Увод у ССД. Део 2. Интерфејс

В задњи део циклус "Увод у ССД" говорили смо о историји појаве дискова. Други део ће рећи о интерфејсима за интеракцију са дисковима.

Комуникација између процесора и периферних уређаја одвија се према унапред дефинисаним конвенцијама које се називају интерфејси. Ови споразуми регулишу физички и софтверски ниво интеракције.

Интерфејс - скуп средстава, метода и правила интеракције између елемената система.

Физичка имплементација интерфејса утиче на следеће параметре:

• пропусност комуникационог канала;
• максималан број истовремено повезаних уређаја;
• број грешака које се јављају.

Интерфејси диска су изграђени на И/О портови, што је супротно од меморијског И/О и не заузима простор у адресном простору процесора.

Паралелни и серијски портови

Према начину размене података, И/О портови се деле на два типа:

• паралелно;
• доследан.

Као што назив имплицира, паралелни порт шаље машинску реч по једну, која се састоји од неколико битова. Паралелни порт је најлакши начин за размену података, јер не захтева сложена решења кола. У најједноставнијем случају, сваки бит машинске речи се шаље на сопствену сигналну линију, а две сервисне сигналне линије се користе за повратне информације: Подаци спремни и Подаци су прихваћени.

Паралелни портови, на први поглед, добро скалирају: више сигналних линија - више битова се преноси у исто време и, самим тим, већа пропусност. Међутим, због повећања броја сигналних линија, између њих долази до сметњи, што доводи до изобличења пренетих порука.

Серијски портови су супротни од паралелних. Подаци се шаљу један по бит, што смањује укупан број сигналних линија, али компликује И/О контролер. Контролор предајника прима машинску реч по једну и мора да преноси један по један бит, а контролер пријемника заузврат мора да прими битове и ускладишти их у истом редоследу.

Мали број сигналних линија вам омогућава да повећате фреквенцију преноса порука без сметњи.

СЦСИ

Интерфејс малих рачунарских система (СЦСИ) појавио се давне 1978. године и првобитно је био дизајниран да комбинује уређаје различитих профила у један систем. СЦСИ-1 спецификација је омогућавала повезивање до 8 уређаја (заједно са контролером), као што су:

• скенери;
• траке (стримери);
• оптички погони;
• диск јединице и други уређаји.

СЦСИ је првобитно назван Схугарт Ассоциатес Систем Интерфаце (САСИ), али комитет за стандарде није желео да одобри име по компанији, и након дана размишљања, рођен је назив Смалл Цомпутер Системс Интерфаце (СЦСИ). „Отац“ СЦСИ, Лари Баучер, намеравао је да се акроним изговара „секси“, али Дал Аллан читати "ссуззи" ("причати"). Након тога, изговор "реци" је чврсто укоријењен у овом стандарду.

У СЦСИ терминологији, повезани уређаји су подељени у два типа:

• иницијатори;
• циљни уређаји.

Иницијатор шаље команду циљном уређају, који затим шаље одговор иницијатору. Иницијатори и циљеви су повезани на заједничку СЦСИ магистралу, која има пропусни опсег од 1 МБ/с у СЦСИ-5 стандарду.

Топологија „заједничке магистрале“ која се користи намеће бројна ограничења:

• на крајевима аутобуса су потребни посебни уређаји - терминатори;
• пропусни опсег магистрале се дели између свих уређаја;
• Максималан број истовремено повезаних уређаја је ограничен.

Уређаји у магистрали се идентификују јединственим бројем тзв СЦСИ циљни ИД. Свака СЦСИ јединица у систему је представљена најмање једним логичким уређајем, који је адресиран јединственим бројем унутар физичког уређаја. Број логичке јединице (ЛУН).

Команде у СЦСИ се шаљу у обрасцу блокови описа команде (Цомманд Десцриптор Блоцк, ЦДБ), који се састоји од кода операције и параметара команде. Стандард описује више од 200 команди, подељених у четири категорије:

• Обавезно — уређај мора да подржава;
• Опционо - може се имплементирати;
• Специфичан добављач - користи одређени произвођач;
• Застарело - застареле команде.

Међу многим командама, само три су обавезне за уређаје:

• ТЕСТ ЈЕДИНИЦА СПРЕМНА — провера спремности уређаја;
• РЕКУЕСТ СЕНСЕ — захтева шифру грешке претходне команде;
• ЕНКУИРИ — затражите главне карактеристике уређаја.

Након пријема и обраде команде, циљни уређај шаље иницијатору статусни код који описује резултат извршења.

Даљњим унапређењем СЦСИ (СЦСИ-2 и Ултра СЦСИ спецификације) проширена је листа коришћених команди и повећан број повезаних уређаја до 16, а брзина размене података на магистрали до 640 МБ/с. Пошто је СЦСИ паралелни интерфејс, повећање фреквенције размене података је било повезано са смањењем максималне дужине кабла и довело до непријатности у коришћењу.

Почевши од Ултра-3 СЦСИ стандарда, појавила се подршка за "хот плуггинг" - повезивање уређаја када је напајање укључено.

Први познати СЦСИ ССД био је М-Системс ФФД-350, објављен 1995. године. Диск је имао високу цену и није био широко коришћен.

Тренутно, паралелни СЦСИ није популаран интерфејс диска, али скуп команди се и даље активно користи у УСБ и САС интерфејсима.

АТА/ПАТА

interfejs АТА (Адванцед Тецхнологи Аттацхмент), такође познат као пата (Параллелни АТА) је развио Вестерн Дигитал 1986. године. Маркетиншки назив за ИДЕ стандард (енг. Интегратед Дриве Елецтроницс - „електроника уграђена у драјв“) наглашава важну иновацију: контролер погона је интегрисан у драјв, а не на засебној плочи за проширење.

Одлука да се контролер постави унутар драјва решила је неколико проблема одједном. Прво, смањено је растојање од погона до контролера, што је позитивно утицало на перформансе погона. Друго, уграђени контролер је "наоштрен" само за одређену врсту погона и, сходно томе, био је јефтинији.

АТА, као и СЦСИ, користи паралелни И/О метод, што се огледа у кабловима који се користе. За повезивање уређаја помоћу ИДЕ интерфејса потребни су каблови са 40 језгара, који се такође називају равним кабловима. Новије спецификације користе утичнице од 80 жица, од којих су више од половине уземљене петље за смањење сметњи на високим фреквенцијама.

На АТА каблу се налазе два до четири конектора, од којих је један повезан на матичну плочу, а остали на драјвове. Када повезујете два уређаја у једну петљу, један од њих мора бити конфигурисан као Мајстор, а други као роб. Трећи уређај се може повезати само у режиму само за читање.

Положај скакача одређује улогу одређеног уређаја. Изрази Мастер и Славе у односу на уређаје нису сасвим тачни, пошто су у односу на контролер сви повезани уређаји Славе.

Посебна иновација у АТА-3 је изглед Самонадгледање, Технологија анализе и извештавања (СМАРТ). Пет компанија (ИБМ, Сеагате, Куантум, Цоннер и Вестерн Дигитал) удружило је снаге и стандардизовала технологију за процену здравља погона.

Подршка за ССД уређаје постоји од верзије 1998 стандарда, објављене 33.3. године. Ова верзија стандарда је обезбедила брзине преноса података до XNUMX МБ/с.

Стандард поставља строге захтеве за АТА каблове:

• перјаница мора бити равна;
• максимална дужина воза 18 инча (45.7 центиметара).

Кратак и широк воз је био незгодан и ометао је хлађење. Постајало је све теже повећавати фреквенцију преноса са сваком следећом верзијом стандарда, а АТА-7 је радикално решио проблем: паралелни интерфејс је замењен серијским. Након тога, АТА је добила реч Параллел и постала позната као ПАТА, а седма верзија стандарда је добила другачије име - Сериал АТА. Нумерисање САТА верзија је почело од један.

САТА

Стандард Сериал АТА (САТА) уведен је 7. јануара 2003. и решио је проблеме свог претходника следећим изменама:

• паралелни порт замењен серијским;
• широки 80-жични кабл замењен 7-жичним;
• топологија "заједничка магистрала" замењена је везом "тачка-тачка".

Иако је САТА 1.0 (САТА/150, 150 МБ/с) био незнатно бржи од АТА-6 (УлтраДМА/130, 130 МБ/с), прелазак на серијску комуникацију је „постављао тло“ за брзине.

Шеснаест сигналних линија за пренос података у АТА замењено је са два упредена пара: један за пренос, други за пријем. САТА конектори су дизајнирани да буду отпорнији на вишеструка поновна повезивања, а САТА 1.0 спецификација је омогућила хот плуггинг.

Неки пинови на диск јединицама су краћи од свих осталих. Ово се ради да би се подржала „врућа замена“ (Хот Свап). Током процеса замене, уређај „губи“ и „проналази“ линије по унапред одређеном редоследу.

Нешто више од годину дана касније, у априлу 2004. године, објављена је друга верзија САТА спецификације. Поред убрзања до 3 Гб/с, САТА 2.0 је увео технологију Нативе Цомманд Куеуинг (НЦК). Уређаји са НЦК подршком су у стању да самостално организују редослед извршавања долазних команди како би постигли максималне перформансе.

Наредне три године, САТА радна група је радила на побољшању постојеће спецификације, а верзија 2.6 увела је компактне Слимлине и микро САТА (уСАТА) конекторе. Ови конектори су мања верзија оригиналног САТА конектора и дизајнирани су за оптичке и мале драјвове у лаптоп рачунарима.

Док је САТА друге генерације имао довољно пропусног опсега за ХДД, ССД-ови су захтевали више. У мају 2009. објављена је трећа верзија САТА спецификације са повећаном пропусношћу на 6 Гб / с.

Посебна пажња је посвећена ССД дисковима у САТА 3.1 издању. Појавио се Мини-САТА (мСАТА) конектор, дизајниран за повезивање ССД уређаја у лаптоп рачунарима. За разлику од Слимлине и уСАТА, нови конектор је изгледао као ПЦИе Мини, иако није био електрични компатибилан са ПЦИе. Поред новог конектора, САТА 3.1 се похвалио могућношћу постављања ТРИМ команди у ред са командама за читање и писање.

Команда ТРИМ обавештава ССД о блоковима података који не носе терет. Пре САТА 3.1, ова команда би испирала кеш меморије и суспендовала И/О операције, праћена командом ТРИМ. Овај приступ је смањио перформансе диска током операција брисања.

САТА спецификација није пратила брзи раст брзина приступа за ССД, што је довело до компромиса у 2013. под називом САТА Екпресс у САТА 3.2 стандарду. Уместо да поново удвоструче пропусни опсег САТА, програмери су користили широко коришћену ПЦИе магистралу, чија брзина прелази 6 Гб/с. Дискови са САТА Екпресс подршком су добили сопствени фактор облика под називом М.2.

СРС

СЦСИ стандард, који се „такмичи“ са АТА, такође није стајао мирно и само годину дана након појаве Сериал АТА, 2004. године, поново је рођен у серијски интерфејс. Назив новог интерфејса је Сериал Аттацхед СЦСИ (САС).

Иако је САС наследио СЦСИ скуп команди, промене су биле значајне:

• серијски интерфејс;
• 29-жични кабл са напајањем;
• веза тачка-тачка

СЦСИ терминологија је такође наслеђена. Контролер се и даље зове иницијатор, а повезани уређаји се називају циљ. Сви циљни уређаји и покретач чине САС домен. У САС-у, пропусни опсег везе не зависи од броја уређаја у домену, пошто сваки уређај користи свој наменски канал.

Максималан број истовремено повезаних уређаја у САС домену, према спецификацији, премашује 16 хиљада, а уместо СЦСИ ИД-а за адресирање се користи идентификатор Светско име (ВВН).

ВВН је јединствени идентификатор дугачак 16 бајтова, сличан МАЦ адреси за САС уређаје.

Упркос сличностима између САС и САТА конектора, ови стандарди нису у потпуности компатибилни. Међутим, САТА диск се може повезати на САС конектор, али не и обрнуто. Компатибилност између САТА диск јединица и САС домена је обезбеђена коришћењем САТА тунелског протокола (СТП).

Прва верзија стандарда САС-1 има пропусни опсег од 3 Гб / с, а најсавременија, САС-4, побољшала је ову цифру за 7 пута: 22,5 Гб / с.

ПЦИ

Перипхерал Цомпонент Интерцоннецт Екпресс (ПЦИ Екпресс, ПЦИе) је серијски интерфејс за пренос података, који се појавио 2002. године. Развој је започео Интел, а затим је пребачен у посебну организацију - ПЦИ Специал Интерест Гроуп.

Серијски ПЦИе интерфејс није био изузетак и постао је логичан наставак паралелног ПЦИ, који је дизајниран за повезивање картица за проширење.

ПЦИ Екпресс се значајно разликује од САТА и САС. ПЦИе интерфејс има променљив број трака. Број линија је једнак степену двојке и креће се од 1 до 16.

Термин „трака“ у ПЦИе не односи се на одређену сигналну траку, већ на засебну пунодуплексну комуникациону везу која се састоји од следећих сигналних трака:

• примати+ и примати-;
• пренос+ и пренос-;
• четири жице за уземљење.

Број ПЦИе трака директно утиче на максималну пропусност везе. Тренутни ПЦИ Екпресс 4.0 стандард вам омогућава да постигнете 1.9 ГБ/с на једној линији и 31.5 ГБ/с када користите 16 линија.

"Апетити" ССД уређаја расту веома брзо. И САТА и САС нису били у могућности да повећају свој пропусни опсег како би одржали корак са ССД-овима, што је довело до увођења ССД-ова повезаних са ПЦИе.

Иако су ПЦИе Адд-Ин картице зашрафљене, ПЦИе се може заменити без проблема. Кратки пинови ПРСНТ (енглески присутни - присутни) уверите се да је картица потпуно инсталирана у слот.

ССД уређаји повезани преко ПЦИе регулисани су посебним стандардом Спецификација интерфејса контролера хоста за неиспарљиву меморију и оличени су у разним факторима форме, али о њима ћемо говорити у наредном делу.

Ремоте Дривес

Приликом креирања великих складишта података, постојала је потреба за протоколима који вам омогућавају да повежете дискове који се налазе ван сервера. Прво решење у овој области било је Интернет СЦСИ (иСЦСИ), који су развили ИБМ и Цисцо 1998. године.

Идеја иза иСЦСИ протокола је једноставна: СЦСИ команде се „умотају“ у ТЦП/ИП пакете и шаљу на мрежу. Упркос удаљеној вези, клијентима даје илузију да је диск повезан локално. Стораге Ареа Нетворк (САН), заснована на иСЦСИ, може се изградити на постојећој мрежној инфраструктури. Употреба иСЦСИ значајно смањује трошкове организовања САН-а.

иСЦСИ има "премиум" опцију - Фибре Цханнел Протоцол (ФЦП). САН који користи ФЦП је изграђен на наменским оптичким комуникационим линијама. Овај приступ захтева додатну оптичку мрежну опрему, али је стабилан и има високу пропусност.

Постоји много протокола за слање СЦСИ команди преко рачунарских мрежа. Међутим, постоји само један стандард који решава супротан проблем и омогућава вам да шаљете ИП пакете преко СЦСИ магистрале - ИП преко СЦСИ.

Већина САН протокола користи СЦСИ скуп команди за управљање диск јединицама, али постоје изузеци, као што је једноставан АТА преко Етхернета (АОЕ). АоЕ протокол шаље АТА команде у Етхернет пакетима, али се диск јединице појављују као СЦСИ у систему.

Са појавом НВМ Екпресс драјвова, иСЦСИ и ФЦП протоколи више не испуњавају брзо растуће захтеве ССД-ова. Појавила су се два решења:

• уклањање ПЦИ Екпресс магистрале ван сервера;
• креирање НВМе овер Фабрицс протокола.

Уклањање ПЦИе магистрале ствара сложен хардвер за пребацивање, али не мења протокол.

НВМе овер Фабрицс протокол је постао добра алтернатива иСЦСИ и ФЦП. НВМе-оФ користи оптичку везу и НВМ Екпресс скуп команди.

ДДР-Т

Стандарди иСЦСИ и НВМе-оФ решавају проблем повезивања удаљених дискова као локалних, док је Интел отишао другим путем и приближио локални диск процесору што је више могуће. Избор је пао на ДИММ слотове у које је повезана РАМ меморија. Максимални ДДР4 пропусни опсег је 25 ГБ/с, што је много брже од ПЦИе магистрале. Овако је рођен Интел® Оптане™ ДЦ Персистент Мемори ССД.

Измишљен је протокол за повезивање диск јединице са ДИММ слотовима ДДР-Т, физички и електрични компатибилан са ДДР4, али захтева посебан контролер који види разлику између меморијске траке и драјва. Брзина приступа драјву је мања од РАМ-а, али већа од НВМе.

ДДР-Т је доступан само са процесорима Интел® Цасцаде Лаке генерације или новијим.

Закључак

Скоро сви интерфејси су прошли дуг пут од серијског до паралелног преноса података. Брзине ССД-а вртоглаво расту, јуче су ССД-ови били куриозитет, а данас НВМе више није изненађење.

У нашој лабораторији Селецтел Лаб можете сами да тестирате ССД и НВМе дискове.

Само регистровани корисници могу учествовати у анкети. Пријавите се, Добродошао си.

Да ли ће НВМе дискови заменити класичне ССД дискове у блиској будућности?

• 100%Иес100

• 100%Но80

Гласало је 180 корисника. Уздржано је било 28 корисника.

Извор: ввв.хабр.цом