5.3. Интерфейсы устройств хранения
Каждое устройство, используемое в компьютерной системе, должно каким-то образом подключаться к этой системе. Точка подключения называется интерфейсом. Устройства хранения не являются исключением — у них тоже есть интерфейсы. Знать об интерфейсах важно по двум основным причинам:
существует множество разных (зачастую несовместимых) интерфейсов
разные интерфейсы могут отличаться ценой и производительностью.
К сожалению, не существует одного универсального интерфейса устройств или какого-то одного интерфейса устройств хранения. Поэтому системные администраторы должны знать, какие интерфейсы поддерживаются компьютерами в их организации. В противном случае, планируя обновление компьютеров, есть реальный риск приобрести неподходящее оборудование.
Разные интерфейсы имеют разную производительность, поэтому одни интерфейсы могут больше подходить для определённых окружений, чем другие. Например, интерфейсы, способные поддерживать высокоскоростные устройства, лучше подходят для серверов, тогда как для обычных рабочих станций будет достаточно более медленных интерфейсов. Такая разница в производительности также приводит к разнице в цене, ведь вы всегда получаете то, за что платите. Высокопроизводительные компьютеры стоят недешёво.
5.3.1. Исторический обзор
За многие годы для устройств хранения было разработано много разных интерфейсов. Некоторые уже ушли со сцены, а какие-то используются и сегодня. Следующий список должен проиллюстрировать, как шла разработка интерфейсов на протяжении последних 30 лет, и предоставить общую картину интерфейсов, используемых сегодня.
- FD-400
Этот интерфейс изначально разрабатывался для первых 8-ми дюймовых дисководов в середине 70-х. Использовался кабель с 44 проводниками, коннектор находился на краю платы, по кабелю передавались данные и подавалось питание.
- SA-400
Другой интерфейс дисководов (разработанный в конце 70-х для тогда новых дисководов 5,25 дюйма). Использовался кабель с 34 проводниками и стандартный коннектор «контактное гнездо». Несколько изменённая версия этого интерфейса используется и сегодня в дисководах 5,25 и 3,5 дюйма.
- IPI
Интерфейс, название которого расшифровывается как Intelligent Peripheral Interface (Интеллектуальный Периферийный Интерфейс), использовался в миникомпьютерах 70-х годов для 8-ми и 14-ти дюймовых дисков.
- SMD
Интерфейс SMD (Storage Module Device, модульных устройств хранения) пришёл на смену IPI и использовался в миникомпьютерах 70-х и 80-х годов для 8-ми и 14-ти дюймовых дисков.
- ST506/412
Интерфейс жёстких дисков, появившийся в начале 80-х. Во многих персональных компьютерах того времени в этом интерфейсе использовались два кабеля — один с 34 проводниками, а другой — с 20.
- ESDI
Интерфейс, название которого расшифровывается как Enhanced Small Device Interface (Улучшенный интерфейс малых устройств), рассматривался как замена ST506/412 и предлагал большую скорость передачи и поддержку дисков большего размера. Появившийся в середине 80-х, ESDI использовал ту же схему подключения двумя кабелями, что и предшественник.
Кроме этого крупные производители компьютеров того времени (в основном IBM и DEC) также разрабатывали свои закрытые интерфейсы. Целью создания этих интерфейсов было попытаться защитить свой чрезвычайно выгодный бизнес производства периферии для своих компьютеров. Однако, из-за большей закрытости интерфейсов, устройства с такими интерфейсами были гораздо дороже, чем аналогичные им устройства со стандартными интерфейсами. Поэтому такие интерфейсы не смогли стать популярными надолго.
Хотя закрытые интерфейсы в основном исчезли, и интерфейсы, описанные в начале этого раздела больше не составляет значительную долю рынка (если они вообще где-то остались), то, что эти интерфейсы перестали использоваться, доказывает одно — ничто в компьютерной индустрии не существует вечно. Таким образом, надо всегда следить за появлением новых интерфейсов, ведь когда-нибудь вы можете обнаружить, что один из новых интерфейсов подходит вам больше, чем тот более традиционный, что вы используете в данный момент.
5.3.2. Современные стандартные интерфейсы
В отличие от закрытых интерфейсов, упомянутых в предыдущем разделе, некоторые интерфейсы распространились более широко и стали промышленными стандартами. В частности, этот переход совершили два интерфейса, сегодня ставшие базовыми в индустрии хранения:
IDE/ATA
SCSI
5.3.2.1. IDE/ATA
IDE расшифровывается как Integrated Drive Electronics (Интегрированная электроника устройства). Этот интерфейс появился в конце 80-х и использует коннектор с 40 проводниками.
 | Замечание |
|---|---|
На самом деле, правильно называть этот интерфейс ATA (AT Attachment interface, интерфейс подключаемых устройств AT), но по-прежнему достаточно широко употребляется название «IDE» (которое на самом деле относится к ATA совместимым устройствам хранения). Однако в продолжении этого раздела будет употребляться правильное имя интерфейса — ATA. |
В ATA используется топология «шина», при этом на одной шине могут работать два устройства хранения. Одно из этих устройств называется главным (master), а второе — подчинённым (slave). Эти названия ошибочны, так как они подразумевают некоторого рода взаимосвязь устройств, но на самом деле её нет. Назначение одного устройства главным, а второго — дополнительным, обычно осуществляется с помощью блока перемычек, имеющихся на каждом устройстве.
| Замечание |
|---|---|
Последним новшеством в ATA стало появление возможностей выбора посредством кабеля (cable select). Для этого требуются специальный кабель, ATA-контроллер и устройства хранения, поддерживающие выбор посредством кабеля (обычно для этого предусмотрено положение перемычек «cable select»). При правильном использовании возможность выбора посредством кабеля исключает необходимость переставлять перемычки при перемещении устройств, вместо этого главное или подчинённое устройство определяется по тому, к какому разъёму кабеля оно подключено. |
Последующее видоизменение этого интерфейса продемонстрировало уникальные способы объединения технологий и привело к появлению нового стандарта интерфейса. Интерфейс ATAPI представляет собой вариацию интерфейса ATA (его название расшифровывается как AT Attachment Packet Interface (Пакетный интерфейс подключаемых устройств AT)) . Интерфейс ATAPI используется в основном приводами CD-ROM и соответствует электрическим и механическим стандартам интерфейса ATA, но использует протокол обмена следующего обсуждаемого интерфейса — SCSI.
5.3.2.2. SCSI
Формально SCSI расшифровывается как Small Computer System Interface (интерфейс малых компьютерных систем), и именно под таким названием появился этот интерфейс в начале 80-х и стал стандартом в 1986 г. Как и в ATA, в SCSI используется топология «шина». Однако на этом их сходство заканчивается.
Топология «шина» подразумевает, что каждое устройство на шине должно быть каким-то образом уникально идентифицировано. Тогда как ATA поддерживает на одной шине всего два устройства и каждое устройство имеет специфическое имя, на шине SCSI каждому устройству назначается уникальный числовой адрес или код SCSI ID. Каждое устройство на шине SCSI должно соответствовать своему коду SCSI ID (обычно это настраивается с помощью перемычек или переключателей [1]).
Прежде чем углубиться в дальнейшее обсуждение, важно заметить, что стандарт SCSI описывает не один интерфейс, а целое семейство интерфейсов. Разные SCSI-интерфейсы отличаются по следующим параметрам:
Ширина шины
Скорость шины
Электрические характеристики
Первоначальный стандарт SCSI описывал топологию «шина», в которой для передачи данных использовались восемь проводников шины. Это означало, что первые устройства SCSI могли передать за один раз только один байт. Позже стандарт был расширен с тем, чтобы в реализациях интерфейса можно было использовать 16 проводников, что удвоило объём данных, передаваемых устройствами. Первые «8-битные» реализации SCSI после этого стали называться «narrow SCSI» («узкими»), а новые, 16-битные реализации — «wide SCSI» («широкими»).
Изначально тактовая частота шины SCSI была равна 5 Мгц, что позволяло передавать данные по первой 8-битной шине со скоростью 5 Мбайт/сек. Однако в последующих версиях стандарта частота была удвоена и стала равна 10 Мгц, в результате чего скорость «narrow SCSI» достигла 10 Мбайт/сек, а «wide SCSI» — 20 Мбайт/сек. Как и изменение ширины шины, изменение скорости также было отражено в названии, и шина с частотой 10 Мгц стала называться «fast» (быстрой). Последующие усовершенствования позволили поднять частоту до ultra (20 Мгц), fast-40 (40 Мгц) и fast-80[2]. Дальнейшей увеличение тактовой частоты привело к появлению нескольких разных версий шины ultra160.
Теперь, комбинируя эти названия, различные конфигурации SCSI можно обозначать кратко. Например, «ultra-wide SCSI» обозначает 16-битную шину SCSI, работающую на частоте 20 Мгц.
В первоначальном стандарте SCSI передача сигналов была однополярной (single-ended), то есть электрический сигнал передавался по одному проводнику. Последующие реализации также позволили использовать дифференциальную (differential) передачу сигналов, когда сигнал передаётся по двум проводникам. Дифференциальная шина SCSI (позднее она была переименована в высоковольтную дифференциальную (high voltage differential или HVD SCSI) была более устойчива к электрическим помехам и позволила увеличить длину кабеля, но так и не стала популярной на массовом компьютерном рынке. Последующая реализация, названная низковольтной дифференциальной (low voltage differential, LVD), наконец стала массовой и обязательной для работы шины на высоких скоростях.
Ширина шины SCSI не только определяет, какой объём данных можно передать на каждом такте, но также определяет, сколько устройств можно подключить к шине. Обычная шина SCSI поддерживает 8 однозначно адресуемых устройства, тогда как «wide SCSI» поддерживает 16. В любом случае, вы должны обязательно назначить каждому устройству уникальный код SCSI ID. Если один код ID будут разделять два устройства, это вызовет проблемы, которые могут привести к разрушению данных.
Также следует помнить, что уникальный номер назначается всем устройствам шины (в том числе и SCSI-контроллеру). Довольно часто системные администраторы забывают об этом, и, не задумываясь, назначают устройству тот же код SCSI ID, что и контроллеру шины. Это также значит, что на практике к шине может быть подключено всего 7 (для «wide SCSI» 15) устройств, так как на любой шине одно число резервируется для контроллера.
 | Подсказка |
|---|---|
В большинстве реализаций SCSI имеются возможность сканирования шины SCSI, это часто используется для проверки правильности настроек всех устройств. Если при сканировании шины всем SCSI ID соответствует одно и то же устройство, это значит, что данному устройству ошибочно назначен тот же код SCSI ID, что и SCSI-контроллеру. Чтобы решить эту проблему, перенастройте это устройство так, чтобы оно имело другой (и уникальный) код SCSI ID. |
Так как SCSI ориентируется на топологию «шина», на обоих концах шины необходимо правильно установить терминаторы. Терминатор представляет собой нагрузку, которая имеет определённое электрическое сопротивление и подключается к каждому проводнику SCSI-шины. Наличие терминатора является электрическим требованием, без него разные сигналы, передаваемые по шины, отражались бы от концов шины и нарушали бы весь обмен данными.
Многие (но не все) SCSI-устройства содержат внутренние терминаторы, которые можно включить или отключить с помощью перемычек или переключателей. Также существуют внешние терминаторы.
И последнее важное замечание о SCSI — это не просто стандарт интерфейса для устройств хранения. SCSI используют и многие другие устройства (например, сканеры, принтеры и устройства связи). И хотя такие устройства распространены меньше, чем устройства хранения SCSI, они существуют. Однако, похоже, что с появлением интерфейсов USB и IEEE-1394 (часто называемого Firewire), устройства такого рода в будущем будут чаще использовать именно эти интерфейсы.
| Подсказка |
|---|---|
Интерфейсы USB и IEEE-1394 также начали проникать в область устройств хранения, однако на сегодняшний момент не существует дисковых хранилищ со встроенным интерфейсом USB или IEEE-1394. Имеющиеся сегодня предложения содержат внутри устройства ATA или SCSI, к которым добавлен внешний преобразователь интерфейса. |
Но какой бы интерфейс не имело устройство хранения, его производительность зависит от того, что находится внутри него. Этот важный факт будет подробно рассмотрен в следующем разделе.