Интерфейс жесткого диска - Hard disk drive interface

Жесткие диски доступны через один из нескольких автобус типы, в том числе параллельный ATA (PATA, также называемый IDE или EIDE; описанный до введения SATA как ATA), Последовательный ATA (SATA), SCSI, Последовательный SCSI (SAS) и Fibre Channel. Мостовая схема иногда используется для подключения жестких дисков к шинам, с которыми они не могут взаимодействовать изначально, например IEEE 1394, USB, SCSI и Thunderbolt.

Семейства дисковых интерфейсов

Интерфейсы дисковых накопителей превратились из простых интерфейсов, требующих подключения сложных контроллеров к компьютеру, в интерфейсы высокого уровня, которые представляют собой последовательный интерфейс для компьютерной системы независимо от внутренней технологии жесткого диска. В следующей таблице перечислены некоторые распространенные интерфейсы жестких дисков в хронологическом порядке:

Акроним или сокращениеСмыслОписание
SMDУстройство хранения данныхБит серийный данные интерфейс представлен CDC
Стандартный интерфейс для многих мини-компьютеров 1970-х и 1980-х годов.
SASIСистемный интерфейс Shugart AssociatesПоследовательный интерфейс Word представлен Шугарт Ассошиэйтс около 1978 г .;
Разработано ANSI в SCSI (SASI - это совместимое подмножество первой версии SCSI).
ST-506
ST-412
ST-412 RLL		Бит серийный данные интерфейсы представлен Seagate Technology начало 1980 г.
Стандартные интерфейсы для большинства небольших жестких дисков в 1980-х и начале 1990-х годов.
SCSIИнтерфейс малой компьютерной системыПоследовательный интерфейс Word при поддержке ANSI и введен в середине 1980-х годов;
Стандартные интерфейсы для большинства корпоративных жестких дисков в этом веке; заменено SAS
ESDIУлучшенный интерфейс малых дисковБит серийный данные интерфейс при поддержке ANSI и впервые представил Maxtor в конце 1980-х гг.
Более высокая скорость передачи данных последовала за семейством ST-506 в середине 1990-х годов, на смену SCSI
(P) ATA(Параллельно) Вложение ATПоследовательный интерфейс Word представленный в конце 1980-х годов Коннер Периферийные устройства, позже спонсированный ANSI; преемник ST-412/506 / ESDI. Стандартный интерфейс жестких дисков на всех жестких дисках, кроме корпоративных, пока не будет заменен SATA
SATAПоследовательный ATAБитовый последовательный интерфейс преемник PATA, спонсируемый ANSI и введен в 2003 году.
Самый распространенный интерфейс для всех жестких дисков, кроме корпоративных.
SASПоследовательный SCSIБитовый последовательный интерфейс преемник SCSI, спонсируемый ANSI и введен в 2004 году.
Самый распространенный интерфейс для корпоративных жестких дисков.

Ранние интерфейсы

Кабель для передачи данных (вверху) и кабель управления (внизу), соединяющие плату контроллера и ST-506 типа HDD. Кабель питания не показан.

Самые ранние интерфейсы жестких дисков (HDD) были бит серийный данные интерфейсы который подключал жесткий диск к контроллеру двумя кабелями, один для управления и один для данных.[а] Для питания использовался дополнительный кабель, сначала часто переменного тока, но позже обычно подключаемый напрямую к блоку питания постоянного тока. Контроллер обеспечивает важные функции, такие как последовательное / параллельное преобразование, разделение данных и форматирование дорожек, и требует согласования с приводом (после форматирования) для обеспечения надежности. Каждый кабель управления может обслуживать два или более дисков, в то время как отдельный (и меньшего размера) кабель данных обслуживал каждый диск.

Примеры таких ранних интерфейсов включают:

  • Многие ранние диски IBM, например, IBM 2311,[1] был такой интерфейс.
  • В SMD Интерфейс был популярен на мини-компьютерах в 1970-х годах.
  • ST-506 использовал MFM (Modified Frequency Modulation) для метода кодирования данных.
  • ST412, an ST-506 вариант был доступен либо в MFM, либо в RLL (Ограниченная длина серии) варианты кодирования.
  • Улучшенный интерфейс малых дисков (ESDI) был отраслевым стандартным интерфейсом, аналогичным ST412, поддерживающим более высокие скорости передачи данных между процессором и дисководом.

В интерфейсах последовательной передачи данных частота данных, схема кодирования данных, записываемая на поверхность диска, и обнаружение ошибок - все это повлияло на конструкцию поддерживающего контроллера. Используемые схемы кодирования включены Модуляция частоты (FM), Модифицированная частотная модуляция (MFM) и RLL[2] кодирование на частотах, например, в диапазоне от 0,156 МГц (FM на 2311) до 7,5 МГц (RLL на ST412) МГц. Таким образом, каждый раз, когда внутренняя технология развивалась, возникала необходимая задержка, поскольку контроллеры проектировались или модернизировались с учетом этого прогресса; это вместе с затратами на разработку контроллера привело к внедрению Последовательные интерфейсы Word.

Улучшенный интерфейс малых дисков (ESDI) был попыткой минимизировать время разработки контроллера за счет поддержки нескольких скоростей передачи данных со стандартной схемой кодирования данных; обычно это согласовывалось автоматически дисководом и контроллером; Однако в большинстве случаев диски ESDI на 15 или 20 мегабит не были обратно совместимы (т. е. диск на 15 или 20 мегабит не работал на контроллере 10 мегабит). Накопители ESDI обычно также имели перемычки для установки количества секторов на дорожку и (в некоторых случаях) размера сектора.

Последовательные интерфейсы Word

Исторический Последовательные интерфейсы Word подключить жесткий диск к адаптеру шины[b] с одним кабелем для комбинированных данных / управления. (Как для всех ранние интерфейсы выше, каждый привод также имеет дополнительный кабель питания, обычно напрямую к блоку питания.) В ранних версиях этих интерфейсов обычно была 8-битная параллельная передача данных к / от привода, но 16-битные версии стали гораздо более распространенными, и есть 32-битные версии. Словесный характер передачи данных делает дизайн адаптера главной шины значительно проще, чем у предшествующего контроллера жесткого диска.

  • CTL-I (интерфейс контроллера)[3] был 8-битным последовательным интерфейсом слов, представленным IBM для жестких дисков мэйнфреймов, начиная с модели 3333 в 1972 году.[4] 3333 был первым устройством в цепочке, насчитывающей до восьми Жесткие диски типа 3330; он содержал контроллер CTL-I и два дисковода типа 3330. Впоследствии первый привод (содержащий контроллер CTL-I) в цепочке приводов был обозначен IBM как A-unit.[5] Диски в блоке A и все другие диски в цепочке имели интерфейсы, аналогичные интерфейсу ранние интерфейсы, см. выше. А-подразделения, подключенные к IBM Директора или же интегрированные насадки.
  • Интерфейс малых компьютерных систем (SCSI), первоначально названный SASI от Shugart Associates System Interface, представляет собой ранний (около 1978 г.) интерфейс промышленного стандарта, явно развернутый для минимизации усилий по интеграции системы.[6] Диски SCSI стали стандартом для серверов и рабочих станций. Коммодор Амига, и Apple Macintosh внедряла диск SCSI в середине 1990-х годов, когда большинство моделей было переведено на диски семейства ATA (а позже и SATA). Только в 2005 году емкость SCSI-дисков уступила дисковой технологии ATA, хотя самые высокопроизводительные диски по-прежнему доступны только с SCSI, SAS и Fibre Channel. Ограничения диапазона кабеля для передачи данных позволяют использовать внешние устройства SCSI. Первоначально кабели передачи данных SCSI использовали одностороннюю передачу данных (общий режим), но SCSI серверного класса может использовать либо дифференциальную передачу. низкий перепад напряжения (LVD) или дифференциал высокого напряжения (HVD). («Низкое» и «высокое» напряжения для дифференциального SCSI относятся к стандартам SCSI и не соответствуют значениям низкого и высокого напряжения, используемым в общих контекстах электротехники, например, применительно к законодательным нормам по электротехнике; как LVD, так и HVD используют сигналы низкого напряжения (3,3 В и 5 В соответственно) в общей терминологии.)
Несколько жестких дисков с параллельным ATA
  • Параллельный ATAизначально IDE а затем стандартизирован под названием Вложение (ATA), с псевдонимом P-ATA или PATA, ретроактивно добавленным после введения нового варианта Последовательный ATA. Первоначальное название (примерно 1986 г.) отражало интеграцию контроллера с самим жестким диском. (Эта интеграция не была новой для IDE, она была сделана несколькими годами ранее с дисками SCSI.) Перемещение контроллера жесткого диска с интерфейсной карты на дисковый накопитель помогло стандартизировать интерфейс хоста / контроллера, упростить программирование на хост-устройстве. драйвер, а также снижение стоимости и сложности системы. 40-контактное соединение IDE / ATA передает по кабелю данных 16 бит данных за раз. Изначально кабель для передачи данных был 40-жильным, но позже требования к более высокой скорости передачи данных на жесткий диск и с жесткого диска привели к переходу в режим «ультра DMA», известный как UDMA. Постепенно более быстрые версии этого стандарта в конечном итоге добавили требование к 80-жильному варианту того же кабеля, где половина проводников обеспечивает заземление необходимо для улучшения качества высокоскоростного сигнала за счет уменьшения перекрестный разговор. Интерфейс для 80-проводников имеет только 39 контактов, отсутствующий контакт действует как ключ, предотвращающий неправильную вставку разъема в несовместимое гнездо, что является частой причиной повреждения диска и контроллера.

Битовые последовательные интерфейсы

Современное битовые последовательные интерфейсы подключите жесткий диск к адаптеру интерфейса главной шины (сегодня в ПК обычно интегрирован в "южный мост ") с одним кабелем данных / управления. Каждый привод также имеет дополнительный кабель питания, как правило, напрямую к блоку питания.

  • ОИК Стандартное дисковое соединение (SDI) был ранним примером современного битовый последовательный интерфейс.
  • Fibre Channel (FC) является преемником параллельного интерфейса SCSI на корпоративном рынке. Это последовательный протокол. В дисководах обычно Арбитражная петля Fibre Channel Используется топология подключения (FC-AL). FC имеет гораздо более широкое применение, чем просто дисковые интерфейсы, и является краеугольным камнем сети хранения данных (SAN). В последнее время другие протоколы для этого поля, например iSCSI и ATA через Ethernet также были разработаны. Как ни странно, диски обычно используют медь Кабели с витой парой для Fibre Channel, а не для волоконной оптики. Последние традиционно зарезервированы для более крупных устройств, таких как серверы или контроллеры дисковых массивов.
MSATA SSD поверх 2,5-дюймового диска SATA
  • Последовательный ATA (SATA). Кабель для передачи данных SATA имеет одну пару данных для дифференциальной передачи данных на устройство и одну пару для дифференциального приема от устройства, как и EIA-422. Для этого требуется, чтобы данные передавались последовательно. Похожий дифференциальная сигнализация система используется в RS485, LocalTalk, USB, FireWire, и дифференциал SCSI.
  • Последовательный SCSI (SAS). SAS - это протокол последовательной связи нового поколения для устройств, предназначенный для обеспечения гораздо более высокой скорости передачи данных и совместимый с SATA. SAS использует механически идентичный разъем данных и питания для стандартных 3,5-дюймовых жестких дисков SATA1 / SATA2, и многие серверные контроллеры SAS RAID также могут обращаться к жестким дискам SATA. SAS использует последовательную связь вместо параллельного метода, характерного для традиционных устройств SCSI, но по-прежнему использует команды SCSI.

Примечания

  1. ^ Несколько жестких дисков были устройствами параллельной передачи данных, например IBM 2305
  2. ^ Сегодня обычно интегрированные, но отдельные платы или коробки в ранних вариантах реализации

Рекомендации

  1. ^ IBM 2311 Полевая инженерная теория работы, Октябрь 1967 г., глава 3 и рис. 3-1
  2. ^ «Коды Рида-Соломона - Введение»
  3. ^ IBM 3880 Storage Control, модели 1, 2, 3 и 4 Описание Руководство, GA26-1661-9. Сентябрь 1987 г.
  4. ^ Посредством «новой стратегии прикрепления» IBM намеревается расстроить PCM
  5. ^ Ссылка на IBM 3990 Storage Control: ГЛОССАРИЙ, GA32-0099-06, © Copyright IBM Corp. 1988, 1994
  6. ^ «Интерфейс интеллектуальных систем упрощает периферийную интеграцию», - Х. Мейер и Дж. Корпи, Electronic Design, 20 августа 1981 г., стр. 97-103.

внешняя ссылка