В цикл "SSDге киришүү" биз дисктердин пайда болуу тарыхы жөнүндө сүйлөштүк. Экинчи бөлүк дисктер менен өз ара аракеттенүү үчүн интерфейстер жөнүндө айтып берет.
Процессор менен перифериялык түзүлүштөрдүн ортосундагы байланыш интерфейстер деп аталган алдын ала аныкталган конвенцияларга ылайык ишке ашат. Бул келишимдер өз ара аракеттенүүнүн физикалык жана программалык деңгээлин жөнгө салат.
Интерфейс - системанын элементтеринин ортосундагы өз ара аракеттенүүнүн каражаттарынын, ыкмаларынын жана эрежелеринин жыйындысы.
Интерфейстин физикалык ишке ашырылышы төмөнкү параметрлерге таасир этет:
- байланыш каналынын өткөрүү жөндөмдүүлүгү;
- бир эле учурда туташтырылган түзмөктөрдүн максималдуу саны;
- пайда болгон каталардын саны.
Диск интерфейстери курулган I/O порттору, бул эстутум киргизүү/чыгарууга карама-каршы келет жана процессордун дарек мейкиндигинде орун ээлебейт.
Параллель жана сериялык порттор
Маалымат алмашуу ыкмасына ылайык, киргизүү/чыгаруу порттору эки түргө бөлүнөт:
- параллель;
- ырааттуу.
Аты айтып тургандай, параллелдүү порт бир убакта бир нече биттен турган машина сөзүн жөнөтөт. Параллелдүү порт маалымат алмашуунун эң оңой жолу, анткени ал татаал схемалык чечимдерди талап кылбайт. Эң жөнөкөй учурда, машина сөзүнүн ар бир бити өзүнүн сигналдык линиясында жөнөтүлөт жана пикир билдирүү үчүн эки кызматтык сигнал линиясы колдонулат: Дайындар даяр и Маалыматтар кабыл алынды.
Параллель порттор, биринчи караганда, жакшы масштабда: көбүрөөк сигнал линиялары - бир убакта көбүрөөк бит берилет, демек, жогорку өткөрүү жөндөмдүүлүгү. Бирок сигналдык линиялардын санынын көбөйүшүнө байланыштуу алардын ортосунда интерференция пайда болуп, берилүүчү кабарлардын бурмаланышына алып келет.
Сериялык порттор параллелге карама-каршы келет. Берилиштер бирден бит жөнөтүлөт, бул сигнал линияларынын жалпы санын азайтат, бирок киргизүү/чыгаруу контроллерин татаалдантат. Өткөргүч контроллер машинанын сөзүн бир убакта кабыл алат жана бирден бир бит берүүсү керек, ал эми кабыл алуучу контроллер өз кезегинде биттерди кабыл алып, аларды бирдей тартипте сактоосу керек.
Сигнал линияларынын аз саны тоскоолдуксуз билдирүүлөрдү берүү жыштыгын жогорулатууга мүмкүндүк берет.
SCSI
Small Computer Systems Interface (SCSI) 1978-жылы пайда болгон жана алгач ар кандай профилдеги түзүлүштөрдү бирдиктүү системага бириктирүү үчүн иштелип чыккан. SCSI-1 спецификациясы 8ге чейин түзмөктөрдү (контроллер менен бирге) туташтыруу үчүн каралган, мисалы:
- сканерлер;
- лента дисктери (стримерлер);
- оптикалык дисктер;
- дисктерди жана башка түзүлүштөрдү.
SCSI алгач Shugart Associates System Interface (SASI) деп аталган, бирок стандарттар комитети компаниянын атын жактырбайт жана бир күндүк мээ чабуулунан кийин Small Computer Systems Interface (SCSI) деген аталыш пайда болгон. SCSIнин "Атасы" Ларри Баучер бул аббревиатураны "сексуалдуу" деп айтууну көздөгөн, бирок "suzzy" ("айтуу") окуу. Кийинчерээк бул стандартка "айт" деген сөздүн айтылышы бекем орнотулган.
SCSI терминологиясында туташкан түзмөктөр эки түргө бөлүнөт:
- демилгечилер;
- максаттуу түзмөктөр.
Демилгечи максаттуу түзүлүшкө буйрук жөнөтөт, ал андан кийин демилгечиге жооп жөнөтөт. Демилгечилер жана максаттар SCSI-1 стандартында 5 МБ/сек өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө ээ болгон жалпы SCSI автобусуна туташтырылган.
Колдонулган "жалпы автобус" топологиясы бир катар чектөөлөрдү киргизет:
- автобустун учтарында атайын түзүлүштөр керек - терминаторлор;
- автобус өткөрүү жөндөмдүүлүгү бардык түзмөктөр арасында бөлүштүрүлөт;
- Бир эле учурда туташкан түзмөктөрдүн максималдуу саны чектелген.
Автобустагы түзмөктөр деп аталган уникалдуу номер аркылуу аныкталат SCSI максаттуу ID. Системадагы ар бир SCSI бирдиги физикалык түзүлүштүн ичинде уникалдуу номер менен даректелген жок дегенде бир логикалык түзүлүш менен көрсөтүлөт. Логикалык бирдиктин саны (ЛУН).
SCSIдеги буйруктар формада жөнөтүлөт буйрук сүрөттөмө блоктору (Command Descriptor Block, CDB), операциялык коддон жана командалык параметрлерден турат. Стандарт төрт категорияга бөлүнгөн 200дөн ашык буйруктарды сүрөттөйт:
- Милдеттүү — аппарат тарабынан колдоого алынышы керек;
- кошумча - ишке ашырылышы мүмкүн;
- Сатуучуга тиешелүү - белгилүү бир өндүрүүчү тарабынан колдонулган;
- эскирген - эскирген буйруктар.
Көптөгөн буйруктардын ичинен үчөө гана түзмөктөр үчүн милдеттүү:
- СЫНОО БИРДИГИ ДАЯР — аппараттын даярдыгын текшерүү;
- СЕНСЕ СУРОО — мурунку буйруктун ката кодун сурайт;
- СУРОО-ТАЛАП — аппараттын негизги мүнөздөмөлөрүн суроо.
Буйрукту кабыл алып, иштеп чыккандан кийин, максаттуу түзүлүш демилгечиге статус кодун жөнөтөт, ал аткаруунун натыйжасын сүрөттөйт.
SCSIди андан ары өркүндөтүү (SCSI-2 жана Ultra SCSI спецификациялары) колдонулган командалардын тизмесин кеңейтти жана туташтырылган түзүлүштөрдүн санын 16га чейин, ал эми автобустагы маалымат алмашуу курсун 640 МБ/сек чейин көбөйттү. SCSI параллелдүү интерфейс болгондуктан, маалымат алмашуунун жыштыгын көбөйтүү кабелдин максималдуу узундугунун азайышы менен байланышкан жана колдонууда ыңгайсыздыкка алып келген.
Ultra-3 SCSI стандартынан баштап, "ысык туташтыруу" үчүн колдоо пайда болду - кубат күйүп турганда түзмөктөрдү туташтыруу.
Биринчи белгилүү SCSI SSD 350-жылы чыгарылган M-Systems FFD-1995 болгон. Дисктин баасы кымбат болуп, көп колдонулчу эмес.
Учурда параллелдүү SCSI популярдуу диск интерфейси эмес, бирок командалар топтому дагы эле USB жана SAS интерфейстеринде активдүү колдонулат.
ATA/PATA
колдонмо АТА (Өркүндөтүлгөн технологиялык тиркеме), ошондой эле белгилүү PAW (Параллель АТА) 1986-жылы Western Digital тарабынан иштелип чыккан. IDE стандартынын маркетингдик аталышы (Eng. Integrated Drive Electronics - “дискке орнотулган электроника”) маанилүү инновацияны баса белгилеген: диск контроллери өзүнчө кеңейтүү тактасында эмес, дискке интеграцияланган.
Дискинин ичине контроллерди жайгаштыруу чечими бир эле учурда бир нече маселени чечти. Биринчиден, дисктен контроллерге чейинки аралык кыскарды, бул дисктин иштешине оң таасирин тийгизди. Экинчиден, орнотулган контроллер дисктин белгилүү бир түрү үчүн гана "курчталган" жана ошого жараша арзаныраак болгон.
ATA, SCSI сыяктуу, колдонулган кабелдерде чагылдырылган параллелдүү I/O ыкмасын колдонот. IDE интерфейсин колдонуу менен дисктерди туташтыруу үчүн жалпак кабелдер деп да аталуучу 40 ядролуу кабелдер талап кылынат. Акыркы спецификацияларда 80 зымдуу түтүктөр колдонулат, алардын жарымынан көбү жогорку жыштыктарда тоскоолдуктарды азайтуу үчүн жерге илмек болуп саналат.
ATA кабелинде экиден төрткө чейин туташтыргычтар бар, алардын бири энелик платага, калганы дисктерге туташкан. Эки түзмөктү бир циклге туташтырганда, алардын бири конфигурацияланууга тийиш кожоюн, ал эми экинчиси катары кул. Үчүнчү аппаратты окуу үчүн гана режимде туташтырууга болот.
Секирүүчүнүн абалы белгилүү бир түзүлүштүн ролун аныктайт. Түзмөктөргө карата Master жана Slave терминдери толугу менен туура эмес, анткени контроллерге карата бардык туташкан түзмөктөр Кул болуп саналат.
АТА-3теги өзгөчө жаңычылдык – бул сырткы көрүнүш Өз алдынча мониторинг, Анализ жана отчеттуулук технологиясы (SMART). Беш компания (IBM, Seagate, Quantum, Conner жана Western Digital) күчтөрдү бириктирип, ден соолукту баалоо технологиясын стандартташтырышты.
Катуу абалдагы дисктерди колдоо 1998-жылы чыгарылган стандарттын 33.3-версиясынан бери келе жатат. Стандарттын бул версиясы XNUMX МБ/сек чейин маалымат берүү ылдамдыгын камсыз кылган.
Стандарт ATA кабелдерине катуу талаптарды коёт:
- шлейф жалпак болушу керек;
- максималдуу поезд узундугу 18 дюйм (45.7 сантиметр).
Кыска жана кең поезд ыңгайсыз болуп, муздатууга тоскоол болгон. Стандарттын ар бир кийинки версиясы менен берүү жыштыгын жогорулатуу барган сайын кыйындап, ATA-7 маселени түп-тамырынан бери чечти: параллелдүү интерфейс сериялык интерфейске алмаштырылды. Ошондон кийин ATA Parallel деген сөздү алып, PATA деп аталып калган, ал эми стандарттын жетинчи версиясы башка аталышка ээ болгон - Serial ATA. SATA версиясын номерлөө бирден башталды.
SATA
Serial ATA (SATA) стандарты 7-жылдын 2003-январында киргизилген жана төмөнкүдөй өзгөртүүлөр менен мурункусунун көйгөйлөрүн чечкен:
- параллель порт сериялык менен алмаштырылды;
- кең 80-зым кабели 7-зым менен алмаштырылган;
- "жалпы автобус" топологиясы "чекиттен чекитке" байланыш менен алмаштырылган.
SATA 1.0 (SATA/150, 150 МБ/сек) ATA-6га (UltraDMA/130, 130 МБ/сек) караганда бир аз ылдамыраак болсо да, сериялык байланышка өтүү ылдамдыкка "негизди койду".
АТАдагы маалыматтарды берүү үчүн он алты сигналдык линия эки бурмаланган жупка алмаштырылды: бири берүү үчүн, экинчиси кабыл алуу үчүн. SATA туташтыргычтары бир нече кайра туташтырууга ийкемдүү болушу үчүн иштелип чыккан жана SATA 1.0 спецификациясы ысык сайууну мүмкүн кылган.
Дисктердеги кээ бир төөнөгүчтөр башкаларга караганда кыскараак. Бул "hot swap" (Hot Swap) колдоо үчүн жасалат. Алмаштыруу процессинде аппарат алдын ала белгиленген тартипте сызыктарды "жоготуп" жана "тапат".
Бир жылдан ашык убакыт өткөндөн кийин, 2004-жылдын апрелинде, SATA спецификациясынын экинчи версиясы жарык көргөн. 3 Гб/сек чейин ылдамдатуудан тышкары, SATA 2.0 технологияны киргизди Native Command Queuing (NCQ). NCQ колдоосу менен түзмөктөр максималдуу аткарууга жетүү үчүн келген буйруктарды аткаруу тартибин өз алдынча уюштура алышат.
Кийинки үч жыл ичинде SATA Жумушчу тобу иштеп жаткан спецификацияны жакшыртуунун үстүндө иштеп, 2.6 версиясы компакт Slimline жана микро SATA (uSATA) туташтыргычтарын киргизди. Бул туташтыргычтар баштапкы SATA туташтыргычынын кичирээк версиясы жана ноутбуктардагы оптикалык дисктер жана кичинекей дисктер үчүн иштелип чыккан.
Экинчи муундагы SATA катуу дисктер үчүн өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө ээ болсо, SSD'лер көбүрөөк талап кылышкан. 2009-жылдын май айында SATA спецификациясынын үчүнчү версиясы 6 Гб/сек өткөрүү жөндөмдүүлүгүн жогорулатуу менен чыгарылган.
Өзгөчө көңүл SATA 3.1 чыгарылышында катуу абалдагы дисктерге бурулду. Мини-SATA (mSATA) туташтыргычы пайда болду, ал ноутбуктардагы катуу абалдагы дисктерди туташтыруу үчүн иштелип чыккан. Slimline жана uSATAдан айырмаланып, жаңы туташтыргыч PCIe менен электрдик жактан шайкеш келбесе да, PCIe Mini сыяктуу көрүндү. Жаңы туташтыргычтан тышкары, SATA 3.1 окуу жана жазуу буйруктары менен TRIM буйруктарын кезекке коюу мүмкүнчүлүгү менен мактанган.
TRIM буйругу SSDге пайдалуу жүктү көтөрбөгөн маалымат блоктору жөнүндө кабарлайт. SATA 3.1ге чейин бул буйрук кэштерди тазалап, киргизүү/чыгаруу операцияларын токтотуп, андан кийин TRIM буйругу келет. Бул ыкма жок кылуу операциялары учурунда дисктин иштешин начарлаткан.
SATA спецификациясы SSD дисктерине кирүү ылдамдыгынын тез өсүшүнө туруштук бере алган жок, бул 2013-жылы SATA 3.2 стандартында SATA Express деп аталган компромисске алып келди. SATA өткөрүү жөндөмдүүлүгүн кайра эки эсеге көбөйтүүнүн ордуна, иштеп чыгуучулар ылдамдыгы 6 Гб/с ашкан кеңири колдонулган PCIe шинасын колдонушту. SATA Express колдоосу менен дисктер M.2 деп аталган өздөрүнүн форма факторуна ээ болушту.
SAS
SCSI стандарты, ATA менен "атаандашкан" да, токтоп калган жок жана Serial ATA пайда болгондон бир жыл өткөндөн кийин, 2004-жылы, ал сериялык интерфейске кайра жаралган. Жаңы интерфейстин аталышы Сериялык тиркелген SCSI (SEDGE).
SAS SCSI буйрук топтомун мураска алганы менен, өзгөрүүлөр олуттуу болгон:
- сериялык интерфейс;
- 29-зым электр энергиясы менен кабели;
- чекиттен чекитке байланыш
SCSI терминологиясы да тукум кууп өткөн. Контроллер дагы эле демилгечи деп аталат, ал эми туташкан түзүлүштөр максаттуу деп аталат. Бардык максаттуу түзмөктөр жана демилгечи SAS доменин түзөт. SASда туташуунун өткөрүү жөндөмдүүлүгү домендеги түзмөктөрдүн санына көз каранды эмес, анткени ар бир түзмөк өзүнүн атайын арнасын колдонот.
SAS доменинде бир эле учурда туташкан түзмөктөрдүн максималдуу саны, спецификацияга ылайык, 16 миңден ашат жана даректөө үчүн SCSI ID ордуна идентификатор колдонулат. World Wide Name (WWN).
WWN - SAS түзмөктөрүнүн MAC дарегине окшош 16 байт узундуктагы уникалдуу идентификатор.
SAS жана SATA туташтыргычтарынын ортосундагы окшоштуктарга карабастан, бул стандарттар толугу менен шайкеш келбейт. Бирок, SATA дискин SAS туташтыргычына туташтырууга болот, бирок тескерисинче эмес. SATA дисктери менен SAS доменинин ортосундагы шайкештик SATA Tunneling Protocol (STP) аркылуу камсыз кылынат.
SAS-1 стандартынын биринчи версиясы өткөрүү жөндөмдүүлүгү 3 Гб/сек, эң заманбап SAS-4 бул көрсөткүчтү 7 эсеге жакшыртты: 22,5 Гб/с.
картриджа
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) – 2002-жылы пайда болгон маалыматтарды берүү үчүн сериялык интерфейс. Иштеп чыгууну Intel баштаган жана кийинчерээк атайын уюмга - PCI Special Interest Groupко өткөрүп берген.
Сериялык PCIe интерфейси да четте калган эмес жана кеңейтүү карталарын туташтыруу үчүн иштелип чыккан параллелдүү PCIдин логикалык уландысы болуп калды.
PCI Express SATA жана SAS бир кыйла айырмаланат. PCIe интерфейсинин өзгөрүлмө саны бар. Саптардын саны экинин даражасына барабар жана 1ден 16га чейин.
PCIeдеги "тилке" термини белгилүү бир сигнал тилкесин эмес, төмөнкү сигнал тилкелеринен турган өзүнчө толук дуплекстүү байланыш шилтемесин билдирет:
- алуу+ жана алуу-;
- берүү+ жана берүү-;
- төрт жер зымдары.
PCIe тилкелеринин саны байланыштын максималдуу өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө түздөн-түз таасир этет. Учурдагы PCI Express 4.0 стандарты бир линияда 1.9 ГБ/сек жана 31.5 линияны колдонууда 16 ГБ/сек жетүүгө мүмкүндүк берет.
Катуу абалдагы дисктердин "аппетити" абдан тез өсүүдө. SATA жана SAS экөө тең SSD дисктеринен кадам таштоо үчүн өткөрүү жөндөмдүүлүгүн жогорулата алышкан жок, бул PCIe туташкан SSDлерди киргизүүгө алып келди.
PCIe кошумча карталары бурмаланган болсо да, PCIe ысык алмаштырылат. PRSNT кыска төөнөгүчтөрү (англисче present - present) картанын уячага толук орнотулганын текшериңиз.
PCIe аркылуу туташтырылган катуу абалдагы дисктер өзүнчө стандарт менен жөнгө салынат Туруктуу эс тутумдун хост контроллер интерфейсинин спецификациясы жана ар кандай форма факторлорунда камтылган, бирок алар жөнүндө кийинки бөлүктө сөз кылабыз.
Алыскы дисктер
Чоң маалымат кампаларын түзүүдө серверден тышкары жайгашкан дисктерди туташтырууга мүмкүндүк берүүчү протоколдорго муктаждык пайда болду. Бул жаатта биринчи чечим болгон Интернет SCSI (iSCSI), 1998-жылы IBM жана Cisco тарабынан иштелип чыккан.
iSCSI протоколунун идеясы жөнөкөй: SCSI буйруктары TCP/IP пакеттерине "оролгон" жана тармакка жөнөтүлөт. Алыскы байланышка карабастан, ал кардарларга диск жергиликтүү туташкан деген элес берет. iSCSI негизиндеги Storage Area Network (SAN) учурдагы тармактык инфраструктурага түзүлүшү мүмкүн. iSCSI колдонуу SAN уюштурууга кеткен чыгымды кыйла азайтат.
iSCSIде "премиум" опциясы бар - Fiber Channel Protocol (FCP). FCP колдонгон SAN атайын була-оптикалык байланыш линияларында курулган. Бул ыкма кошумча оптикалык тармак жабдууларын талап кылат, бирок туруктуу жана жогорку өткөрүмдүүлүк болуп саналат.
Компьютердик тармактар аркылуу SCSI буйруктарын жөнөтүү үчүн көптөгөн протоколдор бар. Бирок, карама-каршы маселени чечет жана SCSI шинасы аркылуу IP пакеттерин жөнөтүүгө мүмкүндүк берген бир гана стандарт бар - .
Көпчүлүк SAN протоколдору дисктерди башкаруу үчүн SCSI буйрук топтомун колдонушат, бирок, жөнөкөй сыяктуу өзгөчөлүктөр бар. Ethernet аркылуу ATA (AOE). AoE протоколу ATA буйруктарын Ethernet пакеттеринде жөнөтөт, бирок дисктер системада SCSI катары көрүнөт.
NVM Express дисктеринин пайда болушу менен iSCSI жана FCP протоколдору SSDлердин тездик менен өсүп жаткан талаптарына жооп бербей калды. Эки чечим бар:
- серверден тышкары PCI Express шинасын алып салуу;
- NVMe үстүнөн Fabrics протоколун түзүү.
PCIe шинасын алып салуу татаал коммутациялык аппаратты түзөт, бирок протоколду өзгөртпөйт.
NVMe over Fabrics протоколу iSCSI жана FCP үчүн жакшы альтернатива болуп калды. NVMe-oF була-оптикалык шилтемени жана NVM Express буйрук топтомун колдонот.
ДДР-Т
iSCSI жана NVMe-oF стандарттары алыскы дисктерди жергиликтүү катары туташтыруу маселесин чечет, ал эми Intel болсо башка жолго түшүп, жергиликтүү дискти процессорго мүмкүн болушунча жакындатты. Тандоо RAM туташкан DIMM уячаларына туура келди. Максималдуу DDR4 өткөрүү жөндөмдүүлүгү 25 ГБ/сек, бул PCIe шинасына караганда тезирээк. Intel® Optane™ DC Persistent Memory SSD ушундайча төрөлгөн.
Дискти DIMM уячаларына туташтыруу үчүн протокол ойлоп табылган ДДР-Т, физикалык жана электрдик жактан DDR4 менен шайкеш келет, бирок эс тутум тилкеси менен дисктин ортосундагы айырманы көрө турган атайын контроллерди талап кылат. Дискке жетүү ылдамдыгы RAMга караганда азыраак, бирок NVMeге караганда көбүрөөк.
DDR-T Intel® Cascade Lake процессорлорунда же андан кийин гана жеткиликтүү.
жыйынтыктоо
Дээрлик бардык интерфейстер сериялыктан параллелдүү маалыматтарды берүүгө чейин узак жолду басып өткөн. SSD ылдамдыгы асмандап баратат, кечээ SSD'лер кызыгуу жаратты, ал эми бүгүн NVMe мындан ары сюрприз эмес.
Биздин лабораторияда SSD жана NVMe дисктерин өзүңүз текшере аласыз.
Сурамжылоого катталган колдонуучулар гана катыша алышат. , өтүнөмүн.
NVMe дисктери жакынкы келечекте классикалык SSD дисктерин алмаштырабы?
-
55.5%Ооба100
-
44.4%No80
180 колдонуучу добуш берди. 28 колдонуучу добуш берүүдөн баш тартты.
Source: www.habr.com