, синхронизируемых импульсами, но только по переднему фронту строб-сигнала. Основная идея расширения Ultra ATA/33 состояла в использовании и переднего и заднего фронтов сигнала для синхронной передачи данных, достигая удвоенной скорости передачи данных без увеличения частоты импульсов. Имея жесткий диск в качестве генератора и импульсов и данных в процессе чтения, Спецификация Ultra ATA/33 исключала задержки прямого и обратного прохождения данных, что позволило улучшить временную диаграмму передачи. Ultra ATA/66 использует ту же частоту следования строб-импульсов, но опять удваивает пиковое значение возможной скорости передачи, на этот раз за счет уменьшения времен вхождения в режим передачи. Тактирование данных происходит вдвое быстрее. Однако, при этом для обеспечения целостности данных требуется новый 80-жильный кабель. Стандартный 40-контактный 40-жильный кабель не справляется с обработкой временных циклов при скоростях передачи порядка 66 MB/s. 80-жильный кабель будет использоваться с тем же 40-контактным разъемом, но сигнальные линии в нем будут разделены линиями земли, играющими роль экрана. Никакие новые сигналы генерироваться и передаваться не будут.

В Ultra ATA/33 впервые была применена проверка ошибок по циклически избыточному коду CRC, новая для интерфейса IDE опция, предназначенная для верификации данных. Ultra ATA/66 использует ту же процедуру: CRC рассчитывается в момент передачи хост-системой и жестким диском и информация размещается в соответствующих CRC-регистрах. После каждого пакета данных хост-система посылает содержимое CRC-регистра жесткому диску, который сравнивает полученное значение со своим. При этом, в случае расхождения, переданные данные запрашиваются еще раз.

Совместимость и требования к системе

Протокол и команды Ultra ATA/66 совместимы с существующими ATA-устройствами и системами. Диски, реализующие Ultra ATA/66, полностью совместимы назад с предыдущими ATA-режимами, включая Ultra ATA/33. Более медленные режимы будут обслуживаться с другими тактовыми сигналами и распределением временных интервалов. При переносе диска в систему нового стандарта потребуется замена стандартного 40-контактного интерфейсного кабеля на новый, 40-контактный 80-жильный. Обратное также верно: для дисков стандарта Ultra ATA/33 и старше, подключаемых к системам, логика которых в состоянии реализовывать Ultra ATA/66, скорость передачи данных не может превысить 33 MB/s. Для реализации в полной мере спецификации Ultra ATA/66 требуется соответствующие диск, набор системной логики и кабель нового образца. (Необходимо отметить, что по технологии UDMA/66 как PC, так и жесткий диск проверяют наличие 80-жильного кабеля и без него дисковая подсистема будет работать в старом стандарте). Для PC, изначально не поддерживающих Ultra ATA/66, возможна модернизация за счет замены диска на новый, использования Ultra ATA/66 PCI -адаптера и нового кабеля. При этом потребуется масштабирование временных характеристик для реализации нового протокола. Что касается поддержки со стороны операционной системы, то требуется только реализация передачи данных в режиме прямого доступа к памяти DMA. Windows позволяет это делать, и не делает различия, в Ultra ATA/33 или Ultra ATA/66 передаются данные. Скорости протоколов передачи определяются HDD, контроллером и BIOS материнской платы. Сказанное верно для операционных систем:

  • Windows 98
  • Windows NT Service Pack 3
  • Windows 95 OEM Service Release 2

Итак, для использования технологии Ultra ATA/66 необходимы:

  • Ultra ATA/66-совместимая логика или на системной плате или на Ultra DMA PCI-адаптере.
  • Ultra DMA cовместимый BIOS
  • DMA-драйвер устройства под операционную систему
  • Ultra ATA/66-совместимое IDE-устройство (жесткий диск, CD-ROM, и т. д)
  • 40-контактный 80-жильный кабель

Время пришло…

Время для интерфейса Ultra ATA/66 пришло по двум причинам. Активно обсуждавшийся переход к высокоскоростной последовательной шине IEEE 1394 (FireWire) и перевод дисков в настольных системах на этот интерфейс до сих пор не перешел в стадию принятия спецификаций. В частности, Intel исключила из разработки мостовой части своих новых чипсетов PIIX6 упоминание о 1394, что говорит о задержке внедрения этого интерфейса. В то же время непрерывный рост типичных скоростей передачи данных в жестких дисках за счет увеличения линейной плотности записи на поверхность и ускорения приводов обещает к концу 1999 года выйти на ограничения Ultra ATA/33. Для поддержания роста производительности предельная скорость интерфейса должна также возрасти. Как результат, в индустрии ожидается в 1999 году поддержка Ultra ATA/66 новыми продуктами: Western Digital, Fujitsu, IBM, Maxtor, Quantum, Seagate, Toshiba и другими.

Компания Western Digital стала пионером-первопроходцем стандарта Ultra ATA/66 среди всех производителей накопителей, оснастив последнее семейство EIDE-дисков Caviar, с емкостью 4.3Gb на пластину (старший представитель AC313000 — 13Gb) электроникой Ultra ATA/66. Очевидно, в самом скором времени появятся соответствующие продукты конкурирующих производителей. Несмотря на то, что диски первой волны, оснащенные новой электроникой, не развивают тех скоростей, для которых критично введение спецификации, их появление надо рассматривать как внедрение и обкатку стандарта будущего. Точно так же обстояли дела с появлением Ultra ATA/33. До сих пор большинство дисков, не то что не приближаются к его ограничениям 33 MB/s, но даже в пиковом режиме не превосходят значений DMA Mode 2 16,6 MB/s, но зато разработка и расчетное поведение новых продуктов никак не сдерживается ограничениями электроники дисков или системной логики материнских плат.

Что касается поддержки Ultra ATA/66 на уровне системной логики, то пока что она реализована только альтернативными Intel разработчиками чипсетов — VIA Technologies и Silicon Integrated Systems (SiS). Ultra ATA/66 — совместимыми являются наборы логики VIA MVP4 под Socket 7 и VIA Apollo Pro под Slot 1 (в состав обоих входит South Bridge VT82c596, отвечающий за поддержку периферийных устройств). SiS реализовала поддержку стандарта в чипе SiS 530 под Socket 7, в состав которого входит Ultra ATA/66 IDE-контроллер. Надо полагать, BIOSы материнских плат, разработанных на новых наборах, будут позволять работать с временными характеристиками новой спецификации. Что же касается Intel, то поддержка Ultra ATA/66 будет реализована в контроллере PIIX6, который войдет в состав нового чипсета i820 во втором квартале.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector