В An der Serie "Introduction to SSD" hu mir iwwer d'Geschicht vun der Erscheinung vun Disken geschwat. Den zweeten Deel wäert iwwer Interfaces fir Interaktioun mat Drive schwätzen.
Kommunikatioun tëscht dem Prozessor a Peripheriegeräter geschitt no virdefinéierte Konventioune genannt Interfaces. Dës Ofkommes reguléieren de kierperlechen a Softwareniveau vun der Interaktioun.
Interface ass eng Rei vun Tools, Methoden a Regele vun der Interaktioun tëscht Systemelementer.
Déi kierperlech Ëmsetzung vun der Interface beaflosst déi folgend Parameteren:
- Kommunikatioun Kanal Kapazitéit;
- maximal Unzuel vu gläichzäiteg verbonne Geräter;
- Zuel vu Feeler déi optrieden.
Disk Interfaces sinn opgebaut ech / O Häfen, wat de Géigendeel vun der Erënnerung I / O ass an net Plaz am Adressraum vum Prozessor ophëlt.
Parallel a Serien Häfen
No der Method vum Datenaustausch sinn I/O Ports an zwou Zorte opgedeelt:
- parallel;
- konsequent.
Wéi den Numm et scho seet, schéckt e parallele Hafen e Maschinnwuert, deen aus e puer Bits gläichzäiteg besteet. E Parallelhafen ass den einfachste Wee fir Daten auszetauschen, well et keng komplex Circuitléisungen erfuerdert. Am einfachsten Fall gëtt all Bit vun engem Maschinnwuert laanscht seng eege Signallinn geschéckt, an zwou Servicesignallinne gi fir Feedback benotzt: Donnéeën prett и Daten ugeholl.
Parallel Häfen schéngen op den éischte Bléck ganz gutt ze skalaéieren: méi Signallinne bedeite méi Bits gläichzäiteg transferéiert ginn an dofir méi héijen Duerchgang. Wéi och ëmmer, wéinst der Erhéijung vun der Unzuel vun de Signallinnen, geschitt Interferenz tëscht hinnen, wat zu Verzerrung vun den iwwerdroe Messagen féiert.
Serial Häfen sinn de Géigendeel vun parallel Häfen. D'Donnéeë ginn e bësse gläichzäiteg geschéckt, wat d'Gesamtzuel vun de Signallinnen reduzéiert awer d'Komplexitéit zum I / O Controller bäidréit. De Senderkontroller kritt e Maschinnwuert gläichzäiteg a muss ee Bit gläichzäiteg iwwerdroen, an den Empfängerkontroller muss am Tour d'Bits kréien an se an der selwechter Uerdnung späicheren.
Eng kleng Zuel vu Signallinnen erlaabt Iech d'Frequenz vun der Messageiwwerdroung ouni Amëschung ze erhéijen.
SCSI
Small Computer Systems Interface (SCSI) koum am Joer 1978 zréck a gouf ursprénglech entwéckelt fir Geräter vu verschiddene Profiler an engem eenzege System ze kombinéieren. D'SCSI-1 Spezifizéierung zur Verfügung gestallt fir bis zu 8 Geräter ze verbannen (zesumme mam Controller), wéi:
- Scanner;
- Bandfuerer (Streamer);
- optesch fiert;
- Disk Drive an aner Geräter.
SCSI gouf ursprénglech Shugart Associates System Interface (SASI) genannt, awer de Standardcomité géif den Numm no der Firma net stëmmen, an no engem Dag vu Brainstorming gouf den Numm Small Computer Systems Interface (SCSI) gebuer. De "Papp" vum SCSI, Larry Boucher, huet geduecht datt d'Akronym "sexy" ausgeschwat gëtt, awer Ech liesen "scuzzy" ("Sot mir"). Duerno gouf d'Aussprooch vum "skazi" fest un dësem Standard zougewisen.
An SCSI Terminologie sinn verbonne Geräter an zwou Zorte opgedeelt:
- Initiateuren;
- Zil Apparater.
Den Initiator schéckt e Kommando un den Zilapparat, deen dann eng Äntwert op den Initiator schéckt. Initiatoren an Ziler sinn zu engem gemeinsame SCSI Bus ugeschloss, deen eng bandwidth pa 1 MB / s am SCSI-5 Norm huet.
Déi "gemeinsame Bus" Topologie benotzt setzt eng Rei Restriktiounen op:
- Um Enn vum Bus sinn speziell Apparater néideg - Terminatoren;
- D'Busbandbreedung gëtt tëscht all Apparater gedeelt;
- Déi maximal Unzuel vu gläichzäiteg verbonne Geräter ass limitéiert.
Apparater op de Bus sinn duerch eng eenzegaarteg Zuel genannt identifizéiert SCSI Zil ID. All SCSI-Eenheet am System gëtt duerch mindestens engem logeschen Apparat vertrueden, deen mat enger eenzegaarteger Zuel am kierperlechen Apparat adresséiert gëtt Logesch Eenheetsnummer (LUN).
SCSI Kommandoe ginn als geschéckt Kommando Beschreiwung spären (Command Descriptor Block, CDB), besteet aus engem Operatiounscode a Kommandoparameter. De Standard beschreift méi wéi 200 Kommandoen, opgedeelt a véier Kategorien:
- Musse - muss vum Apparat ënnerstëtzt ginn;
- optional - kann ëmgesat ginn;
- Verkeefer-spezifesch - vun engem spezifeschen Hiersteller benotzt;
- Verouderd - verouderte Kommandoen.
Ënnert de ville Kommandoen sinn nëmmen dräi vun hinnen obligatoresch fir Apparater:
- TEST UNIT BEREI - Iwwerpréiwung vun der Bereetschaft vum Apparat;
- Ufro SENSE - freet de Feelercode vum fréiere Kommando;
- Ëmfro - Ufro fir Basis Charakteristiken vum Apparat.
Nom Empfang an Ausféierung vum Kommando schéckt den Zilapparat dem Initiator e Statuscode, deen d'Ausféierungsresultat beschreift.
Weider Verbesserung vun SCSI (SCSI-2 an Ultra SCSI Spezifikatioune) erweidert d'Lëscht vun commandéiert benotzt an huet d'Zuel vun verbonne Apparater ze 16, an der Datenaustausch Vitesse op de Bus ze 640 MB / s. Zënter SCSI ass eng parallel Interface, d'Erhéijung vun der Dateaustauschfrequenz war mat enger Ofsenkung vun der maximaler Kabellängt verbonnen an huet zu Nodeel am Gebrauch gefouert.
Ugefaange mam Ultra-3 SCSI Standard, ass Ënnerstëtzung fir "Hot Plugging" erschéngt - Apparater verbannen wärend der Kraaft ass.
Den éischten bekannten SSD Drive mat enger SCSI Interface kann als M-Systems FFD-350 ugesi ginn, am Joer 1995 verëffentlecht. D'Disk hat eng héich Käschte a war net verbreet.
Momentan ass parallel SCSI net eng populär Diskverbindungsinterface, awer de Kommandoset gëtt nach ëmmer aktiv an USB- a SAS-Interfaces benotzt.
ATA/PATA
Interface ATA (Advanced Technology Attachment), och bekannt als POWA (Parallel ATA) gouf vum Western Digital am Joer 1986 entwéckelt. De Marketingnumm fir den IDE Standard (Integrated Drive Electronics) betount eng wichteg Innovatioun: den Drive Controller gouf an den Drive agebaut, anstatt op enger separater Expansiounsplat.
D'Entscheedung fir de Controller am Drive ze placéieren huet e puer Probleemer gläichzäiteg geléist. Eischtens ass d'Distanz vum Drive zum Controller erofgaang, wat e positiven Effekt op d'Charakteristiken vum Drive huet. Zweetens, den agebaute Controller war nëmme fir e bestëmmten Typ vu Drive "geschnidde" an deementspriechend méi bëlleg.
ATA, wéi SCSI, benotzt eng parallel I / O Method, déi d'Kabel benotzt beaflosst. Fir Drive mat der IDE-Interface ze verbannen, sinn 40-Drot Kabelen, och Kabel genannt, erfuerderlech. Méi rezent Spezifikatioune benotzen 80-Drot Loops: méi wéi d'Halschent vun deenen sinn Grond fir Interferenz bei héijen Frequenzen ze reduzéieren.
Den ATA Kabel huet vun zwee bis véier Stecker, vun deenen een mam Motherboard ugeschloss ass, an de Rescht op d'Laufwerke. Wann Dir zwee Apparater mat engem Kabel verbënnt, muss ee vun hinnen als konfiguréiert sinn Master, an déi zweet - als Sklave. Déi drëtt Apparat kann exklusiv am Read-nëmmen Modus verbonne ginn.
D'Positioun vum Jumper spezifizéiert d'Roll vun engem spezifeschen Apparat. D'Begrëffer Master a Sklave a Relatioun zu Geräter sinn net ganz korrekt, well mat Respekt vum Controller all verbonne Geräter Sklaven sinn.
Eng speziell Innovatioun am ATA-3 ass d'Erscheinung Self-Iwwerwaachung, Analyse a Berichtungstechnologie (SMART). Fënnef Firmen (IBM, Seagate, Quantum, Conner a Western Digital) hu sech zesummegeschafft a standardiséierter Technologie fir d'Gesondheet vun den Drive ze bewäerten.
Ënnerstëtzung fir Solid-State Drive erschéngt mat der véierter Versioun vum Standard, deen am Joer 1998 verëffentlecht gouf. Dës Versioun vum Standard gëtt Datenübertragungsgeschwindegkeet vu bis zu 33.3 MB / s.
De Standard stellt strikt Ufuerderunge fir ATA Kabelen vir:
- den Zuch muss flaach sinn;
- maximal Zuchlängt ass 18 Zoll (45.7 Zentimeter).
De kuerzen a breet Zuch war onbequem an huet d'Ofkillung gestéiert. Et gouf ëmmer méi schwéier d'Transmissiounsfrequenz mat all spéider Versioun vum Standard z'erhéijen, an ATA-7 huet de Problem radikal geléist: d'parallel Interface gouf duerch eng Serien ersat. Duerno krut ATA d'Wuert Parallel a gouf als PATA bekannt, an déi siwent Versioun vum Standard krut en aneren Numm - Serial ATA. D'Nummeréierung vun SATA Versiounen ugefaang vun engem.
SATA
De Serial ATA (SATA) Standard gouf de 7. Januar 2003 agefouert an huet d'Problemer vu sengem Virgänger mat de folgenden Ännerungen adresséiert:
- de parallel port gouf duerch eng Serien ersat;
- de breet 80-Drot Kabel gëtt duerch eng 7-Drot ersat;
- Déi "gemeinsame Bus" Topologie gouf duerch eng "Punkt-zu-Punkt" Verbindung ersat.
Trotz der Tatsaach, datt de SATA 1.0 Standard (SATA/150, 150 MB / s) marginal méi séier war wéi ATA-6 (UltraDMA / 130, 130 MB / s), huet den Iwwergank zu enger Seriell Dateaustauschmethod "de Buedem virbereet" fir erhéicht Geschwindegkeet
Déi siechzéng Signallinne fir d'Transmissioun vun Daten an der ATA goufen duerch zwee verdreift Pairen ersat: eng fir d'Transmissioun, déi aner fir d'Empfang. SATA Stecker sinn entwéckelt fir méi resistent géint verschidde Reconnections ze sinn, an d'SATA 1.0 Spezifizéierung huet Hot Plug méiglech gemaach.
E puer Pins op den Disks si méi kuerz wéi all déi aner. Dëst gëtt gemaach fir Hot Swap z'ënnerstëtzen. Während dem Ersatzprozess "verléiert" den Apparat an "fënnt" Linnen an enger virbestëmmter Uerdnung.
E bësse méi wéi engem Joer méi spéit, am Abrëll 2004, gouf déi zweet Versioun vun der SATA Spezifizéierung verëffentlecht. Nieft der Beschleunegung bis zu 3 Gbit / s huet SATA 2.0 Technologie agefouert Native Command Queuing (NCQ). Apparater mat NCQ Support kënnen onofhängeg d'Uerdnung organiséieren an där kritt Kommandoen ausgefouert ginn fir maximal Leeschtung ze erreechen.
Iwwer déi nächst dräi Joer huet de SATA Working Group geschafft fir déi existent Spezifizéierung ze verbesseren an an der Versioun 2.6 erschéngen kompakt Slimline a Micro SATA (uSATA) Connectoren. Dës Stecker sinn eng méi kleng Versioun vum ursprénglechen SATA Connector a si fir optesch Fuerwen a kleng Fuerwen an Laptops entwéckelt.
Och wann déi zweet Generatioun vu SATA genuch Bandbreedung fir Festplazen hat, hunn SSDs méi gebraucht. Am Mee 2009 gouf déi drëtt Versioun vun der SATA Spezifizéierung mat verstäerkter Bandbreedung op 6 Gbit / s verëffentlecht.
Besonnesch Opmierksamkeet gouf op Solid-State Drive an der SATA 3.1 Editioun bezuelt. E Mini-SATA (mSATA) Connector ass erschéngt, entwéckelt fir Solid-State Drive op Laptops ze verbannen. Am Géigesaz zu Slimline an uSATA war den neie Connector ähnlech wéi PCIe Mini, obwuel et net elektresch kompatibel war mat PCIe. Zousätzlech zum neie Connector huet SATA 3.1 d'Fäegkeet fir TRIM Befehle mat Lies- a Schreifbefehle ze stoen.
Den TRIM Kommando informéiert d'SSD vun Datenblocken déi keng Notzlaascht droen. Virun SATA 3.1, d'Ausféierung vun dësem Kommando géif d'Cache spülen an d'I/O suspendéiert ginn, gefollegt vun engem TRIM Kommando. Dës Approche degradéiert d'Performance vun der Disk wärend der Läschoperatioun.
D'SATA Spezifizéierung konnt net mat dem schnelle Wuesstum vun den Zougangsgeschwindegkeete fir Solid-State Drive halen, wat zu der Erscheinung am Joer 2013 vun engem Kompromiss mam Numm SATA Express am SATA 3.2 Standard gefouert huet. Amplaz d'SATA Bandbreed erëm ze verduebelen, hunn d'Entwéckler de wäit benotzte PCIe Bus benotzt, deem seng Geschwindegkeet méi wéi 6 Gbps ass. Drives déi SATA Express ënnerstëtzen hunn hiren eegene Formfaktor genannt M.2.
SAS
Den SCSI Standard, "Konkurrenz" mat ATA, huet och net stoen a just e Joer no der Erscheinung vu Serial ATA, am Joer 2004, gouf et als Serien Interface remgebuer. Den Numm vun der neier Interface ass Serial Attached SCSI (SENG).
Trotz der Tatsaach, datt SAS de SCSI Kommando-Set ierft, waren d'Ännerunge bedeitend:
- Serien Interface;
- 29-Drot Stroumkabel;
- Punkt-zu-Punkt Verbindung
SCSI Terminologie war och ierflecher. De Controller gëtt ëmmer nach den Initiator genannt, an déi verbonne Geräter ginn ëmmer nach Zil genannt. All Zilgeräter an den Initiator bilden en SAS Domain. Am SAS hänkt d'Verbindungsduerchgang net vun der Unzuel vun den Apparater am Domain of, well all Apparat säin eegene speziellen Kanal benotzt.
Déi maximal Unzuel vu gläichzäiteg verbonne Geräter an engem SAS Domain no der Spezifizéierung ass méi wéi 16 Tausend, an amplaz vun enger SCSI ID gëtt en Identifizéierer benotzt fir Adressen Weltwäit Numm (WWN).
WWN ass en eenzegaartegen Identifizéierer 16 Bytes laang, analog zu enger MAC Adress fir SAS Apparater.
Trotz der Ähnlechkeet vu SAS- a SATA-Stecker sinn dës Standarden net komplett kompatibel. Wéi och ëmmer, e SATA Drive kann mat engem SAS Connector verbonne sinn, awer net vice versa. Kompatibilitéit tëscht SATA-Laufwerke an dem SAS-Domain gëtt mat dem SATA Tunneling Protocol (STP) gesuergt.
Déi éischt Versioun vum SAS-1 Standard huet en Duerchgang vun 3 Gbit / s, an déi modernst, SAS-4, huet dës Figur ëm 7 Mol verbessert: 22,5 Gbit / s.
PCIe
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) ass eng Serien Interface fir Datenübertragung, déi am Joer 2002 erschéngt. D'Entwécklung gouf vum Intel gestart, an duerno op eng speziell Organisatioun transferéiert - PCI Special Interest Group.
D'Serien PCIe Interface war keng Ausnam a gouf eng logesch Fortsetzung vun parallel PCI, déi fir eng Verbindung Expansioun Kaarte entworf ass.
PCI Express ass wesentlech anescht wéi SATA an SAS. D'PCIe Interface huet eng variabel Zuel vu Bunnen. D'Zuel vun den Zeilen ass gläich wéi d'Kräfte vun zwee a läit vun 1 bis 16.
De Begrëff "Lane" am PCIe bezitt sech net op eng spezifesch Signallinn, mee op en eenzegen Full-Duplex Kommunikatiounskanal, deen aus de folgende Signallinnen besteet:
- Réceptioun+ an Réceptioun-;
- Transmissioun + an Transmissioun-;
- véier Grondleiter.
D'Zuel vun de PCIe Bunnen beaflosst direkt de maximalen Duerchgang vun der Verbindung. Déi modern PCI Express 4.0 Standard erlaabt Iech 1.9 GB / s op eng Linn ze erreechen, an 31.5 GB / s wann Dir 16 Linnen benotzt.
Den Appetit fir Solid-State Drive wiisst ganz séier. Béid SATA an SAS hunn keng Zäit fir hir Bandbreedung ze erhéijen fir mat SSDs "ze halen", wat zu der Entstoe vun SSD-Laufwerke mat PCIe Verbindungen gefouert huet.
Och wann PCIe Add-In Kaarte geschrauft sinn, ass PCIe hot-swappable. Kuerz PRSNT Pins (Englesch presentéieren - presentéieren) erlaabt Iech sécher ze stellen, datt d'Kaart komplett am Slot installéiert ass.
Solid-State Drive, déi iwwer PCIe verbonne sinn, gi vun engem separaten Standard reglementéiert Net-flüchteg Memory Host Controller Interface Spezifizéierung a sinn an enger Rei vu Formfaktoren verkierpert, awer mir schwätzen iwwer se am nächsten Deel.
Remote fiert
Wann Dir grouss Datelager erstellt, ass de Besoin fir Protokoller entstanen, déi d'Verbindung vun Drive ausserhalb vum Server erlaben. Déi éischt Léisung an dësem Beräich war Internet SCSI (iSCSI), entwéckelt vun IBM a Cisco am Joer 1998.
D'Iddi vum iSCSI Protokoll ass einfach: SCSI Kommandoen ginn an TCP / IP Pakete "gewéckelt" an an d'Netz iwwerdroen. Trotz der Fernverbindung gëtt d'Illusioun fir Clienten erstallt datt de Drive lokal verbonnen ass. En iSCSI-baséiert Storage Area Network (SAN) kann op existéierend Netzwierkinfrastruktur gebaut ginn. Benotzt iSCSI reduzéiert d'Käschte fir e SAN z'organiséieren.
iSCSI huet eng "Premium" Optioun - Fiber Channel Protokoll (FCP). E SAN mat FCP ass op engagéierten Glasfaser Kommunikatiounslinnen gebaut. Dës Approche erfuerdert zousätzlech optesch Netzwierkausrüstung, awer ass stabil an huet en héijen Duerchgang.
Et gi vill Protokoller fir SCSI Kommandoen iwwer Computernetzwierker ze schécken. Wéi och ëmmer, et gëtt nëmmen ee Standard deen de Géigendeel Problem léist an erlaabt datt IP Pakete iwwer den SCSI Bus geschéckt ginn - .
Déi meescht SAN-Protokoller benotzen den SCSI Kommando-Set fir Drive ze managen, awer et ginn Ausnahmen, sou wéi einfach ATA iwwer Ethernet (AoE). Den AoE Protokoll schéckt ATA Kommandoen an Ethernet Päckchen, awer d'Laufwerke schéngen als SCSI am System.
Mat dem Advent vun NVM Express Drive, iSCSI an FCP Protokoller entspriechen net méi de séier wuessende Fuerderunge vun SSDs. Zwee Léisungen erschéngen:
- Plënneren der PCI Express Bus ausserhalb vum Server;
- Kreatioun vum NVMe iwwer Fabrics Protokoll.
Ewechzehuelen der PCIe Bus implizéiert schafen komplex schalt Equipement, mee ännert net de Protokoll.
Den NVMe iwwer Fabrics Protokoll ass eng gutt Alternativ zu iSCSI an FCP ginn. NVMe-oF benotzt e Glasfaserlink an den NVM Express Instruktiounsset.
DDR-T
D'iSCSI an NVMe-oF Standards léisen de Problem fir Remote Disks als lokal ze verbannen, awer Intel huet en anere Wee geholl an d'lokal Disk esou no wéi méiglech un de Prozessor bruecht. De Choix gefall op DIMM Plaze an deem RAM verbonne ass. Déi maximal Bandbreedung vun engem DDR4 Kanal ass 25 GB / s, wat wesentlech méi héich ass wéi d'Geschwindegkeet vum PCIe Bus. Dëst ass wéi den Intel® Optane™ DC Persistent Memory SSD gebuer gouf.
E Protokoll gouf erfonnt fir Drive mat DIMM Slots ze verbannen DDR-T, kierperlech an elektresch kompatibel mat DDR4, awer erfuerdert e spezielle Controller, deen den Ënnerscheed tëscht dem Memory Stick an dem Drive gesäit. D'Zougangsgeschwindegkeet vum Drive ass méi lues wéi RAM, awer méi séier wéi NVMe.
DDR-T ass nëmme verfügbar mat Intel® Cascade Lake Prozessoren oder méi spéit.
Konklusioun
Bal all Interfaces sinn e laange Wee vu Serien bis parallel Datenübertragungsmethoden komm. SSD Geschwindegkeete wuessen séier; just gëschter waren SSDs eng Neiegkeet, awer haut ass NVMe net méi besonnesch iwwerraschend.
An eisem Labo Dir kënnt SSD an NVMe fiert selwer testen.
Nëmme registréiert Benotzer kënnen un der Ëmfro deelhuelen. , wann ech glift.
Wäerten NVMe Drive klassesch SSDs an der nächster Zukunft ersetzen?
-
55.5%jo100
-
44.4%Nee80
180 Benotzer hunn gestëmmt. 28 Benotzer hu sech enthalen.
Source: will.com