Периферийные устройства ЭВМ Никитин К. А. ШИНЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Периферийные устройства ЭВМ Никитин К.А.

ШИНЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ УСТРЙСТВ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ Интерфейс ATA ATA (от англ. Advanced Technology (AT) Attachment – прикрепление к AT (одному из первых форм-факторов современных материнских плат)) - интерфейс для подключения накопителей информации (жёстких дисков, оптических приводов). Интерфейс появился в результате переноса стандартного контроллера жёсткого диска с материнской платы ближе к накопителю, т.е. создания устройств со встроенным контроллером – IDE (от англ. Integrated Drive Electronics).

Архитектура интерфейса ATA хост-адаптер (хост-контроллер) – средство сопряжения интерфейса ATA с шиной компьютера; ведущее устройство (Master или device 0); ведомое устройство (Slave или device 1). Существует два способа задания адреса устройства на канале шины ATA: с помощью кабельной выборки или явным заданием адреса на каждом из устройств. Параллельно могут работать только устройства IDE, подключаемые к разным каналам АТА.

Адресации данных интерфейса АТА Изначально для накопителей использовалась трехмерная адресация CHS, которая включала адрес цилиндра (cylinder), головки (head) и сектора (sector). В этом случае устройство АТА позволяет адресовать до 267 386 880 (65 536x16x255) секторов (блоков), что при размере сектора в 512 байт дает 136 902 082 560 байт (около 137 Гбайт). В настоящее время используется линейная адресация логического блока LBA (Logical Block Addressing), где адрес блока (сектора) определяется 28-битным числом, что позволяет адресовать до 268 435 455 (228). Для устройств ATA, поддерживающих и CHS, и LBA, режим адресации определяется для каждой команды битом L (бит 6) регистра выборки (drive/head register); режимы могут чередоваться произвольным образом.

Режимы передачи данных Программный доступ PIO (Programmed Input/Output) выполняется в виде следующих друг за другом операций чтения или записи в пространстве ввода-вывода по адресу регистра данных. Программный обмен на всё время передачи блока занимает и процессор, и системную шину. Блочный режим DMA за счёт сокращения числа прерываний, которые должен обслуживать процессор, в многозадачной системе позволяет повысить производительность дискового обмена. Обмен по каналу DMA занимает исключительно шины ввода/вывода и памяти. Режимы обмена по каналу DMA бывают одиночными (Singleword DMA ), множественными (Multiword DMA) и Ultra DMA.

Параметры режимов передачи интерфейса ATA

Электрический интерфейс

ШИНЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ УСТРЙСТВ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ Интерфейс Serial ATA SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации (как правило, с жёсткими дисками) Спецификации последовательного интерфейса Serial ATA (SATА) версии 1.0 были опубликованы в августе 2001 г., а спецификация Serial ATA II — в октябре 2002 г. В мае 2009 г. выпущена спецификация 3.0 (www.sata-io.org).

Стандарт SATA предусматривает работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 МБ/с). Стандарт SATA II (или SATA 2.0, или SATA/300) работает на частоте 3 ГГц, обеспечивает пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 МБ/с). Спецификация SATA Revision 3.0 предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (с пропускной способностью до 4,8 Гбит/с - 600 МБ/с).

Описание SATA Четырёх уровневая модель интерфейса

На логическом уровне для передачи данных используется двухэтапное кодирование 8 бит/10 бит. Кроме этого, при передаче данных используется метод циклического избыточного контроля CRC-32 (Cyclic Redundancy Check). На физическом уровне используется код NRZ (Non Return to Zero). Описание SATA

Алгоритм Rotational Position Ordering при выстраивании очереди команд учитывает дистанцию поиска и текущее положение головок на окружности пластин. В результате команды выполняются в таком порядке, чтобы сократить до минимума общее время доступа, включающее обе задержки — поиска и вращения. Именно этот алгоритм был положен в основу технологии Native Command Queuing (NCQ). Для реализации изменения порядка следования команд необходима маркировка каждой команды, отличающая ее от других команд в очереди. В NCQ для этого используется 5-битный тег, поэтому максимальное число команд в очереди не может превышать 32. Базой для реализации NCQ в рамках протокола Serial ATA стали три механизма: сообщения о статусе завершения команды без состязаний (race-free status return), агрегирования прерываний (interrupt aggregation) прямой доступ к памяти по инициативе устройства (First Party DMA). Описание SATA

Технология NCQ

Интерфейс eSATA eSATA (External SATA) – интерфейс подключения внешних устройств, поддерживающий режим «горячей замены». Был разработан в середине 2004. Основные особенности eSATA: поддержка полной скорости SATA-интерфейса; отсутствуют преобразования протоколов из IDE/SATA в USB/FireWire; низковольтная передача сигналов по кабелю; лучшая, чем у SATA защита от статического электричества (ESD) при подключении кабелей, уменьшена электромагнитная интерференция (EMI) сигналов кабеля; более надёжное и прочное соединение кабеля в разъеме, чем у SATA; требует для подключения два провода: шину данных и силовой кабель; ограничен по длине кабеля данных (до 2 м). средняя практическая скорость передачи данных выше, чем у USB или IEEE 1394; существенно меньше нагружается центральный процессор.

Разъёмы eSATA

Разъёмы SATA

Краткое сравнение внешних и внутренних дисковых интерфейсов