В Fis-serje "Introduzzjoni għall-SSD", tkellimna dwar l-istorja tad-dehra tad-diski. It-tieni parti se titkellem dwar interfaces għall-interazzjoni ma 'drives.
Il-komunikazzjoni bejn il-proċessur u l-apparati periferali sseħħ skont konvenzjonijiet predefiniti msejħa interfaces. Dawn il-ftehimiet jirregolaw il-livell fiżiku u tas-softwer tal-interazzjoni.
Interface huwa sett ta 'għodod, metodi u regoli ta' interazzjoni bejn l-elementi tas-sistema.
L-implimentazzjoni fiżika tal-interface taffettwa l-parametri li ġejjin:
- Kapaċità tal-kanali tal-komunikazzjoni;
- numru massimu ta' apparati konnessi simultanjament;
- numru ta' żbalji li jseħħu.
Interfejs tad-disk huma mibnija fuq Portijiet I/O, li huwa l-oppost tal-memorja I/O u ma jieħux spazju fl-ispazju tal-indirizz tal-proċessur.
Portijiet paralleli u serjali
Skont il-metodu tal-iskambju tad-dejta, il-portijiet tal-I/O huma maqsuma f'żewġ tipi:
- paralleli;
- konsistenti.
Kif jissuġġerixxi l-isem, port parallel jibgħat kelma magna li tikkonsisti f'diversi bits kull darba. Port parallel huwa l-aktar mod sempliċi biex tiskambja d-data, peress li ma teħtieġx soluzzjonijiet ta 'ċirkwiti kumplessi. Fl-aktar każ sempliċi, kull bit ta 'kelma ta' magna tintbagħat tul il-linja tas-sinjal tagħha stess, u żewġ linji tas-sinjali tas-servizz jintużaw għal feedback: Data lesta и Data aċċettata.
Il-portijiet paralleli jidhru li jiskalaw tajjeb ħafna mal-ewwel daqqa t'għajn: aktar linji tas-sinjali tfisser aktar bits huma trasferiti kull darba u, għalhekk, throughput ogħla. Madankollu, minħabba ż-żieda fin-numru ta 'linji tas-sinjali, isseħħ interferenza bejniethom, li twassal għal distorsjoni tal-messaġġi trażmessi.
Il-portijiet tas-serje huma l-oppost tal-portijiet paralleli. Id-dejta tintbagħat bit wieħed kull darba, li tnaqqas in-numru ġenerali ta 'linji tas-sinjali iżda żżid il-kumplessità għall-kontrollur I/O. Il-kontrollur tat-trasmettitur jirċievi kelma magna kull darba u għandu jittrasmetti bit wieħed kull darba, u l-kontrollur tar-riċevitur min-naħa tiegħu għandu jirċievi l-bits u jaħżenhom fl-istess ordni.
Numru żgħir ta 'linji tas-sinjali jippermettilek li żżid il-frekwenza tat-trażmissjoni tal-messaġġ mingħajr interferenza.
SCSI
Small Computer Systems Interface (SCSI) deher lura fl-1978 u oriġinarjament kienet iddisinjata biex tgħaqqad apparati ta 'diversi profili f'sistema waħda. L-ispeċifikazzjoni SCSI-1 ipprovduta għall-konnessjoni sa 8 apparati (flimkien mal-kontrollur), bħal:
- Skaners;
- drajvs tat-tejps (streamers);
- drives ottiċi;
- disk drives u apparat ieħor.
SCSI kien oriġinarjament imsejjaħ Shugart Associates System Interface (SASI), iżda l-kumitat tal-istandards ma japprovax l-isem wara l-kumpanija, u wara jum ta 'brainstorming, twieled l-isem Small Computer Systems Interface (SCSI). Il-"missier" ta' SCSI, Larry Boucher, kellu l-intenzjoni li l-akronimu jiġi ppronunzjat "sexy", iżda Naqra “scuzzy” (“għidli”). Sussegwentement, il-pronunzja ta '"skazi" ġiet assenjata b'mod sod għal dan l-istandard.
Fit-terminoloġija SCSI, l-apparati konnessi huma maqsuma f'żewġ tipi:
- inizjaturi;
- apparat fil-mira.
L-inizjatur jibgħat kmand lill-apparat fil-mira, li mbagħad jibgħat rispons lill-inizjatur. Inizjaturi u miri huma konnessi ma 'bus SCSI komuni, li għandu bandwidth ta' 1 MB/s fl-istandard SCSI-5.
It-topoloġija ta' "bus komuni" użata timponi għadd ta' restrizzjonijiet:
- Fit-truf tax-xarabank, huma meħtieġa apparati speċjali - terminaturi;
- Il-bandwidth tax-xarabank hija kondiviża fost l-apparati kollha;
- In-numru massimu ta 'apparati konnessi simultanjament huwa limitat.
L-apparati fuq ix-xarabank huma identifikati b'numru uniku msejjaħ SCSI Target ID. Kull unità SCSI fis-sistema hija rappreżentata minn mill-inqas apparat loġiku wieħed, li huwa indirizzat bl-użu ta’ numru uniku fi ħdan l-apparat fiżiku Numru ta' Unità Loġika (LUN).
Kmandi SCSI jintbagħtu bħala blokki tad-deskrizzjoni tal-kmand (Blokk tad-Deskrittur tal-Kmand, CDB), li jikkonsisti f'kodiċi ta' operazzjoni u parametri tal-kmand. L-istandard jiddeskrivi aktar minn 200 kmand, maqsuma f'erba 'kategoriji:
- mandatorju - għandhom ikunu sostnuti mill-apparat;
- Fakultattiv - jistgħu jiġu implimentati;
- Speċifiku għall-bejjiegħ - użat minn manifattur speċifiku;
- Ma għadux validu - kmandi skaduti.
Fost il-ħafna kmandi, tlieta minnhom biss huma obbligatorji għall-apparati:
- UNITÀ TAT-TEST LEST — il-verifika tal-prontezza tal-apparat;
- SENS TALBA — jitlob il-kodiċi ta' żball tal-kmand preċedenti;
- INKJESTA — talba għal karatteristiċi bażiċi tal-apparat.
Wara li jirċievi u tesegwixxi l-kmand, l-apparat fil-mira jibgħat lill-inizjatur kodiċi tal-istatus li jiddeskrivi r-riżultat tal-eżekuzzjoni.
Aktar titjib ta 'SCSI (speċifikazzjonijiet SCSI-2 u Ultra SCSI) espandiet il-lista ta' kmandi użati u żied in-numru ta 'apparati konnessi għal 16, u l-veloċità tal-iskambju tad-dejta fuq ix-xarabank għal 640 MB/s. Peress li l-SCSI huwa interface parallel, iż-żieda fil-frekwenza tal-iskambju tad-dejta kienet assoċjata ma 'tnaqqis fit-tul massimu tal-kejbil u wasslet għal inkonvenjenza fl-użu.
Nibdew bl-istandard Ultra-3 SCSI, deher appoġġ għal "hot plugging" - tagħmir ta 'konnessjoni waqt li l-enerġija tkun mixgħula.
L-ewwel drive SSD magħruf b'interface SCSI jista 'jitqies bħala l-M-Systems FFD-350, rilaxxat fl-1995. Id-diska kellha spiża għolja u ma kinitx mifruxa.
Bħalissa, SCSI parallel mhuwiex interface ta 'konnessjoni tad-diska popolari, iżda s-sett tal-kmand għadu użat b'mod attiv f'interfaces USB u SAS.
ATA/PATA
Interface ATA (Advanced Technology Attachment), magħruf ukoll bħala HOOF (Parallel ATA) ġie żviluppat minn Western Digital fl-1986. L-isem tal-marketing għall-istandard IDE (Integrated Drive Electronics) enfasizza innovazzjoni importanti: il-kontrollur tas-sewqan kien mibni fis-sewqan, aktar milli fuq bord ta 'espansjoni separat.
Id-deċiżjoni li jitqiegħed il-kontrollur ġewwa d-drajv solviet diversi problemi f'daqqa. L-ewwelnett, id-distanza mid-drive sal-kontrollur naqset, li għandha effett pożittiv fuq il-karatteristiċi tas-sewqan. It-tieni nett, il-kontrollur inkorporat kien "imfassal" biss għal ċertu tip ta 'sewqan u, għaldaqstant, kien irħas.
ATA, bħal SCSI, juża metodu I/O parallel, li jaffettwa l-kejbils użati. Biex tikkonnettja drajvs billi tuża l-interface IDE, huma meħtieġa kejbils ta '40 wajer, imsejħa wkoll kejbils. Speċifikazzjonijiet aktar riċenti jużaw linji ta '80 wajer: aktar minn nofshom huma raġunijiet biex titnaqqas l-interferenza fi frekwenzi għoljin.
Il-kejbil ATA għandu minn żewġ sa erba 'konnetturi, li wieħed minnhom huwa konness mal-motherboard, u l-bqija mal-drives. Meta tgħaqqad żewġ apparati b'kejbil wieħed, wieħed minnhom għandu jiġi kkonfigurat bħala Master, u t-tieni - bħala Skjavi. It-tielet apparat jista 'jiġi konness esklussivament fil-modalità ta' qari biss.
Il-pożizzjoni tal-jumper tispeċifika r-rwol ta 'apparat speċifiku. It-termini Master u Slav fir-rigward tal-apparati mhumiex kompletament korretti, peress li fir-rigward tal-kontrollur l-apparati kollha konnessi huma Skjavi.
Innovazzjoni speċjali fl-ATA-3 hija d-dehra Awto-Monitoraġġ, Teknoloġija ta' Analiżi u Rappurtar (SMART). Ħames kumpaniji (IBM, Seagate, Quantum, Conner u Western Digital) ingħaqdu u teknoloġija standardizzata għall-valutazzjoni tas-saħħa tad-drajvs.
L-appoġġ għal drives solid-state deher mar-raba 'verżjoni tal-istandard, rilaxxata fl-1998. Din il-verżjoni tal-istandard ipprovdiet veloċitajiet tat-trasferiment tad-dejta sa 33.3 MB/s.
L-istandard iressaq rekwiżiti stretti għall-kejbils ATA:
- il-ferrovija għandha tkun ċatta;
- it-tul massimu tal-ferrovija huwa 18-il pulzier (45.7 ċentimetru).
Il-ferrovija qasira u wiesgħa kienet inkonvenjenti u interferiet mat-tkessiħ. Sar aktar u aktar diffiċli li tiżdied il-frekwenza tat-trażmissjoni ma 'kull verżjoni sussegwenti tal-istandard, u ATA-7 solviet il-problema b'mod radikali: l-interface parallela ġiet sostitwita b'waħda serjali. Wara dan, ATA akkwistat il-kelma Parallel u saret magħrufa bħala PATA, u s-seba 'verżjoni tal-istandard irċeviet isem differenti - Serial ATA. In-numerazzjoni tal-verżjonijiet SATA bdiet minn waħda.
SATA
L-istandard Serial ATA (SATA) ġie introdott fis-7 ta' Jannar 2003 u indirizza l-problemi tal-predeċessur tiegħu bil-bidliet li ġejjin:
- il-port parallel ġie sostitwit b'wieħed serjali;
- il-kejbil wiesa 'ta' 80 wajer jinbidel b'wieħed ta '7 wajers;
- It-topoloġija ta' "bus komuni" ġiet sostitwita b'konnessjoni "punt għal punt".
Minkejja l-fatt li l-istandard SATA 1.0 (SATA/150, 150 MB/s) kien marġinalment aktar mgħaġġel minn ATA-6 (UltraDMA/130, 130 MB/s), it-tranżizzjoni għal metodu ta’ skambju ta’ data serjali “ħejja l-art” għal veloċitajiet miżjuda
Is-sittax-il linja tas-sinjali għat-trażmissjoni tad-dejta fl-ATA ġew sostitwiti b'żewġ pari mibrumin: wieħed għat-trażmissjoni, l-ieħor biex jirċievi. Il-konnetturi SATA huma ddisinjati biex ikunu aktar reżistenti għal konnessjonijiet mill-ġdid multipli, u l-ispeċifikazzjoni SATA 1.0 għamlet Hot Plug possibbli.
Xi pinnijiet fuq id-diski huma iqsar mill-oħrajn kollha. Dan isir biex jappoġġja Hot Swap. Matul il-proċess ta 'sostituzzjoni, l-apparat "jitlef" u "jsib" linji f'ordni predeterminata.
Ftit aktar minn sena wara, f'April 2004, ġiet rilaxxata t-tieni verżjoni tal-ispeċifikazzjoni SATA. Minbarra l-aċċelerazzjoni sa 3 Gbit/s, SATA 2.0 introduċa t-teknoloġija Kju tal-Kmand Nattiv (NCQ). Apparati b'appoġġ NCQ huma kapaċi jorganizzaw b'mod indipendenti l-ordni li fiha l-kmandi riċevuti jiġu esegwiti biex tinkiseb prestazzjoni massima.
Matul it-tliet snin li ġejjin, il-Grupp ta 'Ħidma SATA ħadem biex itejjeb l-ispeċifikazzjoni eżistenti u fil-verżjoni 2.6 kompatti Slimline u mikro SATA (uSATA) dehru konnetturi. Dawn il-konnetturi huma verżjoni iżgħar tal-konnettur SATA oriġinali u huma ddisinjati għal drives ottiċi u drives żgħar f'laptops.
Għalkemm it-tieni ġenerazzjoni ta 'SATA kellha bandwidth biżżejjed għall-hard drives, l-SSDs kienu jeħtieġu aktar. F'Mejju 2009, it-tielet verżjoni tal-ispeċifikazzjoni SATA ġiet rilaxxata b'bandwidth miżjud għal 6 Gbit/s.
Ingħatat attenzjoni partikolari lil drives solid-state fl-edizzjoni SATA 3.1. Deher konnettur Mini-SATA (mSATA), iddisinjat biex jgħaqqad drives solid-state f'laptops. B'differenza Slimline u uSATA, il-konnettur il-ġdid kien simili għal PCIe Mini, għalkemm ma kienx elettrikament kompatibbli mal-PCIe. Minbarra l-konnettur il-ġdid, SATA 3.1 ftaħar bil-kapaċità li jikkju kmandi TRIM bi kmandi tal-qari u l-kitba.
Il-kmand TRIM jinnotifika lill-SSD bi blokki tad-dejta li ma jġorrux tagħbija. Qabel SATA 3.1, l-eżekuzzjoni ta 'dan il-kmand tikkawża li l-caches jiġu mlaħalħa u l-I/O jiġi sospiż, segwit minn kmand TRIM. Dan l-approċċ iddegrada l-prestazzjoni tad-disk waqt l-operazzjonijiet tat-tħassir.
L-ispeċifikazzjoni SATA ma setgħetx tlaħħaq mat-tkabbir mgħaġġel fil-veloċitajiet ta 'aċċess għal drives ta' stat solidu, li wassal għad-dehra fl-2013 ta 'kompromess imsejjaħ SATA Express fl-istandard SATA 3.2. Minflok ma reġgħu rduppjaw il-bandwidth SATA, l-iżviluppaturi użaw il-bus PCIe użat ħafna, li l-veloċità tagħha taqbeż is-6 Gbps. Drives li jappoġġjaw SATA Express akkwistaw il-fattur tal-forma tagħhom stess imsejjaħ M.2.
SAS
L-istandard SCSI, "jikkompeti" ma 'ATA, ukoll ma waqafx u sena biss wara d-dehra tas-Serial ATA, fl-2004, reġa' twieled bħala interface serjali. L-isem tal-interface l-ġdida huwa Serial Attached SCSI (SEDGE).
Minkejja l-fatt li SAS wiret is-sett tal-kmand SCSI, il-bidliet kienu sinifikanti:
- interface tas-serje;
- Kejbil tal-enerġija b'29 wajer;
- konnessjoni minn punt għal punt
It-terminoloġija SCSI inwirt ukoll. Il-kontrollur għadu jissejjaħ l-inizjatur, u l-apparati konnessi għadhom jissejħu l-mira. L-apparati fil-mira kollha u l-inizjatur jiffurmaw dominju SAS. F'SAS, il-passaġġ tal-konnessjoni ma jiddependix min-numru ta 'apparati fid-dominju, peress li kull apparat juża l-kanal iddedikat tiegħu stess.
In-numru massimu ta' apparati konnessi simultanjament f'dominju SAS skont l-ispeċifikazzjoni jaqbeż is-16-il elf, u minflok SCSI ID, jintuża identifikatur għall-indirizzar Isem mad-Dinja (WWN).
WWN huwa identifikatur uniku twil 16-il bytes, analogu għal indirizz MAC għal tagħmir SAS.
Minkejja x-xebh tal-konnetturi SAS u SATA, dawn l-istandards mhumiex kompletament kompatibbli. Madankollu, drive SATA jista 'jiġi konness ma' konnettur SAS, iżda mhux viċi versa. Il-kompatibilità bejn drajvs SATA u d-dominju SAS hija żgurata bl-użu tal-Protokoll SATA Tunneling (STP).
L-ewwel verżjoni tal-istandard SAS-1 għandha throughput ta '3 Gbit/s, u l-aktar moderna, SAS-4, tejbet din iċ-ċifra b'7 darbiet: 22,5 Gbit/s.
PCIe
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) hija interface serjali għat-trasferiment tad-dejta, li deher fl-2002. L-iżvilupp inbeda minn Intel, u sussegwentement ġie trasferit għal organizzazzjoni speċjali - Grupp ta 'Interess Speċjali PCI.
L-interface PCIe serjali ma kinitx eċċezzjoni u saret kontinwazzjoni loġika ta 'PCI parallel, li hija mfassla għall-konnessjoni ta' karti ta 'espansjoni.
PCI Express hija differenti b'mod sinifikanti minn SATA u SAS. L-interface PCIe għandha numru varjabbli ta' korsiji. In-numru ta 'linji huwa ugwali għal poteri ta' tnejn u jvarja minn 1 sa 16.
It-terminu "korsija" fil-PCIe ma jirreferix għal linja tas-sinjali speċifika, iżda għal kanal ta' komunikazzjoni full-duplex wieħed li jikkonsisti fil-linji tas-sinjali li ġejjin:
- riċeviment+ u riċeviment-;
- trażmissjoni+ u trażmissjoni-;
- erba 'kondutturi ta' l-ert.
In-numru ta 'korsiji PCIe jaffettwa direttament il-fluss massimu tal-konnessjoni. L-istandard PCI Express 4.0 modern jippermettilek tikseb 1.9 GB/s fuq linja waħda, u 31.5 GB/s meta tuża 16-il linja.
L-aptit għal drives solid-state qed jikber malajr ħafna. Kemm SATA kif ukoll SAS m'għandhomx ħin biex iżidu l-bandwidth tagħhom biex "ilaħħqu" ma 'SSDs, li wasslu għall-emerġenza ta' drives SSD b'konnessjonijiet PCIe.
Għalkemm il-kards PCIe Add-In huma invitati, PCIe huwa hot-swappable. Pinnijiet qosra tal-PRSNT (preżenti bl-Ingliż - preżenti) jippermettulek tiżgura li l-karta tkun installata kompletament fl-islott.
Drives ta 'stat solidu konnessi permezz ta' PCIe huma regolati minn standard separat Speċifikazzjoni tal-Interface tal-Kontrollur tal-Kontrollur tal-Ospitanti tal-Memorja mhux Volatili u huma inkorporati f'varjetà ta 'fatturi ta' forma, iżda se nitkellmu dwarhom fil-parti li jmiss.
Drives mill-bogħod
Meta ħoloq imħażen tad-dejta kbar, inħolqot il-ħtieġa għal protokolli li jippermettu li jgħaqqdu drajvs li jinsabu barra s-server. L-ewwel soluzzjoni f'dan il-qasam kienet Internet SCSI (iSCSI), żviluppat minn IBM u Cisco fl-1998.
L-idea tal-protokoll iSCSI hija sempliċi: il-kmandi SCSI huma "imgeżwer" f'pakketti TCP/IP u trażmessi lin-netwerk. Minkejja l-konnessjoni remota, tinħoloq l-illużjoni għall-klijenti li d-drajv huwa konness lokalment. Netwerk ta' Żona ta' Ħażna (SAN) ibbażat fuq iSCSI jista' jinbena fuq infrastruttura tan-netwerk eżistenti. L-użu ta' iSCSI inaqqas b'mod sinifikanti l-ispiża tal-organizzazzjoni ta' SAN.
iSCSI għandu għażla "premium" - Protokoll tal-Fibre Channel (FCP). SAN li juża l-FCP huwa mibni fuq linji tal-komunikazzjoni tal-fibra ottika ddedikati. Dan l-approċċ jeħtieġ tagħmir ta 'netwerk ottiku addizzjonali, iżda huwa stabbli u għandu throughput għoli.
Hemm ħafna protokolli biex jintbagħtu kmandi SCSI fuq netwerks tal-kompjuter. Madankollu, hemm standard wieħed biss li jsolvi l-problema opposta u jippermetti li pakketti IP jintbagħtu fuq ix-xarabank SCSI - .
Ħafna mill-protokolli SAN jużaw is-sett ta 'kmand SCSI biex jimmaniġġjaw drives, iżda hemm eċċezzjonijiet, bħal sempliċi ATA fuq Ethernet (AoE). Il-protokoll AoE jibgħat kmandi ATA f'pakketti Ethernet, iżda d-drajvs jidhru bħala SCSI fis-sistema.
Bil-miġja ta' drives NVM Express, il-protokolli iSCSI u FCP m'għadhomx jissodisfaw it-talbiet tal-SSDs li qed jikbru malajr. Dehru żewġ soluzzjonijiet:
- iċċaqlaq il-bus PCI Express barra s-server;
- ħolqien tal-protokoll NVMe over Fabrics.
It-tneħħija tal-bus PCIe tinvolvi l-ħolqien ta 'tagħmir ta' swiċċjar kumpless, iżda ma tbiddilx il-protokoll.
Il-protokoll NVMe over Fabrics sar alternattiva tajba għal iSCSI u FCP. NVMe-oF juża konnessjoni tal-fibra ottika u s-sett ta 'struzzjonijiet NVM Express.
DDR-T
L-istandards iSCSI u NVMe-oF isolvu l-problema tal-konnessjoni ta 'diski remoti bħala dawk lokali, iżda Intel ħadet rotta differenti u ressqet id-diska lokali kemm jista' jkun qrib il-proċessur. L-għażla waqgħet fuq slots DIMM li fihom hija konnessa r-RAM. Il-bandwidth massimu ta 'kanal DDR4 huwa 25 GB/s, li huwa ogħla b'mod sinifikanti mill-veloċità tal-bus PCIe. Hekk twieled l-Intel® Optane™ DC Persistent Memory SSD.
Ġie ivvintat protokoll biex jgħaqqad drives ma' slots DIMM DDR-T, fiżikament u elettrikament kompatibbli mad-DDR4, iżda li jeħtieġu kontrollur speċjali li jara d-differenza bejn il-memory stick u d-drajv. Il-veloċità tal-aċċess tad-drajv hija aktar bil-mod mir-RAM, iżda aktar mgħaġġla minn NVMe.
DDR-T huwa disponibbli biss mal-proċessuri Intel® Cascade Lake jew aktar tard.
Konklużjoni
Kważi l-interfaces kollha mxew 'il bogħod minn metodi ta' trasferiment tad-data serjali għal paralleli. Il-veloċitajiet tal-SSD qed jikbru malajr; l-SSDs ilbieraħ stess kienu novità, iżda llum NVMe m'għadux partikolarment sorprendenti.
Fil-laboratorju tagħna tista' tittestja SSD u NVMe drives lilek innifsek.
Utenti reġistrati biss jistgħu jipparteċipaw fl-istħarriġ. , ta 'xejn.
Id-drajvs NVMe se jissostitwixxu l-SSDs klassiċi fil-futur qarib?
-
55.5%Iva100
-
44.4%Nru80
Ivvutaw 180 utent. 28 utenti astjenew.
Sors: www.habr.com