В ciclu "Intruduzione à SSD" avemu parlatu di a storia di l'apparizione di discu. A seconda parte vi dirà nantu à l'interfacce per interagisce cù unità.
A cumunicazione trà u processatore è i periferiche si faci secondu cunvenzioni predefinite chjamate interfacce. Questi accordi regulanu u livellu fisicu è software di interazzione.
Interfaccia - un inseme di mezi, metudi è regule di interazzione trà elementi di u sistema.
L'implementazione fisica di una interfaccia influenza i seguenti parametri:
- flussu di u canali di cumunicazione;
- u numeru massimu di dispusitivi cunnessi simultaneamente;
- u numeru di errori chì succede.
L'interfaccia di discu sò custruite Porti I/O, chì hè u cuntrariu di a memoria I / O è ùn occupa micca spaziu in u spaziu di indirizzu di u processatore.
Porti paralleli è seriali
Sicondu u metudu di scambiu di dati, i porti I / O sò divisi in dui tipi:
- parallela;
- coherente.
Cum'è u nome implica, u portu parallelu manda una parolla di macchina à tempu, custituita da parechji bits. Un portu parallelu hè u modu più faciule per scambià dati, postu chì ùn hè micca bisognu di suluzioni di circuiti cumplessi. In u casu più simplice, ogni bit di a parolla di a macchina hè mandatu nantu à a so propria linea di signale, è duie linee di signale di serviziu sò usate per feedback: Dati pronti и Dati accettati.
I porti paralleli, à u primu sguardu, scalanu bè: più linee di signale - più bit sò trasmessi à u mumentu è, dunque, più altu throughput. Tuttavia, per via di l'aumentu di u numeru di linee di signale, l'interferenza si trova trà elli, chì porta à a distorsione di i missaghji trasmessi.
I porti seriali sò u cuntrariu di u parallelu. I dati sò mandati un bit à un tempu, chì reduce u numeru tutale di linee di signale, ma complica u controller I / O. U controller di trasmettitore riceve a parolla di a macchina à u mumentu è deve trasmette un bit à u tempu, è u controller di u receptore à u turnu deve riceve i bits è almacenà in u listessu ordine.
Un picculu numeru di linee di signale permette di aumentà a freccia di trasmissione di missaghju senza interferenza.
SCSI
Small Computer Systems Interface (SCSI) hè apparsu in u 1978 è era urigginariamente cuncepitu per cumminà i dispositi di diversi profili in un solu sistema. A specificazione SCSI-1 prevede a cunnessione di finu à 8 dispositi (inseme cù u controller), cum'è:
- scanners;
- unità di tape (streamers);
- unità ottiche;
- unità di discu è altri dispositi.
SCSI era urigginariamente chjamatu Shugart Associates System Interface (SASI), ma u cumitatu di standard ùn appruva micca un nome dopu à a cumpagnia, è dopu un ghjornu di brainstorming, u nome Small Computer Systems Interface (SCSI) hè natu. U "Babbu" di SCSI, Larry Boucher, vulia chì l'acronimu sia pronunzianu "sexy", ma leghje "sсuzzy" ("dice"). In seguitu, a pronunzia di "tell" hè stata fermamente radicata in questu standard.
In a terminologia SCSI, i dispositi cunnessi sò spartuti in dui tipi:
- iniziatori;
- dispusitivi di destinazione.
L'iniziatore manda un cumandamentu à u dispusitivu di destinazione, chì poi manda una risposta à l'iniziatore. L'iniziatori è i miri sò cunnessi à un bus SCSI cumuni, chì hà una larghezza di banda di 1 MB / s in u standard SCSI-5.
A topologia "bus cumunu" usata impone una quantità di restrizioni:
- à l'estremità di l'autobus, i dispositi speciali sò necessarii - terminatori;
- larghezza di banda di bus hè spartutu trà tutti i dispusitivi;
- U numeru massimu di dispusitivi cunnessi simultaneamente hè limitatu.
I dispusitivi nantu à l'autobus sò identificati da un numeru unicu chjamatu ID di destinazione SCSI. Ogni unità SCSI in u sistema hè rapprisintata da almenu un dispositivu logicu, chì hè indirizzatu da un numeru unicu in u dispusitivu fisicu. Numeru Unità Logica (LUN).
I cumandamenti in SCSI sò mandati in a forma blocchi di descrizzione di cumanda (Command Descriptor Block, CDB), custituitu da un codice di operazione è paràmetri di cumandamentu. U standard descrive più di 200 cumandamenti, divisi in quattru categurie:
- Mandatariu - deve esse supportatu da u dispusitivu;
- Opcional - pò esse implementatu;
- Specificu di u venditore - utilizatu da un fabricatore specificu;
- Obsoleto - cumandamenti obsoleti.
Trà i numerosi cumandamenti, solu trè di elli sò obligatorii per i dispositi:
- TEST UNIT READY - cuntrollà a preparazione di u dispusitivu;
- REQUEST SENSE - dumanda u codice d'errore di u cumandamentu precedente;
- Enquiry - dumandà e caratteristiche principali di u dispusitivu.
Dopu avè ricivutu è trasfurmatu u cumandimu, u dispusitivu di destinazione manda un codice di statutu à l'iniziatore, chì descrive u risultatu di l'esekzione.
Ulteriore migliuramentu di SCSI (specificazioni SCSI-2 è Ultra SCSI) hà allargatu a lista di cumandamenti utilizati è hà aumentatu u nùmeru di dispusitivi cunnessi finu à 16, è a tarifa di scambiu di dati in u bus à 640 MB / s. Siccomu SCSI hè una interfaccia parallela, l'aumentu di a freccia di u scambiu di dati hè stata assuciata cù una diminuzione di a lunghezza massima di u cable è hà purtatu à l'inconvenienti in usu.
Partendu cù u standard Ultra-3 SCSI, hè apparsu u supportu per u "hot plugg" - cunnetta i dispositi quandu u putere hè attivu.
U primu SSD SCSI cunnisciutu era u M-Systems FFD-350, liberatu in u 1995. U discu avia un costu altu è ùn era micca largamente utilizatu.
Attualmente, u SCSI parallelu ùn hè micca una interfaccia di discu populari, ma u settore di cumanda hè sempre attivamente utilizatu in interfacce USB è SAS.
ATA/PATA
interfaccia ATA (Advanced Technology Attachment), cunnisciutu ancu com'è POWA (Parallel ATA) hè statu sviluppatu da Western Digital in u 1986. U nomu di cummercializazione per u standard IDE (Eng. Integrated Drive Electronics - "elettronica integrata in u drive") hà enfatizatu una innuvazione impurtante: u controller di unità hè stata integrata in u drive, è micca nantu à una scheda di espansione separata.
A decisione di mette u controller in u drive risolve parechji prublemi à una volta. Prima, a distanza da u drive à u controller hè diminuitu, chì hà affettatu positivamente u rendiment di u drive. Siconda, u controller integratu era "sharpened" solu per un certu tipu di unità è, per quessa, era più prezzu.
ATA, cum'è SCSI, usa un metudu I / O parallelu, chì si riflette in i cables utilizati. A cunnessione di unità cù l'interfaccia IDE richiede cavi di 40 core, ancu chjamati cavi piatti. Specificazioni più recenti utilizanu stubs 80-wire, più di a mità di quali sò loops di terra per riduce l'interferenza à frequenze alte.
Ci sò dui o quattru connettori nantu à u cable ATA, unu di i quali hè cunnessu à a scheda madre, è u restu à i drive. Quandu cunnette dui dispositi in un ciclu, unu di elli deve esse cunfiguratu cum'è Master, è u sicondu cum'è Slave. U terzu dispusitivu pò esse cunnessu solu in modu di lettura solu.
A pusizione di u jumper determina u rolu di un dispositivu particulari. I termini Master è Slave in relazione à i dispositi ùn sò micca sanu sanu curretti, postu chì in relazione à u controller, tutti i dispositi cunnessi sò Slaves.
Una innovazione speciale in ATA-3 hè l'apparenza Autosurveillance, Tecnulugia di Analisi è Reporting (SMART). Cinque cumpagnie (IBM, Seagate, Quantum, Conner è Western Digital) anu unitu e forze è a tecnulugia standardizata di valutazione di a salute di l'unità.
U supportu per l'unità di stati solidi hè stata da a versione 1998 di u standard, liberata in u 33.3. Questa versione di u standard hà furnitu tassi di trasferimentu di dati finu à XNUMX MB/s.
U standard presenta requisiti stretti per i cavi ATA:
- u piume deve esse pianu;
- lunghezza massima di u trenu 18 inches (45.7 centimetri).
U trenu cortu è largu era inconveniente è interferiscenu cù u cooling. Hè diventatu di più in più difficiuli di aumentà a freccia di trasmissione cù ogni versione successiva di u standard, è ATA-7 risolve u prublema radicalmente: l'interfaccia parallela hè stata rimpiazzata da una seriale. Dopu à quessa, ATA hà acquistatu a parolla Parallel è divintò cunnisciuta cum'è PATA, è a settima versione di u standard hà ricevutu un nome diversu - Serial ATA. A numerazione di a versione SATA hà iniziatu da una.
SATA
U standard Serial ATA (SATA) hè statu introduttu u 7 di ghjennaghju di u 2003 è hà indirizzatu i prublemi di u so predecessore cù i seguenti cambiamenti:
- portu parallelu rimpiazzatu da seriale;
- cable largu 80-fili rimpiazzatu da 7-fili;
- a topulugia "bus cumunu" hè stata rimpiazzata cù una cunnessione "puntu à puntu".
Ancu s'è SATA 1.0 (SATA / 150, 150 MB / s) era marginalmente più veloce di ATA-6 (UltraDMA / 130, 130 MB / s), a mossa à a cumunicazione seriale era "stabilisce a terra" per a velocità.
Sedici linee di signali per a trasmissione di dati in ATA sò stati rimpiazzati cù dui pariglii torciati: unu per a trasmissione, u sicondu per a ricezione. I connettori SATA sò cuncepiti per esse più resistenti à parechje reconnects, è a specificazione SATA 1.0 hà permessu di u hot plugg.
Certi pins nantu à i drive sò più brevi di tutti l'altri. Questu hè fattu per sustene "hot swap" (Hot Swap). Duranti u prucessu di sustituzione, u dispusitivu "perde" è "truvà" i linii in un ordine predeterminatu.
Un pocu più di un annu dopu, in April 2004, a seconda versione di a specificazione SATA hè stata liberata. In più di accelerà finu à 3 Gb / s, SATA 2.0 hà introduttu a tecnulugia Coda di Cumandamentu Nativu (NCQ). I dispositi cù supportu NCQ sò capaci di urganizà indipindentamente l'ordine di esecuzione di cumandamenti entranti per ottene u massimu rendiment.
I trè anni dopu, u Gruppu di Travagliu SATA hà travagliatu per migliurà a specificazione esistente, è a versione 2.6 hà introduttu cunnessi Slimline compacti è micro SATA (uSATA). Questi connettori sò una versione più chjuca di u connettore SATA originale è sò pensati per unità ottiche è unità chjuche in laptops.
Mentre chì SATA di seconda generazione avia abbastanza larghezza di banda per i HDD, i SSD esigenu più. In u maghju di u 2009, a terza versione di a specificazione SATA hè stata liberata cù una larghezza di banda aumentata à 6 Gb / s.
Una attenzione particulare hè stata pagata à l'unità di stati solidi in l'edizione SATA 3.1. Un connettore Mini-SATA (mSATA) hè apparsu, cuncepitu per cunnette unità di stati solidi in laptops. A cuntrariu di Slimline è uSATA, u novu connector pareva un PCIe Mini, ancu s'ellu ùn era micca elettricamente cumpatibile cù PCIe. In più di u novu connettore, SATA 3.1 vantava a capacità di mette in fila cumandamenti TRIM cù cumandamenti di lettura è scrittura.
U cumandamentu TRIM notifica à u SSD di blocchi di dati chì ùn portanu micca una carica. Prima di SATA 3.1, stu cumandimu scacciava i caches è suspende l'operazioni I/O, seguitu da un cumandamentu TRIM. Stu approcciu hà degradatu u rendiment di u discu durante l'operazione di eliminazione.
A specificazione SATA ùn hà micca seguitu cù a rapida crescita di e velocità d'accessu per i SSD, purtendu à un cumprumissu in 2013 chjamatu SATA Express in u standard SATA 3.2. Invece di duppià di novu a larghezza di banda di SATA, i sviluppatori anu utilizatu u bus PCIe largamente utilizatu, chì a so velocità supera 6 Gb / s. Drives cù supportu SATA Express anu acquistatu u so propiu fattore di forma chjamatu M.2.
SAS
U standard SCSI, "cumpete" cù ATA, ùn si ferma ancu è solu un annu dopu l'apparizione di Serial ATA, in u 2004, hè rinascitu in una interfaccia seriale. U nome di a nova interfaccia hè SCSI Serial Attached (SEDGE).
Ancu se SAS hà ereditatu u set di cumandamenti SCSI, i cambiamenti eranu significativi:
- interfaccia seriale;
- cable 29-wire cù alimentazione;
- cunnessione puntu à puntu
A terminologia SCSI hè ancu ereditata. U controller hè sempre chjamatu l'iniziatore, è i dispositi cunnessi sò chjamati u mira. Tutti i dispositi di destinazione è l'iniziatore formanu un duminiu SAS. In SAS, a larghezza di banda di cunnessione ùn dipende micca di u numeru di dispusitivi in u duminiu, postu chì ogni dispusitivu usa u so propiu canali dedicatu.
U numeru massimu di dispusitivi cunnessi simultaneamente in un duminiu SAS, secondu a specificazione, supera 16 mila, è invece di un ID SCSI, un identificatore hè utilizatu per indirizzà. Nome in u mondu sanu (WWN).
WWN hè un identificatore unicu di 16 bytes longu, simile à l'indirizzu MAC per i dispositi SAS.
Malgradu i similitudini trà i connettori SAS è SATA, sti standard ùn sò micca cumplettamente cumpatibili. In ogni casu, un discu SATA pò esse cunnessu à un connector SAS, ma micca vice versa. A cumpatibilità trà e unità SATA è u duminiu SAS hè furnita cù u SATA Tunneling Protocol (STP).
A prima versione di u standard SAS-1 hà una larghezza di banda di 3 Gb / s, è u più mudernu, SAS-4, hà migliuratu sta figura da 7 volte: 22,5 Gb / s.
PCIe
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) hè una interfaccia seriale per u trasferimentu di dati, apparsu in u 2002. U sviluppu hè statu iniziatu da Intel, è dopu trasferitu à una urganizazione speciale - u Gruppu di Interessi Speciali PCI.
L'interfaccia seriale PCIe ùn era micca escepzione è hè diventata una continuazione logica di u PCI parallelu, chì hè pensatu per cunnette carte di espansione.
PCI Express hè significativamente sfarente da SATA è SAS. L'interfaccia PCIe hà un numeru variabile di corsi. U numaru di linii hè uguali à putenzi di dui è varieghja da 1 à 16.
U terminu "corsia" in PCIe ùn si riferisce micca à una corsia di signale specifica, ma à un ligame di cumunicazione full-duplex separatu custituitu da e seguenti corsie di signale:
- riceve + è riceve-;
- trasmissioni + è trasmissioni-;
- quattru fili di terra.
U numaru di corsi PCIe influenza direttamente a larghezza di banda massima di a cunnessione. L'attuale standard PCI Express 4.0 permette di ottene 1.9 GB / s nantu à una sola linea, è 31.5 GB / s quandu utilizate 16 linee.
L'"appetite" di unità di u solidu sò crescenu assai rapidamente. Sia SATA è SAS ùn anu micca pussutu aumentà a so larghezza di banda per mantene u passu cù SSD, chì hà purtatu à l'intruduzioni di SSD cunnessi à PCIe.
Ancu se e carte PCIe Add-In sò avvitate, PCIe hè scambiabile in calore. Short pins PRSNT (presente inglese - presente) assicuratevi chì a carta hè cumplettamente installata in u slot.
Unità di stati solidi cunnessi via PCIe sò regulati da un standard separatu Specificazione di l'interfaccia di u controller di l'ospite di memoria non volatile è sò incarnati in una varietà di fatturi di forma, ma ne parlemu in a parti dopu.
Unità Remote
Quandu creanu grandi magazzini di dati, ci era bisognu di protokolli chì permettenu di cunnetta unità situate fora di u servitore. A prima suluzione in questa zona era Internet SCSI (iSCSI), sviluppatu da IBM è Cisco in u 1998.
L'idea daretu à u protokollu iSCSI hè simplice: i cumandamenti SCSI sò "imballati" in pacchetti TCP/IP è mandati à a reta. Malgradu a cunnessione remota, dà l'illusione à i clienti chì l'unità hè cunnessa in u locu. A rete d'area di almacenamentu basata in iSCSI (SAN) pò esse custruita nantu à l'infrastruttura di rete esistente. L'usu di iSCSI reduce significativamente u costu di urganizà una SAN.
iSCSI hà una opzione "premium" - Protocolu Fibre Channel (FCP). SAN chì utilizeghja FCP hè custruitu nantu à linee di cumunicazione in fibra ottica dedicate. Stu approcciu richiede un equipamentu di rete otticu supplementu, ma hè stabile è altu throughput.
Ci sò parechji protokolli per mandà cumandamenti SCSI nantu à e rete di computer. Tuttavia, ci hè solu un standard chì risolve u prublema oppostu è permette di mandà pacchetti IP nantu à u bus SCSI - .
A maiò parte di i protokolli SAN utilizanu u set di cumandamenti SCSI per gestisce e unità, ma ci sò eccezzioni, cum'è u simplice ATA over Ethernet (AOE). U protokollu AoE manda cumandamenti ATA in pacchetti Ethernet, ma l'unità appare cum'è SCSI in u sistema.
Cù l'avventu di l'unità NVM Express, i protokolli iSCSI è FCP ùn rispondenu più à i requisiti in rapida crescita di SSD. Dui suluzioni sò emerse:
- eliminazione di l'autobus PCI Express fora di u servitore;
- creazione di u protocolu NVMe over Fabrics.
L'eliminazione di u bus PCIe crea un hardware di commutazione cumplessu ma ùn cambia micca u protocolu.
U protocolu NVMe over Fabrics hè diventatu una bona alternativa à iSCSI è FCP. NVMe-oF usa un ligame in fibra ottica è u set di cumandamenti NVM Express.
DDR-T
I normi iSCSI è NVMe-oF risolve u prublema di cunnetta l'unità remoti cum'è lucali, mentre chì Intel andava in l'altru modu è hà purtatu l'unità locale u più vicinu à u processatore. A scelta hè cascata nantu à i slot DIMM in quale a RAM hè cunnessa. A larghezza di banda massima DDR4 hè 25 GB / s, chì hè assai più veloce di u bus PCIe. Hè cusì chì l'Intel® Optane™ DC Persistent Memory SSD hè natu.
Un protokollu hè statu inventatu per cunnette una unità à slot DIMM DDR-T, fisicamente è elettricamente cumpatibile cù DDR4, ma chì necessitanu un controller speciale chì vede a diffarenza trà una barra di memoria è un drive. A velocità di accessu à l'unità hè menu di RAM, ma più di NVMe.
DDR-T hè dispunibule solu cù i processori di generazione Intel® Cascade Lake o più tardi.
cunchiusioni
Quasi tutte l'interfacce anu fattu una longa strada da a trasmissione di dati seriale à parallela. A velocità di SSD hè in crescita, ieri i SSD eranu una curiosità, è oghje NVMe ùn hè più una sorpresa.
In u nostru laboratoriu pudete pruvà SSD è NVMe drives stessu.
Solu l'utilizatori registrati ponu participà à l'indagine. , per piacè.
L'unità NVMe rimpiazzeranu i SSD classici in un futuru vicinu?
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55.5%Iè 100
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44.4%No 80
180 utilizatori anu vutatu. 28 utilizatori si sò astenuti.
Source: www.habr.com