Në Në ciklin «Hyrje në SSD» folëm për historinë e shfaqjes së disqeve. Pjesa e dytë do të trajtojë ndërfaqet e komunikimit me pajisjet e ruajtjes.
Komunikimi mes procesorit dhe pajisjeve periferike zhvillohet sipas marrëveshjeve të përcaktuara paraprakisht, të quajtura ndërfaqe. Këto rregulla përcaktojnë nivelin fizik dhe atë programor të ndërveprimit.
Ndërfaqja është tërësia e mjeteve, metodave dhe rregullave të ndërveprimit midis elementeve të sistemit.
Zbatimi fizik i ndërfaqes ndikon në parametrat e mëposhtëm:
- kapaciteti i kanalit të komunikimit;
- numri maksimal i pajisjeve të lidhura njëkohësisht;
- numri i gabimeve që shfaqen.
Ndërfaqet e disqeve bazohen në porta hyrje-dalje, gjë që është e kundërta e hyrje-daljes përmes memories dhe nuk zë vend në hapësirën e adresave të procesorit.
Portat paralele dhe serike
Sipas mënyrës së shkëmbimit të të dhënave, portat hyrje-dalje ndahen në dy lloje:
- paralele;
- serike.
Siç tregon edhe emri, porta paralele dërgon njëherësh një fjalë makinerike të përbërë nga disa bite. Porta paralele është mënyra më e thjeshtë e shkëmbimit të të dhënave, pasi nuk kërkon zgjidhje të ndërlikuara skematike. Në rastin më të thjeshtë, çdo bit i fjalës makinerike dërgohet nëpërmjet linjës së vet të sinjalit, ndërsa për feedback përdoren dy linja shërbimi të sinjalit: Të dhënat janë gati dhe Të dhënat u pranuan.
Portat paralele, në pamje të parë, shkallëzohen shumë mirë: më shumë linja sinjali do të thotë më shumë bite të transmetuara njëherësh dhe, për rrjedhojë, kapacitet më i lartë. Megjithatë, për shkak të rritjes së numrit të linjave të sinjalit, mes tyre lind ndërveprim interferues, i cili çon në shtrembërimin e mesazheve të transmetuara.
Portat serike janĂ« e kundĂ«rta e atyre paralele. DĂ«rgimi i tĂ« dhĂ«nave bĂ«het nga njĂ« bit nĂ« tĂ« njĂ«jtĂ«n kohĂ«, gjĂ« qĂ« ul numrin total tĂ« linjave tĂ« sinjalit, por e ndĂ«rlikon kontrolluesin e hyrje-daljes. Kontrolluesi i transmetuesit merr njĂ« fjalĂ« makinerike tĂ« plotĂ« dhe duhet ta transmetojĂ« bit pas biti, ndĂ«rsa kontrolluesi i marrĂ«sit, nga ana e tij, duhet tâi marrĂ« bitet dhe tâi ruajĂ« nĂ« tĂ« njĂ«jtin rend.
Numri i vogël i linjave të sinjalit lejon rritjen e frekuencës së transmetimit pa ndërhyrje.
SCSI
Small Computer Systems Interface (SCSI) u shfaq në vitin e largët 1978 dhe fillimisht u zhvillua për të bashkuar pajisje të profileve të ndryshme në një sistem të vetëm. Specifikimi SCSI-1 parashikonte lidhjen e deri në 8 pajisjeve (së bashku me kontrolluesin), si p.sh.:
- skanerë;
- njësi me shirit magnetik (streamerë);
- njësi optike;
- disqe dhe pajisje të tjera.
Fillimisht, SCSI quhej Shugart Associates System Interface (SASI), por komiteti i standardizimit nuk do ta miratonte njĂ« emĂ«rtim sipas kompanisĂ« dhe, pas njĂ« dite brainstorming-u, u shfaq emri Small Computer Systems Interface (SCSI). âBabaiâ i SCSI, Larry Boucher, kishte parasysh qĂ« shkurtesa tĂ« shqiptohej si âsexyâ, por e lexoi si âscuzzyâ (âskaziâ). MĂ« pas, shqiptimi âskaziâ u ngulit fort si emri i kĂ«tij standardi.
Në terminologjinë SCSI, pajisjet e lidhura ndahen në dy lloje:
- inicues;
- pajisje të synuara.
Inicuesi i dërgon një komandë pajisjes së synuar, e cila më pas i dërgon përgjigje inicuesit. Inicuesit dhe pajisjet e synuara lidhen me një bus të përbashkët SCSI, gjerësia e brezit e të cilit në standardin SCSI-1 është 5 MB/s.
Topologjia e pĂ«rdorur âbus i pĂ«rbashkĂ«tâ vendos njĂ« sĂ«rĂ« kufizimesh:
- nĂ« skajet e bus-it nevojiten pajisje tĂ« posaçme â terminatorĂ«;
- gjerësia e brezit e bus-it ndahet midis të gjitha pajisjeve;
- numri maksimal i pajisjeve të lidhura njëkohësisht është i kufizuar.
Pajisjet nĂ« bus identifikohen sipas njĂ« numri unik, i quajtur SCSI Target ID. Ădo njĂ«si SCSI nĂ« sistem pĂ«rfaqĂ«sohet tĂ« paktĂ«n nga njĂ« pajisje logjike, adresimi i sĂ« cilĂ«s bĂ«het sipas numrit unik brenda pajisjes fizike Logical Unit Number (LUN).
Komandat në SCSI dërgohen në formën e blloqeve të përshkrimit të komandës (Command Descriptor Block, CDB), që përbëhen nga kodi i operacionit dhe parametrat e komandës. Standardi përshkruan më shumë se 200 komanda, të ndara në katër kategori:
- Mandatory â duhet tĂ« mbĂ«shteten nga pajisja;
- Optional â mund tĂ« zbatohen;
- Vendor-specific â pĂ«rdoren nga njĂ« prodhues i caktuar;
- Obsolete â komanda tĂ« vjetruara.
Nga shumëllojshmëria e komandave, vetëm tri 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« komandĂ«s sĂ« mĂ«parshme;
- INQUIRY â kĂ«rkesĂ« pĂ«r karakteristikat bazĂ« tĂ« pajisjes.
Pas marrjes dhe përpunimit të komandës, pajisja e synuar i dërgon iniciatorit një kod statusi që përshkruan rezultatin e ekzekutimit.
Zhvillimi i mëtejshëm i SCSI (specifikimet SCSI-2 dhe Ultra SCSI) zgjeroi listën e komandave të përdorura dhe rriti numrin e pajisjeve që mund të lidhen deri në 16, ndërsa shpejtësinë e shkëmbimit të të dhënave në bus deri në 640 MB/s. Duke qenë se SCSI është një ndërfaqe paralele, rritja e frekuencës së shkëmbimit të të dhënave shoqërohej me uljen e gjatësisë maksimale të kabllos dhe e bënte përdorimin më pak praktik.
Duke filluar nga standardi Ultra-3 SCSI, u shfaq mbĂ«shtetja pĂ«r «hot swap» â lidhja e pajisjeve kur furnizimi me energji Ă«shtĂ« i ndezur.
SSD-ja e parë e njohur me ndërfaqe SCSI mund të konsiderohet M-Systems FFD-350, i lëshuar në vitin 1995. Disku kishte kosto të lartë dhe nuk u përhap gjerësisht.
Aktualisht, SCSI paralel nuk është një ndërfaqe popullore për lidhjen e disqeve, por grupi i komandave ende përdoret gjerësisht në ndërfaqet USB dhe SAS.
ATA / PATA
NdĂ«rfaqja ATA (Advanced Technology Attachment), i njohur gjithashtu si PATA (Parallel ATA) u zhvillua nga kompania Western Digital nĂ« vitin 1986. EmĂ«rtimi marketing i standardit IDE (angl. Integrated Drive Electronics â «elektronika e integruar nĂ« disk») theksonte njĂ« risi tĂ« rĂ«ndĂ«sishme: kontrolluesi i diskut ishte i integruar nĂ« vetĂ« diskun dhe jo nĂ« njĂ« kartĂ« zgjerimi tĂ« veçantĂ«.
Vendosja e kontrolluesit brenda diskut zgjidhi menjëherë disa probleme. Së pari, u zvogëlua distanca nga pajisja e ruajtjes te kontrolluesi, gjë që ndikoi pozitivisht në karakteristikat e diskut. Së dyti, kontrolluesi i integruar ishte i përshtatur vetëm për një lloj të caktuar disku dhe, për rrjedhojë, ishte më i lirë.
ATA, ashtu si SCSI, përdor metodën paralele të hyrje-daljes, gjë që pasqyrohet edhe në kabllot e përdorura. Për lidhjen e disqeve përmes ndërfaqes IDE nevojiten kabllo me 40 përçues, të njohura edhe si shirita lidhës. Në specifikimet më të vona përdoren shirita me 80 përçues: më shumë se gjysma e tyre janë tokëzime për të reduktuar interferencën në frekuenca të larta.
Kablloja ATA ka nga dy deri në katër lidhës, njëri prej të cilëve lidhet me pllakën amë, ndërsa të tjerët me njësitë ruajtëse. Kur dy pajisje lidhen me të njëjtën kabllo, njëra prej tyre duhet të konfigurohet si Master, ndërsa tjetra si Slave. Pajisja e tretë mund të lidhet vetëm në modalitetin «vetëm lexim».
Pozicioni i xhamperit përcakton rolin e pajisjes përkatëse. Termat Master dhe Slave në lidhje me pajisjet nuk janë plotësisht të sakta, sepse nga këndvështrimi i kontrolluesit të gjitha pajisjet e lidhura janë Slaves.
Një risi e rëndësishme në ATA-3 konsiderohet shfaqja e Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Pesë kompani (IBM, Seagate, Quantum, Conner dhe Western Digital) bashkuan përpjekjet dhe standardizuan teknologjinë për vlerësimin e gjendjes së njësive ruajtëse.
Mbështetja për disqet SSD u shfaq me versionin e katërt të standardit, të publikuar në vitin 1998. Ky version i standardit siguronte shpejtësi të shkëmbimit të të dhënave deri në 33.3 MB/s.
Standardi vendos kërkesa të rrepta për kabllot ATA:
- kablloja duhet të jetë patjetër e sheshtë;
- gjatësia maksimale e kabllos është 18 inç (45.7 centimetra).
Kablloja e shkurtĂ«r dhe e gjerĂ« ishte e papĂ«rshtatshme dhe pengonte ftohjen. Rritja e frekuencĂ«s sĂ« transmetimit me secilin version tĂ« ri tĂ« standardit bĂ«hej gjithnjĂ« e mĂ« e vĂ«shtirĂ«, ndaj ATA-7 e zgjidhi problemin nĂ« mĂ«nyrĂ« rrĂ«njĂ«sore: ndĂ«rfaqja paralele u zĂ«vendĂ«sua me njĂ« ndĂ«rfaqe serike. Pas kĂ«saj, ATA mori fjalĂ«n Parallel dhe filloi tĂ« quhej PATA, ndĂ«rsa versioni i shtatĂ« i standardit mori njĂ« emĂ«r tjetĂ«r â Serial ATA. NumĂ«rimi i versioneve SATA filloi nga njĂ«shi.
SATA
Standardi Serial ATA (SATA) u prezantua më 7 janar 2003 dhe zgjidhi problemet e paraardhësit të tij me këto ndryshime:
- porta paralele u zëvendësua me një portë serike;
- kablloja e gjerë me 80 tela u zëvendësua me një kabllo me 7 tela;
- topologjia «bus i përbashkët» u zëvendësua me lidhjen «pikë më pikë».
Megjithëse standardi SATA 1.0 (SATA/150, 150 MB/s) ishte vetëm pak më i shpejtë se ATA-6 (UltraDMA/130, 130 MB/s), kalimi te mënyra serike e shkëmbimit të të dhënave ishte një «përgatitje e terrenit» për rritjen e mëtejshme të shpejtësive.
Gjashtëmbëdhjetë linjat e sinjalit për transmetimin e të dhënave në ATA u zëvendësuan me dy çifte të përdredhura: një për dërgim dhe tjetri për marrje. Konektorët SATA janë projektuar për qëndrueshmëri më të lartë ndaj rilidhjeve të shumta, ndërsa specifikimi SATA 1.0 bëri të mundur «hot plug» (Hot Plug).
Disa pina në disqe janë më të shkurtër se të tjerët. Kjo është bërë për të mbështetur «hot swap» (Hot Swap). Gjatë zëvendësimit, pajisja i «humb» dhe i «gjen» linjat në një rend të paracaktuar.
Pak më shumë se një vit më vonë, në prill të vitit 2004, u publikua versioni i dytë i specifikimit SATA. Përveç rritjes së shpejtësisë në 3 Gbit/s, në SATA 2.0 u prezantua teknologjia Native Command Queuing (NCQ). Pajisjet me mbështetje për NCQ janë në gjendje të organizojnë vetë rendin e ekzekutimit të komandave të marra për të arritur performancë maksimale.
Gjatë tre viteve në vijim, SATA Working Group punoi për përmirësimin e specifikimit ekzistues dhe në versionin 2.6 u shfaqën konektorët kompaktë Slimline dhe micro SATA (uSATA). Këta konektorë janë një kopje e zvogëluar e konektorit origjinal SATA dhe janë zhvilluar për pajisje optike dhe disqe të vegjël në laptopë.
Edhe pse kapaciteti transmetues i gjeneratës së dytë SATA ishte i mjaftueshëm për hard disqet, SSD-të kërkonin më shumë. Në maj të vitit 2009 u publikua versioni i tretë i specifikimit SATA, me kapacitet transmetues të rritur në 6 Gbit/s.
Vëmendje e veçantë për SSD-të iu kushtua në versionin SATA 3.1. U shfaq konektori Mini-SATA (mSATA), i destinuar për lidhjen e SSD-ve në laptopë. Ndryshe nga Slimline dhe uSATA, konektori i ri i ngjante PCIe Mini, megjithëse nuk ishte elektrikisht i pajtueshëm me PCIe. Përveç konektorit të ri, SATA 3.1 ofronte edhe mundësinë për të futur komandat TRIM në radhë së bashku me komandat e leximit dhe shkrimit.
Komanda TRIM e njofton SSD-në për blloqet e të dhënave që nuk përmbajnë ngarkesë të dobishme. Deri në SATA 3.1, ekzekutimi i kësaj komande shkaktonte pastrimin e cache-it dhe pezullimin e operacioneve të hyrje-daljes, pas së cilës ekzekutohej komanda TRIM. Kjo qasje e ulte performancën e diskut gjatë operacioneve të fshirjes.
Specifikimi SATA nuk po arrinte të ndiqte rritjen e shpejtë të shpejtësisë së aksesit te SSD-të, gjë që çoi në shfaqjen në vitin 2013 të një kompromisi të quajtur SATA Express në standardin SATA 3.2. Në vend që të dyfishonin sërish gjerësinë e brezit të SATA, zhvilluesit përdorën autobusin e përhapur PCIe, shpejtësia e të cilit tejkalon 6 Gbit/s. Disqet me mbështetje për SATA Express morën edhe formën e tyre fizike me emrin M.2.
SAS
Edhe standardi SCSI, qĂ« âkonkuronteâ me ATA, nuk qĂ«ndroi nĂ« vend dhe vetĂ«m njĂ« vit pas shfaqjes sĂ« Serial ATA, nĂ« vitin 2004, u shndĂ«rrua nĂ« njĂ« ndĂ«rfaqe serike. Emri i ndĂ«rfaqes sĂ« re Ă«shtĂ« Serial Attached SCSI (SAS).
Edhe pse SAS trashëgoi grupin e komandave SCSI, ndryshimet ishin të konsiderueshme:
- ndërfaqe serike;
- kabllo me 29 përçues me furnizim energjie;
- lidhje «pikë më pikë»
ĂshtĂ« trashĂ«guar edhe terminologjia e SCSI. Kontrolluesi vazhdon tĂ« quhet iniciator, ndĂ«rsa pajisjet e lidhura quhen objektiva. TĂ« gjitha pajisjet objektiv dhe iniciatori formojnĂ« njĂ« domen SAS. NĂ« SAS, gjerĂ«sia e brezit tĂ« lidhjes nuk varet nga numri i pajisjeve nĂ« domen, pasi çdo pajisje pĂ«rdor kanalin e vet tĂ« dedikuar.
Sipas specifikimit, numri maksimal i pajisjeve të lidhura njëkohësisht në një domen SAS i kalon 16 mijë, ndërsa në vend të SCSI ID për adresim përdoret identifikuesi World-Wide Name (WWN).
WWN është një identifikues unik me gjatësi 16 bajt, analog i adresës MAC për pajisjet SAS.
Pavarësisht ngjashmërisë së konektorëve SAS dhe SATA, këto standarde nuk janë plotësisht të përputhshme. Megjithatë, një disk SATA mund të lidhet në një konektor SAS, por jo anasjelltas. Pajtueshmëria midis disqeve SATA dhe domenit SAS sigurohet me ndihmën e protokollit SATA Tunneling Protocol (STP).
Versioni i parë i standardit SAS-1 ka një gjerësi brezi prej 3 Gbit/s, ndërsa më i avancuari, SAS-4, e ka përmirësuar këtë tregues 7 herë: 22,5 Gbit/s.
PCIe
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) Ă«shtĂ« njĂ« ndĂ«rfaqe serike pĂ«r transmetimin e tĂ« dhĂ«nave, e cila u shfaq nĂ« vitin 2002. Zhvillimi nisi nga Intel dhe mĂ« pas iu transferua njĂ« organizate tĂ« posaçme â PCI Special Interest Group.
Ndërfaqja serike PCIe nuk bëri përjashtim dhe u bë vazhdim logjik i PCI paralel, i cili ishte projektuar për lidhjen e kartave të zgjerimit.
PCI Express ndryshon ndjeshëm nga SATA dhe SAS. Ndërfaqja PCIe ka një numër të ndryshueshëm lanes. Numri i lanes është në fuqitë e dyshit dhe varion nga 1 deri në 16.
Termi «lane» në PCIe nuk nënkupton një linjë specifike sinjali, por një kanal të veçantë komunikimi full-duplex, i cili përbëhet nga linjat e mëposhtme të sinjalit:
- marrje+ dhe marrje-;
- dërgim+ dhe dërgim-;
- katër përçues tokëzimi.
Numri i PCIe lanes ndikon drejtpërdrejt në bandwidth-in maksimal të lidhjes. Standardi modern PCI Express 4.0 lejon të arrihen 1.9 GB/s në një lane dhe 31.5 GB/s kur përdoren 16 lanes.
Kërkesat e disqeve SSD po rriten shumë shpejt. As SATA, as SAS nuk po arrijnë ta rrisin bandwidth-in e tyre me ritmin e nevojshëm për të «ndjekur» SSD, gjë që çoi në shfaqjen e SSD-ve me lidhje PCIe.
Edhe pse kartat PCIe Add-In fiksohen me vidĂ«, PCIe mbĂ«shtet «hot-swap». PinĂ«t e shkurtĂ«r PRSNT (angl. present â i pranishĂ«m) bĂ«jnĂ« tĂ« mundur verifikimin qĂ« karta Ă«shtĂ« futur plotĂ«sisht nĂ« slot.
Disqet SSD që lidhen përmes PCIe rregullohen nga një standard i veçantë Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification dhe ofrohen në shumë form-faktorë, por për to do të flasim në pjesën tjetër.
Pajisje ruajtjeje të largëta
Me krijimin e sistemeve të mëdha të ruajtjes së të dhënave, lindi nevoja për protokolle që lejojnë lidhjen e pajisjeve të ruajtjes të vendosura jashtë serverit. Zgjidhja e parë në këtë fushë ishte Internet SCSI (iSCSI), i zhvilluar nga 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 lidhjes së largët, për klientët krijohet iluzioni sikur pajisja e ruajtjes është e lidhur lokalisht. 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 kostot e organizimit të SAN.
iSCSI ka edhe njĂ« variant «premium» â Fibre Channel Protocol (FCP). SAN qĂ« pĂ«rdor FCP ndĂ«rtohet mbi linja tĂ« dedikuara komunikimi me fibĂ«r optike. Kjo qasje kĂ«rkon pajisje shtesĂ« optike tĂ« rrjetit, por ofron stabilitet dhe bandwidth tĂ« lartĂ«.
EkzistojnĂ« shumĂ« protokolle pĂ«r dĂ«rgimin e komandave SCSI pĂ«rmes rrjeteve kompjuterike. MegjithatĂ«, ekziston vetĂ«m njĂ« standard qĂ« zgjidh detyrĂ«n e kundĂ«rt dhe lejon dĂ«rgimin e paketave IP pĂ«rmes bus-it SCSI â .
Shumica e protokolleve për ndërtimin e SAN përdorin grupin e komandave SCSI për menaxhimin e pajisjeve të ruajtjes, por ka edhe përjashtime, për shembull ATA over Ethernet (AoE). Protokolli AoE dërgon komandat ATA në paketat Ethernet, por në sistem pajisjet e ruajtjes shfaqen si SCSI.
Me shfaqjen e pajisjeve të ruajtjes NVM Express, protokollet iSCSI dhe FCP nuk i përmbushnin më kërkesat në rritje të shpejtë të disqeve SSD. U shfaqën dy zgjidhje:
- zgjerimi i bus-it PCI Express përtej kufijve të serverit;
- krijimi i protokollit NVMe over Fabrics.
Zgjerimi i bus-it PCIe shoqërohet me krijimin e pajisjeve komplekse të komutimit, por nuk sjell ndryshime në protokoll.
Protokolli NVMe over Fabrics u bë një alternativë e mirë ndaj iSCSI dhe FCP. Në NVMe-oF përdoren linja komunikimi me fibër optike dhe grupi i komandave NVM Express.
DDR-T
Standardet iSCSI dhe NVMe-oF zgjidhin detyrën e lidhjes së disqeve të largëta si lokale, ndërsa Intel zgjodhi një qasje tjetër dhe e afroi sa më shumë diskun lokal me procesorin. Zgjedhja ra mbi slotet DIMM, ku lidhet memoria operative. Gjerësia maksimale e brezit të kanalit DDR4 është 25 GB/s, që e tejkalon ndjeshëm shpejtësinë e bus-it PCIe. Kështu u krijua pajisja SSD IntelŸ Optane⹠DC Persistent Memory.
Për lidhjen e pajisjes së ruajtjes në slotet DIMM u krijua protokolli DDR-T, fizikisht dhe elektrikisht i pajtueshëm me DDR4, por që kërkon një kontrollues të posaçëm, i cili dallon ndryshimin midis modulit të memories dhe pajisjes së ruajtjes. Shpejtësia e qasjes në pajisjen e ruajtjes është më e ulët se te memoria operative, por më e lartë se te NVMe.
Protokolli DDR-T është i disponueshëm vetëm me procesorë IntelŸ të gjeneratës Cascade Lake ose më të rinj.
PĂ«rfundim
Pothuajse të gjitha ndërfaqet kanë kaluar një rrugë të gjatë zhvillimi nga mënyra serike te ajo paralele e transmetimit të të dhënave. Shpejtësitë e disqeve SSD po rriten me ritme të shpejta; dje SSD-të ishin ende një risi, ndërsa sot NVMe nuk shkakton më ndonjë habi të veçantë.
NĂ« laboratorin tonĂ« mund tâi testoni vetĂ« disqet SSD dhe NVMe.
Vetëm përdoruesit e regjistruar mund të marrin pjesë në anketë. , ju lutem.
A do tâi zĂ«vendĂ«sojnĂ« disqet NVMe SSD-tĂ« klasike nĂ« tĂ« ardhmen e afĂ«rt?
55.5%Po100
44.4%Jo80
Kanë votuar 180 përdorues. Kanë abstenuar 28 përdorues.
Burimi: habr.com
