В "SSD-ga kirish" seriyasida biz disklarning paydo bo'lish tarixi haqida gaplashdik. Ikkinchi qism drayvlar bilan o'zaro ishlash uchun interfeyslar haqida gapiradi.
Protsessor va periferik qurilmalar o'rtasidagi aloqa interfeys deb ataladigan oldindan belgilangan konventsiyalarga muvofiq amalga oshiriladi. Ushbu kelishuvlar o'zaro ta'sirning jismoniy va dasturiy darajasini tartibga soladi.
Interfeys - bu tizim elementlari o'rtasidagi o'zaro ta'sir vositalari, usullari va qoidalari to'plami.
Interfeysning jismoniy amalga oshirilishi quyidagi parametrlarga ta'sir qiladi:
- aloqa kanalining sig'imi;
- bir vaqtning o'zida ulangan qurilmalarning maksimal soni;
- yuzaga keladigan xatolar soni.
Disk interfeyslari o'rnatilgan I/U portlari, bu xotira kiritish-chiqarishiga qarama-qarshidir va protsessorning manzil maydonida joy egallamaydi.
Parallel va ketma-ket portlar
Ma'lumotlar almashinuvi usuliga ko'ra, kiritish-chiqarish portlari ikki turga bo'linadi:
- parallel;
- izchil.
Nomidan ko'rinib turibdiki, parallel port bir vaqtning o'zida bir nechta bitlardan iborat mashina so'zini yuboradi. Parallel port ma'lumotlarni almashishning eng oddiy usuli hisoblanadi, chunki u murakkab sxema echimlarini talab qilmaydi. Eng oddiy holatda, mashina so'zining har bir biti o'z signal chizig'i bo'ylab yuboriladi va ikkita xizmat signal liniyasi qayta aloqa uchun ishlatiladi: Ma'lumotlar tayyor и Ma'lumotlar qabul qilindi.
Parallel portlar birinchi qarashda juda yaxshi miqyosda ko'rinadi: ko'proq signal chiziqlari bir vaqtning o'zida ko'proq bit uzatilishini va shuning uchun yuqori o'tkazuvchanlikni anglatadi. Biroq, signal liniyalari sonining ko'payishi tufayli ular o'rtasida shovqin paydo bo'lib, uzatiladigan xabarlarning buzilishiga olib keladi.
Seriya portlar parallel portlarga qarama-qarshidir. Ma'lumotlar bir vaqtning o'zida bir bit yuboriladi, bu signal liniyalarining umumiy sonini kamaytiradi, lekin I/U boshqaruvchisiga murakkablik qo'shadi. Transmitter boshqaruvchisi bir vaqtning o'zida mashina so'zini qabul qiladi va bir vaqtning o'zida bitta bitni uzatishi kerak va qabul qiluvchi boshqaruvchi o'z navbatida bitlarni qabul qilishi va ularni bir xil tartibda saqlashi kerak.
Kam sonli signal liniyalari xabarlarni uzatish chastotasini shovqinsiz oshirish imkonini beradi.
SCSI
Kichik kompyuter tizimlari interfeysi (SCSI) 1978 yilda paydo bo'lgan va dastlab turli xil profilli qurilmalarni yagona tizimga birlashtirish uchun mo'ljallangan. SCSI-1 spetsifikatsiyasi 8 tagacha qurilmalarni (kontroller bilan birgalikda) ulash uchun taqdim etilgan, masalan:
- skanerlar;
- lenta drayvlari (streamerlar);
- optik drayvlar;
- disk drayvlar va boshqa qurilmalar.
SCSI dastlab Shugart Associates System Interface (SASI) deb nomlangan, ammo standartlar qo'mitasi kompaniya nomini tasdiqlamadi va bir kunlik aqliy hujumdan so'ng Kichik kompyuter tizimlari interfeysi (SCSI) nomi paydo bo'ldi. SCSIning "otasi" Larri Baucher qisqartmani "sexy" deb talaffuz qilishni maqsad qilgan, ammo Men "scuzzy" ("ayting") ni o'qidim. Keyinchalik, "skazi" ning talaffuzi ushbu standartga qat'iy belgilangan.
SCSI terminologiyasida ulangan qurilmalar ikki turga bo'linadi:
- tashabbuskorlar;
- maqsadli qurilmalar.
Boshlovchi maqsadli qurilmaga buyruq yuboradi, keyin esa tashabbuskorga javob yuboradi. Initiatorlar va maqsadlar SCSI-1 standartida 5 MB/s o‘tkazish qobiliyatiga ega bo‘lgan umumiy SCSI shinasiga ulangan.
Amaldagi "umumiy shina" topologiyasi bir qator cheklovlarni qo'yadi:
- Avtobusning uchlarida maxsus qurilmalar talab qilinadi - terminatorlar;
- Avtobusning tarmoqli kengligi barcha qurilmalar o'rtasida taqsimlanadi;
- Bir vaqtning o'zida ulangan qurilmalarning maksimal soni cheklangan.
Avtobusdagi qurilmalar chaqirilgan noyob raqam bilan aniqlanadi SCSI maqsadli identifikatori. Tizimdagi har bir SCSI birligi kamida bitta mantiqiy qurilma bilan ifodalanadi, u jismoniy qurilma ichida noyob raqam yordamida murojaat qilinadi. Mantiqiy birlik raqami (LUN).
SCSI buyruqlari sifatida yuboriladi buyruq tavsifi bloklari (Buyruq deskriptor bloki, CDB), operatsiya kodi va buyruq parametrlaridan iborat. Standart to'rt toifaga bo'lingan 200 dan ortiq buyruqlarni tavsiflaydi:
- Majburiy - qurilma tomonidan qo'llab-quvvatlanishi kerak;
- ixtiyoriy - amalga oshirish mumkin;
- Sotuvchiga xos - ma'lum bir ishlab chiqaruvchi tomonidan qo'llaniladi;
- Eski - eskirgan buyruqlar.
Ko'p buyruqlar orasida faqat uchtasi qurilmalar uchun majburiydir:
- SINOV BIRLIGI TAYYOR — qurilmaning tayyorligini tekshirish;
- SIZNI SO'RASH — oldingi buyruqning xato kodini so'raydi;
- MA'LUMOT — qurilmaning asosiy xarakteristikalarini so'rash.
Buyruqni qabul qilib, bajargandan so'ng, maqsadli qurilma tashabbuskorga ijro natijasini tavsiflovchi holat kodini yuboradi.
SCSI ning yanada takomillashtirilishi (SCSI-2 va Ultra SCSI spetsifikatsiyalari) foydalaniladigan buyruqlar ro‘yxatini kengaytirdi va ulangan qurilmalar sonini 16 taga, avtobusda ma’lumot almashish tezligini esa 640 MB/s ga yetkazdi. SCSI parallel interfeys bo'lganligi sababli, ma'lumotlar almashinuvi chastotasini oshirish maksimal kabel uzunligining pasayishi bilan bog'liq edi va foydalanishda noqulayliklarga olib keldi.
Ultra-3 SCSI standartidan boshlab, "issiq ulanish" ni qo'llab-quvvatlash paydo bo'ldi - quvvat yoqilganda qurilmalarni ulash.
SCSI interfeysiga ega birinchi SSD diskini 350 yilda chiqarilgan M-Systems FFD-1995 deb hisoblash mumkin. Diskning narxi yuqori edi va keng tarqalmagan.
Hozirgi vaqtda parallel SCSI mashhur disk ulanish interfeysi emas, lekin buyruqlar to'plami hali ham USB va SAS interfeyslarida faol qo'llaniladi.
ATA/PATA
Interfeys ATA (Advanced Technology Attachment), shuningdek, nomi bilan ham tanilgan TUQOQ (Parallel ATA) Western Digital tomonidan 1986 yilda ishlab chiqilgan. IDE standarti (Integrated Drive Electronics) uchun marketing nomi muhim yangilikni ta'kidladi: haydovchi boshqaruvchisi alohida kengaytirish platasida emas, balki haydovchiga o'rnatilgan.
Tekshirgichni haydovchiga joylashtirish qarori bir vaqtning o'zida bir nechta muammolarni hal qildi. Birinchidan, haydovchidan boshqaruvchigacha bo'lgan masofa kamaydi, bu haydovchining xususiyatlariga ijobiy ta'sir qiladi. Ikkinchidan, o'rnatilgan boshqaruvchi faqat ma'lum bir haydovchi turi uchun "moslashtirilgan" va shunga mos ravishda arzonroq edi.
ATA, SCSI kabi, parallel I/U usulidan foydalanadi, bu esa ishlatiladigan kabellarga ta'sir qiladi. Drayvlarni IDE interfeysi yordamida ulash uchun kabellar deb ham ataladigan 40 simli kabellar talab qilinadi. So'nggi texnik xususiyatlar 80 simli halqalardan foydalanadi: ularning yarmidan ko'pi yuqori chastotalarda shovqinlarni kamaytirish uchun asosdir.
ATA kabelida ikkitadan to'rttagacha ulagichlar mavjud, ulardan biri anakartga, qolganlari esa drayverlarga ulangan. Ikki qurilmani bitta simi bilan ulashda ulardan biri sifatida sozlanishi kerak usta, ikkinchisi esa - kabi qul. Uchinchi qurilma faqat o'qish rejimida ulanishi mumkin.
Jumperning pozitsiyasi ma'lum bir qurilmaning rolini belgilaydi. Qurilmalarga nisbatan Master va Slave atamalari mutlaqo to'g'ri emas, chunki boshqaruvchiga nisbatan barcha ulangan qurilmalar tobe hisoblanadi.
ATA-3 dagi alohida yangilik tashqi ko'rinishdir O'z-o'zini nazorat qilish, Tahlil va hisobot texnologiyasi (SMART). Beshta kompaniya (IBM, Seagate, Quantum, Conner va Western Digital) drayverlarning sog'lig'ini baholash uchun kuchlarni va standartlashtirilgan texnologiyani birlashtirdi.
Qattiq holatdagi drayverlarni qo'llab-quvvatlash standartning 1998 yilda chiqarilgan to'rtinchi versiyasida paydo bo'ldi. Standartning ushbu versiyasi 33.3 MB/s gacha bo'lgan ma'lumotlarni uzatish tezligini ta'minladi.
Standart ATA kabellari uchun qat'iy talablarni qo'yadi:
- poezd tekis bo'lishi kerak;
- poezdning maksimal uzunligi 18 dyuym (45.7 santimetr).
Qisqa va keng poyezd noqulay edi va sovutishga xalaqit berdi. Standartning har bir keyingi versiyasi bilan uzatish chastotasini oshirish tobora qiyinlashdi va ATA-7 muammoni tubdan hal qildi: parallel interfeys ketma-ketlik bilan almashtirildi. Shundan so'ng, ATA Parallel so'zini oldi va PATA nomi bilan tanildi va standartning ettinchi versiyasi boshqa nom oldi - Serial ATA. SATA versiyalarining raqamlanishi bittadan boshlandi.
SATA
Serial ATA (SATA) standarti 7-yil 2003-yanvarda joriy etilgan va oʻzidan oldingi versiyaning muammolarini quyidagi oʻzgarishlar bilan hal qilgan:
- parallel port ketma-ket port bilan almashtirildi;
- keng 80 simli kabel 7 simli bilan almashtiriladi;
- “Umumiy shina” topologiyasi “nuqtadan nuqtaga” ulanish bilan almashtirildi.
SATA 1.0 standarti (SATA/150, 150 MB/s) ATA-6 (UltraDMA/130, 130 MB/s) dan biroz tezroq boʻlishiga qaramay, ketma-ket maʼlumotlar almashish usuliga oʻtish “zamin tayyorladi”. tezligini oshirdi
ATA-da ma'lumotlarni uzatish uchun o'n oltita signal liniyasi ikkita o'ralgan juftlik bilan almashtirildi: biri uzatish uchun, ikkinchisi qabul qilish uchun. SATA konnektorlari bir nechta qayta ulanishga chidamliroq bo'lishi uchun mo'ljallangan va SATA 1.0 spetsifikatsiyasi Hot Plug'ni imkon berdi.
Disklardagi ba'zi pinlar boshqalarga qaraganda qisqaroq. Bu Hot Swap-ni qo'llab-quvvatlash uchun amalga oshiriladi. O'zgartirish jarayonida qurilma oldindan belgilangan tartibda "yo'qotadi" va "topadi".
Bir yildan ko'proq vaqt o'tgach, 2004 yil aprel oyida SATA spetsifikatsiyasining ikkinchi versiyasi chiqdi. 3 Gbit/s gacha tezlashtirishdan tashqari, SATA 2.0 texnologiyasini joriy qildi Mahalliy buyruq navbati (NCQ). NCQ-ni qo'llab-quvvatlaydigan qurilmalar maksimal ishlashga erishish uchun qabul qilingan buyruqlarni bajarish tartibini mustaqil ravishda tartibga solishga qodir.
Keyingi uch yil ichida SATA ishchi guruhi mavjud spetsifikatsiyani yaxshilash ustida ishladi va 2.6 versiyasida ixcham Slimline va micro SATA (uSATA) ulagichlari paydo bo'ldi. Ushbu ulagichlar asl SATA ulagichining kichikroq versiyasi bo'lib, noutbuklardagi optik disklar va kichik disklar uchun mo'ljallangan.
SATA-ning ikkinchi avlodi qattiq disklar uchun etarli tarmoqli kengligiga ega bo'lsa-da, SSD-lar ko'proq narsani talab qiladi. 2009 yil may oyida SATA spetsifikatsiyasining uchinchi versiyasi o'tkazish qobiliyatini 6 Gbit/s gacha oshirgan holda chiqarildi.
SATA 3.1 nashrida qattiq holatdagi disklarga alohida e'tibor qaratildi. Noutbuklarda qattiq holatdagi drayverlarni ulash uchun mo'ljallangan Mini-SATA (mSATA) ulagichi paydo bo'ldi. Slimline va uSATA-dan farqli o'laroq, yangi ulagich PCIe Mini-ga o'xshash edi, garchi u PCIe bilan elektr jihatdan mos kelmasa ham. Yangi ulagichga qo'shimcha ravishda, SATA 3.1 TRIM buyruqlarini o'qish va yozish buyruqlari bilan navbatga qo'yish qobiliyatiga ega edi.
TRIM buyrug'i SSD-ga foydali yuk ko'tarmaydigan ma'lumotlar bloklari haqida xabar beradi. SATA 3.1 dan oldin ushbu buyruqni bajarish keshlarni tozalashga olib keladi va kiritish/chiqarish to'xtatiladi, keyin esa TRIM buyrug'i keladi. Ushbu yondashuv o'chirish operatsiyalari paytida disk ish faoliyatini yomonlashtirdi.
SATA spetsifikatsiyasi qattiq holatdagi drayverlarga kirish tezligining tez o'sishiga dosh bera olmadi, bu esa 2013 yilda SATA 3.2 standartida SATA Express deb nomlangan kompromisning paydo bo'lishiga olib keldi. SATA tarmoqli kengligini yana ikki baravar oshirish o'rniga, ishlab chiquvchilar tezligi 6 Gbit / s dan oshadigan keng tarqalgan PCIe avtobusidan foydalanishdi. SATA Express-ni qo'llab-quvvatlaydigan drayvlar M.2 deb nomlangan o'zlarining shakl faktoriga ega.
SAS
ATA bilan "raqobatlashuvchi" SCSI standarti ham to'xtamadi va Serial ATA paydo bo'lganidan bir yil o'tgach, 2004 yilda u ketma-ket interfeys sifatida qayta tug'ildi. Yangi interfeysning nomi Seriyali biriktirilgan SCSI (SEDGE).
SAS SCSI buyruqlar to'plamini meros qilib olganiga qaramay, o'zgarishlar muhim edi:
- ketma-ket interfeys;
- 29 simli elektr kabeli;
- nuqtadan nuqtaga ulanish
SCSI terminologiyasi ham meros qilib olingan. Tekshirish moslamasi hali ham tashabbuskor deb ataladi va ulangan qurilmalar hali ham maqsad deb ataladi. Barcha maqsadli qurilmalar va tashabbuskor SAS domenini tashkil qiladi. SAS-da ulanish tezligi domendagi qurilmalar soniga bog'liq emas, chunki har bir qurilma o'zining maxsus kanalidan foydalanadi.
Spetsifikatsiya bo'yicha SAS domenida bir vaqtning o'zida ulangan qurilmalarning maksimal soni 16 mingdan oshadi va SCSI identifikatori o'rniga identifikator manzilni aniqlash uchun ishlatiladi. Butun dunyo nomi (WWN).
WWN 16 bayt uzunlikdagi noyob identifikator bo'lib, SAS qurilmalari uchun MAC manziliga o'xshaydi.
SAS va SATA konnektorlarining o'xshashligiga qaramay, ushbu standartlar to'liq mos kelmaydi. Biroq, SATA drayveri SAS ulagichiga ulanishi mumkin, lekin aksincha emas. SATA drayverlari va SAS domeni o'rtasidagi muvofiqlik SATA Tunneling Protocol (STP) yordamida ta'minlanadi.
SAS-1 standartining birinchi versiyasi 3 Gbit/s o‘tkazish qobiliyatiga ega, eng zamonaviy SAS-4 esa bu ko‘rsatkichni 7 barobarga yaxshilagan: 22,5 Gbit/s.
PCIe
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) - 2002 yilda paydo bo'lgan ma'lumotlarni uzatish uchun ketma-ket interfeys. Rivojlanish Intel tomonidan boshlangan va keyinchalik maxsus tashkilot - PCI Special Interest Groupga topshirilgan.
Seriyali PCIe interfeysi bundan mustasno emas edi va kengaytirish kartalarini ulash uchun mo'ljallangan parallel PCI ning mantiqiy davomi bo'ldi.
PCI Express SATA va SAS-dan sezilarli darajada farq qiladi. PCIe interfeysi o'zgaruvchan qator qatoriga ega. Chiziqlar soni ikkita kuchga teng va 1 dan 16 gacha.
PCIe-dagi "bo'lak" atamasi ma'lum bir signal liniyasiga emas, balki quyidagi signal liniyalaridan iborat yagona to'liq dupleks aloqa kanaliga ishora qiladi:
- qabul qilish+ va qabul qilish-;
- uzatish+ va uzatish-;
- to'rtta topraklama o'tkazgichlari.
PCIe yo'llari soni ulanishning maksimal o'tkazuvchanligiga bevosita ta'sir qiladi. Zamonaviy PCI Express 4.0 standarti bir liniyada 1.9 Gb/s, 31.5 qatordan foydalanganda esa 16 Gb/s tezlikka erishish imkonini beradi.
Qattiq holatdagi disklarga bo'lgan ishtaha juda tez o'sib bormoqda. SATA ham, SAS ham SSD-lar bilan "davolab turish" uchun o'tkazish qobiliyatini oshirishga vaqtlari yo'q, bu esa PCIe ulanishlari bilan SSD drayverlarning paydo bo'lishiga olib keldi.
PCIe plagin kartalari vidalangan bo'lsa-da, PCIe tez almashtirilishi mumkin. Qisqa PRSNT pinlari (inglizcha mavjud - mavjud) kartaning uyaga to'liq o'rnatilganligiga ishonch hosil qilish imkonini beradi.
PCIe orqali ulangan qattiq holatdagi drayvlar alohida standart bilan tartibga solinadi O'zgaruvchan bo'lmagan xotira xost boshqaruvchisi interfeysi spetsifikatsiyasi va turli shakl omillarida mujassamlangan, ammo ular haqida keyingi qismda gaplashamiz.
Masofaviy drayvlar
Katta ma'lumotlar omborlarini yaratishda serverdan tashqarida joylashgan drayverlarni ulash imkonini beruvchi protokollarga ehtiyoj paydo bo'ldi. Bu sohada birinchi yechim edi Internet SCSI (iSCSI), 1998 yilda IBM va Cisco tomonidan ishlab chiqilgan.
iSCSI protokolining g'oyasi oddiy: SCSI buyruqlari TCP/IP paketlariga "o'ralgan" va tarmoqqa uzatiladi. Masofaviy ulanishga qaramay, mijozlar uchun haydovchi mahalliy ravishda ulanganligi haqidagi illyuziya yaratiladi. Mavjud tarmoq infratuzilmasi asosida iSCSI-ga asoslangan Storage Area Network (SAN) qurilishi mumkin. iSCSI dan foydalanish SANni tashkil qilish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi.
iSCSIda "premium" opsiya mavjud - Tolali kanal protokoli (FCP). FCP-dan foydalanadigan SAN maxsus optik tolali aloqa liniyalarida qurilgan. Ushbu yondashuv qo'shimcha optik tarmoq uskunalarini talab qiladi, lekin barqaror va yuqori o'tkazuvchanlikka ega.
Kompyuter tarmoqlari orqali SCSI buyruqlarini yuborish uchun ko'plab protokollar mavjud. Biroq, qarama-qarshi muammoni hal qiladigan va IP-paketlarni SCSI shinasi orqali yuborishga imkon beradigan yagona standart mavjud - .
Ko'pgina SAN protokollari drayverlarni boshqarish uchun SCSI buyruqlar to'plamidan foydalanadi, ammo oddiy kabi istisnolar mavjud Ethernet orqali ATA (AoE). AoE protokoli Ethernet paketlarida ATA buyruqlarini yuboradi, lekin drayvlar tizimda SCSI sifatida ko'rinadi.
NVM Express drayverlari paydo bo'lishi bilan iSCSI va FCP protokollari endi SSD-larning tez o'sib borayotgan talablariga javob bermaydi. Ikkita yechim paydo bo'ldi:
- PCI Express avtobusini serverdan tashqariga ko'chirish;
- NVMe over Fabrics protokolini yaratish.
PCIe avtobusini olib tashlash murakkab kommutatsiya uskunalarini yaratishni o'z ichiga oladi, lekin protokolni o'zgartirmaydi.
NVMe over Fabrics protokoli iSCSI va FCP ga yaxshi alternativa bo'ldi. NVMe-oF optik tolali aloqa va NVM Express ko'rsatmalar to'plamidan foydalanadi.
DDR-T
iSCSI va NVMe-oF standartlari masofaviy disklarni mahalliy sifatida ulash muammosini hal qiladi, ammo Intel boshqa yo'lni tanladi va mahalliy diskni imkon qadar protsessorga yaqinlashtiradi. Tanlov RAM ulangan DIMM uyalariga to'g'ri keldi. DDR4 kanalining maksimal tarmoqli kengligi 25 GB/s ni tashkil qiladi, bu PCIe avtobusining tezligidan sezilarli darajada yuqori. Intel® Optane™ DC doimiy xotira SSD shunday tug'ildi.
Drayvlarni DIMM uyalariga ulash uchun protokol ixtiro qilingan DDR-T, jismoniy va elektr jihatdan DDR4 bilan mos keladi, lekin xotira kartasi va haydovchi o'rtasidagi farqni ko'radigan maxsus kontrollerni talab qiladi. Drayvning kirish tezligi RAMga qaraganda sekinroq, lekin NVMe dan tezroq.
DDR-T faqat Intel® Cascade Lake protsessorlari yoki undan keyingi versiyalarida mavjud.
xulosa
Deyarli barcha interfeyslar ketma-ketlikdan parallel ma'lumotlarni uzatish usullariga qadar uzoq yo'lni bosib o'tdi. SSD tezligi tez sur'atlar bilan o'sib bormoqda; kechagina SSD-lar yangilik edi, ammo bugungi kunda NVMe endi ajablanarli emas.
Laboratoriyamizda SSD va NVMe drayverlarini o'zingiz sinab ko'rishingiz mumkin.
So'rovda faqat ro'yxatdan o'tgan foydalanuvchilar ishtirok etishlari mumkin. iltimos.
NVMe drayvlari yaqin kelajakda klassik SSD-larni almashtiradimi?
-
55.5%Ha 100
-
44.4%№80
180 foydalanuvchi ovoz berdi. 28 nafar foydalanuvchi betaraf qolgan.
Manba: www.habr.com