В syklus "Ynlieding ta SSD" wy praat oer de skiednis fan it uterlik fan skiven. It twadde diel sil fertelle oer de ynterfaces foar ynteraksje mei skiven.
Kommunikaasje tusken de prosessor en perifeare apparaten komt neffens foarôf definieare konvinsjes neamd ynterfaces. Dizze oerienkomsten regelje it fysike en softwarenivo fan ynteraksje.
Ynterface - in set fan middels, metoaden en regels fan ynteraksje tusken eleminten fan it systeem.
De fysike ymplemintaasje fan in ynterface hat ynfloed op de folgjende parameters:
- trochstreaming fan it kommunikaasjekanaal;
- it maksimum oantal tagelyk ferbûn apparaten;
- it oantal flaters dy't foarkomme.
Skiif-ynterfaces binne boud op I / O havens, dat is it tsjinoerstelde fan ûnthâld I / O en nimt gjin romte yn de prosessor syn adres romte.
Parallelle en serial havens
Neffens de metoade fan gegevensútwikseling binne I / O-poarten ferdield yn twa soarten:
- parallel;
- konsistint.
Sa't de namme al fermoeden docht, stjoert de parallelle haven in masine wurd op in tiid, besteande út ferskate bits. In parallelle poarte is de maklikste manier om gegevens út te wikseljen, om't it gjin komplekse circuitoplossingen nedich is. Yn it ienfâldichste gefal wurdt elk bit fan it masinewurd op syn eigen sinjaalline stjoerd, en twa tsjinstsinjaallinen wurde brûkt foar feedback: Gegevens klear и Gegevens akseptearre.
Parallelle havens, op it earste each, skaalje goed: mear sinjaallinen - mear bits wurde tagelyk oerbrocht en dus hegere trochfier. Lykwols, fanwege de tanimming fan it oantal sinjaal rigels, ynterferinsje komt tusken harren, dy't liedt ta ferfoarming fan de oerdroegen berjochten.
Serial havens binne it tsjinoerstelde fan parallel. Gegevens wurde ferstjoerd ien bit op in tiid, dat ferleget it totale oantal sinjaal rigels, mar complicates de I / O controller. De stjoerderkontrôler ûntfangt it masinewurd tagelyk en moat ien bit tagelyk oerstjoere, en de ûntfangerkontrôler moat op syn beurt de bits ûntfange en yn deselde folchoarder opslaan.
In lyts oantal sinjaal rigels kinne jo fergrutsje de frekwinsje fan berjocht oerdracht sûnder ynterferinsje.
SCSI-
Small Computer Systems Interface (SCSI) ferskynde werom yn 1978 en waard oarspronklik ûntworpen om apparaten fan ferskate profilen te kombinearjen yn ien systeem. De SCSI-1-spesifikaasje levere foar de ferbining fan maksimaal 8 apparaten (tegearre mei de controller), lykas:
- scanners;
- tape drives (streamers);
- optyske driuwfearren;
- skiven en oare apparaten.
SCSI waard oarspronklik neamd Shugart Associates System Interface (SASI), mar de noarmen kommisje soe net goedkarre fan in namme nei it bedriuw, en nei in dei fan brainstorming waard de namme Small Computer Systems Interface (SCSI) berne. De "Heit" fan SCSI, Larry Boucher, wie fan doel dat it akronym "sexy" soe wurde útsprutsen, mar lês "sсuzzy" ("fertel"). Dêrnei waard de útspraak fan "fertel" stevich ferankere yn dizze standert.
Yn SCSI-terminology wurde ferbûne apparaten ferdield yn twa soarten:
- inisjatyfnimmers;
- doel apparaten.
De inisjatyfnimmer stjoert in kommando nei it doelapparaat, dat dan in antwurd stjoert nei de inisjatyfnimmer. De inisjatyfnimmers en doelen binne ferbûn mei in mienskiplike SCSI bus, dat hat in bânbreedte fan 1 MB / s yn de SCSI-5 standert.
De brûkte "gewoane bus" topology stelt in oantal beheiningen op:
- oan 'e ein fan' e bus binne spesjale apparaten nedich - terminators;
- busbânbreedte wurdt dield tusken alle apparaten;
- It maksimum oantal tagelyk ferbûn apparaten is beheind.
Apparaten op 'e bus wurde identifisearre troch in unyk nûmer neamd SCSI Doel ID. Elke SCSI-ienheid yn it systeem wurdt fertsjintwurdige troch op syn minst ien logysk apparaat, dat wurdt oanpakt troch in unyk nûmer binnen it fysike apparaat. Logyske Unit Number (LYN).
Kommando's yn SCSI wurde ferstjoerd yn it formulier kommando beskriuwing blokken (Command Descriptor Block, CDB), besteande út in operaasje koade en kommando parameters. De standert beskriuwt mear dan 200 kommando's, ferdield yn fjouwer kategoryen:
- Ferplicht - moat wurde stipe troch it apparaat;
- Fakultatyf - kin útfierd wurde;
- Ferkeaper spesifyk - brûkt troch in spesifike fabrikant;
- Ferâldere - ferâldere kommando's.
Under de protte kommando's binne mar trije fan har ferplicht foar apparaten:
- TEST UNIT READY - kontrolearjen fan de reewilligens fan it apparaat;
- FERGESE SIN - freget de flaterkoade fan it foarige kommando;
- inquiry - freegje de wichtichste skaaimerken fan it apparaat.
Nei it ûntfangen en ferwurkjen fan it kommando stjoert it doelapparaat in statuskoade nei de inisjatyfnimmer, dy't it resultaat fan 'e útfiering beskriuwt.
Fierdere ferbettering fan SCSI (SCSI-2 en Ultra SCSI spesifikaasjes) wreide de list fan brûkte kommando's en ferhege it oantal ferbûn apparaten oant 16, en de gegevens útwikseling taryf op 'e bus oant 640 MB / s. Sûnt SCSI is in parallelle ynterface, it fergrutsjen fan de frekwinsje fan gegevens útwikseling waard ferbûn mei in fermindering fan de maksimale kabel lingte en late ta ûngemak yn gebrûk.
Begjinnend mei de Ultra-3 SCSI-standert is stipe foar "hot plugging" ferskynde - apparaten ferbine as de macht oan is.
De earste bekende SCSI SSD wie de M-Systems FFD-350, útbrocht yn 1995. De skiif hie in hege kosten en waard net in soad brûkt.
Op it stuit, parallel SCSI is gjin populêre skiif ynterface, mar de kommando set wurdt noch aktyf brûkt yn USB- en SAS ynterfaces.
ATA/PATA
ynterface ATA (Advanced Technology Attachment), ek wol bekend as HOOF (Parallel ATA) waard ûntwikkele troch Western Digital yn 1986. De marketingnamme foar de IDE-standert (Eng. Integrated Drive Electronics - "elektronika ynboud yn it stasjon") beklamme in wichtige ynnovaasje: de stasjonskontrôler waard yntegreare yn 'e stasjon, en net op in apart útwreidingsplan.
It beslút om de controller yn 'e drive te pleatsen hat ferskate problemen tagelyk oplost. Earst is de ôfstân fan 'e stasjon nei de controller ôfnommen, wat posityf beynfloede de prestaasjes fan' e stasjon. Twads, de ynboude controller waard "skerp" allinnich foar in bepaalde soarte fan driuwfear en, dêrtroch, wie goedkeaper.
ATA, lykas SCSI, brûkt in parallelle I / O metoade, dat wurdt wjerspegele yn de kabels brûkt. It ferbinen fan skiven mei de IDE-ynterface fereasket 40-kearnkabels, ek wol platte kabels neamd. Mear resinte spesifikaasjes brûke 80-wire stubs, wêrfan mear as de helte grûnlussen binne om ynterferinsje by hege frekwinsjes te ferminderjen.
D'r binne twa oant fjouwer Anschlüsse op 'e ATA-kabel, wêrfan ien is ferbûn mei it moederbord, en de rest oan' e skiven. By it ferbinen fan twa apparaten yn ien lus, ien fan harren moat wurde konfigurearre as Master, en de twadde as slave. It tredde apparaat kin allinich ferbûn wurde yn allinich-lêsmodus.
De posysje fan 'e jumper bepaalt de rol fan in bepaald apparaat. De termen Master en Slave yn relaasje ta apparaten binne net hielendal korrekt, om't yn relaasje ta de controller alle ferbûne apparaten Slaves binne.
In spesjale ynnovaasje yn ATA-3 is it uterlik Self Monitoring, Analysis and Reporting Technology (SMART). Fiif bedriuwen (IBM, Seagate, Quantum, Conner, en Western Digital) hawwe har krêften gearfoege en standerdisearre technology foar beoardieling fan sûnens.
Stipe foar solid state drives bestiet sûnt ferzje 1998 fan 'e standert, útbrocht yn 33.3. Dizze ferzje fan de standert levere gegevens oerdracht tariven oant XNUMX MB / s.
De standert stelt strange easken foar ATA-kabels:
- de plom moat flak wêze;
- maksimum trein lingte 18 inches (45.7 sintimeter).
De koarte en brede trein wie ûngemaklik en hindere de koeling. It waard hieltyd dreger te fergrutsjen de oerdracht frekwinsje mei elke folgjende ferzje fan de standert, en ATA-7 oplost it probleem radikaal: de parallelle ynterface waard ferfongen troch in serial ien. Dêrnei krige ATA it wurd Parallel en waard bekend as PATA, en de sânde ferzje fan 'e standert krige in oare namme - Serial ATA. SATA ferzje nûmering begûn fan ien.
SATA
De Serial ATA (SATA) standert waard yntrodusearre op 7 jannewaris 2003 en behannele de problemen fan syn foargonger mei de folgjende feroarings:
- parallel haven ferfongen troch serial;
- breed 80-wire kabel ferfongen troch 7-wire;
- de "gewoane bus" topology is ferfongen troch in "point-to-point" ferbining.
Sels hoewol SATA 1.0 (SATA / 150, 150 MB / s) mar in bytsje rapper wie dan ATA-6 (UltraDMA / 130, 130 MB / s), wie de oerstap nei seriële kommunikaasje "de grûn ynsteld" foar snelheden.
Sechstjin sinjaal rigels foar gegevens oerdracht yn ATA waarden ferfongen troch twa twisted pearen: ien foar oerdracht, de twadde foar ûntfangst. SATA-ferbiningen binne ûntworpen om mear resistint te wêzen foar meardere werferbiningen, en de SATA 1.0-spesifikaasje makke hot plugging mooglik.
Guon pins op 'e driuwfearren binne koarter as alle oaren. Dit wurdt dien om "hot swap" (Hot Swap) te stypjen. Tidens it ferfangingsproses "ferlies" en "fynt" it apparaat de rigels yn in foarbepaalde folchoarder.
In bytsje mear as in jier letter, yn april 2004, waard útbrocht de twadde ferzje fan de SATA spesifikaasje. Neist it fersnellen fan oant 3 Gb / s, yntrodusearre SATA 2.0 technology Native Command Wachtrige (NCQ). Apparaten mei NCQ-stipe binne yn steat om selsstannich de folchoarder fan útfiering fan ynkommende kommando's te organisearjen om maksimale prestaasjes te berikken.
De folgjende trije jier wurke de SATA Working Group om de besteande spesifikaasje te ferbetterjen, en ferzje 2.6 yntrodusearre kompakte Slimline en micro SATA (uSATA) Anschlüsse. Dizze Anschlüsse binne in lytsere ferzje fan 'e orizjinele SATA-ferbining en binne ûntworpen foar optyske skiven en lytse skiven yn laptops.
Wylst twadde-generaasje SATA genôch bânbreedte hie foar HDD's, easke SSD's mear. Yn maaie 2009 waard de tredde ferzje fan 'e SATA-spesifikaasje frijlitten mei ferhege bânbreedte nei 6 Gb / s.
Spesjaal omtinken waard betelle oan solid state-skiven yn 'e SATA 3.1-edysje. In Mini-SATA (mSATA) ferbining is ferskynd, ûntworpen om solid-state-skiven te ferbinen yn laptops. Oars as Slimline en uSATA, like de nije ferbining as in PCIe Mini, hoewol it net elektrysk kompatibel wie mei PCIe. Neist de nije ferbining hat SATA 3.1 de mooglikheid om TRIM-kommando's yn 'e wacht te stean mei lês- en skriuwkommando's.
It kommando TRIM meldt de SSD fan gegevensblokken dy't gjin lading drage. Foarôfgeand oan SATA 3.1 soe dit kommando caches flushje en I / O-operaasjes ophâlde, folge troch in TRIM-kommando. Dizze oanpak fermindere skiifprestaasjes by wiskjen.
De SATA-spesifikaasje hat net byhâlden mei de rappe groei yn tagongsnelheden foar SSD's, wat liedt ta in kompromis yn 2013 neamd SATA Express yn 'e SATA 3.2-standert. Yn stee fan it ferdûbeljen fan de bânbreedte fan SATA wer, de ûntwikkelders hawwe brûkt de in soad brûkte PCIe bus, waans snelheid grutter is as 6 Gb / s. Laufwerken mei SATA Express-stipe hawwe har eigen foarmfaktor neamd M.2.
SAS
De SCSI-standert, "konkurrearjend" mei ATA, stie ek net stil en krekt in jier nei it ferskinen fan Serial ATA, yn 2004, waard it opnij berne yn in seriële ynterface. De namme fan de nije ynterface is Serial Taheakke SCSI (SEDGE).
Hoewol SAS de SCSI-kommando-set erfde, wiene de wizigingen signifikant:
- serial ynterface;
- 29-wire kabel mei macht oanbod;
- punt-to-punt ferbining
SCSI-terminology is ek erfd. De controller wurdt noch altyd de inisjatyfnimmer neamd, en de ferbûne apparaten wurde it doel neamd. Alle doelapparaten en de inisjatyfnimmer foarmje in SAS-domein. Yn SAS is de ferbiningsbânbreedte net ôfhinklik fan it oantal apparaten yn it domein, om't elk apparaat in eigen tawijd kanaal brûkt.
It maksimum oantal tagelyk ferbûne apparaten yn in SAS-domein is, neffens de spesifikaasje, mear as 16 tûzen, en ynstee fan in SCSI ID wurdt in identifier brûkt foar adressearring World Wide Namme (WWN).
WWN is in unike identifier 16 bytes lang, fergelykber mei it MAC-adres foar SAS-apparaten.
Nettsjinsteande de oerienkomsten tusken SAS- en SATA-ferbiningen, binne dizze noarmen net folslein kompatibel. In SATA-stasjon kin lykwols wurde ferbûn mei in SAS-ferbining, mar net oarsom. Kompatibiliteit tusken SATA-skiven en it SAS-domein wurdt garandearre mei it SATA Tunneling Protocol (STP).
De earste ferzje fan de SAS-1 standert hat in bânbreedte fan 3 Gb / s, en de meast moderne, SAS-4, hat ferbettere dit figuer troch 7 kear: 22,5 Gb / s.
PCIe
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) is in seriële ynterface foar gegevensoerdracht, dy't ferskynde yn 2002. De ûntwikkeling waard begûn troch Intel, en dêrnei oerdroegen oan in spesjale organisaasje - PCI Special Interest Group.
De serial PCIe ynterface wie gjin útsûndering en waard in logyske fuortsetting fan parallel PCI, dat is ûntwurpen om te ferbinen útwreiding cards.
PCI Express is signifikant oars as SATA en SAS. De PCIe-ynterface hat in fariabele oantal banen. It oantal rigels is gelyk oan machten fan twa en rint fan 1 oant 16.
De term "baan" yn PCIe ferwiist net nei in spesifike sinjaalbaan, mar nei in aparte full-duplex kommunikaasjeferbining besteande út de folgjende sinjaalbanen:
- ûntfange+ en ûntfange-;
- oerdracht + en oerdracht-;
- fjouwer grûn triedden.
It oantal PCIe-banen hat direkt ynfloed op de maksimale bânbreedte fan 'e ferbining. De hjoeddeistige PCI Express 4.0-standert lit jo 1.9 GB / s berikke op ien line, en 31.5 GB / s by it brûken fan 16 rigels.
De "appetites" fan solid-state-driven groeie heul rap. Sawol SATA as SAS binne net yn steat west om har bânbreedte te fergrutsjen om tempo te hâlden mei SSD's, wat hat laat ta de ynfiering fan PCIe-ferbûne SSD's.
Hoewol't PCIe Add-In kaarten wurde geschroefd op, is PCIe hot swappable. Koarte pins PRSNT (Ingelsk oanwêzich - oanwêzich) soargje derfoar dat de kaart is folslein ynstallearre yn it slot.
Solid state drives ferbûn fia PCIe wurde regele troch in aparte standert Net-flechtich ûnthâld Host Controller Interface Specification en wurde belichaamd yn in ferskaat oan foarm faktoaren, mar wy sille prate oer harren yn it folgjende diel.
Drives op ôfstân
By it meitsjen fan grutte datapakhuzen wie d'r ferlet fan protokollen wêrmei jo stasjons kinne ferbine dy't bûten de tsjinner lizze. De earste oplossing yn dit gebiet wie Ynternet SCSI (iSCSI), ûntwikkele troch IBM en Cisco yn 1998.
It idee efter it iSCSI-protokol is ienfâldich: SCSI-kommando's wurde "ferpakt" yn TCP/IP-pakketten en stjoerd nei it netwurk. Nettsjinsteande de ferbining op ôfstân jout it de yllúzje oan kliïnten dat it stasjon lokaal ferbûn is. iSCSI-basearre opslach gebiet netwurk (SAN) kin wurde boud op besteande netwurk ynfrastruktuer. It gebrûk fan iSCSI ferleget de kosten fan it organisearjen fan in SAN signifikant.
iSCSI hat in "premium" opsje - Fiber Channel Protokol (FCP). SAN mei help fan FCP is boud op tawijd fiber-optyske kommunikaasje linen. Dizze oanpak fereasket ekstra optyske netwurk apparatuer, mar is stabyl en hege trochset.
D'r binne in protte protokollen foar it ferstjoeren fan SCSI-kommando's oer kompjûternetwurken. D'r is lykwols mar ien standert dy't it tsjinoerstelde probleem oplost en jo kinne IP-pakketten stjoere oer de SCSI-bus - .
De measte SAN-protokollen brûke de SCSI-kommando-set om skiven te behearjen, mar d'r binne útsûnderingen, lykas de ienfâldige ATA oer Ethernet (AOE). It AoE-protokol stjoert ATA-kommando's yn Ethernet-pakketten, mar de skiven ferskine as SCSI yn it systeem.
Mei de komst fan NVM Express-skiven foldogge iSCSI- en FCP-protokollen net mear oan de rap groeiende easken fan SSD's. Der binne twa oplossingen:
- fuortheljen fan de PCI Express bus bûten de tsjinner;
- skepping fan it NVMe over Fabrics-protokol.
It fuortsmiten fan de PCIe bus makket komplekse switching hardware, mar net feroarje it protokol.
It NVMe over Fabrics-protokol is in goed alternatyf wurden foar iSCSI en FCP. NVMe-oF brûkt in glêsfezelferbining en de NVM Express kommando set.
DDR-T
De iSCSI- en NVMe-oF-standerts lossen it probleem op fan it ferbinen fan ôfstânsskiven as lokale, wylst Intel de oare kant op gie en it lokale stasjon sa ticht mooglik by de prosessor brocht. De kar foel op de DIMM slots dêr't de RAM is ferbûn. De maksimale DDR4-bânbreedte is 25 GB / s, dat is folle flugger as de PCIe-bus. Dit is hoe't de Intel® Optane™ DC Persistent Memory SSD waard berne.
In protokol waard útfûn foar in ferbinen in stasjon oan DIMM slots DDR-T, fysyk en elektrysk kompatibel mei DDR4, mar fereasket in spesjale controller dy't sjocht it ferskil tusken in ûnthâld bar en in stasjon. De snelheid fan tagong ta it stasjon is minder dan RAM, mar mear dan NVMe.
DDR-T is allinnich beskikber mei Intel® Cascade Lake generaasje processors of letter.
konklúzje
Hast alle ynterfaces binne in lange wei kommen fan seriële nei parallelle gegevensoerdracht. SSD-snelheden binne skyrocketing, juster wiene SSD's in nijsgjirrigens, en hjoed is NVMe net langer in ferrassing.
Yn ús laboratoarium jo kinne sels SSD- en NVMe-skiven testen.
Allinnich registrearre brûkers kinne meidwaan oan 'e enkête. , asjebleaft.
Sil NVMe-skiven klassike SSD's ferfange yn 'e heine takomst?
-
55.5%Ja100
-
44.4%nr80
180 brûkers stimden. 28 brûkers ûntholden har.
Boarne: www.habr.com