HDD įrenginių sąsajos

HDD įrenginiai ryšiui su kitais kompiuterio komponentais gali naudoti kelių tipų sąsajas. Pagal naudojamą sąsają kietieji diskai skirstomi į IDE, SCSI, SATA, SCSI-SAS (Scsi jungiama per SATA) įrenginius. Dar egzistuoja HDD įrenginiai nestatomi į sisteminio bloko vidų, o prijungiami prie jo iš išorės. Šie įrenginiai vadinami išoriniais. Prisijungimui prie sisteminio bloko šitie HDD įrenginiai gali naudoti vieną iš dviejų sąsajų: USB arba IEEE1394 (Fire Wire).

IDE (Integrated Drive Electronic) sąsaja

ATA (Advanced Technology Attachment) specifikacija

1984m. dvi firmos: Compaq ir Western Digital pasiūlė integruoti kontrolerį, naudojantį 16 bitų lygiagrečią sąsają ISA tiesiai į HDD įrenginio elektroniką. Taip 1986m atsirado IDE 16 bitų sąsaja. Iki to laiko kiekvieno gamintojo kietasis diskas turėjo turėti savo atskirą plokštę – adapterį, kas sukeldavo suderinamumo problemų, nes vienos firmos diskai negalėjo dirbti su kitos firmos adapteriais. Be to tai leido sumažinti diskinės sistemos kainą. Dėl mažesnės įrenginių kainos, o taip pat nesudėtingo jų įdiegimo ir eksploatacijos, IDE sąsaja labai greitai įgavo didelį populiarumą. Tam kad galutinai pašalinti HDD suderinamumo problemas 1989m. buvo sukurta ATA (Advanced Technology Attachment) specifikacija. 1994m. JAV nacionalinis informacinių technologijų standartizacijos komitetas (NCITS) įtraukė ATA specifikacijas į ANSI standartų sąrašą. ATA standartas numatė dviejų HDD įrenginių prijungimą prie vieno IDE kanalo su kabelio – šleifo, turinčio 40 gyslų, pagalba.

ATA-2 standartas

Po dviejų metų standartas ATA buvo patobulintas. Buvo realizuotas paketinis duomenų perdavimas (block transfer), kai serija skaitymo / rašymo užklausų generuoja vienas pertraukimas. Buvo įvesta LBA (Logical Block Adressing) – loginė sektorių adresacija. Tai leido apeiti BIOS apribojimus. Buvo patobulintas kietųjų diskų atpažinimas ( Identify Drive). Taip pat buvo įdiegti greitesni duomenų perdavimo režimai. Kiek Vėliau tai pačiais metais buvo priimtas standartas ATAPI (AT Attachment Packet Interface). Šis standartas leido prie IDE sąsajos prijungti ne HDD įrenginius, tokius kaip CD-ROM, juostinius kaupiklius. Kai kurios firmos norėdamos pritraukti daugiau pirkėjų sugalvojo ATA-2 standartui savo marketingo pavadinimus, tuo pačiu įnešdami painiavą į terminus. Atsirado pavadinimas Fast ATA-2 (tas pat ATA-2). Tuo metu atsirado BIOS problema – 504MB disko talpumo barjeras. Firma Western Digital pasiūlė Enchanced BIOS specifikacija, kuri leido apeiti 504MB apribojimą ir pavadino visa tai EIDE (nors reikėjo modifikuoti tik BIOS).

ATA-3 specifikacija

1997m. buvo priimta ATA-3 specifikacija. Į specifikaciją buvo įtrauktas S.M.A.R.T (Self Monitoring, Analysis & Reporting Technology), kietųjų diskų monitoringo ir analizės technologijos aprašymas.

ATA/ATAPI-4 specifikacija

1998m. buvo priimta specifikacija ATA/ATAPI-4. Iš specifikacijos buvo pašalinti pasenę single word darbo režimai. IDE sąsaja pradėjo naudoti duomenų perdavimui DDR technologija. Multiword režimas UDMA 33 leido dvigubai padidinti duomenų perdavimo greitį, tuo pat metu nedidinant IDE sąsajos dažnio. Ši specifikacija dėl panaudotos DDR technologijos gavo pavadinimą UDMA 33 (Ultra DMA 33), nors dažniau naudojamas kitas pavadinimas Ultra ATA 33, arba tiesiog ATA 33. skaičius 33 reiškia, kad per UDMA 33 galima perdavinėti duomenis iki 33MBps greičiu.

ATA/ATAPI-5 (UDMA 66) specifikacija

1999m. buvo priimta specifikacija ATA/ATAPI-5 (UDMA 66). Duomenų perdavimo greitis buvo padidintas iki 66MBps. Pakėlus IDE sąsajos taktinį dažnį iškilo kabelio -šleifo problema. Seno 40 gyslų kabelio – šleifo dažnuminės charakteristikos neatitiko naujų reikalavimų. Todėl buvo sukurtas naujas 80 gyslų kabelis. 40 kontaktų IDE jungtis nepasikeitė. Naujame 80 gyslų kabelyje kas antra gysla yra žemė. Tai suteikia perduodamiems per kabelį signalams papildomą ekranavimą nuo triukšmų. Būtent dėl aukštų perduodamų signalų dažnių pradedant UDMA 66 būtina naudoti 80 gyslų kabelį.

ATA/ATAPI-6 (UDMA 100) ir ATA/ATAPI-7 (UDMA 133) specifikacijos

Po 2000m. buvo priimtos ATA/ATAPI-6 (UDMA 100) ir ATA/ATAPI-7 (UDMA 133) specifikacijos. Paprastai HDD gamintojai pradeda gaminti įrenginius 1-2 metais anksčiau, nei NCITS komitetas oficialiai patvirtina standartą. Tai vyksta dėl to, kad atitinkamos specifikacijos paskelbiamos anksčiau, nei jos tampa pramoniniu standartu. Be to tas specifikacijas kuria būtent firmos – gamintojos. UDMA 133 tapo paskutine IDE specifikacija. Artimiausiu metu IDE sąsają turi pakeisti pažangesnė SATA.

Lentelėje žemiau surašytos IDE specifikacijos.

1 Lentelė IDE sąsajos specifikacijos

HDD įrenginys gali keistis informacija su operatyvine atmintimi dviem režimais: PIO ir DMA. PIO (Programmed Input / Output) – programinis įvedimas / išvedimas. PIO režime kiekvienas baitas informacijos iš pradžių nuskaitomas į CPU registrus, o tik po to įrašomas į operatyvinę atmintį.

PIO parametrai surašyti lentelėje nr. 2.

2 Lentelė kietųjų diskų PIO darbo režimai.

Daugia-užduotinėse operacinėse sistemose apkrauti CPU duomenų perdavimo operacijomis yra bereikalingas resursų švaistymas. Todėl naudojamas kitas režimas – DMA.

DMA (Direct Memory Access) – tiesioginės kreipties į operatyvinę atmintį HDD darbo režimas. DMA režime HDD įrenginys tiesiogiai keičiasi informacija su operatyvine atmintimi. CPU tik aktyvuoja aptarnaujančias programas – tvarkykles (drivers) ir nurodo DMA kanalui operatyvinės atminties sritį, į kurią bus rašomi arba iš kurios bus skaitomi duomenys.

DMA darbo režimai gali būti viena-žodiniai (singleword) arba daugiažodiniai (multiword). Vienažodiniai HDD darbo režimai per vieną skaitymo / rašymo operaciją perduoda per IDE sąsają vieną žodį (2 baitai) informacijos. Daugiažodiniai darbo režimai leidžia perduoti kelis žodžius per vieną skaitymo / rašymo operaciją. Šiuo metu vienažodiniai HDD darbo režimai jau nebenaudojami. DMA parametrai surašyti 6.5 lentelėje.

3 Lentelė . kietųjų diskų DMA darbo režimai.

PC (asmeninis) kompiuteris leidžia naudoti iki 4 IDE kanalų. Nors tipinis PC kompiuteris turi tik 2 IDE kanalus: primary ir secondary. Nors IDE kanalų parametrai yra vienodi, rekomenduojama sisteminį diską jungti prie primary kanalo, kadangi jis turi aukštesnį prioritetą skaitymo – rašymo operacijoms. Prie kiekvieno IDE kanalo galima prijungti po 2 IDE įrenginius, kurie vadinasi master ir slave ("meistras ir vergas"). Vienu metu IDE kanalas gali aptarnauti tik vieną iš dviejų prijungtų įrenginių. Jei prie vieno kanalo bus prijungtas kietasis diskas ir CD-ROM įrenginys, tai bandant kreiptis į CD-ROM jam gali tekti laukti, kol kietasis diskas pabaigs pradėtą skaitymo – rašymo operaciją. Todėl rekomenduojama HDD ir CD-ROM įrenginius prijunginėti prie atskirų kanalų.

SATA (Serial ATA) nuoseklioji sąsaja

Nors IDE HDD įrenginiai šiuo metu yra plačiai naudojami, bet pati sąsaja jau yra išsėmusi savo galimybes. Todėl galima tikėtis, kad artimiausiu metu ją pakeis pažangesnė SATA sąsaja.

IDE lygiagreti sąsaja turi keletą neigiamų savybių. Pirmiausiai – tai perdavimo greičio apribojimas. Pasiekus 133MBps perdavimo greitį IDE sąsaja praktiškai pasiekė greičio ribą. Toliau auginti perdavimo greitį trukdo smarkiai išaugęs sąsajos naudojamas dažnis. Antra problema kyla dėl plataus kabelio – šleifo. Ribotas 46cm. kabelio ilgis apsunkina IDE įrenginių montavimą į Big Tower tipo kompiuterio korpusus, nes paprasčiausiai pritrūksta kabelio ilgio. Be to platus kabelis trukdo oro konvekcijai ir pablogina kompiuterio aušinimą. O tai šiuo metu tampa vis didesne problema. Trečia problema – tai IDE sąsajos darbas su IDE įrenginiais. Vienas IDE įrenginys turi laukti kol kitas įrenginys, prijungtas prie to pačio kanalo pabaigs skaitymo -rašymo operaciją. Tai neleidžia realizuoti pilnavertį RAID diskų darbą. SATA sąsaja išsprendė visas šias problemas. SATA sąsajos specifikacija buvo kuriama panaudojant gigabyte ethernet tinklo specifikacijas.

Žemiau išvardinti SATA techniniai duomenys:

1. SATA duomenų perdavimo greitis 150MBps, kas yra 12,8% greičiau nei ATA 133. Perspektyvoje numatoma pakelti SATA greitį iki 600MBps.

2. SATA naudoja ryšiui su įrenginiais taškas – taškas schema. Tai yra prie vieno SATA kanalo prijungiamas vienas įrenginys. Tai supaprastina SATA įrenginių prijungimą lyginant su IDE. Nereikia nustatinėti jokių trumpiklių. Prijungtas įrenginys naudoja savo kanalą su niekuo jį nedalindamas. Todėl gaunasi maksimalus duomenų perdavimo greitis.

3. Įrenginiui prijungti SATA naudoja 8 gyslų specialų kompaktišką kabelį. Kabelio ilgis gali siekti iki 1,5m. SATA kabelis pavaizduotas žemiau pav. Tam, kad prie SATA galima butų prijungti IDE įrenginius arba atvirkščiai, egzistuoja specialūs perėjimai IDE – SATA. Nors ir neseniai pasirodžiusi SATA įgauna vis didesnį populiarumą. Tam padeda ir sumažėjusios SATA įrenginių kainos, kurios jau beveik susilygino su IDE įrenginių kainomis.

Paruošė: mister