В zikloa "SSDrako sarrera" diskoen agerpenaren historiari buruz hitz egin dugu. Bigarren zatian unitateekin elkarreragiteko interfazeei buruz hitz egingo da.
Prozesadorearen eta periferikoen arteko komunikazioa aurrez zehaztutako konbentzioen arabera gertatzen da interfazeak. Hitzarmen hauek interakzio maila fisikoa eta softwarea arautzen dute.
Interfazea - sistemako elementuen arteko elkarrekintzarako bitarteko, metodo eta arauen multzoa.
Interfaze baten ezarpen fisikoak parametro hauei eragiten die:
- komunikazio kanalaren transmisioa;
- aldi berean konektatutako gailuen gehienezko kopurua;
- gertatzen diren akats kopurua.
Diskoen interfazeak eraikita daude I/O atakak, memoria I/O-ren aurkakoa dena eta ez du lekurik hartzen prozesadorearen helbide-espazioan.
Portu paraleloak eta serieak
Datuak trukatzeko metodoaren arabera, I / O atakak bi motatan banatzen dira:
- paraleloa;
- koherentea.
Izenak dioen bezala, ataka paraleloak makina bat hitz bidaltzen ditu aldi berean, hainbat bitz osatua. Ataka paraleloa datuak trukatzeko modurik errazena da, ez baitu zirkuitu konponbide konplexurik behar. Kasurik errazenean, makinaren hitzaren bit bakoitza bere seinale-lerroan bidaltzen da, eta bi zerbitzu-seinale-lerro erabiltzen dira feedback-a egiteko: Datuak prest и Datuak onartuta.
Portu paraleloek, lehen begiratuan, ondo eskalatzen dute: seinale-lerro gehiago - aldi berean bit gehiago transmititzen dira eta, beraz, errendimendu handiagoa. Hala ere, seinale-lerroen kopurua handitzen denez, haien artean interferentziak sortzen dira, transmititzen diren mezuak desitxuratuz.
Serieko atakak paraleloen aurkakoak dira. Datuak bit bat bidaltzen dira, eta horrek seinale-lerroen kopurua murrizten du, baina I/O kontrolagailua zailtzen du. Igorle-kontrolatzaileak makina-hitza jasotzen du aldi berean eta bit bat bidali behar du aldi berean, eta hargailu-kontrolatzaileak, berriz, bitak jaso eta ordena berean gorde behar ditu.
Seinale-lerro kopuru txiki batek mezuen transmisioaren maiztasuna interferentziarik gabe handitzeko aukera ematen du.
SCSI
Small Computer Systems Interface (SCSI) 1978an agertu zen eta jatorriz hainbat profiltako gailuak sistema bakar batean konbinatzeko diseinatu zen. SCSI-1 zehaztapenak gehienez 8 gailu konektatzeko (kontrolagailuarekin batera), hala nola:
- eskanerrak;
- zinta unitateak (streamers);
- unitate optikoak;
- disko-unitateak eta beste gailu batzuk.
SCSI hasiera batean Shugart Associates System Interface (SASI) deitzen zen, baina estandar batzordeak ez zuen konpainiaren izena onartuko, eta egun baten ondoren, Small Computer Systems Interface (SCSI) izena sortu zen. SCSIren aitak, Larry Boucherrek, akronimoa "sexy" ahoskatzea nahi zuen, baina irakurri "sсuzzy" ("kontatu"). Gerora, "tell"-en ahoskera irmoki errotu zen estandar honetan.
SCSI terminologian, konektatutako gailuak bi motatan banatzen dira:
- abiarazleak;
- xede gailuak.
Hasitzaileak komando bat bidaltzen dio xede gailura, eta gero erantzun bat bidaltzen dio abiarazleari. Hasierakoak eta helburuak SCSI bus komun batera konektatuta daude, SCSI-1 estandarrean 5 MB/s-ko banda zabalera duena.
Erabiltzen den "bus komuna" topologiak hainbat murrizketa ezartzen ditu:
- autobusaren muturretan, gailu bereziak behar dira - amaieratzaileak;
- autobusaren banda-zabalera gailu guztien artean partekatzen da;
- Aldi berean konektatutako gailuen gehienezko kopurua mugatua da.
Autobuseko gailuak deitutako zenbaki esklusibo baten bidez identifikatzen dira SCSI xede IDa. Sistemako SCSI unitate bakoitza gutxienez gailu logiko batek adierazten du, gailu fisikoaren barruan zenbaki esklusibo batekin zuzentzen dena. Unitate Logiko Zenbakia (LUN).
SCSIko komandoak formularioan bidaltzen dira komandoen deskribapen blokeak (Komando Deskribatzaileen Blokea, CDB), eragiketa-kode batek eta komando-parametroek osatua. Estandarrak 200 komando baino gehiago deskribatzen ditu, lau kategoriatan banatuta:
- derrigorrezko — gailuak onartu behar du;
- Aukerako - inplementatu daiteke;
- Saltzaileen espezifikoa - Fabrikatzaile zehatz batek erabiltzen du;
- zaharkituak - komando zaharkituak.
Komando askoren artean, horietako hiru baino ez dira nahitaezkoak gailuetarako:
- PROBA UNITATEA PREST — gailua prest dagoen egiaztatzea;
- ESKATU SENTSUA — aurreko komandoaren errore-kodea eskatzen du;
- INQUIRY — gailuaren ezaugarri nagusiak eskatu.
Komandoa jaso eta prozesatu ondoren, xede-gailuak egoera-kode bat bidaltzen dio hasieratzaileari, exekuzioaren emaitza deskribatzen duena.
SCSI hobekuntzak (SCSI-2 eta Ultra SCSI zehaztapenak) erabilitako komandoen zerrenda zabaldu zuen eta konektatutako gailuen kopurua 16ra arte handitu zuen, eta datu-trukea autobusean 640 MB/s-ra arte. SCSI interfaze paraleloa denez, datu-trukearen maiztasuna handitzea kablearen gehienezko luzera gutxitzearekin lotuta zegoen eta erabileran eragozpenak eragin zituen.
Ultra-3 SCSI estandarretik hasita, "hot pluggging"-erako laguntza agertu da - gailuak konektatzen ditu pizten denean.
Ezagutzen den lehen SCSI SSD M-Systems FFD-350 izan zen, 1995ean kaleratua. Diskoak kostu handia zuen eta ez zen oso erabilia.
Gaur egun, SCSI paraleloa ez da disko-interfaze ezaguna, baina komando multzoa aktiboki erabiltzen da oraindik USB eta SAS interfazeetan.
ATA/PATA
interface ATA (Advanced Technology Attachment), izenez ere ezaguna PATA (Parallel ATA) Western Digitalek garatu zuen 1986an. IDE estandarraren marketin-izena (Eng. Integrated Drive Electronics - "unitatean integratutako elektronika") berrikuntza garrantzitsu bat azpimarratzen zuen: disko kontrolatzailea unitatean integratuta zegoen, eta ez hedapen-plaka bereizi batean.
Kontrolagailua diskoaren barruan jartzeko erabakiak hainbat arazo konpondu zituen aldi berean. Lehenik eta behin, unitatetik kontrolagailurako distantzia gutxitu egin da, eta horrek positiboki eragin du diskoaren errendimenduan. Bigarrenik, kontrolagailu integratua disko mota jakin baterako bakarrik "zorroztu" zen eta, horren ondorioz, merkeagoa zen.
ATAk, SCSIk bezala, I/O metodo paraleloa erabiltzen du, erabilitako kableetan islatzen dena. IDE interfazea erabiliz unitateak konektatzeko 40 nukleoko kableak behar dira, kable lauak ere deitzen direnak. Azken zehaztapenek 80 alanbreko zirriborroak erabiltzen dituzte, eta horietatik erdia baino gehiago lurreko begiztak dira, maiztasun handiko interferentziak murrizteko.
ATA kablean bi edo lau konektore daude, horietako bat plakara konektatuta dago eta gainerakoa diskoetara. Bi gailu begizta batean konektatzean, horietako bat honela konfiguratu behar da Master, eta bigarrena bezala Slave. Hirugarren gailua irakurtzeko moduan soilik konekta daiteke.
Jumper-aren posizioak gailu jakin baten eginkizuna zehazten du. Gailuei dagokienez Maisu eta Esklabo terminoak ez dira guztiz zuzenak, kontroladoreari dagokionez, konektatutako gailu guztiak Esklaboak baitira.
ATA-3n berrikuntza berezi bat itxura da Autokontrola, Analisi eta Txosten Teknologia (SMART). Bost enpresek (IBM, Seagate, Quantum, Conner eta Western Digital) indarrak batu dituzte eta unitateen osasun-ebaluazioaren teknologia estandarizatu dute.
1998an kaleratutako estandarraren 33.3. bertsiotik egon da egoera solidoko unitateetarako laguntza. Estandarren bertsio honek XNUMX MB/s-ko datu-transferentzia-tasak eskaintzen zituen.
Estandarrak baldintza zorrotzak ezartzen ditu ATA kableentzat:
- luma laua izan behar du;
- trenaren gehienezko luzera 18 hazbeteko (45.7 zentimetro).
Tren labur eta zabala deserosoa zen eta hoztea oztopatzen zuen. Gero eta zailagoa zen transmisio-maiztasuna handitzea estandarraren ondorengo bertsio bakoitzarekin, eta ATA-7-k arazoa errotik konpondu zuen: interfaze paraleloa serie batekin ordezkatu zen. Horren ostean, ATAk Parallel hitza eskuratu zuen eta PATA izenez ezagutzen zen, eta estandarraren zazpigarren bertsioak beste izen bat jaso zuen - Serial ATA. SATA bertsioaren zenbakitzea batetik hasi zen.
SATA
Serial ATA (SATA) estandarra 7ko urtarrilaren 2003an sartu zen eta aurrekoaren arazoei aurre egin zien aldaketa hauekin:
- ataka paraleloa seriez ordezkatuta;
- 80 hariko kable zabala 7 hari ordez;
- "Bus komuna" topologia "puntutik puntu" konexio batekin ordezkatu da.
Nahiz eta SATA 1.0 (SATA/150, 150 MB/s) ATA-6 (UltraDMA/130, 130 MB/s) baino apur bat azkarragoa izan, serieko komunikaziorako mugimendua abiaduraren "oinarria ezartzen" zen.
ATAn datu-transmisiorako hamasei seinale-lerro ordezkatu ziren bi bikote bikoizturekin: bat transmisiorako, bigarrena harrerarako. SATA konektoreak birkonexio anitzekiko erresistenteagoak izateko diseinatuta daude, eta SATA 1.0 zehaztapenak bero-konexioa posible egin zuen.
Unitateetako pin batzuk beste guztiak baino laburragoak dira. Hau "hot swap" (Hot Swap) onartzen da. Ordezkatzeko prozesuan, gailuak lerroak "galtzen" ditu eta "aurkitzen" ditu aurrez zehaztutako ordena batean.
Urtebete pasatxo geroago, 2004ko apirilean, SATA zehaztapenaren bigarren bertsioa kaleratu zen. 3 Gb/s-ra arte bizkortzeaz gain, SATA 2.0-k teknologia sartu zuen Native Command Queuing (NCQ). NCQ euskarria duten gailuek sarrerako komandoen exekuzio ordena modu independentean antolatzeko gai dira errendimendu handiena lortzeko.
Hurrengo hiru urteetan, SATA Lantaldeak lehendik zegoen zehaztapena hobetzeko lan egin zuen, eta 2.6 bertsioak Slimline eta mikro SATA (uSATA) konektore trinkoak sartu zituen. Konektore hauek jatorrizko SATA konektorearen bertsio txikiagoa dira eta ordenagailu eramangarrietako disko optikoetarako eta unitate txikietarako diseinatuta daude.
Bigarren belaunaldiko SATA HDDetarako banda zabalera nahikoa bazen ere, SSDek gehiago eskatzen zuten. 2009ko maiatzean, SATA zehaztapenaren hirugarren bertsioa kaleratu zen 6 Gb / s-ra banda zabalera handituarekin.
Arreta berezia eskaini zitzaien egoera solidoko unitateei SATA 3.1 edizioan. Mini-SATA (mSATA) konektore bat agertu da, ordenagailu eramangarrietan egoera solidoko unitateak konektatzeko diseinatua. Slimline eta uSATA ez bezala, konektore berriak PCIe Mini baten itxura zuen, nahiz eta elektrikoki PCIe-rekin bateragarria ez zen. Konektore berriaz gain, SATA 3.1-ek TRIM komandoak irakurtzeko eta idazteko komandoekin ilaran jartzeko gaitasuna zuen.
TRIM komandoak kargarik ez duten datu-blokeen berri ematen dio SSDari. SATA 3.1-aren aurretik, komando honek cacheak garbitu eta I/O eragiketak etengo zituen, eta ondoren TRIM komando bat jartzen zuen. Ikuspegi honek diskoaren errendimendua hondatu zuen ezabatze-eragiketetan.
SATA zehaztapenak ez du jarraitu SSDetarako sarbide-abiaduren hazkunde azkarrarekin, eta 2013an SATA Express izeneko SATA 3.2 estandarrean konpromisoa ekarri zuen. SATAren banda-zabalera berriro bikoiztu beharrean, garatzaileek oso erabilia den PCIe busa erabili dute, zeinaren abiadura 6 Gb / s gainditzen duena. SATA Express euskarria duten unitateek M.2 izeneko forma-faktorea eskuratu dute.
SAS
SCSI estandarra, ATArekin "lehian" dagoena, ere ez zen geldirik egon eta Serial ATA agertu eta urtebetera, 2004an, serieko interfaze batean berriro jaio zen. Interfaze berriaren izena da Serial Attached SCSI (KIZKIA).
SASek SCSI komando multzoa heredatu bazuen ere, aldaketak esanguratsuak izan ziren:
- serieko interfazea;
- 29 harizko kablea elikadurarekin;
- puntuz puntuko konexioa
SCSI terminologia ere heredatu da. Kontrolatzaileari abiarazlea deitzen zaio oraindik eta konektatutako gailuei xede deitzen zaie. Helburuko gailu guztiek eta abiarazleak SAS domeinu bat osatzen dute. SAS-en, konexio-banda zabalera ez da domeinuko gailu kopuruaren araberakoa, gailu bakoitzak bere kanal dedikatua erabiltzen baitu.
SAS domeinu batean aldi berean konektatutako gehieneko gailu kopurua, zehaztapenaren arabera, 16 mila gainditzen du, eta SCSI ID baten ordez, identifikatzaile bat erabiltzen da helbideratzeko. Mundu zabaleko izena (WWN).
WWN 16 byteko luze den identifikatzaile esklusibo bat da, SAS gailuen MAC helbidearen antzekoa.
SAS eta SATA konektoreen arteko antzekotasunak izan arren, estandar hauek ez dira guztiz bateragarriak. Hala ere, SATA disko bat SAS konektore batera konekta daiteke, baina ez alderantziz. SATA unitateen eta SAS domeinuaren arteko bateragarritasuna SATA Tunneling Protocol (STP) erabiliz bermatzen da.
SAS-1 estandarraren lehen bertsioak 3 Gb/s-ko banda zabalera du, eta modernoenak, SAS-4, 7 aldiz hobetu du zifra hau: 22,5 Gb/s.
PCIe
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) datuak transferitzeko serieko interfazea da, 2002an agertu zena. Garapena Intelek hasi zuen, eta, ondoren, erakunde berezi batera transferitu zen - PCI Interes Bereziko Taldera.
Serieko PCIe interfazea ez zen salbuespena izan eta hedapen txartelak konektatzeko diseinatuta dagoen PCI paraleloaren jarraipen logikoa bihurtu zen.
PCI Express SATA eta SASekiko nabarmen desberdina da. PCIe interfazeak errei kopuru aldakorra du. Lerro kopurua biren potentziaren berdina da eta 1etik 16ra bitartekoa da.
PCIe-n "erreia" terminoak ez du seinale-bide zehatz bati egiten dio erreferentzia, honako seinale-bide hauek osatutako full-duplex komunikazio-esteka bereizi bati baizik:
- jaso+ eta jaso-;
- transmisioa+ eta transmisioa-;
- lurreko lau hari.
PCIe bideen kopuruak zuzenean eragiten du konexioaren gehienezko banda zabalera. Egungo PCI Express 4.0 estandarrak 1.9 GB/s lerro bakarrean eta 31.5 GB/s 16 lerro erabiltzean lortzen ditu.
Egoera solidoko unitateen "gosea" oso azkar hazten ari da. SATA eta SASek ezin izan dute banda zabalera handitu SSDekin erritmoa mantentzeko, eta horrek PCIe-rekin konektatutako SSDak sartu ditu.
PCIe gehigarri txartelak izorratuta dauden arren, PCIe beroan alda daiteke. Pin labur PRSNT (ingelesez orain - presente) ziurtatzen dute txartela zirrikituan guztiz instalatuta dagoela.
PCIe bidez konektatutako egoera solidoko unitateak estandar bereizi baten bidez arautzen dira Memoria ez-hegankorra ostalariaren kontrolagailuaren interfazearen zehaztapena eta hainbat forma-faktoretan gorpuzten dira, baina horietaz hurrengo zatian hitz egingo dugu.
Urruneko unitateak
Datu biltegi handiak sortzerakoan, zerbitzaritik kanpo dauden unitateak konektatzeko aukera ematen duten protokoloen beharra zegoen. Arlo honetan lehen irtenbidea izan zen Interneteko SCSI (iSCSI), IBMk eta Ciscok garatua 1998an.
iSCSI protokoloaren atzean dagoen ideia sinplea da: SCSI komandoak TCP/IP paketeetan "bilduta" eta sarera bidaltzen dira. Urruneko konexioa izan arren, unitatea lokalean konektatuta dagoela ilusioa ematen die bezeroei. iSCSIn oinarritutako biltegiratze-sarea (SAN) lehendik dagoen sare-azpiegituretan eraiki daiteke. iSCSI erabiltzeak SAN bat antolatzearen kostua nabarmen murrizten du.
iSCSI-k "premium" aukera du - Fibre Channel Protokoloa (FCP). FCP erabiliz SAN zuntz optikoko komunikazio-lerro dedikatuetan eraikita dago. Planteamendu honek sare optikoko ekipamendu osagarriak behar ditu, baina egonkorra eta errendimendu handikoa da.
SCSI komandoak ordenagailu sareetan bidaltzeko protokolo asko daude. Hala ere, estandar bakarra dago kontrako arazoa konpontzen duena eta SCSI busaren bidez IP paketeak bidaltzeko aukera ematen duena - .
SAN protokolo gehienek SCSI komando multzoa erabiltzen dute unitateak kudeatzeko, baina badira salbuespenak, sinpleak adibidez ATA Ethernet bidez (AOE). AoE protokoloak ATA komandoak bidaltzen ditu Ethernet paketeetan, baina unitateak SCSI gisa agertzen dira sisteman.
NVM Express unitateen etorrerarekin, iSCSI eta FCP protokoloek jada ez dituzte betetzen azkar hazten ari diren SSDen eskakizunak. Bi irtenbide sortu ziren:
- zerbitzaritik kanpo PCI Express busa kentzea;
- NVMe over Fabrics protokoloa sortzea.
PCIe busa kentzeak kommutazio-hardware konplexua sortzen du, baina ez du protokoloa aldatzen.
NVMe over Fabrics protokoloa iSCSI eta FCPren alternatiba ona bihurtu da. NVMe-oF-k zuntz optikoko lotura eta NVM Express komando multzoa erabiltzen ditu.
DDR-T
iSCSI eta NVMe-oF estandarrek urruneko unitateak tokiko gisa konektatzeko arazoa konpontzen dute, Intelek, berriz, alderantziz joan eta disko lokala prozesadorera ahalik eta gehien hurbildu zuen. Aukera RAM konektatzen den DIMM zirrikituetan zegoen. Gehienezko DDR4 banda-zabalera 25 GB/s da, hau da, PCIe busa baino askoz azkarragoa da. Horrela sortu zen Intel® Optane™ DC Persistent Memory SSDa.
Unitate bat DIMM zirrikituetara konektatzeko protokolo bat asmatu zen DDR-T, fisikoki eta elektrikoki bateragarria DDR4rekin, baina memoria-barra eta disko baten arteko aldea ikusten duen kontrolagailu berezi bat behar du. Diskorako sarbide-abiadura RAM-rako baino txikiagoa da, baina NVMe-rako baino gehiago.
DDR-T Intel® Cascade Lake belaunaldiko prozesadoreekin edo berriagoekin soilik dago eskuragarri.
Ondorioa
Ia interfaze guztiek bide luzea egin dute datu-transmisio serietik paralelorako. SSD abiadurak gora egiten ari dira, atzo SSDak bitxikeria bat ziren, eta gaur NVMe ez da sorpresa bat.
Gure laborategian zuk zeuk probatu ditzakezu SSD eta NVMe diskoak.
Erregistratutako erabiltzaileek soilik parte hartu dezakete inkestan. , mesedez.
NVMe unitateek SSD klasikoak ordezkatuko al dituzte etorkizun hurbilean?
-
55.5%Bai100
-
44.4%80. zenbakia
180 erabiltzailek eman dute botoa. 28 erabiltzaile abstenitu ziren.
Iturria: www.habr.com