В dövrü "SSD-yə giriş" disklərin görünüşünün tarixindən danışdıq. İkinci hissə sürücülərlə qarşılıqlı əlaqə üçün interfeyslər haqqında məlumat verəcəkdir.
Prosessor və periferik qurğular arasında əlaqə interfeys adlanan əvvəlcədən müəyyən edilmiş konvensiyalara uyğun olaraq baş verir. Bu müqavilələr qarşılıqlı əlaqənin fiziki və proqram təminatı səviyyəsini tənzimləyir.
İnterfeys - sistemin elementləri arasında qarşılıqlı əlaqə vasitələri, üsulları və qaydaları məcmusudur.
Bir interfeysin fiziki icrası aşağıdakı parametrlərə təsir göstərir:
- rabitə kanalının ötürmə qabiliyyəti;
- eyni vaxtda qoşulmuş cihazların maksimum sayı;
- baş verən səhvlərin sayı.
Disk interfeysləri üzərində qurulur I/O portları, yaddaş giriş/çıxışının əksidir və prosessorun ünvan məkanında yer tutmur.
Paralel və serial portlar
Məlumat mübadiləsi üsuluna görə giriş/çıxış portları iki növə bölünür:
- paralel;
- ardıcıl.
Adından göründüyü kimi, paralel port bir anda bir neçə bitdən ibarət maşın sözünü göndərir. Paralel port məlumat mübadiləsinin ən asan yoludur, çünki mürəkkəb sxem həlləri tələb etmir. Ən sadə halda, maşın sözünün hər biti öz siqnal xəttinə göndərilir və əks əlaqə üçün iki xidmət siqnal xətti istifadə olunur: Data hazırdır и Məlumat qəbul edildi.
Paralel portlar, ilk baxışdan yaxşı miqyas alır: daha çox siqnal xətti - bir anda daha çox bit ötürülür və buna görə də daha yüksək ötürmə qabiliyyəti. Lakin siqnal xətlərinin sayının artması səbəbindən onlar arasında interferensiya yaranır və ötürülən mesajların təhrif olunmasına səbəb olur.
Serial portlar paralelin əksidir. Məlumat hər dəfə bir bit göndərilir ki, bu da siqnal xətlərinin ümumi sayını azaldır, lakin I/O nəzarətçisini çətinləşdirir. Transmitter idarəedicisi maşın sözünü bir anda qəbul edir və bir bit ötürməlidir, qəbuledici nəzarətçi isə öz növbəsində bitləri qəbul etməli və onları eyni ardıcıllıqla saxlamalıdır.
Az sayda siqnal xətləri müdaxilə olmadan mesajın ötürülməsi tezliyini artırmağa imkan verir.
SCSI
Kiçik Kompüter Sistemləri İnterfeysi (SCSI) 1978-ci ildə ortaya çıxdı və əvvəlcə müxtəlif profilli cihazları bir sistemdə birləşdirmək üçün nəzərdə tutulmuşdu. SCSI-1 spesifikasiyası 8-ə qədər cihazın (nəzarətçi ilə birlikdə) qoşulması üçün nəzərdə tutulmuşdur, məsələn:
- skanerlər;
- lent sürücüləri (streamers);
- optik sürücülər;
- disklər və digər qurğular.
SCSI əvvəlcə Shugart Associates System Interface (SASI) adlandırılmışdı, lakin standartlar komitəsi şirkətdən sonra adı təsdiq etmədi və bir günlük beyin fırtınasından sonra Kiçik Kompüter Sistemləri İnterfeysi (SCSI) adı yarandı. SCSI-nin "atası" Larri Baucher qısaltmanın "seksual" kimi tələffüz edilməsini nəzərdə tuturdu, lakin "sуzzy" ("demək") oxuyun. Sonradan "demək" tələffüzü bu standartda möhkəm şəkildə yerləşdi.
SCSI terminologiyasında qoşulmuş qurğular iki növə bölünür:
- təşəbbüskarlar;
- hədəf cihazlar.
Təşəbbüsçu hədəf cihaza əmr göndərir, sonra isə təşəbbüskara cavab göndərir. Təşəbbüskarlar və hədəflər SCSI-1 standartında 5 MB/s ötürmə qabiliyyətinə malik olan ümumi SCSI avtobusuna qoşulur.
İstifadə olunan "ümumi şin" topologiyası bir sıra məhdudiyyətlər qoyur:
- avtobusun uclarında xüsusi qurğular lazımdır - terminatorlar;
- avtobus bant genişliyi bütün cihazlar arasında paylaşılır;
- Eyni vaxtda qoşulan cihazların maksimum sayı məhduddur.
Avtobusdakı cihazlar çağırılan unikal nömrə ilə müəyyən edilir SCSI Hədəf ID-si. Sistemdəki hər bir SCSI vahidi fiziki cihaz daxilində unikal nömrə ilə ünvanlanan ən azı bir məntiqi cihazla təmsil olunur. Məntiqi vahid nömrəsi (LUN).
SCSI-də əmrlər formada göndərilir komanda təsviri blokları Əməliyyat kodu və əmr parametrlərindən ibarət olan (Command Descriptor Block, CDB). Standart dörd kateqoriyaya bölünən 200-dən çox əmri təsvir edir:
- məcburi — cihaz tərəfindən dəstəklənməlidir;
- Fakultativ - həyata keçirilə bilər;
- Satıcıya xasdır - müəyyən bir istehsalçı tərəfindən istifadə olunur;
- Köhnəlmiş - köhnəlmiş əmrlər.
Çoxlu əmrlər arasında onlardan yalnız üçü cihazlar üçün məcburidir:
- SINAQ BÖLGƏSİ HAZIRDIR — cihazın hazırlığının yoxlanılması;
- HƏQİQİ TƏLƏB — əvvəlki əmrin xəta kodunu tələb edir;
- INQUIRY — cihazın əsas xüsusiyyətlərini tələb edin.
Əmri qəbul etdikdən və emal etdikdən sonra hədəf cihaz icraçıya icranın nəticəsini təsvir edən status kodu göndərir.
SCSI-nin (SCSI-2 və Ultra SCSI spesifikasiyalarının) daha da təkmilləşdirilməsi istifadə olunan əmrlərin siyahısını genişləndirdi və qoşulmuş cihazların sayını 16-ya qədər, avtobusda məlumat mübadiləsi sürətini isə 640 MB/s-ə qədər artırdı. SCSI paralel interfeys olduğundan, məlumat mübadiləsinin tezliyinin artırılması maksimum kabel uzunluğunun azalması ilə əlaqələndirilir və istifadədə narahatlığa səbəb olur.
Ultra-3 SCSI standartından başlayaraq, "isti qoşulma" üçün dəstək ortaya çıxdı - güc açıq olduqda cihazları birləşdirən.
İlk məlum SCSI SSD 350-ci ildə buraxılmış M-Systems FFD-1995 idi. Disk baha idi və geniş istifadə olunmurdu.
Hal-hazırda paralel SCSI populyar disk interfeysi deyil, lakin komanda dəsti hələ də USB və SAS interfeyslərində fəal şəkildə istifadə olunur.
ATA/PATA
interface ATA (Qabaqcıl Texnologiya Əlavəsi) kimi də tanınır PATA (Paralel ATA) 1986-cı ildə Western Digital tərəfindən hazırlanmışdır. IDE standartının marketinq adı (İngiliscə Integrated Drive Electronics - “sürücüyə quraşdırılmış elektronika”) mühüm yeniliyi vurğuladı: sürücü nəzarətçisi ayrıca genişləndirmə lövhəsində deyil, sürücüyə inteqrasiya edilib.
Nəzarətçinin sürücünün içərisinə yerləşdirilməsi qərarı bir anda bir neçə problemi həll etdi. Birincisi, sürücüdən nəzarətçiyə qədər olan məsafə azaldı, bu da sürücünün işinə müsbət təsir etdi. İkincisi, quraşdırılmış nəzarətçi yalnız müəyyən bir sürücü növü üçün "kəskinləşdi" və müvafiq olaraq daha ucuz idi.
ATA, SCSI kimi, istifadə olunan kabellərdə əks olunan paralel I/O metodundan istifadə edir. Sürücüləri IDE interfeysindən istifadə edərək birləşdirmək üçün düz kabellər də adlandırılan 40 nüvəli kabellər tələb olunur. Daha yeni spesifikasiyalar yüksək tezliklərdə müdaxiləni azaltmaq üçün yarıdan çoxu torpaq döngələri olan 80 naqilli stublardan istifadə edir.
ATA kabelində iki-dörd konnektor var, onlardan biri ana plata, qalanları isə sürücülərə bağlıdır. İki cihazı bir dövrədə birləşdirərkən onlardan biri kimi konfiqurasiya edilməlidir Master, ikincisi kimi Qul. Üçüncü cihaz yalnız oxumaq üçün rejimdə birləşdirilə bilər.
Jumperin mövqeyi müəyyən bir cihazın rolunu müəyyənləşdirir. Cihazlara münasibətdə Master və Slave terminləri tamamilə düzgün deyil, çünki nəzarətçi ilə əlaqədar olaraq, bütün qoşulmuş cihazlar Qullardır.
ATA-3-də xüsusi bir yenilik görünüşüdür Özünə Nəzarət, Təhlil və Hesabat Texnologiyası (SMART). Beş şirkət (IBM, Seagate, Quantum, Conner və Western Digital) güclərini birləşdirdi və sürücünün sağlamlığının qiymətləndirilməsi texnologiyasını standartlaşdırdı.
Bərk dövlət disklərinə dəstək standartın 1998-ci ildə buraxılmış 33.3-cü versiyasından bəri mövcuddur. Standartın bu versiyası XNUMX MB/s-ə qədər məlumat ötürmə sürətini təmin edirdi.
Standart ATA kabelləri üçün ciddi tələblər irəli sürür:
- şleyf düz olmalıdır;
- maksimum qatar uzunluğu 18 düym (45.7 santimetr).
Qısa və enli qatar əlverişsiz idi və soyumağa mane olurdu. Standartın hər bir sonrakı versiyası ilə ötürmə tezliyini artırmaq getdikcə çətinləşdi və ATA-7 problemi kökündən həll etdi: paralel interfeys seriya ilə əvəz olundu. Bundan sonra ATA Parallel sözünü aldı və PATA kimi tanındı və standartın yeddinci versiyası fərqli bir ad aldı - Serial ATA. SATA versiyasının nömrələnməsi birdən başladı.
SATA
Serial ATA (SATA) standartı 7 yanvar 2003-cü ildə təqdim edildi və sələfinin problemlərini aşağıdakı dəyişikliklərlə həll etdi:
- paralel port seriya ilə əvəz olundu;
- geniş 80 telli kabel 7 telli ilə əvəz edilmişdir;
- "ümumi şin" topologiyası "nöqtədən nöqtəyə" əlaqə ilə əvəz edilmişdir.
Baxmayaraq ki, SATA 1.0 (SATA/150, 150 MB/s) ATA-6-dan (UltraDMA/130, 130 MB/s) bir qədər sürətli olsa da, serial rabitəyə keçid sürətlər üçün "zəmin yaratdı".
ATA-da məlumatların ötürülməsi üçün on altı siqnal xətti iki bükülmüş cüt ilə əvəz edildi: biri ötürmə üçün, ikincisi qəbul üçün. SATA konnektorları çoxsaylı təkrar qoşulmalara daha davamlı olmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur və SATA 1.0 spesifikasiyası isti qoşulmanı mümkün etmişdir.
Sürücülərdəki bəzi sancaqlar digərlərindən daha qısadır. Bu, "qaynar dəyişdirmə" (Hot Swap) dəstəyi üçün edilir. Əvəzetmə prosesi zamanı cihaz əvvəlcədən müəyyən edilmiş qaydada xətləri "itirir" və "tapır".
Bir ildən bir qədər çox sonra, 2004-cü ilin aprelində SATA spesifikasiyasının ikinci versiyası buraxıldı. 3 Gb/s-ə qədər sürətləndirməyə əlavə olaraq, SATA 2.0 texnologiyasını təqdim etdi Doğma Komandanlıq növbəsi (NCQ). NCQ dəstəyi olan qurğular maksimum performansa nail olmaq üçün daxil olan əmrlərin icrası qaydasını müstəqil şəkildə təşkil edə bilir.
Növbəti üç il ərzində SATA İşçi Qrupu mövcud spesifikasiyanı təkmilləşdirməyə çalışdı və 2.6 versiyası yığcam Slimline və mikro SATA (uSATA) birləşdiricilərini təqdim etdi. Bu bağlayıcılar orijinal SATA konnektorunun daha kiçik versiyasıdır və noutbuklarda optik sürücülər və kiçik disklər üçün nəzərdə tutulub.
İkinci nəsil SATA HDD-lər üçün kifayət qədər ötürmə qabiliyyətinə malik olsa da, SSD-lər daha çox tələb edirdi. 2009-cu ilin may ayında SATA spesifikasiyasının üçüncü versiyası 6 Gb / s-ə qədər artan bant genişliyi ilə buraxıldı.
SATA 3.1 nəşrində bərk vəziyyətdə olan disklərə xüsusi diqqət yetirildi. Noutbuklarda bərk vəziyyətdə olan sürücüləri birləşdirmək üçün nəzərdə tutulmuş Mini-SATA (mSATA) konnektoru ortaya çıxdı. Slimline və uSATA-dan fərqli olaraq, yeni konnektor PCIe ilə elektrik cəhətdən uyğun olmasa da, PCIe Mini-yə bənzəyirdi. Yeni konnektora əlavə olaraq, SATA 3.1 oxu və yazma əmrləri ilə TRIM əmrlərini növbəyə qoymaq qabiliyyəti ilə öyünür.
TRIM əmri SSD-yə faydalı yük daşımayan məlumat blokları barədə məlumat verir. SATA 3.1-dən əvvəl bu əmr keşləri təmizləyir və I/O əməliyyatlarını dayandırır, ardınca TRIM əmri gəlir. Bu yanaşma, silmə əməliyyatları zamanı disk performansını aşağı saldı.
SATA spesifikasiyası SSD-lər üçün giriş sürətindəki sürətli artıma uyğun gəlmədi, bu da 2013-cü ildə SATA 3.2 standartında SATA Express adlı kompromislərə gətirib çıxardı. Tərtibatçılar SATA-nın ötürmə qabiliyyətini yenidən ikiqat artırmaq əvəzinə, sürəti 6 Gb/s-dən çox olan geniş istifadə olunan PCIe avtobusundan istifadə etdilər. SATA Express dəstəyi ilə disklər M.2 adlı öz forma faktorunu əldə ediblər.
SAS
ATA ilə "rəqabət edən" SCSI standartı da dayanmadı və Serial ATA-nın meydana çıxmasından cəmi bir il sonra, 2004-cü ildə o, seriya interfeysinə çevrildi. Yeni interfeysin adı belədir Serial Əlavə edilmiş SCSI (SEDGE).
SAS SCSI komanda dəstini miras qoysa da, dəyişikliklər əhəmiyyətli idi:
- serial interfeys;
- enerji təchizatı ilə 29 telli kabel;
- nöqtədən nöqtəyə əlaqə
SCSI terminologiyası da miras qalmışdır. Nəzarətçi hələ də təşəbbüskar, qoşulmuş qurğular isə hədəf adlanır. Bütün hədəf cihazlar və təşəbbüskar SAS domenini təşkil edir. SAS-da əlaqənin bant genişliyi domendəki cihazların sayından asılı deyil, çünki hər bir cihaz öz xüsusi kanalından istifadə edir.
SAS domenində eyni vaxtda qoşulan cihazların maksimum sayı, spesifikasiyaya görə, 16 mini keçir və SCSI ID əvəzinə identifikatordan istifadə olunur. Ümumdünya Adı (WWN).
WWN, SAS cihazları üçün MAC ünvanına bənzər 16 bayt uzunluğunda unikal identifikatordur.
SAS və SATA konnektorları arasındakı oxşarlıqlara baxmayaraq, bu standartlar tam uyğun deyil. Bununla belə, bir SATA sürücüsü SAS konnektoruna qoşula bilər, lakin əksinə deyil. SATA sürücüləri və SAS domeni arasında uyğunluq SATA Tunel Protokolundan (STP) istifadə etməklə təmin edilir.
SAS-1 standartının ilk versiyası 3 Gb/s ötürmə qabiliyyətinə malikdir və ən müasir olan SAS-4 bu göstəricini 7 dəfə yaxşılaşdırıb: 22,5 Qb/s.
PCIe
Periferik Komponent İnterconnect Express (PCI Express, PCIe) 2002-ci ildə ortaya çıxan verilənlərin ötürülməsi üçün serial interfeysdir. İnkişaf Intel tərəfindən başladı və sonradan xüsusi bir təşkilata - PCI Xüsusi Maraq Qrupuna verildi.
Serial PCIe interfeysi istisna olmadı və genişləndirmə kartlarını birləşdirmək üçün nəzərdə tutulmuş paralel PCI-nin məntiqi davamı oldu.
PCI Express SATA və SAS-dan əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir. PCIe interfeysi dəyişən sayda zolaqlara malikdir. Sətirlərin sayı ikinin gücünə bərabərdir və 1 ilə 16 arasında dəyişir.
PCIe-də "zolaq" termini xüsusi siqnal zolağına deyil, aşağıdakı siqnal zolaqlarından ibarət ayrıca tam dupleks rabitə əlaqəsinə aiddir:
- almaq+ və almaq-;
- ötürmə+ və ötürmə-;
- dörd torpaq naqili.
PCIe zolaqlarının sayı birbaşa əlaqənin maksimum bant genişliyinə təsir göstərir. Mövcud PCI Express 4.0 standartı bir xətt üzrə 1.9 GB/s, 31.5 sətirdən istifadə edərkən isə 16 GB/s sürət əldə etməyə imkan verir.
Solid-dövlət sürücülərinin "iştahaları" çox sürətlə artır. Həm SATA, həm də SAS, SSD-lərlə ayaqlaşmaq üçün bant genişliyini artıra bilmədi, bu da PCIe ilə əlaqəli SSD-lərin tətbiqinə səbəb oldu.
PCIe Add-In kartları işə salınsa da, PCIe isti dəyişdirilə bilər. Qısa sancaqlar PRSNT (İngilis dilində indiki - indiki) kartın yuvaya tam quraşdırıldığından əmin olun.
PCIe vasitəsilə qoşulmuş bərk hallı disklər ayrıca standartla tənzimlənir Qeyri-Uçucu Yaddaş Host Controller Interface Spesifikasiyası və müxtəlif forma faktorlarında təcəssüm olunur, lakin biz onlar haqqında növbəti hissədə danışacağıq.
Uzaqdan Disklər
Böyük məlumat anbarları yaratarkən, serverdən kənarda yerləşən sürücüləri birləşdirməyə imkan verən protokollara ehtiyac var idi. Bu sahədə ilk həll yolu oldu İnternet SCSI (iSCSI), 1998-ci ildə IBM və Cisco tərəfindən hazırlanmışdır.
iSCSI protokolunun arxasında duran ideya sadədir: SCSI əmrləri TCP/IP paketlərinə “bükülür” və şəbəkəyə göndərilir. Uzaqdan əlaqəyə baxmayaraq, o, müştərilərə sürücünün yerli olaraq qoşulduğu illüziyasını verir. iSCSI əsaslı saxlama sahəsi şəbəkəsi (SAN) mövcud şəbəkə infrastrukturu üzərində qurula bilər. iSCSI-nin istifadəsi SAN-ın təşkili xərclərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
iSCSI-nin "mükafat" seçimi var - Fiber Kanal Protokolu (FCP). FCP istifadə edən SAN xüsusi fiber-optik rabitə xətləri üzərində qurulub. Bu yanaşma əlavə optik şəbəkə avadanlığı tələb edir, lakin sabit və yüksək ötürmə qabiliyyətinə malikdir.
SCSI əmrlərini kompüter şəbəkələri üzərindən göndərmək üçün bir çox protokollar mövcuddur. Bununla belə, əks problemi həll edən və SCSI avtobusu üzərindən IP paketləri göndərməyə imkan verən yalnız bir standart var - .
Əksər SAN protokolları sürücüləri idarə etmək üçün SCSI əmr dəstindən istifadə edir, lakin sadə qaydalar kimi istisnalar var. Ethernet üzərindən ATA (AOE). AoE protokolu ATA əmrlərini Ethernet paketlərində göndərir, lakin disklər sistemdə SCSI kimi görünür.
NVM Express sürücülərinin yaranması ilə iSCSI və FCP protokolları artıq SSD-lərin sürətlə artan tələblərinə cavab vermir. İki həll yolu ortaya çıxdı:
- PCI Express avtobusunun serverdən kənarda çıxarılması;
- NVMe üzərində Fabrics protokolunun yaradılması.
PCIe avtobusunun çıxarılması mürəkkəb keçid avadanlığı yaradır, lakin protokolu dəyişmir.
NVMe over Fabrics protokolu iSCSI və FCP-yə yaxşı alternativ oldu. NVMe-oF fiber optik keçiddən və NVM Express komanda dəstindən istifadə edir.
DDR-T
iSCSI və NVMe-oF standartları uzaq sürücülərin yerli kimi birləşdirilməsi problemini həll edir, Intel isə başqa yolla getdi və yerli diski prosessora mümkün qədər yaxınlaşdırdı. Seçim RAM-ın qoşulduğu DIMM yuvalarına düşdü. Maksimum DDR4 bant genişliyi 25 GB/s təşkil edir ki, bu da PCIe avtobusundan daha sürətlidir. Intel® Optane™ DC Davamlı Yaddaş SSD-si belə yarandı.
Sürücüyü DIMM yuvalarına qoşmaq üçün protokol icad edilmişdir DDR-T, fiziki və elektrik cəhətdən DDR4 ilə uyğun gəlir, lakin yaddaş paneli ilə sürücü arasındakı fərqi görən xüsusi nəzarətçi tələb olunur. Sürücüyə giriş sürəti RAM-dan azdır, lakin NVMe-dən çoxdur.
DDR-T yalnız Intel® Cascade Lake nəsil prosessorları və ya daha sonrakı versiyalarda mövcuddur.
Nəticə
Demək olar ki, bütün interfeyslər serialdan paralel məlumat ötürülməsinə qədər uzun bir yol keçmişdir. SSD sürətləri yüksəlir, dünən SSD-lər maraq doğururdu və bu gün NVMe artıq sürpriz deyil.
Laboratoriyamızda SSD və NVMe sürücülərini özünüz test edə bilərsiniz.
Sorğuda yalnız qeydiyyatdan keçmiş istifadəçilər iştirak edə bilər. xahiş edirəm.
NVMe sürücüləri yaxın gələcəkdə klassik SSD-ləri əvəz edəcəkmi?
-
55.5%Bəli 100
-
44.4%№80
180 istifadəçi səs verib. 28 istifadəçi bitərəf qalıb.
Mənbə: www.habr.com