В mzunguko "Utangulizi wa SSD" tulizungumzia kuhusu historia ya kuonekana kwa disks. Sehemu ya pili itasema juu ya miingiliano ya kuingiliana na anatoa.
Mawasiliano kati ya kichakataji na viambajengo hutokea kulingana na kaida zilizoainishwa ziitwazo miingiliano. Makubaliano haya hudhibiti kiwango cha mwingiliano wa kimwili na programu.
Interface - seti ya njia, mbinu na sheria za mwingiliano kati ya vipengele vya mfumo.
Utekelezaji wa kimwili wa kiolesura huathiri vigezo vifuatavyo:
- mtiririko wa njia ya mawasiliano;
- idadi kubwa ya vifaa vilivyounganishwa kwa wakati mmoja;
- idadi ya makosa yanayotokea.
Miingiliano ya diski imejengwa I/O bandari, ambayo ni kinyume cha kumbukumbu I/O na haichukui nafasi katika nafasi ya anwani ya kichakataji.
Bandari zinazofanana na za serial
Kulingana na njia ya kubadilishana data, bandari za I / O zimegawanywa katika aina mbili:
- sambamba;
- thabiti.
Kama jina linamaanisha, bandari sambamba hutuma neno la mashine kwa wakati mmoja, linalojumuisha bits kadhaa. Bandari sambamba ni njia rahisi zaidi ya kubadilishana data, kwani hauhitaji ufumbuzi tata wa mzunguko. Katika hali rahisi, kila neno la mashine hutumwa kwa mstari wake wa ishara, na mistari miwili ya ishara ya huduma hutumiwa kwa maoni: Data tayari и Data imekubaliwa.
Bandari zinazofanana, kwa mtazamo wa kwanza, hupima vizuri: mistari zaidi ya ishara - bits zaidi hupitishwa kwa wakati mmoja na, kwa hiyo, upitishaji wa juu. Hata hivyo, kutokana na ongezeko la idadi ya mistari ya ishara, kuingiliwa hutokea kati yao, na kusababisha kupotosha kwa ujumbe uliopitishwa.
Bandari za serial ni kinyume cha sambamba. Data hutumwa kidogo kwa wakati, ambayo inapunguza idadi ya jumla ya mistari ya ishara, lakini inachanganya kidhibiti cha I/O. Mdhibiti wa kisambazaji hupokea neno la mashine kwa wakati mmoja na lazima apitishe kidogo moja kwa wakati, na mtawala wa kipokeaji kwa upande wake lazima apokee biti na kuzihifadhi kwa mpangilio sawa.
Idadi ndogo ya mistari ya ishara inakuwezesha kuongeza mzunguko wa maambukizi ya ujumbe bila kuingiliwa.
SCSI
Kiolesura Ndogo cha Mifumo ya Kompyuta (SCSI) kilionekana nyuma mwaka wa 1978 na kiliundwa awali kuchanganya vifaa vya wasifu mbalimbali katika mfumo mmoja. Vipimo vya SCSI-1 vilitoa uunganisho wa hadi vifaa 8 (pamoja na kidhibiti), kama vile:
- scanners;
- anatoa tepi (streamers);
- anatoa macho;
- anatoa disk na vifaa vingine.
SCSI hapo awali iliitwa Shugart Associates System Interface (SASI), lakini kamati ya viwango haikuidhinisha jina hilo baada ya kampuni hiyo, na baada ya siku ya kutafakari, jina la Small Computer Systems Interface (SCSI) lilizaliwa. Baba wa SCSI, Larry Boucher, alikusudia kifupi kifupi kitamkwe "sexy", lakini soma "sсuzzy" ("ambia"). Baadaye, matamshi ya "kuwaambia" yaliwekwa kwa nguvu katika kiwango hiki.
Katika istilahi ya SCSI, vifaa vilivyounganishwa vimegawanywa katika aina mbili:
- waanzilishi;
- vifaa lengwa.
Mwanzilishi hutuma amri kwa kifaa kinacholengwa, ambacho hutuma jibu kwa mwanzilishi. Waanzilishi na malengo yameunganishwa kwenye basi ya kawaida ya SCSI, ambayo ina bandwidth ya 1 MB / s katika kiwango cha SCSI-5.
Topolojia ya "basi la kawaida" inayotumiwa inaweka vikwazo kadhaa:
- mwisho wa basi, vifaa maalum vinahitajika - vituo;
- bandwidth ya basi inashirikiwa kati ya vifaa vyote;
- Idadi ya juu ya vifaa vilivyounganishwa kwa wakati mmoja ni mdogo.
Vifaa kwenye basi vinatambuliwa na nambari ya kipekee inayoitwa Kitambulisho cha Lengo la SCSI. Kila kitengo cha SCSI kwenye mfumo kinawakilishwa na angalau kifaa kimoja cha kimantiki, ambacho kinashughulikiwa na nambari ya kipekee ndani ya kifaa halisi. Nambari ya Kitengo cha Mantiki (LUN).
Amri katika SCSI zinatumwa kwa fomu maelezo ya amri vitalu (Command Descriptor Block, CDB), inayojumuisha msimbo wa uendeshaji na vigezo vya amri. Kiwango kinaelezea zaidi ya amri 200, zilizogawanywa katika vikundi vinne:
- Inahitajika - lazima iungwa mkono na kifaa;
- Hiari - inaweza kutekelezwa;
- Mchuuzi-maalum - hutumiwa na mtengenezaji maalum;
- Haiyotumika - amri za kizamani.
Kati ya amri nyingi, tatu tu kati yao ni za lazima kwa vifaa:
- KITENGO CHA MTIHANI TAYARI - kuangalia utayari wa kifaa;
- OMBA AKILI - inaomba msimbo wa makosa ya amri ya awali;
- ULINZI - omba sifa kuu za kifaa.
Baada ya kupokea na kusindika amri, kifaa kinacholengwa kinatuma msimbo wa hali kwa mwanzilishi, ambayo inaelezea matokeo ya utekelezaji.
Uboreshaji zaidi wa SCSI (ubainishi wa SCSI-2 na Ultra SCSI) ulipanua orodha ya amri zilizotumika na kuongeza idadi ya vifaa vilivyounganishwa hadi 16, na kiwango cha ubadilishaji wa data kwenye basi hadi 640 MB/s. Kwa kuwa SCSI ni kiolesura cha sambamba, kuongeza mzunguko wa kubadilishana data kulihusishwa na kupungua kwa urefu wa juu wa cable na kusababisha usumbufu katika matumizi.
Kuanzia na kiwango cha Ultra-3 SCSI, usaidizi wa "plugging moto" umeonekana - kuunganisha vifaa wakati nguvu imewashwa.
SCSI SSD ya kwanza inayojulikana ilikuwa M-Systems FFD-350, iliyotolewa mwaka wa 1995. Diski hiyo ilikuwa na gharama kubwa na haikutumiwa sana.
Hivi sasa, SCSI sambamba sio kiolesura maarufu cha diski, lakini seti ya amri bado inatumika kikamilifu katika miingiliano ya USB na SAS.
ATA/PATA
interface ATA (Kiambatisho cha Teknolojia ya Juu), pia inajulikana kama PATA (Sambamba ATA) ilitengenezwa na Western Digital mnamo 1986. Jina la uuzaji kwa kiwango cha IDE (Eng. Integrated Drive Electronics - "elektroniki iliyojengwa kwenye gari") ilisisitiza uvumbuzi muhimu: mtawala wa gari aliunganishwa kwenye gari, na sio kwenye bodi tofauti ya upanuzi.
Uamuzi wa kuweka mtawala ndani ya gari ulitatua matatizo kadhaa mara moja. Kwanza, umbali kutoka kwa gari hadi kwa mtawala umepungua, ambayo iliathiri vyema utendaji wa gari. Pili, mtawala aliyejengwa "aliimarishwa" tu kwa aina fulani ya gari na, ipasavyo, ilikuwa nafuu.
ATA, kama SCSI, hutumia njia sambamba ya I/O, ambayo inaonyeshwa kwenye nyaya zinazotumiwa. Kuunganisha viendeshi kwa kutumia kiolesura cha IDE kunahitaji nyaya 40-msingi, zinazojulikana pia kama nyaya bapa. Vipimo vya hivi majuzi zaidi vinatumia vijiti vya waya 80, zaidi ya nusu ambavyo ni vitanzi vya ardhini ili kupunguza kuingiliwa kwa masafa ya juu.
Kuna viunganisho viwili hadi vinne kwenye cable ya ATA, moja ambayo imeunganishwa kwenye ubao wa mama, na wengine kwa anatoa. Wakati wa kuunganisha vifaa viwili kwenye kitanzi kimoja, moja yao lazima ipangiwe kama Mwalimu, na ya pili kama mtumwa. Kifaa cha tatu kinaweza tu kuunganishwa katika hali ya kusoma tu.
Msimamo wa jumper huamua jukumu la kifaa fulani. Maneno Mwalimu na Mtumwa kuhusiana na vifaa si sahihi kabisa, kwa kuwa kuhusiana na mtawala, vifaa vyote vilivyounganishwa ni Watumwa.
Innovation maalum katika ATA-3 ni kuonekana Kujifuatilia, Teknolojia ya Uchambuzi na Kuripoti (SMART). Kampuni tano (IBM, Seagate, Quantum, Conner, na Western Digital) zimeunganisha nguvu na teknolojia sanifu ya tathmini ya afya.
Usaidizi wa anatoa za hali thabiti umekuwepo tangu toleo la 1998 la kiwango, lililotolewa mwaka wa 33.3. Toleo hili la viwango vya kawaida vya uhamishaji data vilivyotolewa hadi XNUMX MB/s.
Kiwango kinaweka mahitaji madhubuti ya nyaya za ATA:
- plume lazima iwe gorofa;
- urefu wa juu wa treni inchi 18 (sentimita 45.7).
Treni fupi na pana haikuwa rahisi na iliingilia upoaji. Ikawa vigumu zaidi kuongeza mzunguko wa maambukizi na kila toleo la baadae la kiwango, na ATA-7 ilitatua tatizo kwa kiasi kikubwa: interface sambamba ilibadilishwa na serial moja. Baada ya hapo, ATA ilipata neno Sambamba na ikajulikana kama PATA, na toleo la saba la kiwango lilipokea jina tofauti - Serial ATA. Uwekaji nambari wa toleo la SATA ulianza kutoka kwa moja.
SATA
Kiwango cha Serial ATA (SATA) kilianzishwa mnamo Januari 7, 2003 na kushughulikia shida za mtangulizi wake kwa mabadiliko yafuatayo:
- bandari sambamba kubadilishwa na serial;
- cable pana 80-waya kubadilishwa na 7-waya;
- topolojia ya "basi la kawaida" imebadilishwa na muunganisho wa "point-to-point".
Ingawa SATA 1.0 (SATA/150, 150 MB/s) ilikuwa kasi kidogo kuliko ATA-6 (UltraDMA/130, 130 MB/s), hoja ya mawasiliano ya mfululizo ilikuwa "kuweka msingi" kwa kasi.
Mistari kumi na sita ya maambukizi ya data katika ATA ilibadilishwa na jozi mbili zilizopotoka: moja kwa ajili ya maambukizi, ya pili kwa ajili ya mapokezi. Viunganishi vya SATA vimeundwa kuwa sugu zaidi kwa viunganisho vingi, na vipimo vya SATA 1.0 vilifanya uchomaji moto uwezekane.
Pini zingine kwenye anatoa ni fupi kuliko zingine zote. Hii inafanywa ili kusaidia "kubadilishana moto" (Hot Swap). Wakati wa mchakato wa uingizwaji, kifaa "hupoteza" na "hupata" mistari kwa utaratibu uliotanguliwa.
Zaidi ya mwaka mmoja baadaye, mnamo Aprili 2004, toleo la pili la vipimo vya SATA lilitolewa. Mbali na kuongeza kasi ya hadi 3 Gb / s, SATA 2.0 ilianzisha teknolojia Upangaji wa Amri Asilia (NCQ). Vifaa vilivyo na usaidizi wa NCQ vinaweza kupanga kwa uhuru utaratibu wa utekelezaji wa amri zinazoingia ili kufikia utendaji wa juu.
Miaka mitatu iliyofuata, Kikundi Kazi cha SATA kilifanya kazi ili kuboresha vipimo vilivyokuwepo, na toleo la 2.6 lilianzisha viunganishi vya Slimline ndogo na SATA ndogo (uSATA). Viunganisho hivi ni toleo ndogo la kontakt ya awali ya SATA na imeundwa kwa anatoa za macho na anatoa ndogo kwenye kompyuta za mkononi.
Ingawa SATA ya kizazi cha pili ilikuwa na kipimo data cha kutosha kwa HDD, SSD zilidai zaidi. Mnamo Mei 2009, toleo la tatu la vipimo vya SATA lilitolewa na bandwidth iliyoongezeka hadi 6 Gb / s.
Uangalifu hasa ulilipwa kwa anatoa za hali thabiti katika toleo la SATA 3.1. Kiunganishi cha Mini-SATA (mSATA) kimeonekana, iliyoundwa ili kuunganisha anatoa za hali dhabiti kwenye kompyuta ndogo. Tofauti na Slimline na USATA, kiunganishi kipya kilionekana kama PCIe Mini, ingawa hakiendani na PCIe kielektroniki. Mbali na kiunganishi kipya, SATA 3.1 ilijivunia uwezo wa kupanga foleni amri za TRIM na amri za kusoma na kuandika.
Amri ya TRIM inaarifu SSD kuhusu vizuizi vya data ambavyo havibeba mzigo wa malipo. Kabla ya SATA 3.1, amri hii ingeondoa akiba na kusimamisha shughuli za I/O, ikifuatiwa na amri ya TRIM. Njia hii iliharibu utendaji wa diski wakati wa shughuli za kufuta.
Uainisho wa SATA haujaambatana na ukuaji wa haraka wa kasi za ufikiaji kwa SSD, na kusababisha maelewano mnamo 2013 inayoitwa SATA Express katika kiwango cha SATA 3.2. Badala ya mara mbili ya bandwidth ya SATA tena, watengenezaji wametumia basi ya PCIe inayotumiwa sana, ambayo kasi yake inazidi 6 Gb / s. Hifadhi zilizo na usaidizi wa SATA Express zimepata kipengee chao cha fomu kiitwacho M.2.
SAS
Kiwango cha SCSI, "kushindana" na ATA, pia haikusimama na mwaka mmoja tu baada ya kuonekana kwa Serial ATA, mwaka wa 2004, ilizaliwa upya kwenye interface ya serial. Jina la kiolesura kipya ni Msururu Umeambatishwa SCSI (SEDGE).
Ingawa SAS ilirithi seti ya amri ya SCSI, mabadiliko yalikuwa muhimu:
- interface ya serial;
- Cable ya waya 29 na usambazaji wa umeme;
- muunganisho wa uhakika kwa uhakika
Istilahi za SCSI pia zimerithiwa. Mdhibiti bado anaitwa mwanzilishi, na vifaa vilivyounganishwa vinaitwa lengo. Vifaa vyote lengwa na mwanzilishi huunda kikoa cha SAS. Katika SAS, bandwidth ya unganisho haitegemei idadi ya vifaa kwenye kikoa, kwani kila kifaa kinatumia chaneli yake maalum.
Idadi ya juu ya vifaa vilivyounganishwa kwa wakati mmoja katika kikoa cha SAS, kulingana na vipimo, inazidi elfu 16, na badala ya kitambulisho cha SCSI, kitambulisho kinatumika kushughulikia. Jina la Ulimwenguni Pote (WWN).
WWN ni kitambulishi cha kipekee cha urefu wa baiti 16, sawa na anwani ya MAC ya vifaa vya SAS.
Licha ya kufanana kati ya viunganishi vya SAS na SATA, viwango hivi haviendani kikamilifu. Hata hivyo, gari la SATA linaweza kushikamana na kontakt SAS, lakini si kinyume chake. Utangamano kati ya viendeshi vya SATA na kikoa cha SAS huhakikishwa kwa kutumia Itifaki ya SATA Tunnel (STP).
Toleo la kwanza la kiwango cha SAS-1 lina bandwidth ya 3 Gb / s, na ya kisasa zaidi, SAS-4, imeboresha takwimu hii kwa mara 7: 22,5 Gb / s.
PCIe
Pembeni Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) ni kiolesura cha mfululizo cha uhamishaji data, ambacho kilionekana mnamo 2002. Maendeleo hayo yalianzishwa na Intel, na baadaye kuhamishiwa kwa shirika maalum - Kikundi cha Maslahi Maalum cha PCI.
Kiolesura cha serial PCIe haikuwa ubaguzi na ikawa mwendelezo wa kimantiki wa PCI sambamba, ambayo imeundwa kuunganisha kadi za upanuzi.
PCI Express ni tofauti sana na SATA na SAS. Kiolesura cha PCIe kina idadi tofauti ya vichochoro. Idadi ya mistari ni sawa na nguvu za mbili na ni kati ya 1 hadi 16.
Neno "njia" katika PCIe halirejelei njia maalum ya mawimbi, lakini kwa kiunganishi tofauti cha mawasiliano cha uwili kamili kinachojumuisha njia zifuatazo za mawimbi:
- pokea+ na pokea-;
- maambukizi + na maambukizi-;
- waya nne za ardhi.
Idadi ya njia za PCIe huathiri moja kwa moja upeo wa data wa muunganisho. Kiwango cha sasa cha PCI Express 4.0 hukuruhusu kufikia 1.9 GB / s kwenye mstari mmoja, na 31.5 GB / s unapotumia mistari 16.
"Tamaa" za anatoa za hali ngumu zinakua haraka sana. SATA na SAS zote mbili hazijaweza kuongeza kipimo data ili kuendana na SSD, ambayo imesababisha kuanzishwa kwa SSD zilizounganishwa na PCIe.
Ingawa kadi za Kuongeza za PCIe zimewashwa, PCIe inaweza kubadilishwa kwa urahisi. Pini fupi PRSNT (Kiingereza sasa - sasa) hakikisha kuwa kadi imewekwa kikamilifu kwenye slot.
Viendeshi vya hali ngumu vilivyounganishwa kupitia PCIe vinadhibitiwa na kiwango tofauti Uainishaji wa Kiolesura cha Kidhibiti cha Kumbukumbu Isiyo na Tete na zimejumuishwa katika aina mbalimbali za vipengele, lakini tutazizungumzia katika sehemu inayofuata.
Hifadhi za Mbali
Wakati wa kuunda maghala makubwa ya data, kulikuwa na haja ya itifaki zinazokuwezesha kuunganisha anatoa ziko nje ya seva. Suluhisho la kwanza katika eneo hili lilikuwa Mtandao SCSI (iSCSI), iliyotengenezwa na IBM na Cisco mnamo 1998.
Wazo la itifaki ya iSCSI ni rahisi: Amri za SCSI "zimefungwa" kwenye pakiti za TCP/IP na kutumwa kwa mtandao. Licha ya uunganisho wa mbali, inatoa udanganyifu kwa wateja kwamba gari limeunganishwa ndani ya nchi. Mtandao wa Eneo la Hifadhi (SAN), kulingana na iSCSI, unaweza kujengwa kwenye miundombinu iliyopo ya mtandao. Matumizi ya iSCSI kwa kiasi kikubwa hupunguza gharama ya kuandaa SAN.
iSCSI ina chaguo la "premium" - Itifaki ya Fiber Channel (FCP). SAN inayotumia FCP imejengwa kwa njia maalum za mawasiliano za nyuzi-optic. Njia hii inahitaji vifaa vya ziada vya mtandao wa macho, lakini ni imara na ya juu.
Kuna itifaki nyingi za kutuma amri za SCSI kwenye mitandao ya kompyuta. Walakini, kuna kiwango kimoja tu ambacho husuluhisha shida iliyo kinyume na hukuruhusu kutuma pakiti za IP juu ya basi ya SCSI - .
Itifaki nyingi za SAN hutumia seti ya amri ya SCSI kudhibiti viendeshi, lakini kuna vighairi, kama vile rahisi ATA juu ya Ethaneti (AOE). Itifaki ya AoE hutuma amri za ATA katika pakiti za Ethernet, lakini viendeshi vinaonyeshwa kama SCSI kwenye mfumo.
Pamoja na ujio wa viendeshi vya NVM Express, itifaki za iSCSI na FCP hazifikii tena mahitaji yanayokua kwa kasi ya SSD. Suluhisho mbili ziliibuka:
- kuondolewa kwa basi ya PCI Express nje ya seva;
- uundaji wa itifaki ya NVMe juu ya Vitambaa.
Kuondoa basi ya PCIe huunda maunzi changamano ya kubadili lakini haibadilishi itifaki.
Itifaki ya NVMe juu ya Vitambaa imekuwa mbadala mzuri kwa iSCSI na FCP. NVMe-oF hutumia kiungo cha nyuzi macho na seti ya amri ya NVM Express.
DDR-T
Viwango vya iSCSI na NVMe-oF hutatua tatizo la kuunganisha anatoa za mbali kama za ndani, wakati Intel ilikwenda kwa njia nyingine na kuleta gari la ndani karibu iwezekanavyo kwa processor. Chaguo lilianguka kwenye nafasi za DIMM ambazo RAM imeunganishwa. Upeo wa DDR4 bandwidth ni 25 GB/s, ambayo ni kasi zaidi kuliko basi ya PCIe. Hivi ndivyo Intel® Optane™ DC ya Kudumu ya Kumbukumbu SSD ilizaliwa.
Itifaki ilivumbuliwa ili kuunganisha hifadhi kwenye nafasi za DIMM DDR-T, kimwili na umeme sambamba na DDR4, lakini inahitaji mtawala maalum ambaye anaona tofauti kati ya bar ya kumbukumbu na gari. Kasi ya upatikanaji wa gari ni chini ya RAM, lakini zaidi ya NVMe.
DDR-T inapatikana tu kwa vichakataji vya kizazi cha Intel® Cascade Lake au matoleo mapya zaidi.
Hitimisho
Takriban miingiliano yote imetoka mbali kutoka kwa upitishaji wa data kwa mfululizo hadi sambamba. Kasi ya SSD inaongezeka, jana SSD zilikuwa na udadisi, na leo NVMe sio mshangao tena.
Katika maabara yetu unaweza kujaribu SSD na NVMe anatoa mwenyewe.
Watumiaji waliojiandikisha pekee ndio wanaweza kushiriki katika utafiti. tafadhali.
Anatoa za NVMe zitachukua nafasi ya SSD za kawaida katika siku za usoni?
-
55.5%Ndiyo100
-
44.4%No80
Watumiaji 180 walipiga kura. Watumiaji 28 walijizuia.
Chanzo: mapenzi.com