В kitaran "Pengenalan kepada SSD" kami bercakap tentang sejarah penampilan cakera. Bahagian kedua akan memberitahu tentang antara muka untuk berinteraksi dengan pemacu.
Komunikasi antara pemproses dan persisian berlaku mengikut konvensyen yang telah ditetapkan yang dipanggil antara muka. Perjanjian ini mengawal selia tahap interaksi fizikal dan perisian.
Antara muka - satu set cara, kaedah dan peraturan interaksi antara elemen sistem.
Pelaksanaan fizikal antara muka mempengaruhi parameter berikut:
- daya pengeluaran saluran komunikasi;
- bilangan maksimum peranti yang disambungkan secara serentak;
- bilangan ralat yang berlaku.
Antara muka cakera dibina pada Port I/O, yang bertentangan dengan memori I/O dan tidak mengambil ruang dalam ruang alamat pemproses.
Port selari dan bersiri
Mengikut kaedah pertukaran data, port I / O dibahagikan kepada dua jenis:
- selari;
- konsisten.
Seperti namanya, port selari menghantar perkataan mesin pada satu masa, yang terdiri daripada beberapa bit. Port selari adalah cara paling mudah untuk menukar data, kerana ia tidak memerlukan penyelesaian litar yang kompleks. Dalam kes yang paling mudah, setiap bit perkataan mesin dihantar pada talian isyaratnya sendiri, dan dua talian isyarat perkhidmatan digunakan untuk maklum balas: Data sedia и Data diterima.
Port selari, pada pandangan pertama, skala dengan baik: lebih banyak garis isyarat - lebih banyak bit dihantar pada satu masa dan, oleh itu, daya pemprosesan yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, disebabkan peningkatan dalam bilangan talian isyarat, gangguan berlaku di antara mereka, yang membawa kepada herotan mesej yang dihantar.
Port bersiri adalah bertentangan dengan selari. Data dihantar satu bit pada satu masa, yang mengurangkan jumlah garis isyarat, tetapi merumitkan pengawal I/O. Pengawal pemancar menerima perkataan mesin pada satu masa dan mesti menghantar satu bit pada satu masa, dan pengawal penerima pula mesti menerima bit dan menyimpannya dalam susunan yang sama.
Sebilangan kecil talian isyarat membolehkan anda meningkatkan kekerapan penghantaran mesej tanpa gangguan.
SCSI
Antara Muka Sistem Komputer Kecil (SCSI) muncul pada tahun 1978 dan pada asalnya direka untuk menggabungkan peranti pelbagai profil ke dalam satu sistem. Spesifikasi SCSI-1 disediakan untuk sambungan sehingga 8 peranti (bersama-sama dengan pengawal), seperti:
- pengimbas;
- pemacu pita (strim);
- pemacu optik;
- pemacu cakera dan peranti lain.
SCSI pada asalnya dinamakan Shugart Associates System Interface (SASI), tetapi jawatankuasa piawaian tidak akan meluluskan nama selepas syarikat itu, dan selepas sehari sumbang saran, nama Small Computer Systems Interface (SCSI) dilahirkan. "Bapa" SCSI, Larry Boucher, bermaksud akronim itu disebut "seksi", tetapi baca "sсuzzy" ("beritahu"). Selepas itu, sebutan "memberitahu" telah bertapak kukuh dalam piawaian ini.
Dalam terminologi SCSI, peranti yang disambungkan dibahagikan kepada dua jenis:
- pemula;
- peranti sasaran.
Inisiator menghantar arahan kepada peranti sasaran, yang kemudiannya menghantar respons kepada inisiator. Inisiator dan sasaran disambungkan ke bas SCSI biasa, yang mempunyai lebar jalur 1 MB/s dalam piawaian SCSI-5.
Topologi "bas biasa" yang digunakan mengenakan beberapa sekatan:
- di hujung bas, peranti khas diperlukan - terminator;
- lebar jalur bas dikongsi antara semua peranti;
- Bilangan maksimum peranti yang disambungkan secara serentak adalah terhad.
Peranti di dalam bas dikenal pasti dengan nombor unik yang dipanggil ID Sasaran SCSI. Setiap unit SCSI dalam sistem diwakili oleh sekurang-kurangnya satu peranti logik, yang ditangani oleh nombor unik dalam peranti fizikal. Nombor Unit Logik (LUN).
Perintah dalam SCSI dihantar dalam borang blok penerangan arahan (Blok Deskriptor Perintah, CDB), yang terdiri daripada kod operasi dan parameter arahan. Standard ini menerangkan lebih daripada 200 arahan, dibahagikan kepada empat kategori:
- Mandatori — mesti disokong oleh peranti;
- Pilihan - boleh dilaksanakan;
- Khusus vendor - digunakan oleh pengilang tertentu;
- Sudah usang - arahan usang.
Di antara banyak arahan, hanya tiga daripadanya yang wajib untuk peranti:
- UNIT UJIAN SEDIA — memeriksa kesediaan peranti;
- PERMINTAAN RASA — meminta kod ralat arahan sebelumnya;
- INQUIRY — minta ciri utama peranti.
Selepas menerima dan memproses arahan, peranti sasaran menghantar kod status kepada pemula, yang menerangkan hasil pelaksanaan.
Penambahbaikan lanjut SCSI (spesifikasi SCSI-2 dan Ultra SCSI) mengembangkan senarai arahan yang digunakan dan meningkatkan bilangan peranti yang disambungkan sehingga 16, dan kadar pertukaran data pada bas sehingga 640 MB/s. Memandangkan SCSI ialah antara muka selari, meningkatkan kekerapan pertukaran data dikaitkan dengan pengurangan panjang kabel maksimum dan membawa kepada kesulitan dalam penggunaan.
Bermula dengan standard Ultra-3 SCSI, sokongan untuk "palam panas" telah muncul - peranti penyambung apabila kuasa dihidupkan.
SSD SCSI pertama yang diketahui ialah M-Systems FFD-350, dikeluarkan pada tahun 1995. Cakera itu mempunyai kos yang tinggi dan tidak digunakan secara meluas.
Pada masa ini, SCSI selari bukanlah antara muka cakera yang popular, tetapi set arahan masih digunakan secara aktif dalam antara muka USB dan SAS.
ATA/PATA
antara muka ATA (Lampiran Teknologi Lanjutan), juga dikenali sebagai RUMAH (Parallel ATA) telah dibangunkan oleh Western Digital pada tahun 1986. Nama pemasaran untuk standard IDE (Eng. Integrated Drive Electronics - "elektronik terbina dalam pemacu") menekankan satu inovasi penting: pengawal pemacu disepadukan ke dalam pemacu, dan bukan pada papan pengembangan yang berasingan.
Keputusan untuk meletakkan pengawal di dalam pemacu menyelesaikan beberapa masalah sekaligus. Pertama, jarak dari pemacu ke pengawal telah berkurangan, yang memberi kesan positif kepada prestasi pemacu. Kedua, pengawal terbina dalam "diasah" hanya untuk jenis pemacu tertentu dan, dengan itu, lebih murah.
ATA, seperti SCSI, menggunakan kaedah I/O selari, yang dicerminkan dalam kabel yang digunakan. Menyambung pemacu menggunakan antara muka IDE memerlukan kabel 40 teras, juga dirujuk sebagai kabel rata. Spesifikasi yang lebih terkini menggunakan stub 80 wayar, lebih separuh daripadanya adalah gelung tanah untuk mengurangkan gangguan pada frekuensi tinggi.
Terdapat dua hingga empat penyambung pada kabel ATA, satu daripadanya disambungkan ke papan induk, dan selebihnya ke pemacu. Apabila menyambungkan dua peranti dalam satu gelung, salah satu daripadanya mesti dikonfigurasikan sebagai Master, dan yang kedua sebagai Hamba. Peranti ketiga hanya boleh disambungkan dalam mod baca sahaja.
Kedudukan pelompat menentukan peranan peranti tertentu. Istilah Master dan Slave berhubung dengan peranti tidak sepenuhnya betul, kerana berhubung dengan pengawal, semua peranti yang disambungkan adalah Hamba.
Inovasi istimewa dalam ATA-3 ialah penampilan Pemantauan Kendiri, Teknologi Analisis dan Pelaporan (SMART). Lima syarikat (IBM, Seagate, Quantum, Conner dan Western Digital) telah bergabung tenaga dan teknologi penilaian kesihatan pemanduan yang standard.
Sokongan untuk pemacu keadaan pepejal telah wujud sejak versi 1998 standard, dikeluarkan pada tahun 33.3. Versi standard ini menyediakan kadar pemindahan data sehingga XNUMX MB/s.
Piawaian ini mengemukakan keperluan ketat untuk kabel ATA:
- bulu mesti rata;
- panjang kereta api maksimum 18 inci (45.7 sentimeter).
Kereta api pendek dan lebar itu menyusahkan dan mengganggu penyejukan. Ia menjadi semakin sukar untuk meningkatkan kekerapan penghantaran dengan setiap versi standard berikutnya, dan ATA-7 menyelesaikan masalah secara radikal: antara muka selari digantikan dengan satu siri. Selepas itu, ATA memperoleh perkataan Parallel dan dikenali sebagai PATA, dan versi ketujuh standard menerima nama yang berbeza - Serial ATA. Penomboran versi SATA bermula dari satu.
SATA
Piawaian Serial ATA (SATA) telah diperkenalkan pada 7 Januari 2003 dan menangani masalah pendahulunya dengan perubahan berikut:
- port selari digantikan dengan bersiri;
- kabel 80-wayar lebar digantikan dengan 7-wayar;
- topologi "bas biasa" telah digantikan dengan sambungan "titik ke titik".
Walaupun SATA 1.0 (SATA/150, 150 MB/s) sedikit lebih pantas daripada ATA-6 (UltraDMA/130, 130 MB/s), peralihan kepada komunikasi bersiri telah "menetapkan asas" untuk kelajuan.
Enam belas talian isyarat untuk penghantaran data dalam ATA telah digantikan dengan dua pasangan berpintal: satu untuk penghantaran, yang kedua untuk penerimaan. Penyambung SATA direka bentuk untuk menjadi lebih tahan terhadap berbilang penyambungan semula, dan spesifikasi SATA 1.0 memungkinkan palam panas.
Sesetengah pin pada pemacu adalah lebih pendek daripada yang lain. Ini dilakukan untuk menyokong "hot swap" (Hot Swap). Semasa proses penggantian, peranti "kehilangan" dan "mencari" garisan dalam susunan yang telah ditetapkan.
Lebih sedikit daripada setahun kemudian, pada April 2004, versi kedua spesifikasi SATA telah dikeluarkan. Selain mempercepatkan sehingga 3 Gb / s, SATA 2.0 memperkenalkan teknologi Beratur Perintah Asli (NCQ). Peranti dengan sokongan NCQ dapat mengatur secara bebas susunan pelaksanaan arahan masuk untuk mencapai prestasi maksimum.
Tiga tahun berikutnya, Kumpulan Kerja SATA berusaha untuk menambah baik spesifikasi sedia ada, dan versi 2.6 memperkenalkan penyambung Slimline padat dan mikro SATA (uSATA). Penyambung ini ialah versi yang lebih kecil daripada penyambung SATA asal dan direka untuk pemacu optik dan pemacu kecil dalam komputer riba.
Walaupun SATA generasi kedua mempunyai lebar jalur yang mencukupi untuk HDD, SSD menuntut lebih banyak lagi. Pada Mei 2009, versi ketiga spesifikasi SATA dikeluarkan dengan lebar jalur meningkat kepada 6 Gb / s.
Perhatian khusus diberikan kepada pemacu keadaan pepejal dalam edisi SATA 3.1. Penyambung Mini-SATA (mSATA) telah muncul, direka untuk menyambung pemacu keadaan pepejal dalam komputer riba. Tidak seperti Slimline dan uSATA, penyambung baharu kelihatan seperti Mini PCIe, walaupun ia tidak serasi secara elektrik dengan PCIe. Sebagai tambahan kepada penyambung baharu, SATA 3.1 mempunyai keupayaan untuk mengatur baris perintah TRIM dengan arahan baca dan tulis.
Perintah TRIM memberitahu SSD tentang blok data yang tidak membawa muatan. Sebelum SATA 3.1, arahan ini akan membuang cache dan menggantung operasi I/O, diikuti dengan arahan TRIM. Pendekatan ini merendahkan prestasi cakera semasa operasi pemadaman.
Spesifikasi SATA tidak mengikuti pertumbuhan pesat dalam kelajuan akses untuk SSD, yang membawa kepada kompromi pada tahun 2013 yang dipanggil SATA Express dalam standard SATA 3.2. Daripada menggandakan lebar jalur SATA sekali lagi, pembangun telah menggunakan bas PCIe yang digunakan secara meluas, yang kelajuannya melebihi 6 Gb / s. Pemacu dengan sokongan SATA Express telah memperoleh faktor bentuknya sendiri yang dipanggil M.2.
SAS
Piawaian SCSI, "bersaing" dengan ATA, juga tidak berdiam diri dan hanya setahun selepas kemunculan Serial ATA, pada tahun 2004, ia dilahirkan semula menjadi antara muka bersiri. Nama antara muka baharu ialah Serial Dilampirkan SCSI (SEDGE).
Walaupun SAS mewarisi set arahan SCSI, perubahan itu penting:
- antara muka bersiri;
- Kabel 29-wayar dengan bekalan kuasa;
- sambungan titik ke titik
Terminologi SCSI juga telah diwarisi. Pengawal masih dipanggil pemula, dan peranti yang disambungkan dipanggil sasaran. Semua peranti sasaran dan pemula membentuk domain SAS. Dalam SAS, lebar jalur sambungan tidak bergantung pada bilangan peranti dalam domain, kerana setiap peranti menggunakan saluran khususnya sendiri.
Bilangan maksimum peranti yang disambungkan secara serentak dalam domain SAS, mengikut spesifikasi, melebihi 16 ribu, dan bukannya ID SCSI, pengecam digunakan untuk menangani Nama Seluruh Dunia (WWN).
WWN ialah pengecam unik sepanjang 16 bait, serupa dengan alamat MAC untuk peranti SAS.
Walaupun terdapat persamaan antara penyambung SAS dan SATA, piawaian ini tidak serasi sepenuhnya. Walau bagaimanapun, pemacu SATA boleh disambungkan kepada penyambung SAS, tetapi bukan sebaliknya. Keserasian antara pemacu SATA dan domain SAS dipastikan menggunakan SATA Tunneling Protocol (STP).
Versi pertama standard SAS-1 mempunyai lebar jalur 3 Gb / s, dan yang paling moden, SAS-4, telah meningkatkan angka ini sebanyak 7 kali: 22,5 Gb / s.
PCIe
Ekspres Interconnect Komponen Periferal (PCI Express, PCIe) ialah antara muka bersiri untuk pemindahan data, yang muncul pada tahun 2002. Pembangunan ini dimulakan oleh Intel, dan kemudiannya dipindahkan ke organisasi khas - Kumpulan Kepentingan Khas PCI.
Antara muka PCIe bersiri tidak terkecuali dan menjadi kesinambungan logik PCI selari, yang direka untuk menyambung kad pengembangan.
PCI Express jauh berbeza daripada SATA dan SAS. Antara muka PCIe mempunyai bilangan lorong yang berubah-ubah. Bilangan baris adalah sama dengan kuasa dua dan berjulat dari 1 hingga 16.
Istilah "lorong" dalam PCIe tidak merujuk kepada lorong isyarat tertentu, tetapi kepada pautan komunikasi dupleks penuh berasingan yang terdiri daripada lorong isyarat berikut:
- menerima+ dan menerima-;
- penghantaran+ dan penghantaran-;
- empat wayar tanah.
Bilangan lorong PCIe secara langsung mempengaruhi lebar jalur maksimum sambungan. Standard PCI Express 4.0 semasa membolehkan anda mencapai 1.9 GB / s pada satu baris, dan 31.5 GB / s apabila menggunakan 16 baris.
"Selera" pemacu keadaan pepejal berkembang dengan cepat. Kedua-dua SATA dan SAS tidak dapat meningkatkan lebar jalur mereka untuk bersaing dengan SSD, yang telah membawa kepada pengenalan SSD yang disambungkan dengan PCIe.
Walaupun kad PCIe Add-In dihidupkan, PCIe boleh ditukar panas. Pin pendek PRSNT (Bahasa Inggeris sekarang - sekarang) pastikan kad dipasang sepenuhnya dalam slot.
Pemacu keadaan pepejal yang disambungkan melalui PCIe dikawal oleh standard yang berasingan Spesifikasi Antara Muka Pengawal Hos Memori Tidak Meruap dan terkandung dalam pelbagai faktor bentuk, tetapi kita akan membincangkannya dalam bahagian seterusnya.
Pemacu Jauh
Apabila mencipta gudang data yang besar, terdapat keperluan untuk protokol yang membolehkan anda menyambungkan pemacu yang terletak di luar pelayan. Penyelesaian pertama di kawasan ini ialah Internet SCSI (iSCSI), dibangunkan oleh IBM dan Cisco pada tahun 1998.
Idea di sebalik protokol iSCSI adalah mudah: arahan SCSI "dibungkus" ke dalam paket TCP/IP dan dihantar ke rangkaian. Walaupun sambungan jauh, ia memberikan ilusi kepada pelanggan bahawa pemacu disambungkan secara tempatan. Rangkaian kawasan storan (SAN) berasaskan iSCSI boleh dibina pada infrastruktur rangkaian sedia ada. Penggunaan iSCSI dengan ketara mengurangkan kos penganjuran SAN.
iSCSI mempunyai pilihan "premium" - Protokol Saluran Gentian (FCP). SAN menggunakan FCP dibina pada talian komunikasi gentian optik khusus. Pendekatan ini memerlukan peralatan rangkaian optik tambahan, tetapi mempunyai daya pemprosesan yang stabil dan tinggi.
Terdapat banyak protokol untuk menghantar arahan SCSI melalui rangkaian komputer. Walau bagaimanapun, terdapat hanya satu standard yang menyelesaikan masalah yang bertentangan dan membolehkan anda menghantar paket IP melalui bas SCSI - .
Kebanyakan protokol SAN menggunakan set arahan SCSI untuk mengurus pemacu, tetapi terdapat pengecualian, seperti yang mudah ATA atas Ethernet (AOE). Protokol AoE menghantar arahan ATA dalam paket Ethernet, tetapi pemacu muncul sebagai SCSI dalam sistem.
Dengan kemunculan pemacu NVM Express, protokol iSCSI dan FCP tidak lagi memenuhi keperluan SSD yang berkembang pesat. Dua penyelesaian muncul:
- penyingkiran bas PCI Express di luar pelayan;
- penciptaan protokol NVMe over Fabrics.
Mengalih keluar bas PCIe mencipta perkakasan pensuisan yang kompleks tetapi tidak mengubah protokol.
Protokol NVMe over Fabrics telah menjadi alternatif yang baik kepada iSCSI dan FCP. NVMe-oF menggunakan pautan gentian optik dan set arahan NVM Express.
DDR-T
Piawaian iSCSI dan NVMe-oF menyelesaikan masalah menyambungkan pemacu jauh sebagai pemacu tempatan, manakala Intel pergi ke arah lain dan membawa pemacu tempatan sedekat mungkin dengan pemproses. Pilihan jatuh pada slot DIMM di mana RAM disambungkan. Lebar jalur maksimum DDR4 ialah 25 GB/s, yang jauh lebih pantas daripada bas PCIe. Beginilah cara SSD Intel® Optane™ DC Persistent Memory dilahirkan.
Protokol telah dicipta untuk menyambungkan pemacu ke slot DIMM DDR-T, serasi secara fizikal dan elektrik dengan DDR4, tetapi memerlukan pengawal khas yang melihat perbezaan antara bar memori dan pemacu. Kelajuan akses kepada pemacu adalah kurang daripada RAM, tetapi lebih daripada NVMe.
DDR-T hanya tersedia dengan pemproses generasi Intel® Cascade Lake atau lebih baru.
Kesimpulan
Hampir semua antara muka telah jauh dari penghantaran data bersiri ke selari. Kelajuan SSD semakin melambung tinggi, SSD semalam menimbulkan rasa ingin tahu, dan hari ini NVMe tidak lagi mengejutkan.
Di makmal kami anda boleh menguji sendiri pemacu SSD dan NVMe.
Hanya pengguna berdaftar boleh mengambil bahagian dalam tinjauan. , Sama-sama.
Adakah pemacu NVMe menggantikan SSD klasik dalam masa terdekat?
-
55.5% Ya100
-
44.4% No80
180 pengguna mengundi. 28 pengguna berpantang.
Sumber: www.habr.com