Në Në ciklin "Hyrje në SSD", ne treguam për historian e shfaqjes së disqeve. Pjesa e dytë do të flasë për ndërfaqet e bashkëpunimit me ruajtësit.
Komunikimi midis procesorit dhe pajisjeve periferike ndodh sipas marrëveshjeve të paracaktuara, të quajtura ndërfaqe. Këto marrëveshje rregullojnë nivelin fizik dhe programor të bashkëpunimit.
Ndërfaqja është një grumbull mjetesh, metodash dhe rregullash për bashkëpunimin midis elementëve të sistemit.
Realizimi fizik i ndërfaqes ndikon në parametrat e mëposhtëm:
- kapacitetin e kanaleve të komunikimit;
- numrin maksimal të pajisjeve të lidhura njëkohësisht;
- numrin e gabimeve që ndodhin.
Ndërfaqet e disqeve janë të ndërtuara mbi porte hyrje-dalje, që është në kundërshtim me hyrjen-daljen përmes memories dhe nuk zë hapësirë në hapësirën adresore të procesorit.
Portet paralel dhe seriale
Sipas mënyrës së shkëmbimit të të dhënave, portet hyrje-dalje ndahen në dy tipe:
- paralel;
- serial.
Si e tregon emri, porta paralele dërgon një fjalë makinerie që përbëhet nga disa bitë njëherësh. Porta paralele është mënyra më e thjeshtë për të shkëmbyer të dhëna, pasi nuk kërkon zgjidhje të komplikuara për skemën elektronike. Në rastin më të thjeshtë, çdo bit i fjalës makinerie dërgohet përmes linjës së tij sinjale, dhe për informacionin e kthyer përdoren dy linja sinjalizimi shërbimi. Të dhënat janë gati dhe Të dhënat janë pranuar.
Portat paralele, në pamje të parë, shkallëzohen shumë mirë: më shumë linja sinjali - më shumë bitë dërgohen njëherësh dhe, për pasojë, kapaciteti i transmetimit është më i lartë. Megjithatë, për shkak të rritjes së numrit të linjave sinjalizuese, ndodhin ndërveprime ndërmjet tyre që shkaktojnë deformim të mesazheve të dërguara.
Portet sekondare janë të kundërt me ata paralel. Dërgimi i të dhënave ndodh një bit në një kohë, gjë që redukton numrin e përgjithshëm të linjave të sinjalit, por e komplikon kontrolluesin e hyrjes dhe daljes. Kontrolluesi i transmetuesit merr një fjalë makine në një kohë dhe duhet të dërgojë një bit, ndërsa kontrolluesi i marrësit në anën tjetër duhet të pranojë bitët dhe t'i ruajë në të njëjtën rend.
Numri i vogël i linjave të sinjalit lejon të rritet pa ndërprerje frekuenca e dërgimit të mesazhit.
SCSI
Small Computer Systems Interface (SCSI) u shfaq në vitin 1978 dhe u zhvillua fillimisht për të lidhur pajisje të profilit të ndryshëm në një sistem të vetëm. Specifikimi SCSI-1 parashikonte lidhjen e deri në 8 pajisjeve (përfshirë kontrolluesin), të tilla si:
- skanerë;
- disqe kasetë (streamers);
- drive-opti;
- diskë dhe pajisje të tjera.
NĂ« fillim, SCSI kishte emrin Shugart Associates System Interface (SASI), por komiteti standardizues nuk e miratoi emrin nĂ« nder tĂ« kompanisĂ« dhe pas njĂ« dite brainstorming-u doli emri Small Computer Systems Interface (SCSI). "Babai" i SCSI, Larry Boucher, nĂ«nkuptoi se shkronjat do tĂ« shqiptoheshin si "sexy", por e lexoi "sŃuzzy" ("skazi"). MĂ« pas, shqipti "skazi" u ngjit fort me kĂ«tĂ« standard.
Në terminologjinë SCSI, pajisjet e lidhura ndahen në dy tipe:
- inisiatorët;
- pajisjet qëllimore.
Inisiatori dërgon një urdhër te pajisja qëllim, e cila pastaj i kthen përgjigje inisiatorit. Inisiatorët dhe pajisjet qëllimore janë të lidhura në një autobus të përbashkët SCSI, me një kapacitet kalimi prej 5 MB/s sipas standardit SCSI-1.
Topologjia e përdorur "autobus i përbashkët" vendos një sërë kufizimesh:
- në fundet e autobusit kërkohen pajisje speciale - terminatorë;
- kapaciteti i autobusit ndahet ndërmjet të gjitha pajisjeve;
- numri maksimal i pajisjeve që lidhen njëkohësisht është i kufizuar.
Pajisjet nĂ« autobusin identifikohen me njĂ« numĂ«r unik, tĂ« quajtur SCSI Target ID. Ădo njĂ«si SCSI nĂ« sistem paraqitet me tĂ« paktĂ«n njĂ« njĂ«sinĂ« logjike, adresa e sĂ« cilĂ«s ndodh sipas njĂ« numri unik brenda pajisjes fizike Numri i NjĂ«sisĂ« Logjike (LUN).
Urimet në SCSI dërgohen në formën e blokëve të përshkrimit të urdhrave (Command Descriptor Block, CDB), të përbërë nga kodi i operacionit dhe parametrat e urdhrit. Standardi përshkruan më shumë se 200 komanda, të ndara në katër kategori:
- TĂ« detyrueshme â duhet tĂ« mbĂ«shteten nga pajisja;
- TĂ« optional â mund tĂ« zbatohen;
- Specifik pĂ«r prodhuesin â pĂ«rdoren nga njĂ« prodhues i caktuar;
- TĂ« vjetĂ«ruara â komanda tĂ« vjetra.
Mes shumë komandave, vetëm tre prej tyre janë të detyrueshme për pajisjet:
- TEST UNIT READY â kontrolli i gatishmĂ«risĂ« sĂ« pajisjes;
- REQUEST SENSE â kĂ«rkon kodin e gabimit tĂ« urdhrit tĂ« mĂ«parshĂ«m;
- INQUIRY â kĂ«rkesa pĂ«r karakteristikat kryesore tĂ« pajisjes.
Pasi të marrë dhe të përpunojë urdhrin, pajisja e synuar i dërgon iniciatorit një kod statusi, i cili përshkruan rezultatin e ekzekutimit.
Përmirësimi i mëtejshëm i SCSI (specifikimet SCSI-2 dhe Ultra SCSI) zgjeroi listën e komandave të përdorura dhe rriti numrin e pajisjeve të lidhura deri në 16, ndërsa shpejtësia e transferimit të të dhënave përmes autobusit arriti deri në 640 MB/s. Duke qenë se SCSI është një ndërfaqe paralele, rritja e frekuencës së transferimit të të dhënave u shoqërua me një zvogëlim të gjatësi maksimale të kabllit, duke sjellë kështu disa inconvenienca në përdorim.
Nga standardi Ultra-3 SCSI, u prezantua mbĂ«shtetje pĂ«r "lidhen e nxehtĂ«" â lidhjen e pajisjeve nĂ« funksionim.
SSD i parë i njohur me ndërfaqen SCSI mund të merret si M-Systems FFD-350, i dalë në treg në vitin 1995. Disku kishte një çmim të lartë dhe nuk kishte një përhapje të gjerë.
Aktualisht, SCSI-ja paralele nuk është një ndërfaqe e njohur për lidhjen e diskëve, por grupi i komandave ende përdoret aktivisht në ndërfaqet USB dhe SAS.
ATA / PATA
Interfaci ATA (Advanced Technology Attachment), gjithashtu e njohur si PATA (Parallel ATA) u shpik nga kompania Western Digital nĂ« vitin 1986. Emri marketingut tĂ« standardit IDE (angl. Integrated Drive Electronics â «elektronika e ndĂ«rtuar nĂ« drive») theksoi njĂ« novacion tĂ« rĂ«ndĂ«sishĂ«m: kontrolluesi i drive-it ishte i ndĂ«rtuar brenda drive-it dhe jo nĂ« njĂ« kartelĂ« tĂ« veçantĂ« zgjerimi.
Vendimi për të vendosur kontrolluesin brenda drive-it zgjidhte menjëherë disa probleme. Së pari, u zvogëlua distanca nga njësia ruajtëse tek kontrolluesi, gjë që ndihmoi në përmirësimin e karakteristikave të njësisë ruajtëse. Së dyti, kontrolluesi i ndërtuar ishte «i përshtatur» vetëm për një tip të caktuar drive-i dhe, për rrjedhojë, ishte më i lirë.
ATA, ashtu si SCSI, përdor një mënyrë të paralel për hyrje-dalje, që reflektohet në kabllot që përdoren. Për të lidhur disqet me përdorimin e ndërfaqes IDE kërkohen kabllo me 40 fije, gjithashtu të njohura si shletëza. Në specifikimet më të vonshme përdoren shletëzat me 80 fije: mbi gjysmën e të cilave janë përjashtuar për të ulur interferencën në frekuencat e larta.
Në shpejtësinë ATA ka nga dy deri në katër lidhje, njëra prej të cilave lidhet me pllakën kryesore, ndërsa të tjerat lidhen me pajisjet ruajtëse. Kur lidhen dy pajisje me një shpejtësi, njëra prej tyre duhet të konfigurohet si Master, dhe tjetra si Slave. Pajisja e tretë mund të lidhet ekskluzivisht në mënyrën "lexim vetëm".
Pozita e jumpers përcakton rolin e pajisjes specifike. Termat Master dhe Slave në lidhje me pajisjet nuk janë krejtësisht të saktë, pasi në raport me kontrolluesin, të gjitha pajisjet e lidhura janë Slaves.
Një novitet i veçantë në ATA-3 është shfaqja e Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Pesë kompani (IBM, Seagate, Quantum, Conner dhe Western Digital) bashkuan forcat dhe standardizuan teknologjinë e vlerësimit të gjendjes së disqeve ruajtëse.
Mbështetje për disqet e ngurtë u shfaq me versionin e katërt të standardit, i lëshuar në vitin 1998. Ky version i standardit siguroi shpejtësi të transmetimit të të dhënave deri në 33.3 MB/s.
Standarti parashtron kërkesa të rrepta për shpejtësitë ATA:
- shpejtësia duhet të jetë patjetër e sheshtë;
- gjatësia maksimale e shpejtësisë është 18 inç (45.7 centimetra).
Kablimi i shkurtĂ«r dhe i gjerĂ« ishte i pakĂ«ndshĂ«m dhe pengonte ftohjen. Rritja e shpejtĂ«sisĂ« sĂ« transferimit me çdo version tĂ« ri tĂ« standardit bĂ«hej gjithnjĂ« e mĂ« e vĂ«shtirĂ«, dhe ATA-7 zgjidhi kĂ«tĂ« problem nĂ« mĂ«nyrĂ« radikale: interfejsi paralel u zĂ«vendĂ«sua me njĂ« tĂ« njĂ«anshĂ«m. Pas kĂ«saj, ATA mori fjalĂ«n Paralel dhe filloi tĂ« quhej PATA, dhe versioni i shtatĂ« i standardit mori njĂ« emĂ«r tjetĂ«r â Serial ATA. NumĂ«rimi i versioneve SATA filloi nga njĂ«.
SATA
Standardi Serial ATA (SATA) u prezantua më 7 janar 2003 dhe zgjidhi problemet e parapriosit të tij me këto ndryshime:
- porti paralel u zëvendësua me një të njëanshëm;
- kablimi i gjerë 80-fibror u zëvendësua me një 7-fibror;
- topologjia 'në autobusin e përbashkët' u zëvendësua me lidhjen 'pikë në pikë'.
Megjithëse standardi SATA 1.0 (SATA/150, 150 MB/s) ishte pak më i shpejtë se ATA-6 (UltraDMA/130, 130 MB/s), kalimi në mënyrën e të dhënave në njëanshmëri ishte 'përgatitja e terrenit' për rritjen e shpejtësive.
Gjashtëmbëdhjetë linja sinjalizimi për transferimin e të dhënave në ATA u zëvendësuan me dy lidhje të ftuara: një për transfertën dhe një për marrjen. Konektorët SATA janë projektuar për një qëndrueshmëri më të madhe ndaj rindërtimeve të shumta, dhe specifikimi SATA 1.0 e bëri të mundur "lidhen në nxehtë" (Hot Plug).
Disa pinë në disk janë më të shkurtër se të tjerët. Kjo është bërë për të mbështetur "zëvendësimin në nxehtë" (Hot Swap). Gjatë procesit të zëvendësimit, pajisja " humbet" dhe "gjen" linjat në një rend të paracaktuar.
Pak më shumë se një vit më vonë, në prill 2004, doli versioni i dytë i specifikimit SATA. Përveç përshpejtimit deri në 3 Gbit/s, në SATA 2.0 u fut teknologjia Kërkesa Natyrore e Komandave (NCQ). Pajisjet që mbështesin NCQ janë në gjendje të organizojnë vetë rendin e ekzekutimit të komandave të pranuara për të arritur performancën maksimale.
Të tre vitet pasuese, Grupi i Punës SATA punoi për përmirësimin e specifikimit ekzistues dhe në versionin 2.6 u shfaqën konektorët e kompakti Slimline dhe micro SATA (uSATA). Këta konektorë janë një kopje e zvogëluar e konektorit origjinal SATA dhe janë projektuar për lexues optikë dhe disqe të vegjël në laptopë.
Megjithatë, kapaciteti i gjeneratës së dytë SATA ishte i mjaftueshëm për disqet e forta, por disqet SSD kërkonin më shumë. Më maj 2009 doli versioni i tretë i specifikimit SATA me kapacitetin e rritur në 6 Gbit/s.
Vëmendje të veçantë disqet SSD morën në redaksinë SATA 3.1. U prezantua konektori Mini-SATA (mSATA), i destinuar për të lidhur disqet SSD në laptopë. Ndryshe nga Slimline dhe uSATA, konektori i ri ishte ngjashëm me PCIe Mini, megjithatë nuk ishte elektrikisht i ndërlidhur me PCIe. Përveç konektorit të ri, SATA 3.1 mund të mburej me mundësinë e përpunimit të komandave TRIM në radhë me komandat e leximit dhe shkruajtjes.
Komanda TRIM e informon disqin SSD për blloqet e të dhënave që nuk kanë ngarkesë të dobishme. Deri në SATA 3.1, ekzekutimi i kësaj komande çonte në rivendosjen e caches dhe pezullimin e operacioneve të hyrjes-daljes me ekzekutimin e mëvonshëm të komandës TRIM. Ky qasje përkeqësonte performancën e disqit gjatë operacioneve të fshirjes.
Specifikimi SATA nuk iu përshtat dot rritjes së shpejtësisë së qasjes te disqet solid-state, duke çuar në shfaqjen në vitin 2013 të një kompromisi të quajtur SATA Express në standartin SATA 3.2. Në vend që të dyfishohej sërish kapaciteti i SATA, zhvilluesit shfrytëzuan autobusin e njohur PCIe, i cili ka një shpejtësi mbi 6 Gbit/s. Diskët që mbështesin SATA Express morën një format të ri të quajtur M.2.
SAS
Standardi SCSI, i cili konkurron me ATA, gjithashtu nuk qëndroi mënjanë dhe vetëm një vit pas shfaqjes së Serial ATA, në vitin 2004, u riformulua në një ndërfaqe seriale. Emri i ri për këtë ndërfaqe është Serial Attached SCSI (SAS).
Megjithëse SAS trashëgoi grupin e komandave SCSI, ndryshimet ishin të mëdha:
- në një ndërfaqe seriale;
- kablloja 29-pikëshe me energji;
- lidhje "pikë-pikë"
Terminologjia SCSI gjithashtu u trashëgua. Kontrolluesi quhet ende iniciator, ndërsa disqet e lidhura quhen objektiva. Të gjithë objektivat dhe iniciatori formojnë një domen SAS. Në SAS, kapaciteti i lidhjes nuk varet nga numri i pajisjeve në domen, sepse çdo pajisje përdor kanalin e saj të dedikuar.
Numri maksimal i pajisjeve që mund të lidhen në mënyrë të njëkohshme në domenin SAS sipas specifikimeve tejkalon 16 mijë, dhe në vend të ID SCSI për adresimin përdoret identifikuesi Emri Botëror (WWN).
WWN është një identifikues unik me një gjatësi prej 16 byte, e ngjashme me adresën MAC për pajisjet SAS.
Pavarësisht ngjashmërisë së porteve SAS dhe SATA, këto standarde nuk janë krejtësisht të përputhshme. Megjithatë, një disk SATA mund të lidhet në një konektor SAS, por jo e kundërta. Kompatibiliteti midis disqeve SATA dhe domenit SAS sigurohet përmes protokollit SATA Tunneling Protocol (STP).
Versioni i parë i standardit SAS-1 ka një kapacitet kalimi prej 3 Gbit/s, ndërsa versioni më i fundit, SAS-4, e përmirësoi këtë tregues në 7 herë: 22,5 Gbit/s.
PCIe
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) Ă«shtĂ« njĂ« ndĂ«rfaqe seriale pĂ«r transmetimin e tĂ« dhĂ«nave, e cila u shfaq nĂ« vitin 2002. Zhvillimi u fillua nga kompania Intel dhe mĂ« pas u kalua nĂ« njĂ« organizatĂ« speciale â PCI Special Interest Group.
Ndarja seriale PCIe nuk ishte përjashtim dhe u bë vazhdim logjik i PCI-së paralel, i cili është e destinuar për lidhjen e kartave extension.
PCI Express dallon shumë ndryshe nga SATA dhe SAS. Ndërfaqja PCIe ka një numër të ndryshueshëm linjash. Numri i linjave është i barabartë me fuqitë e dyshes dhe varion nga 1 në 16.
Termi «linjë» në PCIe nuk e përfaqëson një linjë specifike sinjalizimi, por një kanal të veçantë komunikimi me dy fulle, që përbëhet nga linjat e ardhshme:
- pranimi+ dhe pranimi-;
- transferimi+ dhe transferimi-;
- katër tela të tokës.
Numri i linjave PCIe ndikon drejtpërdrejt në kapacitetin maksimal të shkarkimit të lidhjes. Standardi modern PCI Express 4.0 lejon arritjen deri në 1.9 GB/s për një linjë, dhe 31.5 GB/s duke përdorur 16 linja.
Alegjimet e diskëve SSD po rriten shumë shpejt. Si SATA ashtu edhe SAS nuk arrijnë të rrisin kapacitetin e tyre për të «ndjekur» SSD, që çoi në shfaqjen e disqeve SSD me lidhje PCIe.
MegjithĂ«se kartat PCIe Add-In fiksohen me njĂ« vidĂ«, PCIe mbĂ«shtet «ndĂ«rrimin nĂ« flakë». PinĂ«t e shkurtĂ«r PRSNT (angl. present â e pranishme) lejojnĂ« tĂ« sigurohet qĂ« karta Ă«shtĂ« instaluar plotĂ«sisht nĂ« slot.
Disqet SSD që lidhen përmes PCIe rregullohen nga një standard të veçantë Specifikimi i Ndërfaqes së Kontrolluesit të Memorisë Jo-Të Folur dhe janë realizuar në një shumëllojshmëri formash, por për to do të flasim në pjesën tjetër.
Ruajtësit e largët
Me krijimin e objekteve të mëdha të ruajtjes së të dhënave erdhi nevoja për protokolle që lejojnë lidhjen e ruajtësve të vendosur jashtë serverit. Zgjidhja e parë në këtë fushë ishte Internet SCSI (iSCSI), i zhvilluar nga kompanitë IBM dhe Cisco në vitin 1998.
Ideja e protokollit iSCSI është e thjeshtë: komandat SCSI 'mbështillen' në paketa TCP/IP dhe transmetohen në rrjet. Pavarësisht nga lidhja e largët, krijohet iluzioni për klientët se ruajtësi është i lidhur lokal. Rrjeti i ruajtjes së të dhënave (Storage Area Network, SAN), i bazuar në iSCSI, mund të ndërtohet mbi infrastrukturën ekzistuese të rrjetit. Përdorimi i iSCSI ul ndjeshëm shpenzimet për organizimin e SAN.
iSCSI ka njĂ« variant 'premium' â Fibre Channel Protocol (FCP). SAN me pĂ«rdorimin e FCP ndĂ«rtohet mbi linja tĂ« dedikuara fibra optike. Ky qasje kĂ«rkon pajisje shtesĂ« rrjetike optike, por ofron stabilitet dhe kapacitet tĂ« lartĂ« kalimi.
Ka ĐŒĐœĐŸĐ¶Đ”ŃŃĐČĐŸ protokolesh pĂ«r dĂ«rgimin e komandave SCSI pĂ«rmes rrjeteve kompjuterike. MegjithatĂ«, ekziston vetĂ«m njĂ« standard qĂ« zgjidh problemin e kundĂ«rt dhe lejon dĂ«rgimin e paketave IP mbi shiritin SCSI â .
Shumica e protokolleve për organizimin e SAN përdorin një përmbledhje komandash SCSI për të menaxhuar disqet, por ka edhe përjashtime, siç është e thjeshtë ATA over Ethernet (AoE). Protokolli AoE dërgon komandat ATA në paketat Ethernet, por në sistem disqet shfaqen si SCSI.
Me shfaqjen e disqeve NVM Express, protokollet iSCSI dhe FCP nuk përmbushin më kërkesat në rritje të disqeve SSD. Dy zgjidhje u shfaqën:
- nxjerrja e shiritit PCI Express përtej serverit;
- krijimi i protokollit NVMe over Fabrics.
Nxjerrja e shiritit PCIe kërkon krijimin e pajisjeve komplekse të komutimit, por nuk sjell ndryshime në protokoll.
Protokolli NVMe over Fabrics është bërë një alternativë e mirë për iSCSI dhe FCP. Në NVMe-oF përdoren linjat optike dhe grupi i komandave NVM Express.
DDR-T
Standardet iSCSI dhe NVMe-oF zgjidhin problemin e lidhjes së disqeve të largët si lokale, ndërsa kompania Intel ndoqi një rrugë tjetër dhe e afroi maksimalisht diskun lokal me procesorin. Zgjedhja ra mbi slotet DIMM, në të cilat lidhet kujtesa e përkohshme. Kapaciteti maksimal i kanalit DDR4 është 25 GB/s, që tejkalon ndjeshëm shpejtësinë e busit PCIe. Kështu lindi kujtesa stabil e IntelŸ Optane⹠DC Memory.
Për lidhjen e kujtesës në slotet DIMM, u shpik protokolli DDR-T, fizikisht dhe elektrikisht e përputhshme me DDR4, por kërkon një kontrollues të veçantë që sheh ndryshimin midis modulit të kujtesës dhe kujtesës së ngurtë. Shpejtësia e qasjes në kujtesën e ngurtë është më e ulët se ajo e kujtesës së përkohshme, por më e lartë se ajo e NVMe.
Protokolli DDR-T është në dispozicion vetëm me procesorët IntelŸ të gjeneratës Cascade Lake ose më të rinj.
PĂ«rfundimi
G almost all interfaces have gone a long way in their development from a serial to a parallel data transmission method. The speeds of solid-state drives are growing rapidly; just yesterday, solid-state drives were a novelty, and today NVMe no longer causes any particular surprise.
Në laboratorin tonë mund të testi vetë SSD dhe disqet NVMe.
Vetëm përdoruesit e regjistruar mund të marrin pjesë në anketë. , ju lutemi.
A do të zëvendësojnë disqet NVMe disqet tradicionale SSD në të ardhmen e afërt?
55.5%Po100
44.4%Jo80
180 përdorues kanë votuar. 28 përdorues kanë abstenuar.
Burimi: habr.com
