С увеличением возможностей современных вычислительных машин, возникает потребность в передаче все больших объемов данных. Приложения мультимедиа, работа серверов и сетей также требуют увеличения скорости передачи данных. Соответственно, имеются все основания для увеличения скорости работы контроллеров жестких дисков.
На настоящий момент в компьютерной промышленности используются две технологии интерфейсов жестких дисков:
- Стандартный интерфейс IDE (integrated drive electronics), предложенный фирмой IBM и разрабатываемый в настоящее время Western Digital
- Small computer system interface (SCSI), предложенный Shugart Associates System Interface (SASI) и развиваемый American National Standards Institute (ANSI)
Обе технологии развиваются параллельно, покрывая различные части рынка: IDE — для настольных и портативных систем и SCSI — для серверов и рабочих станций. На этой странице описано настоящее положение и перспективы этих технологий контроллеров жестких дисков.
Кратко об Ultra DMA-33
С совершенствованием электроники, схемы управления жестким диском были уменьшены до 3.5 дюйма и интегрированы в сам жесткий диск. Вследствие этого необходимость в дополнительной интерфейсной карте отпала. Теперь такой IDE-контроллер стал стандартом для жестких дисков РС. В настоящее время название интерфейса IDE изменено на Advanced Technology Attachment (ATA).
Новый протокол Ultra DMA-33 (также называемый ATA-33) является попыткой увеличить пропускную способность интерфейса ATA. Представленные в стандарте ATA протоколы PIO (programmed input/output) mode 4 и DMA (direct memory access) Mode 2 позволяют передавать данные с максимальной скоростью 16,6 Mбайт в секунду. В действительности же реальная скорость передачи данных намного ниже.
Приемущества Ultra DMA-33:
- Большая, чем у ATA скорость передачи данных. Ultra DMA-33 имеет три режима 0, 1 и 2. При использовании самого быстрого Ultra DMA 33 Mode 2 скорость передачи данных может достигать 33 Мбайт в секунду. Такая высокая скорость передачи данных достигается использованием для пересылки восходящего и спадающего уровня сигнала.
- Протокол передачи данных в этих режимах использует контроль за наличием ошибок путем подсчета контрольной суммы cyclic redundancy check (CRC). Все предыдущие протоколы такой контроль не осуществляли.
- Получением данных управляет приемник.
Для использования режима Ultra DMA-33 от системы требуется:
- Жесткий диск, который поддерживал бы один из трех режимов Ultra DMA
- Совместимые с Ultra DMA материнскую плату и BIOS
- Драйвера операционной системы, способные включить режим Ultra DMA
Производительность Ultra DMA-33
На представленной диаграмме изображены результаты сравнения PIO Mode 4 и Ultra DMA-33 Mode 2. Они показывают, что Ultra DMA-33 Mode 2 значительно быстрее передает данные, чем PIO Mode 4 в офисных и High-End приложениях. 
Эти тесты выполнялись на системе с 200-MHz Intel Pentium процессором на материнской плате с чипсетом 82430TX, 32 Mб памяти и жестким диском Quantum Fireball ST на 6,4 Гб, поддерживающим Ultra DMA-33.
Следует иметь в виду, что эти измерения проводились в системе с одним работающим приложением — ZD WinBench 97, в случае же реальной многозадачности разрыв был бы гораздо выше.
Будущее ATA
Скорее всего, дальнейшее развитие интерфейса ATA от Ultra DMA-33 до Ultra DMA-66 возможно только путем изменения схем соединения и принципов передачи сигналов. Таким образом, более перспективным направлением представляется замена интерфейса ATA на, например, высокоскоростную последовательную шину Fireware (IEEE 1394 или i.Link). Фактически адаптер, который соединял бы ATA-жесткий диск с шиной Fireware уже разработан. Этот адаптер называется Tailgate и вставляется в интерфейсный разъем жесткого диска.
Применение такой технологии позволит довести скорость передачи данных до 400 Мбит в секунду, увеличить надежность системы, а также осуществлять установку и конфигурирование дисков «на ходу», без отключения питания.
В ближайшие год-два ожидается начало массового производства жестких дисков с интерфейсом Fireware. А уже в середине 1998 года пропускная способность IEEE 1394 будет доведена до 800 Мбит в секунду.
Ultra SCSI
В отличие от ATA, поддерживающего ограниченный набор специфических перифирийных устройств, интерфейс SCSI был разработан, чтобы поддерживать много видов внутренних и внешних периферийных устройств. Первоначально, SCSI интерфейс поддерживал до восьми устройств с 5 MHz параллельной шиной.
Поскольку SCSI стандарт развивался, частота шины была увеличена до 10 MHz (Fast SCSI) и число сигнальных линий возросло с восьми до 16 (Wide SCSI), таким образом получилось Fast/Wide SCSI. Число обслуживаемых устройств также увеличилось до 16.
В настоящее время используется интерфейс Ultra SCSI, использующий шинную частоту 20 MHz. Но для возможности работы устройств на такой частоте длину соединительного кабеля пришлось ограничить полуторами метрами. Ultra/Wide SCSI поддерживает 16 устройств и обеспечивает скорость передачи данных до 40 Мбайт в секунду.
Ultra SCSI устройства могут работать и с более медленной SCSI шиной (также как и применение медленных устройств возможно на быстрой шине — при этом шина работает со скоростью наиболее медленного устройства), используя не все свои возможности, но наибольшей скорости передачи данных можно достичь лишь в случае использования устройств с одинаковым интерфейсом. Сравнение различных интерфейсов SCSI приведено в таблице:
| Тип SCSI | Количество поддерживаемых устройств | Длина кабеля | Частота шины | Число линий | Скорость передачи данных |
|---|---|---|---|---|---|
| SCSI-1/Original | 8 | 6 м | 5 MHz | 8 | 5 Мб/с |
| SCSI-2/Fast | 8 | 3 м | 10 MHz | 8 | 10 Мб/с |
| SCSI-2/Fast/Wide | 16 | 3 м | 10 MHz | 16 | 20 Мб/с |
| SCSI-2/Ultra | 8 | 1.5 м | 20 MHz | 8 | 20 Мб/с |
| SCSI-2/Ultra/Wide | 16 | 1.5 м | 20 MHz | 16 | 40 Мб/с |
| SCSI-3/Ultra2 | 16 | 12 м | 40 MHz | 16 | 80 Мб/с |
Будущее SCSI
В настоящее время планируется расширение параллельной шины SCSI до Ultra2, что обеспечит увеличение пропускной способности до 80 Мбайт в секунду. Такое усовершенствование будет базироваться на применении технологии LVD (low-voltage differential — низковольтовый дифференциал).
Применение устройств, использующих LVD-технологию, возможно одновременно на одной шине с устройствами, не поддерживающими такой протокол. Ultra2 позволит также увеличить длину кабеля до 12 метров.
Технология LVD может быть применена в application-specific integrated circuit (ASIC — интегрированная электроника, ориентированная на применение в конкретном приложении) — устройствах, таким образом реализация Ultra2 будет похожа на текущую Ultra технологию.
Другая технология интерфейса, названная Fibre Channel-Arbitrated Loop (FC-AL), позволит подключение до 126 SCSI-устройств и обеспечит скорость передачи более 100 Мб/с. Длина кабеля в этом случае достигнет 30 метров, в случае применения медной проволоки, или 1 километра в случае применения оптоволокна.
Применение FC-AL позволяет выполнять «горячее» подключение и имеет дополнительные линии для контроля и коррекции ошибок. Хотя решение FC-AL значительно дороже параллельного интерфейса SCSI, вероятно оно будет применяться в высококачественных серверах уже в начале следующего года.
Резюме
Повышение эффективности и частоты продолжает требовать усовершенствований оригинальных интерфейсов SCSI и АТА. Ultra SCSI призван удовлетворить потребности серверов и высококачественных рабочих станций. К тому же интерфейс SCSI — поддерживает множественные потоки данных, диски большой емкости, и с большими значениями скорости передачи данных — до 40 Мбайт в секунду. А на типичном настольном компьютере достаточно применения Ultra DMA-33, значительно улучшающего производительность по сравнению с предшественниками.
