Принципы работы жестких дисков - Интерфейс (IDE или SCSI)

Интерфейс (IDE или SCSI)

Сейчас фактически осталось только два действующих интерфейса: IDE (распространенный сейчас в варианте Enhanced IDE - EIDE) и SCSI. На любой материнской плате, выпущенной после 1996 года, можно обнаружить контроллер EIDE. Это, а также существенно более низкая стоимость IDE дисков по сравнению со SCSI объясняет значительное превосходство IDE дисков в количественном выражении над SCSI.

        Каждый контроллер EIDE имеет два канала (primary - первичный и secondary - вторичный), к каждому из которых можно подключить до двух устройств (всего четыре). С интерфейсом IDE в настоящее время, кроме жестких дисков, выпускаются также приводы CD-ROM, накопители Iomega Zip, накопители на магнитной ленте. Интерфейс SCSI, как правило, требует отдельного контроллера, так как пока очень незначительное количество материнских плат выпускаются с контроллером SCSI. Сканеры, магнитооптические накопители, устройства записи для CD и т.п. выпускаются как с интерфейсом SCSI, так и с IDE. При принятии решения о покупке жесткого диска с тем или иным интерфейсом, следует учесть главное - если вам не требуется подключение нескольких жестких дисков, ваш компьютер не является сервером или мощной рабочей станцией, ресурсы которой доступны другим пользователям, SCSI диск НЕ ДАСТ НИКАКИХ ОЩУТИМЫХ ПРЕИМУЩЕСТВ по сравнению с EIDE диском. Это правило, естественно, справедливо для одинаковых по физическим характеристикам дисков. Выигрыш будет только в снижении нагрузки на центральный процессор за счет использования процессора SCSI контроллера. Интерфейс SCSI позволяет подключать до 7 устройств, а Wide SCSI до 14 устройств. Существуют также многоканальные SCSI контроллеры, позволяющие подключить и большее количество устройств.

        Основной недостаток интерфейса EIDE - отсутствие "интеллекта". Если на одном канале подключены жесткий диск и накопитель CD-ROM, то в случае обращения к CD-ROM процессор будет ожидать завершения операций с CD-ROM, прежде чем сможет обратиться к жесткому диску. Поэтому очевидно, что нельзя к одному каналу EIDE подключать быстрое и медленное устройство одновременно. CD-ROM всегда следует подключать только ко второму каналу. Каналы EIDE в современных контроллерах EIDE, как правило, достаточно независимы друг от друга. Для повышения производительности EIDE были разработаны и стандартизованы режимы PIO (Programming Input Output - программируемый ввод/вывод), single word DMA (обмен одиночными словами в режиме DMA - Direct Memory Access - прямого доступа к памяти) и multi word DMA (обмен несколькими словами в режиме DMA).

SCSI интерфейс имеет несколько разновидностей, которые совместимы друг с другом (достаточно иметь пассивные переходники). 8 бит (50-ти контактный разъем) или 16 бит (68-и контактный разъем для Wide SCSI). Частота шины может быть 5 MHz (SCSI 1), 10 MHz (Fast SCSI), 20 MHz (Fast-20 or Ultra SCSI) or 40 MHz (Ultra-2 SCSI).         Сейчас стал активно внедряться стандарт Ultra2 SCSI LVD, являющийся разновидностью Ultra2 SCSI. Полное название стандарта - Ultra2 SCSI (LVD) Low Voltage Differential Parallel SCSI Interface, т.е. низковольтный дифференциальный параллельный SCSI интерфейс. Этот вариант SCSI существенно отличается от всех своих предшественников по двум параметрам:

1. Скорость передачи увеличена до 80 MB/s
2. Максимальная длина соединительного кабеля может достигать 12 метров

        Кроме этого, к одному шлейфу можно подключить до 15 устройств. Обратная совместимость, как это принято для SCSI устройств, также выдерживается и устройство с Ultra2 SCSI LVD можно подключить к обычному контроллеру SCSI.  С этим интерфейсом выпускаются только жесткие диски в вариантах с 68-контактным разъемом (Wide) и SCA.

        Но и скорость в 80 MB/s, как оказалось, не является предельной на сегодняшний день. Уже начинает внедряться производителями как контроллеров, так и жестких дисков следующий вариант SCSI, называемый официально как SPI-3 (SCSI Parallel Interface - 3), неофициально Ultra160/m SCSI. Он разработан на базе Ultra2 SCSI LVD и отличается удвоенной скоростью передачи данных. Каким образом это достигнуто, видно из схематичной временной диаграммы.

По диаграмме ясно, что передача данных синхронизируется как по заднему, так и по переднему фронту сигнала ACK и, тем самым, скорость передачи удваивается по сравнению с Ultra2 SCSI LVD. На обычном SCSI (Ultra2) тактовая частота составляла 40 MHz, частота для данных 20 MHz и можно таким образом передать до 40 MBytes/s (так как за один цикл передается 2 байта), на Ultra2 SCSI LVD частота передачи данных была увеличена до 40 MHz и тем самым скорость обмена возросла до 80 MBytes/s.          Существенным отличием нового стандарта является только 32-х разрядный алгоритм CRC контроля передаваемых/принимаемых данных. Ранее в SCSI использовался только контроль по четности, да и его можно было легко отключить (что часто и делали) в BIOS SCSI контроллера. Новый алгоритм контроля позволяет обнаруживать ошибки в пакетах данных до 32-х бит длиной.

        С более подробным разъяснением терминологии SCSI можно ознакомиться в "SCSI Глоссарии".

 

Максимально возможная скорость передачи данных для интерфейса SCSI и максимально допустимые длины кабелей
Частота шины SCSI	8 бит(50-ти контактный разъем)		16 бит(68-и контактный разъем, Wide SCSI)
	Макс.скоростьобмена	Макс.длинакабеля	Макс.скоростьобмена	Макс.длинакабеля
5 MHz (SCSI 1)	5 MB/s	6 m	N/A*	-
10 MHz (Fast SCSI,SCSI II)	10 MB/s	3 m	20 MBytes/s	3 m
20 MHz (Fast-20,Ultra SCSI)	20 MB/s	1.5 m	40 MBytes/s	1.5 m
40 MHz (Ultra-2 SCSI) LVD	N/A	N/A	80 MBytes/s	12 m
40 MHz (Ultra3 SCSI) LVD	N/A	N/A	160 MBytes/s	12 m

*Примечание: N/A - режим отсутствует

        С массово выпускаемыми в настоящее время жесткими дисками EIDE максимально возможная скорость обмена данными составляет 66.6 MByte/s для режима multi DMA mode 2. Поскольку собственно скорость обмена повышена за счет добавления возможности передачи данных как по переднему, так и по заднему фронту сигнала записи или чтения, совместимость как жестких дисков с UltraDMA/66 с обычным контроллером, так и контроллера UltraDMA/66 с обычным EIDE диском есть без каких-либо проблем.         Стандарты UltraDMA/33 и UltraDMA/66 отличается от предыдущих улучшений IDE не только скоростью обмена. Впервые в них используется механизм обнаружения ошибок с помощью CRC (циклический контрольный код). Это позволяет избежать ошибок при приеме/передаче данных, так как при получении данных с ошибкой пересылка данных повторяется снова.         Первой диски в стандарте UltraDMA/33 выпустила фирма Quantum - Fireball ST (это не удивительно, поскольку она вместе с Intel и явилась автором стандарта). При установке нового диска на компьютер, в случае появления сбоев в работе, следует понизить скорость работы жесткого диска, принудительно установив в SETUP меньший режим PIO. Мы сталкивались с таким явлением на дисках, выпущенных до 1997 года - хотя жесткий диск согласно его документации в mode 4 работать должен, но не работает устойчиво!          Все вновь выпускаемые жесткие диски с 1999 года поддерживают стандарт UltraDMA/66, который уже стал фактически новым стандартом на интерфейс IDE жестких дисков.

        Реально максимальная скорость передачи данных для любого диска не превышает 10 MB/s, так как механические характеристики диска обойти невозможно. Большие значения скоростей относятся к работе с внутренним кэшем жесткого диска. Так как объем кэш-памяти для IDE дисков не превышает 2 MBytes, а объем кэш-памяти для SCSI дисков в большинстве случаев не более 4 MBytes, то скорость обмена данными не является определяющей при оценке производительности жестких дисков.

        Интерфейс SCSI дает ощутимый выигрыш в основном только в многозадачной среде, когда несколько программ одновременно добиваются доступа к дискам и в случае необходимости достижения максимальной производительности дисковой подсистемы, так как пока только диски SCSI имеют скорость вращения 10000 и 15000 об/мин и время доступа 5-6 ms.         Применение SCSI также еще оправдано при решениях задач, связанных как с высокой нагрузкой на диск так и с существенной загрузкой процессора, например, при обработки больших (по объему) изображений в Adobe Photoshop, хотя необходимость в SCSI дисках в связи с ростом производительности процессоров в подобных случаях становится все меньшей.        Стоимость высокоскоростных SCSI дисков в 2-3 раза выше лучших дисков IDE такой же емкости. По планам производителей жестких дисков различия в физических параметрах жестких дисков IDE и SCSI будут уменьшаться и SCSI диски будут все более уходить в сферу специальных задач - на сервера и мощные рабочие станции. Уже начиная с середины 1999 года отпала необходимость в применении SCSI дисков для работы с видеопотоками, хотя несколькими годами ранее использование IDE дисков для записи видео даже не обсуждалась.

Производительность

       Оценка производительности диска - это достаточно сложная задача. Существуют десятки различных тестов, оценивающих тем или иным способом производительность дисковой подсистемы. В связи с тем, что наибольшую популярность сейчас получили многозадачные операционные системы, такие как Windows 95/98, Windows NT/2000, OS/2, Lunix, SCO UNIX и т.п., старые тесты под MS-DOS (Norton Sysinfo, VSeek, Checkit, PC Bench...) уже не дают реального представления о качестве работы диска в многозадачных средах. Для оценки работы жесткого диска под Windows 95 или Windows NT/2000, с нашей точки зрения, лучшим является Winbench 97/98/99 и аналогичные тесты тех же авторов, посколько с диском выполняются действия, максимально приближенные к реальным.

 

• Назад
• Вперед