Дисковые интерфейсы
Категория: Добавление нового жесткого диска | Автор: admin | 24-10-2009, 02:37 | Просмотров: 5960

Сначала каждый производитель вычислительной техники предлагал для подключения жестких дисков и других периферийных устройств интерфейс собственной разработки. Отчасти это было обусловлено незрелостью интерфейсной технологии. Кроме того, производители стремились получить контроль над рынком периферийных устройств для своих машин. В конечном итоге другие фирмы начали выпускать дисковые системы, которые отличались высокой экономической эффективностью и полной совместимостью, а кроме того, во многих случаях работали гораздо лучше, чем устройства крупных производителей.

Производителей компьютеров такой поворот событий не слишком обрадовал. История знает несколько весьма шумных судебных процессов по поводу защиты спецификаций интерфейсов как коммерческой тайны или патентованной технологии. В конце концов вопрос был снят, поскольку промышленность перешла на стандартные интерфейсные технологии.

Сегодня широко используется всего несколько интерфейсных стандартов, хотя на горизонте появился ряд новых технологий. Важно уметь выбрать жесткий диск, соответствующий интерфейсу той системы, в которой он будет установлен. Если система поддерживает несколько интерфейсов, выбор нужного должен быть сделан на основании критериев скорости, производительности и цены.

  • SCSI — один из наиболее распространенных и широко поддерживаемых дисковых интерфейсов. Существует несколько его разновидностей, обеспечивающих разную скорость работы; все они допускают подключение к шине нескольких дисков.

  • IDE — это простой дешевый интерфейс для персональных компьютеров. Он был назван 'встроенным", потому что предполагал наличие аппаратного контроллера, размещенного непосредственно в корпусе жесткого диска. Взаимодействие между процессором и жестким диском осуществлялось на достаточно высоком уровне. Сегодня это стандартная архитектура всех современных дисков. IDE-диски обладают средней скоростью работы, высокой емкостью и невероятной дешевизной. Тем не менее, особенности интерфейса IDE делают его пригодным для использования только в рабочих станциях с четырьмя и менее дисками.

  • Волоконно-оптический канал (стандарт Fibre Channel) — это последовательный интерфейс, завоевывающий популярность в корпоративной среде благодаря высокой пропускной способности и большому числу устройств, которые можно одновременно подключать к каналу. Устройства соединяются между собой с помощью волоконно-оптического или коаксиального медного кабеля. В настоящее время интерфейс обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбит/с и выше. Волоконно-оптические сети могут строиться по тополоши FC-AL (Fibre Channel Arbitrated Loop — ответвление волоконно-оптического канала с арбитражной логикой) или с помощью коммутаторов. Волоконно-оптическое устройство идентифицируется аппаратным номером, которое называется всемирным именем (World Wide Name) и напоминает МАС-адрес Ethernet.

  • USB — ставший популярным в последнее время стандарт подключения таких устройств, как клавиатура и мышь. Однако он обладает достаточной пропускной способностью для обслуживания дисковых накопителей, в частности съемных жестких дисков и дисководов CD-ROM. Интерфейс USB широко распространен в персональных компьютерах и позволяет легко перемещать диски между системами.

Интерфейсы SCSI и IDE доминируют на рынке дисковых систем, поэтому только их мы будем подробно рассматривать.

 

Интерфейс SCSI

 

Выпускается несколько комплектов интегральных схем, реализующих интерфейс SCSI, поэтому продавцы часто ставят микросхемы поддержки SCSI прямо на плату центрального процессора или периферийных устройств Стандарт SCSI определяет общий канал передачи данных, которым могут пользоваться периферийные устройства всех видов. В большинстве случаев в SCSI-варианте выпускаются жесткие диски, накопители на магнитной ленте, сканеры и принтеры. Стандарт SCSI не задает конструкцию и компоновку диска, он лишь регламентирует взаимодействие диска с другими устройствами.

Стандарт SCSI прошел несколько стадий развития, и в настоящее время существует версия SCSI-3. Первоначальный вариант, SCSM, был разработан в 1986 г. на основании коммерческого интерфейса системной шины SASI (Shugart Associates System Interface) и принят в качестве стандарта ANSI Вариант SCSI-2 появился в 1990 г. и был обратно совместим со спецификацией SCSI-1, но обладал дополнительными средствами повышения производительности. В частности, в нем организовывалась очередь команд, что позволяло устройству переупорядочивать очередь для повышения производительности, и поддерживался распределенный ввод-вывод.

Существуют разновидности интерфейса SCSI-2, называемые "Fast" (быстрый) и "Wide" (расширенный), что означает соответственно удвоение скорости работы шины и увеличение числа битов, одновременно передаваемых по шине (обычно 16 или 32, а не 8). Спецификация Wide SCSI допускает подключение до 16-ти устройств, тогда как в обычном варианте интерфейса — только 8. Скорость и ширина канала — независимые характеристики, которые могут присутствовать одновременно.

SCSI-3 — это в действительности семейство стандартов. В него входят спецификации различных физических носителей, включая традиционные параллельные шины и высокоскоростные последовательные интерфейсы, такие как Fibre Channel и IEEE 1394 (FireWire). Определены также наборы SCSI-команд и введены улучшения, связанные с автоконфигурацией устройств, поддержкой мультимедийных приложений и новых типов устройств.

Хотя работы над спецификацией SCSI-3 продолжаются, многие ее элементы уже присутствуют на рынке, часто под именем Ultra SCSI. Спецификация SCSI-3 охватывает стандарт SCSI-2, поэтому их можно считать совместимыми. Но помните: подключение старого устройства к новой шине может замедлить работу всей системы. Кроме того, ограничивается длина кабельной системы.

В SCSI-системах иногда применяется такая особенность, как дифференцирование. В обычном ("несимметричном") SCSI-устройстве каждый вывод заземлен с целью уменьшения перекрестных помех сигналов. Такая разводка ограничивает длину кабеля 6-ю метрами в SCSI-1 и 3-мя метрами в SCSI-2. В Ultra SCSI общая длина шины еще меньше и составляет 1,5 метра. При дифференцировании рядом с каждым проводом вместо заземления проходит обратный сигнал в результате чего суммарное напряжение становится равным нулю и уровень шума существенно снижается.

Благодаря дифференцированию длина кабельной системы увеличивается до 25-ти метров в SCSI-2 и 12-ти метров в Ultra SCSI. Дополнительная длина — очень зажное преимущество, если все диски (или библиотеки на магнитных лентах) расположены в разных стойках. Но дифференцирование не поддерживается обычными устройствами, поэтому необходимо убедиться в наличии дифференциального контроллера, диска, кабеля и терминатора. Необходимо маркировать все устройства, чтобы случайно не соединить несовместимые устройства.

В табл. 8.1 перечислены различные версии SCSI с указанием характеристик шины и длины кабеля.

Таблица 8.1. Эволюция интерфейса SCSI

Версия

Частота (МГц)

Разрядность (биты)

Скорость (Мбайт/с)

Длина (м)

Длина в режиме дифференцирования (м)

SCSI-1

5

8

5

6

25

SCSI-2

5

8

5

6

25

Fast SCSI-2

10

8

10

3

25

Fast/waid SCSI-2

10

16

20

3

25

Ultra SCSI

20

8

20

1.5

25

Wide Ultra SCSI2

20

16

40

1.5

25

Wide Ultra2 SCSI2

40

16

80

-3

25 (ВВД)4

12 (НВД)

Wide Ultra3 SCSI5

80

16

160

-3

12 (НВД)

1 Может меняться, см. ниже.

2 Стандарты Wide Ultra SCSI и Wide Ultra2 SCSI иногда называют Fast-20 wide SCSI и Fast-40 wide SCSI соответственно.

3 В этих версиях SCSI используется только дифференцирование.

4 ВВД — это высоковольтное дифференцирование, а НВД — низковольтное. Первое использовалось в ранних версиях SCSI и не поддерживается в спецификациях, старших Ultra2 SCSI.

5 Стандарт Wide Ultra3 SCSI иногда называют Ultra-160.

 

Максимальная длина кабеля в несимметричных системах Ultra SCSI и Wide Ultra SCSI зависит от числа используемых устройств. В случае 8-ми устройств предельная длина составляет 1,5 м; если используются только 4 устройства, шину можно увеличить до 3-х метров. В стандарте Wide Ultra SCSI поддержка 16-ти устройств обеспечивается только в режиме дифференцирования.

В SCSI-устройствах могут встречаться разъемные соединения различных типов. Они могут быть как внешними, так и внутренними. В обычных SCSI-устройствах установлены 50-контактные разъемы, а в устройствах с расширенной разрядностью — 68-контактные. Внутренние устройства подключаются с помощью 50-контактной "широкой" вилки или 68-контактной вилки "мини-микро", установленных на плоском кабеле. Внешние устройства подключаются с помощью 50- или 68-контактных разъемов высокой плотности. Фирма Apple уменьшила число контактов с 50 до 25, объединив все линии заземления, чтобы к шине можно было подключать разъем DB-25.

Существует также интересный разъем SCA (Single Connector Attachment — единое разъемное соединение), применяемый в дисковых массивах "горячей" замены. Это 80-контактное универсальное разъемное соединение, через которое могут подаваться все сигналы, в том числе напряжение питания.

На рис. А изображены наиболее распространенные разъемные соединения.

Рис. А. Распространенные разъемные соединения стандарта SCSI (вид спереди; вилка, если не указано иное)

Кабели SCSI обычно имеют с обоих концов вилки, а SCSI-устройства почти всегда оснащены розетками. Шины SCSI организованы по принципу шлейфовой цепочки, поэтому у большинства внешних устройств два SCSI-порта. Оба порта абсолютно одинаковые и взаимозаменяемые, любой можно использовать как входной. По какой-то неизвестной причине поставщики сканеров считают, что нормальные законы физики на них не распространяются, и иногда делают в устройстве всего один SCSI-порт (если внутренней оконечной нагрузки нет, то для таких устройств необходим особый тип терминатора).

Внутренние SCSI-устройства обычно подключаются с помощью плоского кабеля. Им нужен только один порт, поскольку разъемные соединения можно устанавливать посреди плоского кабеля. Необходимо убедиться, что контакт 1 шины SCSI подключен к контакту 1 жесткого диска.

Оконечная нагрузка (терминатор) должна предусматриваться на обоих концах шины SCSI. Терминаторы поглощают сигналы, достигающие конца шины, и предотвращают их отражение обратно в шину. Оконечные устройства различны по конструкции, от маленьких наружных вилок, которые вставляются в обычный разъем, до крошечных резисторных блоков, которые монтируются на печатных платах. Некоторые устройства содержат внутреннюю оконечную нагрузку.

В SCSI-1 применялись терминаторы другого типа по сравнению с более поздними спецификациями ("пассивные", а не "активные"), поэтому очень старые терминаторы (и старые устройства с внутренней оконечной нагрузкой) могут не работать в современных шинах SCSI. На практике такие устройства встречаются очень редко, поэтому проблем с терминаторами обычно не возникает.

Один конец шины чаще всего располагается внутри компьютера (либо на SCSI-контроллере, либо на внутреннем SCSI-дисководе). Другой конец завершается на внешнем устройстве или SCSI-контроллере. Если на шине SCSI периодически возникают ошибки, кажущиеся случайными, в первую очередь проверьте правильность оконечной нагрузки на обоих концах. Неправильное использование терминаторов — одна из наиболее частых ошибок в SCSI-конфигурациях. Эти ошибки не всегда очевидны и трудно обнаруживаются.

Каждое устройство имеет SCSI-адрес, или "целевой номер", позволяющий отличать его от других устройств, подключенных к шине. Целевые номера располагаются в диапазоне от 0 до 7 или 15, в зависимости от того, какая шина в наличии: с обычной или расширенной разрядностью. Сам SCSI-контроллер считается устройством и обычно имеет номер 7 (даже в шинах с расширенной разрядностью, чтобы обеспечивалась обратная совместимость). Целевые номера всех остальных устройств должны быть уникальными. Распространенная ошибка — забыть, что у контроллера есть номер, и назначить этот номер другому устройству.

SCSI-адрес присваивается произвольно. С технической точки зрения он определяет приоритет устройства на шине, но на практике это не имеет особого значения. В некоторых системах диск с младшим номером выбирается в качестве загрузочного, а в других системах требуется, чтобы загрузочный диск имел целевой номер 0.

Если вам повезет, то на добавляемом к системе устройстве будет внешний дисковый переключатель для установки целевых номеров. Существуют и другие способы установки целевых номеров, в частности с помощью DIP-переключателей и перемычек. Если методика установки номера устройства не ясна, обратитесь к документации, прилагаемой к аппаратным средствам.

Стандарт SCSI поддерживает дополнительную форму адресации, назы­ваемую "номером логического модуля". В каждом целевом устройстве может быть несколько логических модулей. Реальный пример — дисковый массив с одним SCSI-контроллером. Однако на самом деле номера логических модулей используются редко. Когда встречается термин "номер модуля SCSI", можно считать, что речь идет о целевом номере, пока не будет сказано обратное. Если у SCSI-устройства один логический модуль, он всегда имеет номер 0.

Шины SCSI довольно просты в конфигурировании, но при их использовании может возникнуть целый ряд проблем. Вот некоторые из них.

  • Во многих рабочих станциях есть встроенные SCSI-устройства. Перед тем как перезагружаться при включении нового устройства, проверьте перечень текущих устройств. Помните, что большинство накопителей магнитной ленте, а также дисководы гибких дисков некоторых фирм (главным образом, Hewlett-Packard) относятся к SCSI-устройствам.

  • Убедитесь, что к дифференциальному SCSI-контроллеру подключены только аналогичные устройства и терминаторы, а если имеется несиметричная SCSI-цепочка, то в нее не входят дифференциальные устройства. Несимметричные и дифференциальные устройства не совместимы

  • Подключив новое SCSI-устройство, проверьте перечень устройств, выявленных операционной системой при перезагрузке. Все ли устройства были обнаружены? Большинство драйверов SCSI не обнаруживает устройств имеющих один SCSI-адрес (подобная конфигурация создает много других проблем).

  • Некоторые расширительные коробки (кожухи с источником питания одним или несколькими SCSI-устройствами) имеют внутреннюю оконечную нагрузку. Если к ним подключены внешние устройства, могут возникнуть проблемы. Всегда проверяйте наличие двух терминаторов следите, чтобы они были расположены на концах шины.

  • Иногда дисковый переключатель, используемый для установки SCSI-адресов, при установке ориентирован неверно. В таких случаях он будет конечно, изменять SCSI-адрес, но совсем не так, как указано переключателе.

  • Рассчитывая длину шины SCSI-2, не забудьте учесть кабели внутри устройств и расширительных коробок (а они могут быть весьма длинными). Помните также, что максимальная длина кабеля уменьшается при подключении старых SCSI-устройств к шине нового типа.

  • Никогда не забывайте о том, что SCSI-контроллер имеет собственны SCSI-адрес!

 

Интерфейс IDE

 

Интерфейс IDE, также известный как ATA (AT Attachment — подключение к АТ-совместимым компьютерам), по замыслу разработчиков долже был быть простым и недорогим. Чаще всего он применяется в персональны: компьютерах и дешевых рабочих станциях. IDE-контроллер встроен непосредственно в диск, что уменьшает стоимость интерфейса и упрощает микрокод контроллера. Интерфейс IDE завоевал популярность в конце 80-х гг. Вскоре после этого появился стандарт АТА-2, удовлетворявший растущие запросы потребителей и фирм-поставщиков жестких дисков.

В АТА-2 были добавлены режимы PIO (Programmed I/O — программируемый ввод-вывод) и DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти), а также расширена поддержка технологии Plug and Play. Кроме того была реализована технология LBA (Logical Block Addressing — логически адресация блоков), которая (наряду с расширенными BIOS-nporpaммами. персональных компьютеров) позволяла системе обращаться не только к первым 1024 цилиндрам диска. Ранее из-за подобного ограничения максимальный размер диска составлял 540 Мбайт. В те времена никто и не думал что когда-нибудь понадобятся диски большей емкости!

Поскольку BIOS управляет процессом начальной загрузки, иногда необходимо создать маленький загрузочный раздел в пределах первых 1024-цилиндров, чтобы гарантировать загрузку ядра старой BIOS-программой. После того как ядро загружено и начало выполняться, необходимость в BIOS

исчезает и появляется возможность доступа к остальной части диска. Подобный обходной маневр не нужен в сегодняшних системах, поскольку технология LBA не использует схему адресации "цилиндр-головка-сектор". Современная схема адресации является линейной.

В стандарте АТА-3 добавлены средства повышения надежности, управления питанием и самодиагностики. Стандарт АТА-4 все еще находится в стадии разработки. Спецификация Ultra-ATA является попыткой устранить разрыв между стандартами АТА-3 и АТА-4 за счет добавления высокопроизводительных режимов, называющихся Ultra DMA/33 и Ultra DMA/66. В них полоса пропускания шины расширяется с 16 Мбит/с до 33 Мбит/с и 66 Мбит/с соответственно. Стандарт АТА-4 также преследует цель объединить интерфейсы АТА-3 и ATAPI (ATA Packet Interface — пакетный интерфейс АТА). Последний представляет собой протокол, позволяющий дисководам CD-ROM и накопителям на магнитной ленте работать на шине IDE.

IDE-диски всегда являются внутренними. Максимальная длина кабеля для шины АТА-2 составляет всего 18 дюймов (45,72 см), из-за чего диск бывает трудно установить даже в верхний отсек. Помимо ограничения на длину кабеля, интерфейс IDE позволяет подключать к шине только два устройства. Для преодоления этого недостатка некоторые производители оснащают материнские платы несколькими шинами IDE.

Доступ к IDE-устройствам производится последовательно, т.е. в определенный момент времени активным может быть только одно устройство. Следовательно, производительность будет выше, если распределить устройства по шинам. Разместите высокоскоростные устройства, например жесткие диски, на одной шине, а накопители на магнитной ленте и дисководы CD-ROM — на другой, чтобы медленные устройства не сдерживали работу быстрых. В стандарте SCSI работа с несколькими устройствами, подключенными к одной шине, организована гораздо лучше, чем в IDE.

В IDE используется 40-контактный разъем, размещенный на плоском кабеле, который соединяет диск и интерфейсную плату. В новых IDE-стандартах, в частности в Ultra DMA/66, применяется другой кабель с большим числом линий заземления, вследствие чего уровень шумов понижен. Если кабель или жесткий диск не маркированы должным образом, убедитесь, чтобы первый контакт дискового разъема был соединен с первым контактом интерфейсной платы Контакт номер 1 обычно помечается маленькой цифрой 1 на разъемном соединении. Если этой цифры нет, то воспользуйтесь правилом, которое гласит, что первый контакт расположен ближе всего к разъему питания. На кабеле первый контакт обозначен красным цветом.

Если к шине IDE подключено несколько устройств, необходимо одно из них сделать главным, а остальные — подчиненными. Некоторые старые IDE-диски не могут быть подчиненными, в таком случае нужно попробовать поменять устройства ролями. Если они по-прежнему не работают, лучше поместить каждое устройство на отдельную шину.

Устанавливая IDE-устройства, необходимо помнить о следующих моментах.

  • Новые IDE-диски работают со старыми платами, а старые IDE-диски работают с новыми платами. Естественно, поддерживаются только те возможности, которые являются общими для обоих типов устройств.

  • Длина кабеля слишком коротка, поэтому дополнительное устройство может подключаться к шине с натяжкой. Если устройство работает нестабильно, проверьте длину кабеля.

  • Иметь дело со старыми BIOS-программами, которые "видят" толькс первые 500 Мбайт диска, — настоящий кошмар. Проверьте в Internet, нe выпустил ли производитель новую версию BIOS. В противном случае лучше купить новую материнскую плату.

  • Хорошие драйверы могут существенно повысить производительность и надежность жесткого диска, особенно если они поддерживают самые последние стандарты. Проверьте, располагаете ли вы новейшей версией драйвера.

 

Что лучше: SCSI или IDE?

 

Это часто задаваемый вопрос, на который обычно отвечают, что "у каждого стандарта свои преимущества". Мы же рискнем дать просто; ответ: SCSI лучше. Как правило.

Правильнее говорить о том, что стандарт SCSI превосходит IDE по всем техническим параметрам, но стоимость SCSI-оборудования слишком высока и часто оказывается неприемлемой. Для однопользовательской рабочей станции дешевый IDE-диск высокой емкости обеспечит 85% производительности своего SCSI-аналога. Замена IDE-диска SCSI-вариантом в подобно; ситуации не приведет к заметному повышению производительности.

Однако в некоторых случаях устанавливать SCSI-устройство желательно или даже необходимо.

  • Если требуется обеспечить максимально возможную производительность выбирайте SCSI. Частично рост производительности обусловлен техническим превосходством интерфейса SCSI в сравнении с интерфейсом IDE, но в основном он связан с политикой производителей жестких дисков, которые стремятся разграничить возможности IDE- и SCSI-устройств. Это выгодно с маркетинговой точки зрения, так как позволяет производителям разнообразить линии своих продуктов, поэтому они сознательно не оснащают свои самые новые и производительные дисковые механизмы интерфейсом IDE.

  • В серверах и многопользовательских системах желательно устанавливать SCSI-устройства. Интерфейс SCSI незаменим в плане умения эффективно обрабатывать одновременные запросы. В загруженной системе замена IDE-диска SCSI-аналогом приведет к ощутимому росту производительности.

  • Если нужно подключать много устройств, опять выход один: SCSI SCSI-устройства хорошо работают с устройствами других типов, топи как IDE-диски стараются захватить контроль над шиной.

  • Иногда требуются возможности, которые предоставляет только интерфейс SCSI. Например, нельзя создать дисковый массив с возможностью "горячей" замены, состоящий из IDE-дисков.



 (голосов: 1)
Версия для печати | Комментариев: 0
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.


 
Логин
Пароль
 

 
Locations of visitors to this page