Rozhraní jednotky pevného disku - Hard disk drive interface
K jednotkám pevných disků se přistupuje prostřednictvím jednoho z řady typů sběrnic , včetně paralelních ATA (PATA, také nazývaných IDE nebo EIDE ; popsáno před zavedením SATA jako ATA), Serial ATA (SATA), SCSI , Serial Attached SCSI (SAS) a Fibre Channel . Mostové obvody se někdy používají k připojení pevných disků k sběrnicím, se kterými nemohou nativně komunikovat, jako jsou IEEE 1394 , USB , SCSI a Thunderbolt .
Rodiny rozhraní disku
Rozhraní diskové jednotky se vyvinula z jednoduchých rozhraní, která vyžadují připojení složitých řadičů k počítači do rozhraní vysoké úrovně, která představují konzistentní rozhraní s počítačovým systémem bez ohledu na interní technologii jednotky pevného disku. Následující tabulka uvádí některá běžná rozhraní HDD v chronologickém pořadí:
| Zkratka nebo zkratka | Význam | Popis |
|---|---|---|
| SMD | Zařízení úložného modulu |
Bitové sériové datové rozhraní zavedenéstandardním rozhraním CDC pro mnoho mini počítačů v 70. a 80. letech 20. století. |
| SASI | Rozhraní systému Shugart Associates |
Sériové rozhraní Word zavedené společností Shugart Associates kolem roku 1978; Vyvinuto ANSI do SCSI (SASI je kompatibilní podmnožina první verze SCSI). |
|
ST-506 ST-412 ST-412 RLL |
Bitová sériová datová rozhraní zavedená společností Seagate Technology počátkem roku 1980. Standardní rozhraní pro většinu malých pevných disků v 80. a na počátku 90. let. |
|
| SCSI | Rozhraní malého počítačového systému |
Sériové rozhraní Word sponzorované ANSI a zavedené v polovině 80. let; Standardní rozhraní pro většinu podnikových pevných disků v tomto století; nahrazen SAS |
| ESDI | Vylepšené rozhraní malého disku |
Bitové sériové datové rozhraní sponzorované ANSI a poprvé představené Maxtorem na konci 80. let minulého století. Vyšší rychlost přenosu dat navazuje na rodinu ST-506 do poloviny 90. let minulého století, nahrazena SCSI |
| (P) ATA | (Paralelní) AT příloha | Sériové rozhraní Word zavedené koncem 80. let společností Conner Peripherals , později sponzorované ANSI ; nástupce ST-412/506/ESDI. Standardní rozhraní HDD na všech pevných discích kromě podnikových, dokud je nenahradí SATA |
| SATA | Serial ATA |
Bitový nástupce sériového rozhraní po PATA sponzorovaný ANSI a zavedený v roce 2003. Nejběžnější rozhraní pro všechny pevné disky kromě podnikových. |
| SAS | Sériově připojený SCSI |
Bitový nástupce sériového rozhraní SCSI sponzorovaný ANSI a zavedený v roce 2004. Nejběžnější rozhraní pro podnikové pevné disky. |
Raná rozhraní
Nejstarší rozhraní pevného disku (HDD) byla bitová sériová datová rozhraní, která připojovala pevný disk k řadiči dvěma kabely, jedním pro ovládání a druhým pro data. K napájení byl použit přídavný kabel, zpočátku často střídavý, ale později byl obvykle připojen přímo k jednotce stejnosměrného napájení. Řadič poskytoval významné funkce, jako je sériová/paralelní konverze, separace dat a formátování stopy, a požadovaná shoda s jednotkou (po formátování), aby byla zajištěna spolehlivost. Každý ovládací kabel mohl obsluhovat dva nebo více disků, zatímco vyhrazený (a menší) datový kabel obsluhoval každý disk.
Mezi příklady takových raných rozhraní patří:
- Mnoho raných disků IBM, např. IBM 2311 , takové rozhraní mělo.
- Rozhraní SMD bylo populární na minipočítačích v 70. letech minulého století.
- ST-506 používal MFM (Modified Frequency Modulation) pro metodu kódování dat.
- ST412, varianta ST-506, byla k dispozici ve variantách kódování MFM nebo RLL (Run Length Limited).
- Enhanced Small Disk Interface (ESDI) bylo průmyslové standardní rozhraní podobné ST412 podporující vyšší přenosové rychlosti mezi procesorem a diskovou jednotkou.
V bitových sériových datových rozhraních ovlivnila design podporujícího řadiče frekvenci dat, schéma kódování dat zapsané na povrch disku a detekci chyb. Použitá schémata kódování zahrnovala frekvenční modulaci (FM), modifikovanou frekvenční modulaci (MFM) a kódování RLL na frekvencích například v rozsahu od 0,156 MHz (FM na 2311) do 7,5 MHz (RLL na ST412) MHz. Proto pokaždé, když vnitřní technologie pokročila, došlo k nezbytnému zpoždění, protože ovladače byly navrženy nebo přepracovány tak, aby vyhovovaly pokroku; to spolu s náklady na vývoj řadiče vedlo k zavedení sériových rozhraní Word .
Enhanced Small Disk Interface (ESDI) byl pokus o minimalizaci doby návrhu řadiče podporou více datových rychlostí se standardním schématem kódování dat; toto bylo obvykle sjednáno automaticky diskovou jednotkou a řadičem; většinou však 15 nebo 20 megabitové diskové jednotky ESDI nebyly kompatibilní směrem dolů (tj. 15 nebo 20 megabitová disková jednotka by nefungovala na 10 megabitovém řadiči). Diskové jednotky ESDI měly obvykle také propojky pro nastavení počtu sektorů na stopu a (v některých případech) velikosti sektoru.
Sériová rozhraní Word
Historická sériová rozhraní Word připojují jednotku pevného disku k adaptéru sběrnice jedním kabelem pro kombinovaná data/ovládání. (Jako u všech starších rozhraní výše, každý disk má také další napájecí kabel, obvykle přímo do napájecí jednotky.) Nejstarší verze těchto rozhraní obvykle měly 8bitový paralelní přenos dat na/z disku, ale 16bitový verze se staly mnohem běžnějšími a existují 32bitové verze. Díky slovní povaze přenosu dat je návrh adaptéru hostitelské sběrnice výrazně jednodušší než u předchůdce řadiče pevného disku.
- CTL-I (Controller Interface) bylo 8bitové sériové rozhraní, které zavedla IBM pro své mainframové pevné disky počínaje 3333 v roce 1972. 3333 byla první jednotkou v řadě až osmi pevných disků typu 3330 ; obsahoval řadič CTL-I a dvě diskové jednotky typu 3330. Následně byla první jednotka (obsahující řadič CTL-I) v řetězci jednotek označena společností IBM jako jednotka A. Jednotky v jednotce A a všechny ostatní jednotky v řetězci měly rozhraní podobná předchozím rozhraním výše. Jednotky A připojené k ředitelům IBM nebo integrovaným přílohám .
- Small Computer System Interface (SCSI) , původně pojmenovaný SASI pro Shugart Associates System Interface, je rané (kolem roku 1978) průmyslové standardní rozhraní výslovně nasazené za účelem minimalizace úsilí o integraci systému. Disky SCSI se staly standardem na serverech a pracovních stanicích. Společnosti Commodore Amiga a Apple Macintosh nasadily jednotku SCSI v polovině 90. let, kdy byla většina modelů převedena na rodinné disky ATA (a později SATA). Teprve v roce 2005 kapacita disků SCSI zaostala za diskovou technologií ATA, ačkoli disky s nejvyšším výkonem jsou stále k dispozici pouze v SCSI, SAS a Fibre Channel. Omezení dosahu datového kabelu umožňuje použití externích zařízení SCSI. Původně datové kabely SCSI používaly jednostranný (společný režim) přenos dat, ale serverová třída SCSI mohla používat diferenciální přenos, buď nízkonapěťový diferenciální (LVD) nebo vysokonapěťový diferenciální (HVD). („Nízké“ a „Vysoké“ napětí pro diferenciální SCSI je relativní ke standardům SCSI a nesplňuje význam nízkého napětí a vysokého napětí, jak se používá v obecných kontextech elektrotechniky, například pro zákonné elektrické kódy; použití LVD i HVD signály nízkého napětí (3,3 V respektive 5 V) v obecné terminologii.)
- Paralelní ATA , původně IDE a poté standardizováno pod názvem AT Attachment (ATA), s přezdívkou P-ATA nebo PATA zpětně přidané po zavedení nové varianty Serial ATA . Původní název (kolem roku 1986) odrážel integraci řadiče se samotným pevným diskem. (Tato integrace nebyla u IDE novinkou, protože byla provedena o několik let dříve u jednotek SCSI.) Přesunutí řadiče pevného disku z karty rozhraní na diskovou jednotku pomohlo standardizovat rozhraní hostitel/ovladač, snížit složitost programování v hostitelském zařízení ovladač a snížené náklady a složitost systému. 40pinové připojení IDE/ATA přenáší na datovém kabelu najednou 16 bitů dat. Datový kabel byl původně 40vodičový, ale později vyšší požadavky na rychlost přenosu dat na a z pevného disku vedly k režimu „ultra DMA“, známému jako UDMA . Postupně rychlejší verze tohoto standardu nakonec přidaly požadavek na 80vodičovou variantu stejného kabelu, kde polovina vodičů poskytuje uzemnění potřebné pro zvýšení kvality vysokorychlostního signálu omezením přeslechu . Rozhraní pro 80 vodičů má pouze 39 pinů, přičemž chybějící pin funguje jako klíč k zabránění nesprávného zasunutí konektoru do nekompatibilní zásuvky, což je častou příčinou poškození disku a řadiče.
Bitová sériová rozhraní
Moderní bitová sériová rozhraní připojují pevný disk k adaptéru rozhraní hostitelské sběrnice (dnes v počítači obvykle integrovaném do „ jižního můstku “) pomocí jednoho datového/ovládacího kabelu. Každý disk má také další napájecí kabel, obvykle přímo do napájecí jednotky.
- DECs Standard Disk Interconnect (SDI) byl raným příkladem moderního bitového sériového rozhraní.
- Fiber Channel (FC) je nástupcem paralelního rozhraní SCSI na podnikovém trhu. Jedná se o sériový protokol. V diskových jednotkách se obvyklepoužívá topologie připojení Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL). FC má mnohem širší využití než pouhá disková rozhraní a je základním kamenem sítí úložišť (SAN). Nedávno byly pro toto polevyvinuty takédalší protokoly, jako iSCSI a ATA přes Ethernet . Matoucí je, že disky obvykle používají měděné kroucené dvoulinky pro Fibre Channel, nikoli optické vlákno. Ty jsou tradičně vyhrazeny pro větší zařízení, jako jsou servery nebo řadiče diskových polí .
- Serial ATA (SATA). Datový kabel SATA má jeden datový pár pro diferenciální přenos dat do zařízení a jeden pár pro diferenciální příjem ze zařízení, stejně jako EIA-422 . To vyžaduje, aby byla data přenášena sériově. Podobnýsystém diferenciální signalizace se používá v RS485 , LocalTalk , USB , FireWire a diferenciálním SCSI .
- Sériově připojený SCSI (SAS). SAS je novou generací sériového komunikačního protokolu pro zařízení navržená tak, aby umožňovala mnohem rychlejší přenosy dat, a je kompatibilní se SATA. SAS používá mechanicky identický datový a napájecí konektor ke standardním 3,5palcovým pevným diskům SATA1/SATA2 a mnoho serverově orientovaných řadičů SAS RAID je schopno adresovat pevné disky SATA. SAS používá namísto paralelní metody používané v tradičních zařízeních SCSI sériovou komunikaci, ale stále používá příkazy SCSI.
