Pambuka kanggo SSDs. Bagean 2. Antarmuka

В bagean pungkasan Ing seri "Pambuka SSD", kita ngomong babagan sejarah tampilan disk. Bagian kapindho bakal ngomong babagan antarmuka kanggo sesambungan karo drive.

Komunikasi antarane prosesor lan piranti periferal dumadi miturut konvensi sing wis ditemtokake sing disebut antarmuka. Perjanjian kasebut ngatur tingkat interaksi fisik lan piranti lunak.

Antarmuka minangka sakumpulan alat, metode lan aturan interaksi antarane unsur sistem.

Implementasi fisik antarmuka mengaruhi paramèter ing ngisor iki:

• kapasitas saluran komunikasi;
• jumlah maksimum piranti sing disambungake bebarengan;
• jumlah kesalahan sing kedadeyan.

Antarmuka disk dibangun ing port I/O, kang ngelawan saka memori I / O lan ora njupuk munggah spasi ing papan alamat prosesor.

Port paralel lan serial

Miturut cara ijol-ijolan data, port I/O dipérang dadi rong jinis:

• paralel;
• konsisten.

Minangka jeneng tabet, port podo ngirim tembung mesin dumadi saka sawetara bit ing wektu. Port paralel minangka cara paling gampang kanggo ngganti data, amarga ora mbutuhake solusi sirkuit sing rumit. Ing kasus sing paling gampang, saben tembung mesin dikirim ing garis sinyal dhewe, lan rong jalur sinyal layanan digunakake kanggo umpan balik: Data siap и Data ditampa.

Pelabuhan paralel katon apik banget nalika sepisanan: luwih akeh garis sinyal tegese luwih akeh bit sing ditransfer sekaligus lan, mula, throughput sing luwih dhuwur. Nanging, amarga tambah akeh garis sinyal, interferensi dumadi ing antarane, nyebabake distorsi pesen sing dikirim.

Port serial minangka kebalikan saka port paralel. Data dikirim siji-sijine, sing nyuda jumlah garis sinyal sakabèhé nanging nambah kerumitan pengontrol I/O. Pengontrol pemancar nampa tembung mesin sekaligus lan kudu ngirimake siji-sijine, lan pengontrol panrima kudu nampa bit lan nyimpen ing urutan sing padha.

Sejumlah garis sinyal sing cilik ngidini sampeyan nambah frekuensi transmisi pesen tanpa gangguan.

SCSI

Antarmuka Sistem Komputer Cilik (SCSI) muncul ing taun 1978 lan wiwitane dirancang kanggo nggabungake piranti saka macem-macem profil dadi siji sistem. Spesifikasi SCSI-1 kasedhiya kanggo nyambungake nganti 8 piranti (bebarengan karo controller), kayata:

• scanner;
• tape drive (streamers);
• drive optik;
• disk drive lan piranti liyane.

SCSI wiwitane diarani Shugart Associates System Interface (SASI), nanging panitia standar ora nyetujoni jeneng kasebut sawise perusahaan, lan sawise dina brainstorming, jeneng Antarmuka Sistem Komputer Cilik (SCSI) lair. "Bapak" SCSI, Larry Boucher, dimaksudake akronim kasebut "seksi", nanging Dal Allan Aku maca "scuzzy" ("marang kula"). Salajengipun, pronunciation saka "skazi" kuwat diutus kanggo standar iki.

Ing terminologi SCSI, piranti sing disambungake dipérang dadi rong jinis:

• inisiator;
• piranti target.

Inisiator ngirim prentah menyang piranti target, sing banjur ngirim respon menyang inisiator. Inisiator lan target disambungake menyang bis SCSI umum, sing bandwidth 1 MB / s ing standar SCSI-5.

Topologi "bus umum" sing digunakake ngetrapake sawetara watesan:

• Ing ujung bis, piranti khusus dibutuhake - terminator;
• Bandwidth bis dituduhake ing antarane kabeh piranti;
• Jumlah maksimum piranti sing disambungake bebarengan diwatesi.

Piranti ing bis dikenali dening nomer unik disebut ID Target SCSI. Saben unit SCSI ing sistem diwakili dening paling ora siji piranti logis, sing ditangani nggunakake nomer unik ing piranti fisik. Nomer Unit Logika (LUN).

printah SCSI dikirim minangka pamblokiran katrangan printah (Command Descriptor Block, CDB), dumadi saka kode operasi lan paramèter printah. Standar kasebut nggambarake luwih saka 200 prentah, dipérang dadi patang kategori:

• prentah - kudu didhukung dening piranti;
• pilihan - bisa dileksanakake;
• Vendor-spesifik - digunakake dening pabrikan tartamtu;
• Bosen - printah outdated.

Antarane pirang-pirang prentah, mung telu sing wajib kanggo piranti:

• UNIT TES SIAP - mriksa kesiapan piranti;
• Njaluk SENSE - njaluk kode kesalahan saka prentah sadurunge;
• PANALITEN - panjalukan kanggo karakteristik dhasar saka piranti.

Sawise nampa lan nglakokaké printah, piranti target ngirim inisiator kode status sing njlèntrèhaké asil eksekusi.

dandan luwih saka SCSI (SCSI-2 lan Ultra SCSI specifications) ditambahi dhaftar printah digunakake lan tambah nomer piranti disambungake kanggo 16, lan kacepetan exchange data ing bis kanggo 640 MB / s. Wiwit SCSI minangka antarmuka paralel, nambah frekuensi ijol-ijolan data digandhengake karo nyuda dawa kabel maksimum lan nyebabake ora nyaman dienggo.

Miwiti karo standar Ultra-3 SCSI, dhukungan kanggo "hot plugging" muncul - nyambungake piranti nalika daya urip.

Drive SSD pisanan sing dikenal kanthi antarmuka SCSI bisa dianggep minangka M-Systems FFD-350, dirilis ing taun 1995. Disk kasebut larang regane lan ora nyebar.

Saiki, SCSI podo ora antarmuka sambungan disk populer, nanging pesawat printah isih aktif digunakake ing antarmuka USB lan SAS.

ATA/PATA

antarmuka ATA (Lampiran Teknologi Lanjut), uga dikenal minangka HOOF (Parallel ATA) dikembangake dening Western Digital ing taun 1986. Jeneng marketing kanggo standar IDE (Integrated Drive Electronics) nandheske inovasi penting: controller drive dibangun ing drive, tinimbang ing Papan expansion kapisah.

Kaputusan kanggo nyelehake controller ing drive wis ditanggulangi sawetara masalah bebarengan. Kaping pisanan, jarak saka drive menyang pengontrol wis suda, sing nduwe pengaruh positif marang karakteristik drive. Kapindho, controller sing dibangun ing "disesuaikan" mung kanggo jinis drive tartamtu lan, kanthi mangkono, luwih murah.

ATA, kaya SCSI, nggunakake cara I / O paralel, sing mengaruhi kabel sing digunakake. Kanggo nyambungake drive nggunakake antarmuka IDE, kabel 40-kabel, uga disebut kabel, dibutuhake. Spesifikasi luwih anyar nggunakake puteran 80-kabel: luwih saka setengah saka puteran lemah kanggo nyuda gangguan ing frekuensi dhuwur.

Kabel ATA wis saka loro kanggo papat konektor, siji kang disambungake menyang motherboard, lan liyane kanggo drive. Nalika nyambungake rong piranti karo siji kabel, siji saka wong-wong mau kudu diatur minangka Master, lan kaloro - minangka Budhak. Piranti katelu bisa disambungake sacara eksklusif ing mode mung diwaca.

Posisi jumper nemtokake peran piranti tartamtu. Istilah Master lan Slave ing hubungane karo piranti ora sakabehe bener, amarga babagan pengontrol kabeh piranti sing disambungake yaiku Budak.

Inovasi khusus ing ATA-3 yaiku tampilan Ngawasi Mandhiri, Teknologi Analisis lan Pelaporan (SMART). Lima perusahaan (IBM, Seagate, Quantum, Conner lan Western Digital) wis gabung karo teknologi standar kanggo ngevaluasi kesehatan drive.

Dhukungan kanggo drive solid-state muncul karo versi papat standar, dirilis ing 1998. Versi standar iki nyedhiyakake kecepatan transfer data nganti 33.3 MB/s.

Standar kasebut nyedhiyakake syarat sing ketat kanggo kabel ATA:

• sepur kudu rata;
• dawa sepur maksimum 18 inci (45.7 sentimeter).

Sepur cendhak lan amba ora trep lan ngganggu cooling. Iku dadi liyane lan liyane angel kanggo nambah frekuensi transmisi saben versi sakteruse saka standar, lan ATA-7 ditanggulangi masalah radikal malih: antarmuka podo diganti dening serial. Sawise iki, ATA entuk tembung Paralel lan dikenal minangka PATA, lan versi kaping pitu saka standar kasebut nampa jeneng sing beda - Serial ATA. Nomer versi SATA diwiwiti saka siji.

SATA

Standar Serial ATA (SATA) dienal ing tanggal 7 Januari 2003 lan ngatasi masalah sing sadurunge karo owah-owahan ing ngisor iki:

• port podo wis diganti dening serial;
• kabel 80-kabel sudhut diganti dening 7-kabel;
• Topologi "bus umum" wis diganti karo sambungan "titik-to-titik".

Senadyan kasunyatan manawa standar SATA 1.0 (SATA / 150, 150 MB / s) luwih cepet tinimbang ATA-6 (UltraDMA / 130, 130 MB / s), transisi menyang metode pertukaran data serial "nyiapake lemah" kanggo tambah kacepetan

Jalur sinyal nembelas kanggo ngirim data ing ATA diganti dening rong pasangan bengkong: siji kanggo ngirim, liyane kanggo nampa. konektor SATA dirancang kanggo dadi luwih tahan kanggo sawetara reconnections, lan SATA 1.0 specification digawe Hot Plug bisa.

Sawetara pin ing disk luwih cendhek tinimbang liyane. Iki rampung kanggo ndhukung Hot Swap. Sajrone proses panggantos, piranti "ilang" lan "nemokake" garis ing urutan sing wis ditemtokake.

Luwih saka setahun sabanjure, ing April 2004, versi kapindho spesifikasi SATA dirilis. Saliyane akselerasi nganti 3 Gbit / s, SATA 2.0 ngenalake teknologi Pribumi Command antrian (NCQ). Piranti kanthi dhukungan NCQ bisa kanthi mandiri ngatur urutan perintah sing ditampa kanggo entuk kinerja maksimal.

Swara telung taun sabanjuré, SATA Working Group makarya kanggo nambah specification ana lan ing versi 2.6 kompak Slimline lan micro SATA (uSATA) konektor muncul. Konektor iki minangka versi cilik saka konektor SATA asli lan dirancang kanggo drive optik lan drive cilik ing laptop.

Senajan generasi kapindho SATA wis cukup bandwidth kanggo hard drive, SSDs mbutuhake liyane. Ing Mei 2009, versi katelu saka spesifikasi SATA dirilis kanthi bandwidth tambah nganti 6 Gbit/s.

Perhatian khusus wis dibayar kanggo drive solid-state ing edisi SATA 3.1. Konektor Mini-SATA (mSATA) wis muncul, dirancang kanggo nyambungake drive solid-state ing laptop. Boten kados Slimline lan uSATA, konektor anyar padha karo PCIe Mini, sanajan iku ora elektrik kompatibel karo PCIe. Saliyane ing konektor anyar, SATA 3.1 gumunggung kemampuan kanggo antrian printah TRIM karo maca lan nulis printah.

Printah TRIM ngabari SSD babagan blok data sing ora nggawa muatan. Sadurunge SATA 3.1, nglakokake printah iki bakal nyebabake cache disiram lan I/O bakal ditundha, banjur diterusake karo perintah TRIM. Pendekatan iki ngrusak kinerja disk sajrone operasi mbusak.

Spesifikasi SATA ora bisa ngetutake wutah kanthi cepet ing kecepatan akses kanggo drive solid-state, sing ndadékaké munculé kompromi sing diarani SATA Express ing standar SATA 2013 ing taun 3.2. Tinimbang tikel kaping pindho bandwidth SATA, pangembang nggunakake bus PCIe sing akeh digunakake, sing kacepetan ngluwihi 6 Gbps. Drive ndhukung SATA Express wis entuk faktor wangun dhewe disebut M.2.

SAS

Standar SCSI, "saingan" karo ATA, uga ora mandheg lan mung setaun sawisé munculé Serial ATA, ing taun 2004, dilahirake maneh minangka antarmuka serial. Jeneng antarmuka anyar yaiku Serial Ditempelake SCSI (SEDUNG).

Sanajan kasunyatane SAS marisi set perintah SCSI, owah-owahan kasebut signifikan:

• antarmuka serial;
• 29-kabel kabel daya;
• sambungan point-to-point

Terminologi SCSI uga diwarisake. Kontroler isih diarani inisiator, lan piranti sing disambungake isih diarani target. Kabeh piranti target lan inisiator mbentuk domain SAS. Ing SAS, throughput sambungan ora gumantung ing jumlah piranti ing domain, amarga saben piranti nggunakake saluran khusus dhewe.

Jumlah maksimum piranti sing disambungake bebarengan ing domain SAS miturut spesifikasi ngluwihi 16 ewu, lan tinimbang ID SCSI, pengenal digunakake kanggo ngatasi Jeneng World-Wide (WWN).

WWN minangka pengenal unik sing dawane 16 bita, padha karo alamat MAC kanggo piranti SAS.

Sanajan padha karo konektor SAS lan SATA, standar kasebut ora kompatibel. Nanging, drive SATA bisa disambungake menyang konektor SAS, nanging ora kosok balene. Kompatibilitas ing antarane drive SATA lan domain SAS dipesthekake nggunakake SATA Tunneling Protocol (STP).

Ing versi pisanan saka standar SAS-1 wis pa throughput 3 Gbit / s, lan paling modern, SAS-4, wis nambah tokoh iki 7 kaping: 22,5 Gbit / s.

PCIe

Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) minangka antarmuka serial kanggo transfer data, sing muncul ing taun 2002. Pangembangan kasebut diwiwiti dening Intel, lan banjur ditransfer menyang organisasi khusus - PCI Special Interest Group.

Antarmuka PCIe serial ora ana sing istiméwa lan dadi tutugan logis saka PCI podo, kang dirancang kanggo kertu expansion nyambungake.

PCI Express punika Ngartekno beda saka SATA lan SAS. Antarmuka PCIe wis nomer maneko rupo dalan. Jumlah garis padha karo kekuwatan loro lan kisaran saka 1 nganti 16.

Istilah "jalur" ing PCIe ora ngrujuk marang garis sinyal tartamtu, nanging kanggo saluran komunikasi full-duplex tunggal sing dumadi saka garis sinyal ing ngisor iki:

• resepsi+ lan resepsi-;
• transmisi + lan transmisi-;
• papat konduktor grounding.

Jumlah jalur PCIe langsung mengaruhi throughput maksimum sambungan. PCI Express modern 4.0 standar ngijini sampeyan kanggo entuk 1.9 GB / s ing siji baris, lan 31.5 GB / s nalika nggunakake 16 garis.

Napsu kanggo drive solid-state tuwuh kanthi cepet. Loro-lorone SATA lan SAS ora duwe wektu kanggo nambah bandwidth kanggo "terus munggah" karo SSDs, kang mimpin kanggo emergence saka SSD drive karo sambungan PCIe.

Senajan PCIe Add-In kertu ngaco ing, PCIe panas-swappable. Pin singkat PRSNT (Inggris saiki - saiki) ngijini sampeyan kanggo mesthekake yen kertu wis rampung diinstal ing slot.

Solid state drive disambungake liwat PCIe diatur dening standar kapisah Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification lan kawujud ing macem-macem faktor wangun, nanging kita bakal pirembagan bab mau ing bagean sabanjure.

Remote drive

Nalika nggawe gudang data gedhe, perlu kanggo protokol sing ngidini nyambungake drive sing ana ing njaba server. Solusi pisanan ing wilayah iki yaiku Internet SCSI (iSCSI), dikembangake dening IBM lan Cisco ing taun 1998.

Gagasan protokol iSCSI prasaja: printah SCSI "dibungkus" ing paket TCP / IP lan dikirim menyang jaringan. Senadyan sambungan remot, khayalan digawe kanggo klien sing drive disambungake sacara lokal. Jaringan Area Panyimpenan (SAN) adhedhasar iSCSI bisa dibangun ing infrastruktur jaringan sing wis ana. Nggunakake iSCSI nyuda biaya ngatur SAN.

iSCSI duwe opsi "premium" - Protokol Saluran Serat (FCP). SAN nggunakake FCP dibangun ing jalur komunikasi serat optik khusus. Pendekatan iki mbutuhake peralatan jaringan optik tambahan, nanging stabil lan nduweni throughput dhuwur.

Ana akeh protokol kanggo ngirim printah SCSI liwat jaringan komputer. Nanging, mung ana siji standar sing ngatasi masalah sing ngelawan lan ngidini paket IP dikirim liwat bis SCSI - IP-liwat-SCSI.

Umume protokol SAN nggunakake set printah SCSI kanggo ngatur drive, nanging ana pangecualian, kayata prasaja ATA liwat Ethernet (AoE). Protokol AoE ngirim printah ATA ing paket Ethernet, nanging drive katon minangka SCSI ing sistem.

Kanthi tekane drive NVM Express, protokol iSCSI lan FCP ora nyukupi panjaluk SSD kanthi cepet. Loro solusi muncul:

• mindhah bis PCI Express njaba server;
• nggawe protokol NVMe liwat Fabrics.

Mbusak bus PCIe melu nggawe peralatan ngoper Komplek, nanging ora ngganti protokol.

Protokol NVMe over Fabrics wis dadi alternatif sing apik kanggo iSCSI lan FCP. NVMe-oF nggunakake link serat optik lan set instruksi NVM Express.

DDR-T

Standar iSCSI lan NVMe-oF ngatasi masalah nyambungake disk remot minangka lokal, nanging Intel njupuk rute sing beda lan nggawa disk lokal sing cedhak karo prosesor. Pilihan ambruk ing DIMM slot menyang RAM disambungake. Bandwidth maksimum saluran DDR4 punika 25 GB / s, kang Ngartekno luwih saka kacepetan bus PCIe. Iki carane Intel® Optane™ DC Persistent Memory SSD lair.

A protokol iki nemokke kanggo nyambungake drive kanggo slot DIMM DDR-T, fisik lan listrik kompatibel karo DDR4, nanging mbutuhake controller khusus sing ndeleng prabédan antarane kelet memori lan drive. Kacepetan akses drive luwih alon tinimbang RAM, nanging luwih cepet tinimbang NVMe.

DDR-T mung kasedhiya karo prosesor Intel® Cascade Lake utawa mengko.

kesimpulan

Meh kabeh antarmuka wis adoh saka cara transfer data serial menyang paralel. Kecepatan SSD saya tambah cepet; mung wingi SSD dadi anyar, nanging saiki NVMe ora nggumunake maneh.

Ing laboratorium kita Pilih Lab sampeyan bisa nyoba SSD lan NVMe drive dhewe.

Mung pangguna pangguna sing bisa melu survey. mlebunggih.

Apa drive NVMe bakal ngganti SSD klasik ing mangsa ngarep?

• 55.5%inggih100

• 44.4%No80

180 pangguna milih. 28 kedhaftar abstained.

Source: www.habr.com