Разъем для жестких дисков описание. Виды жестких дисков, интерфейс подключения внешних и внутренних накопителей

Здравствуйте! В мы с вами в подробностях рассмотрели устройство жесткого диска, но я специально ничего не сказал про интерфейсы - то есть способы взаимодействия жесткого диска и остальных устройств компьютера, или если еще конкретней, способы взаимодействия (соединения) жесткого диска и компьютера.

А почему не сказал? А потому что эта тема - достойна объема никак не меньшего целой статьи. Поэтому сегодня разберем во всех подробностях наиболее популярные на данный момент интерфейсы жесткого диска. Сразу оговорюсь, что статья или пост (кому как удобнее) в этот раз будет иметь внушительные размеры, но куда деваться, без этого к сожалению никак, потому как если написать кратко, получится совсем уж непонятно.

Понятие интерфейса жесткого диска компьютера

Для начала давайте дадим определение понятию "интерфейс". Говоря простым языком (а именно им я и буду по-возможности выражаться, ибо блог то на обычных людей рассчитан, таких как мы с Вами), интерфейс - способ взаимодействия устройств друг с другом и не только устройств. Например, многие из вас наверняка слышали про так называемый "дружественный" интерфейс какой-либо программы. Что это значит? Это значит, что взаимодействие человека и программы более легкое, не требующее со стороны пользователя большИх усилий, по сравнению с интерфейсом "не дружественным". В нашем же случае, интерфейс - это просто способ взаимодействия конкретно жесткого диска и материнской платы компьютера. Он представляет собой набор специальных линий и специального протокола (набора правил передачи данных). То есть чисто физически - это шлейф (кабель, провод), с двух сторон которого находятся входы, а на жестком диске и материнской плате есть специальные порты (места, куда присоединяется кабель). Таким образом, понятие интерфейс - включает в себя соединительный кабель и порты, находящиеся на соединяемых им устройствах.

Ну а теперь самый "сок" сегодняшней статьи, поехали!

Виды взаимодействия жестких дисков и материнской платы компьютера (виды интерфейсов)

Итак, первым на очереди у нас будет самый "древний" (80-е года) из всех, в современных HDD его уже не встретить, это интерфейс IDE (он же ATA, PATA).

IDE - в переводе с английского "Integrated Drive Electronics", что буквально означает - "встроенный контроллер". Это уже потом IDE стали называть интерфейсом для передачи данных, поскольку контроллер (находящийся в устройстве, обычно в жестких дисках и оптических приводах) и материнскую плату нужно было чем-то соединять. Его (IDE) еще называют ATA (Advanced Technology Attachment), получается что то вроде "Усовершенствованная технология подсоединения". Дело в том, что ATA - параллельный интерфейс передачи данных , за что вскоре (буквально сразу после выхода SATA, о котором речь пойдет чуть ниже) он был переименован в PATA (Parallel ATA).

Что тут сказать, IDE хоть и был очень медленный (пропускная способность канала передачи данных составляла от 100 до 133 мегабайта в секунду в разных версиях IDE - и то чисто теоретически, на практике гораздо меньше), однако позволял присоединять одновременно сразу два устройства к материнской плате, используя при этом один шлейф.


Причем в случае подключения сразу двух устройств, пропускная способность линии делилась пополам. Однако, это далеко не единственный недостаток IDE. Сам провод, как видно из рисунка, достаточно широкий и при подключении займет львиную долю свободного пространства в системном блоке, что негативно скажется на охлаждении всей системы в целом. В общем IDE уже устарел морально и физически, по этой причине разъем IDE уже не встретить на многих современных материнских платах, хотя до недавнего времени их еще ставили (в количестве 1 шт.) на бюджетные платы и на некоторые платы среднего ценового сегмента.

Следующим, не менее популярным, чем IDE в свое время, интерфейсом является SATA (Serial ATA) , характерной особенностью которого является последовательная передача данных. Стоит отметить, что на момент написания статьи - является самым массовым для применения в ПК.

Существуют 3 основных варианта (ревизии) SATA, отличающиеся друг от друга пропускной способностью: rev. 1 (SATA I) - 150 Мб/с, rev. 2 (SATA II) - 300 Мб/с, rev. 3 (SATA III) - 600 Мб/с. Но это только в теории. На практике же, скорость записи/чтения жестких дисков обычно не превышает 100-150 Мб/с, а оставшаяся скорость пока не востребована и влияет разве что на скорость взаимодействия контроллера и кэш-памяти HDD (повышает скорость доступа к диску).

Из нововведений можно отметить - обратную совместимость всех версий SATA (диск с разъемом SATA rev. 2 можно подключить к мат. плате с разъемом SATA rev. 3 и т.п.), улучшенный внешний вид и удобство подключения/отключения кабеля, увеличенная по сравнению с IDE длина кабеля (1 метр максимально, против 46 см на IDE интерфейсе), поддержка функции NCQ начиная уже с первой ревизии. Спешу обрадовать обладателей старых устройств, не поддерживающих SATA - существуют переходники с PATA на SATA , это реальный выход из ситуации, позволяющий избежать траты денег на покупку новой материнской платы или нового жесткого диска.

Так же, в отличии от PATA, интерфейсом SATA предусмотрена "горячая замена" жестких дисков, это значит, что при включенном питании системного блока компьютера, можно присоединять/отсоединять жесткие диски. Правда для ее реализации необходимо будет немного покопаться в настройках BIOS и включить режим AHCI.

Следующий на очереди - eSATA (External SATA) - был создан в 2004 году, слово "external" говорит о том, что он используется для подключения внешних жестких дисков. Поддерживает "горячую замену " дисков. Длина интерфейсного кабеля увеличена по сравнению с SATA - максимальная длина составляет теперь аж два метра. eSATA физически не совместим с SATA, но обладает той же пропускной способностью.


Но eSATA - далеко не единственный способ подключить внешние устройства к компьютеру. Например FireWire - последовательный высокоскоростной интерфейс для подключения внешних устройств, в том числе HDD.


Поддерживает "горячу замену" винчестеров. По пропускной способности сравним с USB 2.0, а с появлением USB 3.0 - даже проигрывает в скорости. Однако у него все же есть преимущество - FireWire способен обеспечить изохронную передачу данных, что способствует его применению в цифровом видео, так как он позволяет передавать данные в режиме реального времени. Несомненно, FireWire популярен, но не настолько, как например USB или eSATA. Для подключения жестких дисков он используется довольно редко, в большинстве случаев с помощью FireWire подключают различные мультимедийные устройства.

USB (Universal Serial Bus) , пожалуй самый распространенный интерфейс, используемый для подключения внешних жестких дисков, флешек и твердотельных накопителей (SSD). Как и в предыдущем случае - есть поддержка "горячей замены", довольно большая максимальная длина соединительного кабеля - до 5 метров в случае использования USB 2.0, и до 3 метров - если используется USB 3.0. Наверное можно сделать и бОльшую длину кабеля, но в этом случае стабильная работа устройств будет под вопросом.

Скорость передачи данных USB 2.0 составляет порядка 40 Мб/с, что в общем-то является низким показателем. Да, конечно, для обыкновенной повседневной работы с файлами пропускной способности канала в 40 Мб/с хватит за глаза, но как только речь пойдет о работе с большими файлами, поневоле начнешь смотреть в сторону чего-то более скоростного. Но оказывается выход есть, и имя ему - USB 3.0, пропускная способность которого, по сравнению с предшественником, возросла в 10 раз и составляет порядка 380 Мб/с, то есть практически как у SATA II, даже чуть больше.

Есть две разновидности контактов кабеля USB, это тип "A" и тип "B", расположенные на противоположных концах кабеля. Тип "A" - контроллер (материнская плата), тип "B" - подключаемое устройство.


USB 3.0 (тип "A") совместим с USB 2.0 (тип "A"). Типы "B" не совместимы между собой, как видно из рисунка.

Thunderbolt (Light Peak). В 2010 году компанией Intel был продемонстрирован первый компьютер с данным интерфейсом, а чуть позже в поддержку Thunderbolt к Intel присоединилась не менее известная компания Apple. Thunderbolt достаточно крут (ну а как иначе то, Apple знает во что стоит вкладывать деньги), стоит ли говорить о поддержке им таких фич, как: пресловутая "горячая замена", одновременное соединение сразу с несколькими устройствами, действительно "огромная" скорость передачи данных (в 20 раз быстрее USB 2.0).


Максимальная длина кабеля составляет только 3 метра (видимо больше и не надо). Тем не менее, несмотря на все перечисленные преимущества, Thunderbolt пока что не является "массовым" и применяется преимущественно в дорогих устройствах.

Идем дальше. На очереди у нас пара из очень похожих друг на друга интерфейсов - это SAS и SCSI. Похожесть их заключается в том, что они оба применяются преимущественно в серверах, где требуется высокая производительность и как можно меньшее время доступа к жесткому диску. Однако, существует и обратная сторона медали - все преимущества данных интерфейсов компенсируются ценой устройств, поддерживающих их. Жесткие диски, поддерживающие SCSI или SAS стоят на порядок дороже.

SCSI (Small Computer System Interface) - параллельный интерфейс для подключения различных внешних устройств (не только жестких дисков).


Был разработан и стандартизирован даже несколько раньше, чем первая версия SATA. В свежих версия SCSI есть поддержка "горячей замены".

SAS (Serial Attached SCSI) пришедший на смену SCSI, должен был решить ряд недостатков последнего. И надо сказать - ему это удалось. Дело в том, что из-за своей "параллельности" SCSI использовал общую шину, поэтому с контроллером одновременно могло работать только лишь одно из устройств, SAS - лишен этого недостатка.


Кроме того, он обратно совместим с SATA, что несомненно является большим плюсом. К сожалению стоимость винчестеров с интерфейсом SAS близка к стоимости SCSI-винчестеров, но от этого никак не избавиться, за скорость приходится платить.

Если вы еще не устали, предлагаю рассмотреть еще один интересный способ подключения HDD - NAS (Network Attached Storage). В настоящее время сетевые системы хранения данных (NAS) имеют большую популярность. По сути, это отдельный компьютер, этакий мини-сервер, отвечающий за хранение данных. Он подключается к другому компьютеру через сетевой кабель и управляется с другого компьютера через обычный браузер. Это все нужно в тех случаях, когда требуется большое дисковое пространство, которым пользуются сразу несколько людей (в семье, на работе). Данные от сетевого хранилища передаются к компьютерам пользователей либо по обычному кабелю (Ethernet), либо при помощи Wi-Fi. На мой взгляд, очень удобная штука.

Думаю, это все на сегодня. Надеюсь вам понравился материал, предлагаю подписаться на обновления блога, чтобы ничего не пропустить (форма в верхнем правом углу) и встретимся с вами уже в следующих статьях блога.

Статья посвящается моему знакомому,
который купил для домашнего компьютера
хард Seagate Cheetah UWSCSI.

На сегодняшний день существует огромное количество различных технологий и интерфейсов жестких дисков. Количество иностранных и непонятных словечек, засоряющих великий и могучий язык продавцов компьютерной техники все время растет, и, придя в магазин за новым хардом, вы можете услышать столько всего. Например: IDE, ATA, Serial ATA, SCSI, SCSI II, Wide SCSI II, Ultra SCSI II, Ultra Wide SCSI II, Ultra2 SCSI, Ultra160 SCSI, Fibre Channel, IEEE 1394, FireWire, iLink, USB, RAID, 5400rpm, 7200rpm, 10,000rpm, 15,000rpm… Ну как? Ушки уже аплодируют? Так что эта статья должна помочь вам разобраться в том, какое же устройство из тех, что вам попытается всучить продавец, действительно стоит покупать. Надеюсь, решение вы примите правильное.

И учтите. Эта статья не только для великих, супер-пупер компьютерщиков. И даже совсем не для них. Они то все уже знают. Эта статья рассчитана на среднестатического покупателя жесткого диска, который мало что понимает во всех вышеперечисленных терминах. Предположим, вы собираете новый или модернизируете старый компьютер. Задумались о винчестере SCSI, но знаете про этот интерфейс крайне мало, а еще слышали что-то, возможно даже хорошее, про IEEE 1394, но с чем его едят, совершенно не представляете. Тогда вы попали по адресу.

Интерфейсы.

Перво-наперво надо подумать про то, диск с каким интерфейсом вы будете покупать. Твердо остановились на IDE? А как насчет SCSI, IEEE 1394 или USB? В зависимости от интерфейса жесткие диски могут различаться по скоростным характеристикам, стоимости, длине кабелей, гибкости и надежности, да мало ли еще по чему. Так что с интерфейсов мы и начнем.

IDE/ATA

IDE (Integrated Drive Electronics) - это название типа жестких дисков, имеющих интерфейс ATA (AT Attachment). Дешевая электроника IDE в сочетании с параллельной передачей данных ATA позволяет производить жесткие диски, приобретение которых не пустит вас по миру. Тем не менее, не стоит забывать, что ATA не предназначен для внешних подключений, и не любит кабелей длиной более 60см. То есть, такие ATA кабели можно купить, только вот использовать их я вам не советую.

Один канал ATA может поддерживать до двух дисков, первый - master и вторичный - slave. Очень часто, если не сказать, почти всегда, люди ставят на один канал жесткий диск как master и другое, более медленное устройство, типа CD-ROM, как slave. Но так как IDE может обращаться только к одному устройству на канале одномоментно, то таким образом снижается производительность системы в целом. Так что лучше не иметь slave-устройств в принципе. Тем более. Что сейчас все материнские платы имеют по два интегрированных канала IDE, а некоторые (типа любимой мною ABIT BX-133 RAID) и четыре. Просто подключите жесткий диск как master на первый канал, а DVD или CD-ROM как master на второй канал.

Сегодня на рынке присутствуют три основных стандарта IDE дисков: ATA/33, ATA/66 и ATA/100. В данном случае число показывает максимальную пропускную способность в мегабайтах в секунду. Только не забывайте, что для ATA/66 и ATA/100 требуется специальный ATA/66/100 80-контактный кабель, а со стандартным 40-контактным ваш ATA/66/100 диск будет работать как ATA/33. Как правило, такой кабель идет в комплекте со всеми материнскими платами, поддерживающими ATA/66/100. Эти три стандарта называют одним словом UDMA. И хотя это неверно, вам часто придется услышать, UDMA, ATA и IDE в виде взаимозаменяемых понятий.

Все IDE диски должны работать со всеми вариантами ATA. Диск ATA/100 должен отлично функционировать с контроллером ATA/33, а диск ATA/33 должен так же прекрасно работать с контроллером ATA/100. Но, понятно, что работать винчестер будет на скорости самого медленного компонента. В обоих, приведенных случаях это будет скорость ATA/33, то есть максимальная пропускная способность будет равна 33Мб/сек. Иногда можно наткнуться на некоторые несовместимости, типа, когда конкретный диск не желает работать с конкретным кабелем, или два диска от разных производителей не желают сосуществовать на одном канале контроллера. Ну, так электроника штука сложная. Чтобы удостовериться в этом, достаточно разобрать хард и посмотреть, где там внутри размещаются все эти гигабайты. Только такое лучше проделывать с "умершим" хардом, а не с тем, на котором хранится коллекция ваших любимых картинок и текстов про Винни Пуха.

На самом деле разница в производительности между ATA/33, 66 и 100 не так уж велика, так как разговор идет о пиковой пропускной способности, которая в реальной работе достигается крайне редко. Не существует дисков ATA/100 обеспечивающих передачу данных даже в 66Мб/сек, и очень мало таких. Что позволяют передачу в 33Мб/сек. Только кэш память жесткого диска может воспользоваться преимуществами повышенной пропускной способности. Но для этого размер кэша должен быть достаточно большим. А большинство IDE дисков имеет всего 512Кб кэш памяти, и только некоторые, те, что самые дорогие, могут похвастаться кэшом в 2 или даже 4 Мб.

Так что главным недостатком IDE по-прежнему остается малая скорость. Конечно. Современные IDE диски догнали по скоростным характеристикам старые модели SCSI дисков, но с новыми SCSI винчестерами ин все равно не сравниться. Можно приобрести достаточно быстрый IDE диск со скоростью вращения 7200 оборотов в минуту (rpm), но ведь можно купить и SCSI привод со скоростью 15,000rpm, который будет намного быстрее. А еще время наработки на отказ, заявляемое производителями, у IDE дисков гораздо меньше, чем у SCSI дисков. Возможно, это просто маркетинговые меры, но повсеместно бытует мнение, что SCSI устройства надежнее, чем IDE.

Тем не менее, даже диски со скоростью вращения 7200 оборотов на шпинделе, достаточно дороги. Большинство моделей присутствующих на нашем рынке имеют скорость вращения 5400rpm. Такие диски стоят дешевле на 30-40 долларов и производят меньше шума, но производительность у них меньше. Хотя для домашнего использования, это то, что нужно.

Будущее ATA, скорее всего. Лежит на пути перехода к стандарту Serial ATA. Serial ATA будет иметь кабель со всего двумя контактами (один на прием, один на передачу), и должен обеспечить IDE пропускную способность до 1.5Гбит/сек, а возможно и больше. Это вдвое перекрывает пропускную способность ATA/100, у которого контактов в 40 раз больше. Единственной отрицательной стороной Serial ATA является то, что на одном канале может быть только одно устройство, но при наличии контроллера с несколькими каналами это не проблема.

Преимущества
  • Неплохая производительность за малые деньги
  • Широкая распространенность, и, следовательно, совместимость с большинством существующего оборудования.
Недостатки
  • Не самые скоростные диски
  • Жесткое ограничение по длине кабеля
  • Только внутренние

SCSI

SCSI давно стал стандартным интерфейсом для рабочих станций и серверов. И хотя по деньгам SCSI обходится существенно дороже IDE, за эти деньги мы получаем гораздо большую пропускную способность, поддержку большего количества устройств на одном канале, гораздо большую длину кабелей (до 12 метров), поддержку внешних устройств и многозадачность. Немало, не правда ли?

Обычная (иногда говорят "узкая") шина SCSI может нести на себе до 8 устройств, а широкая (wide) до 16. Сам SCSI контроллер занимает один адрес, а остальные 15 оставляет для подключаемых устройств (соответственно на узкой шине для устройств остается 7 адресов). Старшие адреса SCSI имеют больший приоритет. Это делает установку SCSI немного муторной. Обычно лучше дать больший приоритет медленным устройствам, типа CD-ROM, а не жестким дискам.

Существует множество различных вариантов SCSI. Мы о них уже писали, и всем, кто хочет изучить этот вопрос подробно, я рекомендую статью "Интерфейсы SCSI" . Из устройств доступных сейчас на рынке можно назвать Ultra, Ultra2 и Ultra160 SCSI. Ultra SCSI позволяет передачу 20Мб/сек и имеет 8 адресов. Широкая (wide) версия Ultra SCSI поднимает пропускную способность вдвое, то есть до 40Мб/сек. Ultra2 SCSI, известный так же как LVD (Low Voltage Differential) SCSI, имеет пропускную способность 40Мб/сек, и, соответственно, wide версия его дает нам 80Мб/сек. Ultra160 SCSI продолжает традицию удвоения пропускной способности, но бывает только в варианте wide, что дает нам 16 устройств на канале и 160Мб/сек.

SCSI устройства, как правило, обладают совместимостью, что называется, сверху вниз. Правда этого ни кто не гарантирует, но в большинстве случаев, скажем для примера, устройство SCSI-2 будет отлично себя чувствовать на контроллере Ultra2Wide SCSI. Правда при этом бывает, что при наличии на одной шине быстрого и медленного устройств оба начинают работать с максимальной скоростью медленного. А на самом деле, то, как будут вести себя разные SCSI устройства, подвешенные рядом, зависит в основном от контроллера.

Со SCSI часто возникают проблемы, касающиеся установки и первой настройки, особенно у тех, кто проделывает это первый раз. Все эти терминаторы, идентификаторы могут вызвать серьезную головную боль. В то же самое время, все эти проблемы с лихвой окупаются надежностью данного интерфейса. А появление активных терминаторов (к роботам из будущего отношения не имеют) заметно упростило установку SCSI устройств. Так что радуйтесь, раньше было хуже.

Главное преимущество, главная сила SCSI выражается емким иностранным словом high-end, то есть самые быстрые, самые объемистые жесткие диски имеют интерфейс SCSI. Seagate Cheetah с 15,000 оборотов на шпинделе в варианте IDE никогда не производился и вряд ли будет. Ну а способность поддерживать до 15 устройств на одном канале говорит об отличной масштабируемости, что для определенных целей тоже крайне важно.

Мир SCSI настолько обширен, что это тема даже не для одной статьи, поэтому прежде чем поставить жирную точку в данном разделе скажу всего несколько еще слов о будущем.

А будущее SCSI уже расписано как по нотам. Уже появляются первые устройства Ultra320, и следующим шагом будет Ultra640. Сам стандарт SCSI изначально предполагал масштабируемость, и стал масштабируем настолько, что вряд ли что-то может с ним сравниться в этом.

Преимущества
  • Большая производительность
  • Большие объемы
  • Возможность подключения, как внутренних устройств, так и внешних
Недостатки
  • Дороговизна
  • Возможны проблемы при установке

Fibre Channel (оптоволоконный канал)

Fibre channel - это интерфейс, в корне отличающийся от SCSI и IDE. Вообще он ближе к Ethernet и InfiniBand, если это вам что-то говорит. А если нет, то уясните себе следующее, этот интерфейс предназначен не только для того, что бы подсоединять харды и всякую-прочую периферию к системе, а в первую очередь для организации сетей, объединения удаленных друг от друга массивов жестких дисков, и прочих операций требующих высокой пропускной способности в сочетании с большими расстояниями. Fibre channel часто используется для соединения SCSI RAID массивов с сетью рабочей группы либо сервером.

Существующие технологии позволяют пропускную способность Fibre channel в 100Мбит/сек, а теоретический предел данной технологии лежит где-то в районе 1.06Гбит/сек. При этом уже сейчас ряд компаний занят разработкой устройств с пропускной способностью до 2.12Гбит/сек, но это уже следующее поколение интерфейса Fibre channel. На сегодняшнем рынке так же присутствуют решения, когда для достижения супер-большой пропускной способности используется целый ряд каналов Fibre channel одновременно.

В отличие от SCSI, Fibre channel обладает гораздо большей гибкостью. Если SCSI ограничивается всего 12 метрами, то Fibre channel позволяет соединения протяженностью до 10км при использовании оптического кабеля и несколько меньше при использовании относительно недорогих медных соединений, хотя недорогих именно относительно;-).

Преимущества
  • Очень хорошая масштабируемость
  • Очень большие расстояния соединений (до 10км)
  • Сеть из множества рабочих станций может работать с одним RAID массивом
Недостатки
  • Дорого
  • Очень дорого
  • Чем лучше, тем дороже

IEEE 1394

IEEE 1394, он же FireWire (как его назвала Apple), он же iLink (как его назвала Sony), реально становится стандартом для передачи цифрового видео, но так же может использоваться для подключения жестких дисков, сканеров, сетевого оборудования, цифровых камер, и всего, что требует хорошей пропускной способности. В настоящее время FireWire остается достаточно дорогим решением (по крайней мере, для рядового пользователя), но стандарт все больше проникает во все сферы компьютерной периферии и постоянно дешевеет.

FireWire способен поддерживать до 63 устройств на одном канале 400Мбит/сек. А IEEE 1394b, первая попытка серьезного пересмотра FireWire, будет поддерживать пропускную способность в 800Мбит/сек на канал. FireWire обеспечивает большую производительность, но внешние устройства с этим интерфейсом нуждаются в отдельном внешнем источнике питания.

Первые жесткие диски FireWire уже начинают появляться, и уже довольно давно существуют модели, использующие транслятор IDE/FireWire. А вот для видеокамер, сканеров и принтеров этот интерфейс используется уже очень широко. Так же на базе FireWire можно стоить производительные локальные сети. Многие модели компьютеров Apple имеют один или два FireWire порта, о вот на PC этот стандарт пока такого признания не получил.

Самой приятной особенностью FireWire является возможность "горячего" подключения. То есть, можно подключать и отключать FireWire устройства, не выключая компьютер. Но если таким устройством является жесткий диск, то операционная система должна уметь монтировать новые жесткие диски "на лету".

Будущее IEEE 1394 выглядит достаточно оптимистично, учитывая молодость этого стандарта, и уже почти готовую спецификацию 1394b, позволяющую удвоить пропускную способность. А признание данного стандарта дело недалекого будущего, популярность его растет с каждым днем, а цены, соответственно, падают.

Преимущества
  • "Горячее" подключение
  • Высокая пропускная способность
  • Отсутствие разделения устройств по приоритетам
Недостатки
  • Контроллеры жестких дисков стоят пока очень дорого

USB

USB 1 (Universal Serial Bus - Универсальная Последовательная Шина) стандарт получивший за последние несколько лет крайне широкое распространение. Сложно найти компьютер на котором не было бы поддержки USB (если только старый Pentium100). Данный интерфейс имеет два скоростных режима. Первый - "высокоскоростной" - обеспечивает пропускную способность в 12Мбит/сек и длину соединительных кабелей до 5 метров. Второй - низкоскоростной - пропускная способность 1.5Мбит/сек и длина кабелей до 3 метров. Понятно, что для жестких дисков данный стандарт малопригоден из-за своей "тормознутости", а вот для всяких устройств резервного копирования, CD-R, сканеров, сетевых устройств и устройств ввода вполне подходит.

На одном канале USB может присутствовать до 127 устройств, для чего могут использоваться устройства, пропускающие через себя сигнал, либо USB концентраторы. USB имеет, так называемый, мастер-контроллер, так что любой сигнал, передаваемый, скажем, от USB харда к USB CDR должен пройти через контроллер, а уже затем отправиться к требуемому устройству. Это здорово понижает пропускную способность при использовании нескольких USB устройств. Кроме того, USB устройства не могут быть разделяемыми (в сети, например), хотя два компьютера можно соединить между собой USB сетью через USB мост.

Зато, при всех своих минусах, USB позволяет "горячее" подключение. Правда операционная система все равно потребует у вас драйвер нового устройства, но перезагружать компьютер не придется. Хотя и это спорно. Мне, например, недавно попалась сетевая карта USB (удобное средство для подключения к сети опечатанного пломбой компьютера), так подключил-то я ее "по-горячему", а после установки драйверов Windows предложила перезагрузиться. Так что, как говориться, 100% даже морг не дает.

Ну, о будущем USB (по крайней мере, ближайшем) уже все известно. Этим будущим станет USB 2, и не когда-нибудь, а примерно в начале следующего года. USB 2 поднимет планку пропускной способности с 12 до 480Мбит/сек. Вот тогда и можно будет всерьез задуматься о жестком диске с интерфейсом USB 2. А пока в Сети идут дебаты, вытеснит USB 2 FireWire или оба стандарта найдут себя в разных областях компьютерной периферии.

Преимущества
  • Широкая распространенность
  • Низкая стоимость
  • "Горячее" подключение
Недостатки
  • Низкая эффективность для связи между устройствами
  • Низкая скорость (USB 2 это поправит)
  • Малая длина соединительных кабелей

Так выбирать то что?

На самом деле выбор уже определен вашей целью. Если вы собираете домашний компьютер для игр или для офисной работы, то IDE диск даст вам самую лучшую комбинацию цена/производительность. USB хорошо подойдет для внешнего CDR или ленточного накопителя для резервного копирования (если копировать не слишком много). Типа, дешево и сердито, зато переносит с места на место можно сколько угодно. Если вам нужен быстрый внешний диск для подключения к ноутбуку, или для регулярной переноски между несколькими компьютерами, и основным требованием помимо мобильности является производительность, то ваш выбор IEEE 1394. Если речь идет об оснащении серьезной рабочей станции или сервера, где критична надежность и производительность, то лучший выбор - SCSI, особенно в форме RAID, хотя и стоит это ух как кусаче. Ну а если вы формируете кластер автоматизированных рабочих мест, которым необходим высокоскоростной доступ к большому массиву данных, то Fibre channel обеспечит вам скорость, удаленность рабочих мест от массива информации практически не имеет значения. Другая возможность заключается в создании сети Gigabit Ethernet, а для сервера, как правило выбирают решение RAID SCSI, ну или, для некритичных серверов, IDE RAID.

Так что такое RAID?

RAID расшифровывается как Redundant Array of Inexpensive Disks, или если по-русски - Избыточный Массив Недорогих Дисков (ага видел я эти недорогие, у меня весь комп стоит дешевле, чем харды в тех RAID-х). RAID преследует две основные цели, повысить скорость и/или надежность. Существует достаточно много типов RAID, но основные это RAID 0, 1 и 0+1. RAID 0 позволяет объединить объем двух дисков в единое целое, так что операционная система будет видеть их и использовать как один физический диск. RAID 1 позволяет создавать "зеркало", то есть информация пишется сразу как на первый, так и на второй диск, и в случае, если первый, основной, хард "умрет", то все данные на втором будут в целости и сохранности. Ну, и, наконец, RAID 0+1 использует одновременно два описанных выше режима (не забывайте, что при этом требуется как минимум четыре жестких диска, два сливаются в массив, и два используются для "зеркала"). Есть еще другие варианты RAID для повышения надежности хранения информации, типа четности, для проверки целостности данных.

А размер?

У вас что проблемы с определением того, сколько места вам понадобится? 10Гб - это том минимум, который можно сегодня приобрести. Хотя кое-где еще завалялись жесткие диски меньшего размера, но пока вы дочитаете эту статью, пока соберетесь что-то купить, их уже в продаже и не будет. Если вы увлекаетесь собиранием музыки MP3, скачивает множество видеофрагментов из Интернета (тогда у вас выделенная линия:-) и вам понадобится не меньше 20 или 30Гб. Ну а если хотите заняться созданием мультипликации, обработки видео и т.д., то 50-100Гб будет в самый раз.

Все прочитанное не надо принимать близко к сердцу. Криков типа "У меня маленький винчестер, и девочки в классе надо мною смеются" тоже не надо. Пройдет время, винчестер вырастет, и все будет хорошо.

Пишите мне на [email protected] , только не надо просит халявных винчестеров. все равно не дам:-).

В этой статье речь пойдет о том, что позволяет подключить жесткий диск к компьютеру, а именно, об интерфейсе жесткого диска. Точнее говорить, об интерфейсах жестких дисков, потому что технологий для подключения этих устройств за все время их существования было изобретено великое множество, и обилие стандартов в данной области может привести в замешательство неискушенного пользователя. Впрочем, обо все по порядку.

Интерфейсы жестких дисков (или строго говоря, интерфейсы внешних накопителей, поскольку в их качестве могут выступать не только , но и другие типы накопителей, например, приводы для оптических дисков) предназначены для обмена информацией между этими устройствами внешней памяти и материнской платой. Интерфейсы жестких дисков, не в меньшей степени, чем физические параметры накопителей, влияют на многие рабочие характеристики накопителей и на их производительность. В частности, интерфейсы накопителей определяют такие их параметры, как скорость обмена данными между жестким диском и материнской платой, количество устройств, которые можно подключить к компьютеру, возможность создания дисковых массивов, возможность горячего подключения, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д. Также от интерфейса жесткого диска зависит, какой кабель, шнур или переходник для его подключения к материнской плате вам потребуется.

SCSI - Small Computer System Interface

Интерфейс SCSI является одним из самых старых интерфейсов, разработанных для подключения накопителей в персональных компьютерах. Появился данный стандарт еще в начале 1980-х гг. Одним из его разработчиков был Алан Шугарт, также известный, как изобретатель дисководов для гибких дисков.


Внешний вид интерфейса SCSI на плате и кабеля подключения к нему

Стандарт SCSI (традиционно данная аббревиатура читается в русской транскрипции как «скази») первоначально предназначался для использования в персональных компьютерах, о чем свидетельствует даже само название формата – Small Computer System Interface, или системный интерфейс для небольших компьютеров. Однако так получилось, что накопители данного типа применялись в основном в персональных компьютерах топ-класса, а впоследствии и в серверах. Связано это было с тем, что, несмотря на удачную архитектуру и широкий набор команд, техническая реализация интерфейса была довольно сложна, и не подходила по стоимости для массовых ПК.

Тем не менее, данный стандарт обладал рядом возможностей, недоступных для прочих типов интерфейсов. Например, шнур для подключения устройств Small Computer System Interface может иметь максимальную длину в 12 м, а скорость передачи данных – 640 МБ/c.

Как и появившийся несколько позже интерфейс IDE, интерфейс SCSI является параллельным. Это означает, что в интерфейсе применяются шины, передающие информацию по нескольким проводникам. Данная особенность являлась одним из сдерживающих факторов для развития стандарта, и поэтому в качестве его замены был разработан более совершенный, последовательный стандарт SAS (от Serial Attached SCSI).

SAS - Serial Attached SCSI


Так выглядит интерфейс SAS серверного диска

Serial Attached SCSI разрабатывался в усовершенствования достаточно старого интерфейса подключения жестких дисков Small Computers System Interface. Несмотря на то, что Serial Attached SCSI использует основные достоинства своего предшественника, тем не менее, у него есть немало преимуществ. Среди них стоит отметить следующие:

  • Использование общей шины всеми устройствами.
  • Последовательный протокол передачи данных, используемый SAS, позволяет задействовать меньшее количество сигнальных линий.
  • Отсутствует необходимость в терминации шины.
  • Практически неограниченное число подключаемых устройств.
  • Более высокая пропускная способность (до 12 Гбит/c). В будущих реализациях протокола SAS предполагается поддерживать скорость обмена данными до 24 Гбит/c.
  • Возможность подключения к контроллеру SAS накопителей с интерфейсом Serial ATA.

Как правило, системы Serial Attached SCSI строятся на основе нескольких компонентов. В число основных компонентов входят:

  • Целевые устройства. В эту категорию включают собственно накопители или дисковые массивы.
  • Инициаторы – микросхемы, предназначенные для генерации запросов к целевым устройствам.
  • Система доставки данных – кабели, соединяющие целевые устройства и инициаторы

Разъемы Serial Attached SCSI могут иметь различную форму и размер, в зависимости от типа (внешний или внутренний) и от версий SAS. Ниже представлены внутренний разъем SFF-8482 и внешний разъем SFF-8644, разработанный для SAS-3:


Слева - внутренний разъём SAS SFF-8482; Справа - внешний разъём SAS SFF-8644 с кабелем.

Несколько примеров внешнего вида шнуров и переходников SAS: шнур HD-Mini SAS и шнур-переходник SAS-Serial ATA.


Слева - шнур HD Mini SAS; Справа - переходной шнур с SAS на Serial ATA

Firewire - IEEE 1394

Сегодня достаточно часто можно встретить жесткие диски с интерфейсом Firewire. Хотя через интерфейс Firewire к компьютеру можно подключить любые типы периферийных устройств, и его нельзя назвать специализированным интерфейсом, предназначенным для подключения исключительно жестких дисков, тем не менее, Firewire имеет ряд особенностей, которые делают его чрезвычайно удобным для этой цели.


FireWire - IEEE 1394 - вид на ноутбуке

Интерфейс Firewire был разработан в середине 1990-х гг. Начало разработке положила небезызвестная фирма Apple, нуждавшаяся в собственной, отличной от USB, шине для подключения периферийного оборудования, прежде всего мультимедийного. Спецификация, описывающая работу шины Firewire, получила название IEEE 1394.

На сегодняшний день Firewire представляет собой один из наиболее часто используемых форматов высокоскоростной последовательной внешней шины. К основным особенностям стандарта можно отнести:

  • Возможность горячего подключения устройств.
  • Открытая архитектура шины.
  • Гибкая топология подключения устройств.
  • Меняющаяся в широких пределах скорость передачи данных – от 100 до 3200 Мбит/c.
  • Возможность передачи данных между устройствами без участия компьютера.
  • Возможность организации локальных сетей при помощи шины.
  • Передача питания по шине.
  • Большое количество подключаемых устройств (до 63).

Для подключения винчестеров (обычно посредством внешних корпусов для жестких дисков) через шину Firewire, как правило, используется специальный стандарт SBP-2, использующий набор команд протокола Small Computers System Interface. Существует возможность подключения устройств Firewire к обычному разъему USB, но для этого требуется специальный переходник.

IDE - Integrated Drive Electronics

Аббревиатура IDE, несомненно, известна большинству пользователей персональных компьютеров. Стандарт интерфейса для подключения жестких дисков IDE был разработан известной фирмой, производящей жесткие диски – Western Digital. Преимуществом IDE по сравнению с другими существовавшими в то время интерфейсами, в частности, интерфейсом Small Computers System Interface, а также стандартом ST-506, было отсутствие необходимости устанавливать контроллер жесткого диска на материнскую плату. Стандарт IDE подразумевал установку контроллера привода на корпус самого накопителя, а на материнской плате оставался лишь хост-адаптер интерфейса для подключения приводов IDE.


Интерфейс IDE на материнской плате

Данное нововведение позволило улучшить параметры работы накопителя IDE благодаря тому, что сократилось расстояние между контроллером и самим накопителем. Кроме того, установка контроллера IDE внутрь корпуса жесткого диска позволила несколько упростить как материнские платы, так и производство самих винчестеров, поскольку технология давала свободу производителям в плане оптимальной организации логики работы накопителя.

Новая технология первоначально получила название Integrated Drive Electronics (Встроенная в накопитель электроника). Впоследствии был разработан описывающий ее стандарт, названный ATA. Это название происходит от последней части названия семейства компьютеров PC/AT посредством добавления слова Attachment.

Для подключения жесткого диска или другого устройства, например, накопителя для оптических дисков, поддерживающего технологию Integrated Drive Electronics, к материнской плате, используется специальный кабель IDE. Поскольку ATA относится к параллельным интерфейсам (поэтому его также называют Parallel ATA или PATA), то есть, интерфейсам, предусматривающим одновременную передачу данных по нескольким линиям, то его кабель данных имеет большое количество проводников (обычно 40, а в последних версиях протокола имелась возможность использовать 80-жильный кабель). Обычный кабель данных для данного стандарта имеет плоский и широкий вид, но встречаются и кабели круглого сечения. Кабель питания для накопителей Parallel ATA имеет 4-контактный разъем и подсоединен к блоку питания компьютера.

Ниже приведены примеры кабеля IDE и круглого шнура данных PATA:


Внешний вид интерфейсного кабеля: cлева - плоский, справа в круглой оплетке - PATA или IDE.

Благодаря сравнительной дешевизне накопителей Parallel ATA, простоте реализации интерфейса на материнской плате, а также простоте установки и конфигурации устройств PATA для пользователя, накопители типа Integrated Drive Electronics на длительное время вытеснили с рынка винчестеров для персональных компьютеров бюджетного уровня устройства других типов интерфейса.

Однако стандарт PATA имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ограничение по длине, которую может иметь кабель данных Parallel ATA – не более 0,5 м. Кроме того, параллельная организация интерфейса накладывает ряд ограничений на максимальную скорость передачи данных. Не поддерживает стандарт PATA и многие расширенные возможности, которые имеются у других типов интерфейсов, например, горячее подключение устройств.

SATA - Serial ATA


Вид интерфейса SATA на материнской плате

Интерфейс SATA (Serial ATA), как можно догадаться из названия, является усовершенствованием ATA. Заключается это усовершенствование, прежде всего, в переделке традиционного параллельного ATA (Parallel ATA) в последовательный интерфейс. Однако этим отличия стандарта Serial ATA от традиционного не ограничиваются. Помимо изменения типа передачи данных с параллельного на последовательный, изменились также разъемы для передачи данных и электропитания.

Ниже приведен шнур данных SATA:


Шнур передачи данных для SATA интерфейса

Это позволило использовать шнур значительно большей длины и увеличить скорость передачи данных. Однако минусом стало то обстоятельство, что устройства PATA, которые до появления SATA присутствовали на рынке в огромных количествах, стало невозможно напрямую подключить в новые разъемы. Правда, большинство новых материнских плат все же имеют старые разъемы и поддерживают подключение старых устройств. Однако обратная операция – подключение накопителя нового типа к старой материнской плате обычно вызывает куда больше проблем. Для этой операции пользователю обычно требуется переходник Serial ATA to PATA. Переходник для кабеля питания обычно имеет сравнительно простую конструкцию.

Переходник питания Serial ATA to PATA:


Слева общий вид кабеля; Cправа укрупнено внешний вид коннекторов PATA и Serial ATA

Сложнее, однако, дело обстоит с таким устройством, как переходник для подключения устройства последовательного интерфейса в разъем для параллельного интерфейса. Обычно переходник такого типа выполнен в виде небольшой микросхемы.


Внешний вид универсального двунаправленного переходника между интерфейсами SATA - IDE

В настоящее время интерфейс Serial ATA практически вытеснил Parallel ATA, и накопители PATA можно встретить теперь в основном лишь в достаточно старых компьютерах. Еще одной особенностью нового стандарта, обеспечившей его широкую популярность, стала поддержка .


Вид переходника с IDE на SATA

О технологии NCQ можно рассказать чуть подробнее. Основное преимущество NCQ состоит в том, что она позволяет использовать идеи, которые давно были реализованы в протоколе SCSI. В частности, NCQ поддерживает систему упорядочивания операций чтения/записи, поступающих к нескольким накопителям, установленным в системе. Таким образом, NCQ способна значительно повысить производительность работы накопителей, в особенности массивов жестких дисков.


Вид переходника с SATA на IDE

Для использования NCQ необходима поддержка технологии со стороны жесткого диска, а также хост-адаптера материнской платы. Практически все адаптеры, поддерживающие AHCI, поддерживают и NCQ. Кроме того, NCQ поддерживают и некоторые старые проприетарные адаптеры. Также для работы NCQ требуется ее поддержка со стороны операционной системы.

eSATA - External SATA

Отдельно стоит упомянуть о казавшемся многообещающим в свое время, но так и не получившем широкого распространения формате eSATA (External SATA). Как можно догадаться из названия, eSATA представляет собой разновидность Serial ATA, предназначенную для подключения исключительно внешних накопителей. Стандарт eSATA предлагает для внешних устройств большую часть возможностей стандартного, т.е. внутреннего Serial ATA, в частности, одинаковую систему сигналов и команд и столь же высокую скорость.


Разъем eSATA на ноутбуке

Тем не менее, у eSATA есть и некоторые отличия от породившего его стандарта внутренней шины. В частности, eSATA поддерживает более длинный кабель данных (до 2 м), а также имеет более высокие требования к питанию накопителей. Кроме того, разъемы eSATA несколько отличаются от стандартных разъемов Serial ATA.

По сравнению с другими внешними шинами, такими, как USB и Firewire, eSATA, однако, имеет один существенный недостаток. Если эти шины позволяют осуществлять электропитание устройства через сам кабель шины, то накопитель eSATA требует специальные разъемы для питания. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, eSATA в настоящее время не пользуется большой популярностью в качестве интерфейса для подключения внешних накопителей.

Заключение

Информация, хранящаяся на жестком диске, не может стать полезной для пользователя и доступной для прикладных программ до тех пор, пока к ней не получит доступ центральный процессор компьютера. Интерфейсы жестких дисков представляют собой средство для связи между этими накопителями и материнской платой. На сегодняшний день существует немало различных типов интерфейсов жестких дисков, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и характерные особенности. Надеемся, что приведенная в данной статье информация во многом окажется полезной для читателя, ведь выбор современного жесткого диска во многом определяются не только его внутренними характеристиками, такими, как емкость, объем кэш-памяти, скорость доступа и вращения, но и тем интерфейсом, для которого он был разработан.

SATA (Serial — ATA , Serial Advanced Technology Attachment ) – разновидность интерфейса компьютерной шины, предназначенный для подключения к шине устройств, оптических приводов, и других.

Был разработан и представлен в 2003 году, как замена ныне устаревшему интерфейсу ATA (AT Attachment ), также известный как IDE . Позже, ATA был переименован в PATA (Parallel ATA , для лучшей узнаваемости и избегания путаницы.

Была создана организация под названием SATA —IO (Sata International Organization ), которая отвечает за развитие, поддержку, и публикацию новых спецификаций как для SATA , так и для SAS (Serial Attached SCSI ).




Преимущества нового интерфейса в сравнении со старым были как физические :уменьшенные габариты разъёмов, шлейфов и меньшее количество контактных ножек (7 против 40 ); так и технические : нативная поддержка «горячей замены » (замена не активного устройства), более быстрая передача данных на более высоких скоростях , увеличенная эффективность очереди команд вводавывода (I O ). Позже, с приходом режима , появилась поддержка технологии .

Теоретически, последовательный порт медленнее параллельного, но повышения скорости удалось добиться благодаря высокой частоте функционирования . Частоту удалось поднять благодаря отсутствию необходимости синхронизации данных, а также большей защищённости кабеля от помех (толще проводник, меньше помех).

В 2008 году, более 90% новых настольных компьютеров использовали для подключения периферии SATA разъём. PATA всё ещё можно приобрести, но продаются они лишь для сохранения совместимости со старыми дисками и материнскими платами.

Ревизии SATA :

SATA 1. x

Первая ревизияинтерфейса предусматривает частоту функционирования 1.5 Ггц , что обеспечивает полосу пропускания 1.5 Гбит/с . Около 20% отнимается на нужды системы кодирования типа 8 b 10 b , где в каждые 10 бит вкладывается ещё 2 бита служебной информации. Таким образом, максимальная скорость равняется 1.2 Гбит/с (150 Мб/с ). Это совсем немного быстрее самой быстрой PATA /133 , но намного лучшее быстродействие достигается в режиме AHCI , где работает поддержка NCQ (Native Command Queuing ). Это значительно улучшает производительность в много-поточных задачах, но не все контроллёры поддерживают AHCI на первой версии SATA .

SATA 2. x

Частота функционирования была увеличена до 3.0 Ггц , что увеличило пропускную способность до 3.0 Гбит/с . Эффективная пропускная способность равняется 2.4Гбит/с (300Мб/ c ), то есть в 2 раза выше чем у SATA 1 . Совместимость между первой и второй ревизией сохранилась. Интерфейсные кабели тоже были сохранены прежние и полностью совместимы между собой.

SATA 3.0

В июле 2008 года, SATA — IO представила спецификации SATA 3.0 , с пропускной способностью 6 Гбит / с . Полный 3.0 стандарт был выпущен в Мае 2009 года.

Эффективная пропускная способность составила 600Мб/с , а частота функционирования 6.0Ггц (то есть поднята только частота). Совместимость сохранилась как в методе передачи данных, так и в разъёмах и проводах; улучшено управление питанием.

Основной сферой применения, где требовалась такая пропускная способность – SSD (твёрдотельные) накопители. Для жёстких дисков, такая пропускная способность не требовалась. Выигрыш для них был в более высокой скорости передачи данных из кэш (DRAM — cache ) памяти диска.

SATA 3.1

Изменения:

  • · Появился mSATA , подобный (и совместимый) разъём для твёрдотельных накопителей и устройств ноутбуков, совмещённый с питающей линией малой мощности.
  • · Оптические приводы, поддерживающие стандарт, больше не потребляют энергии (совсем) в режиме простоя .
  • · Добавлена аппаратная команда очереди , улучшающая производительность и долговечность SSD .
  • · Аппаратные функции идентификации , определяющие возможности устройства.
  • · Расширенный менеджмент питания , позволяющий устройствам подключенным через SATA 3.1 потреблять меньше энергии .

A dvanced H ost C ontroller I nterface



Открытый хост-интерфейс, предложенный Intel , ставший стандартом. Является более предпочтительным интерфейсом для устройств SATA . Позволяет использовать такие команды SATA как Hot plug (горячая замена), NCQ (Native Command Queuing ). Если в настройках материнской платы не выставлен режим AHCI , то используется «эмуляция IDE » и не поддерживаются новые функции SATA . Версии Windows (практически все) установленные в режиме IDE , не смогут запуститься, если запустить систему с установками AHCI . Для этого потребуются специальные драйвера AHCI , установленные в системе. 2.0 и IEEE 1394 .

Основные изменения в сравнении с SATA :

  • · Разъёмы экранированы и более стойкие для многоразового подключения.
  • · Изменена компенсация потерь сигналов, что позволило увеличить максимальную длину кабеля до 2-х метров.
  • · Требует подключения 2-х разъёмов, один питания , второй интерфейсный .

eSATAp



– усовершенствованный разъём e — Sata , но с питанием от разъёма. Благодаря этому, e — Sata становится полноценным портативным и универсальным интерфейсом. С выходом USB 3.0 , оказался обделён вниманием, так как USB предлагает более простую реализацию .

mSATA



– PCI — e подобный интерфейс, представленный в Сентябре 2009 года. Предназначен для миниатюрных устройств (твёрдотельных накопителей, портативных жёстких дисков). Также планируется использование в таких портативных устройствах как ноутбуки, и других . Устройства с данным интерфейсом, могут иметь очень миниатюрные размеры , сходные с картами расширения для ноутбуков (к примеру).

Существуют переходники Pata — Sata , Sata — Pata .




Они позволяют подключать устройства с разными интерфейсами, которые эмулируются специальным контроллёром на переходнике. Абсолютное большинство переходников требуют дополнительного питания с блока питания (обычно типа «molex » или 5V разъём для дисководов).

ATA (англ. Advanced Technology Attachment , Присоединение по продвинутой технологии) - параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических приводов) к компьютеру. В 90-е годы XX века был стандартом на платформе IBM PC; в настоящее время вытеснен своим последователем - SATA. Разные версии ATA известны под синонимами IDE , EIDE , UDMA , ATAPI ; с появлением SATA также получил название PATA (Parallel ATA) .

шлейфы ATA с кабельной выборкой: 40-проводной сверху, 80-проводной снизу

Предварительное название интерфейса было PC/AT Attachment («Соединение с PC/AT»), так как он предназначался для подсоединения к 16-битной шине ISA, известной тогда как шина AT . В окончательной версии название переделали в «AT Attachment» для избежания проблем с торговыми марками.

Первоначальная версия стандарта была разработана в 1986 году фирмой Western Digital и по маркетинговым соображениям получила название IDE (Integrated Drive Electronics , «Электроника, встроенная в привод» ). Оно подчеркивало важное нововведение: контроллер привода располагается в нём самом, а не в виде отдельной платы расширения, как в предшествующем стандарте ST-506 и существовавших тогда интерфейсах SCSI и ST412. Это позволило улучшить характеристики накопителей (за счёт меньшего расстояния до контроллера), упростить управление им (так как контроллер канала IDE абстрагировался от деталей работы привода) и удешевить производство (контроллер привода мог быть рассчитан только на «свой» привод, а не на все возможные; контроллер канала же вообще становился стандартным). Следует отметить, что контроллер канала IDE правильнее называть хост-адаптером , поскольку он перешёл от прямого управления приводом к обмену данными с ним по протоколу.

В стандарте АТА определён интерфейс между контроллером и накопителем, а также передаваемые по нему команды.

Интерфейс имеет 8 регистров, занимающих 8 адресов в пространстве ввода-вывода. Ширина шины данных составляет 16 бит. Количество каналов, присутствующих в системе, может быть больше 2. Главное, чтобы адреса каналов не пересекались с адресами других устройств ввода-вывода. К каждому каналу можно подключить 2 устройства (master и slave), но в каждый момент времени может работать лишь одно устройство. Принцип адресации CHS заложен в названии. Сперва блок головок устанавливается позиционером на требуемую дорожку (Cylinder), после этого выбирается требуемая головка (Head), а затем считывается информация из требуемого сектора (Sector).

Стандарт EIDE (Enhanced IDE , т. е. «расширенный IDE» ), появившийся вслед за IDE, позволял использование приводов ёмкостью, превышающей 528 МБ (504 МиБ), вплоть до 8,4 ГБ. Хотя эти аббревиатуры возникли как торговые, а не официальные названия стандарта, термины IDE и EIDE часто употребляются вместо термина ATA . После введения в 2003 году стандарта Serial ATA («Последовательный ATA» ), традиционный ATA стали именовать Parallel ATA , имея в виду способ передачи данных по 40-жильному кабелю.

Поначалу этот интерфейс использовался с жёсткими дисками, но затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, в основном - использующими сменные носители. К числу таких устройств относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM, ленточные накопители, а также дискеты большой ёмкости, такие, как ZIP и магнитооптические диски (LS-120/240). Кроме того, из файла конфигурации ядра FreeBSD можно сделать вывод, что на шину ATAPI подключали даже FDD. Этот расширенный стандарт получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), в связи с чем полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI .

Первоначальные расширения ATA для работы с приводами CD-ROM не обладали полной совместимостью и являлись фирменными. В результате, для подключения CD-ROM было необходимо устанавливать отдельную плату расширения, специфичную для конкретного производителя, например для Panasonic (существовало не менее 5 специфичных вариантов ATA, предназначенных для подключения CD-ROM). Некоторые варианты звуковых карт, например Sound Blaster, оснащались именно такими портами.

Другим важным этапом в развитии ATA стал переход от PIO (Programmed input/output , Программный ввод/вывод ) к DMA (Direct memory access , Прямой доступ к памяти ). При использовании PIO считыванием данных с диска управлял центральный процессор компьютера (CPU), что приводило к повышенной нагрузке на процессор и замедлению работы в целом. По причине этого компьютеры, использующие интерфейс ATA, обычно выполняли операции, связанные с диском, медленнее, чем компьютеры, использующие SCSI и другие интерфейсы. Введение DMA существенно снизило затраты процессорного времени на операции с диском. В данной технологии потоком данных управляет сам накопитель, считывая данные в память или из памяти почти без участия CPU, который выдаёт лишь команды на выполнение того или иного действия. При этом жёсткий диск выдаёт сигнал запроса DMARQ на операцию DMA контроллеру. Если операция DMA возможна, контроллер выдаёт сигнал DMACK и жёсткий диск начинает выдавать данные в 1-й регистр (DATA), с которого контроллер считывает данные в память без участия процессора. Операция DMA возможна, если режим поддерживается одновременно BIOS, контроллером и операционной системой, в противном случае возможен лишь режим PIO.

В дальнейшем развитии стандарта (АТА-3) был введён дополнительный режим UltraDMA 2 (UDMA 33 ). Этот режим имеет временные характеристики DMA Mode 2, однако данные передаются и по переднему, и по заднему фронту сигнала DIOR/DIOW. Это вдвое увеличивает скорость передачи данных по интерфейсу. Также введена проверка на чётность CRC, что повышает надёжность передачи информации.

В истории развития ATA был ряд барьеров, связанных с организацией доступа к данным. Большинство из этих барьеров, благодаря современным системам адресации и технике программирования, были преодолены. К их числу относятся ограничения на максимальным размер диска в 504 МиБ, ~8 ГиБ, ~32 ГиБ, и 128 ГиБ. Существовали и другие барьеры, в основном связанные с драйверами устройств, и организацией ввода/вывода в операционных системах, не соответствующих стандартам ATA.

Оригинальная спецификация АТА предусматривала 28-битный режим адресации. Это позволяло адресовать 2 28 (268 435 456) секторов по 512 байт каждый, что давало максимальную ёмкость в 137 ГБ (128 ГиБ). В стандартных PC BIOS поддерживал до 7,88 ГиБ (8,46 ГБ), допуская максимум 1024 цилиндра, 256 головок и 63 сектора. Это ограничение на число цилиндров/головок/секторов CHS (Cyllinder-Head-Sector) в сочетании со стандартом IDE привело к ограничению адресуемого пространства в 504 МиБ (528 МБ). Для преодоления этого ограничения была введена схема адресации LBA (Logical Block Address), что позволило адресовать до 7,88 ГиБ. Со временем и это ограничение было снято, что позволило адресовать сначала 32 ГиБ, а затем и все 128 ГиБ, используя все 28 разрядов (в АТА-4) для адресации сектора. Запись 28-битного числа организована путём записи его частей в соответствующие регистры накопителя (с 1 по 8 бит в 4-й регистр, 9-16 в 5-й, 17-24 в 6-й и 25-28 в 7-й).

Адресация регистров организована при помощи трёх адресных линий DA0-DA2. 1-й регистр с адресом 0 является 16-разрядный, и используется для передачи данных между диском и контроллером. Остальные регистры 8-битные и используются для управления.

Новейшие спецификации ATA предполагают 48-битную адресацию, расширяя таким образом возможный предел до 128 ПтБ (144 петабайт).

Эти ограничения на размер могут проявляться в том, что система думает, что объём диска меньше его реального значения, или вовсе отказывается загружаться и виснет на стадии инициализации жёстких дисков. В некоторых случаях проблему удаётся решить обновлением BIOS. Другим возможным решением является использование специальных программ, таких, как Ontrack DiskManager, загружающих в память свой драйвер до загрузки операционной системы. Недостатком таких решений является то, что используется нестандартная разбивка диска, при которой разделы диска оказываются недоступны, в случае загрузки, например, с обычной DOS-овской загрузочной дискеты. Впрочем, многие современные операционные системы могут работать с дисками большего размера, даже если BIOS компьютера этот размер корректно не определяет.

Разводка Parallel ATA

Контакт

Назначение

Контакт

Назначение

GPIO_DMA66_Detect

Для подключения жёстких дисков с интерфейсом PATA обычно используется 40-проводный кабель (именуемый также шлейфом). Каждый шлейф обычно имеет два или три разъёма, один из которых подключается к разъёму контроллера на материнской плате (в более старых компьютерах этот контроллер размещался на отдельной плате расширения), а один или два других подключаются к дискам. В один момент времени шлейф P-ATA передаёт 16 бит данных. Иногда встречаются шлейфы IDE, позволяющие подключение трёх дисков к одному IDE каналу, но в этом случае один из дисков работает в режиме read-only.

Долгое время шлейф ATA содержал 40 проводников, но с введением режима Ultra DMA/66 (UDMA4 ) появилась его 80-проводная версия. Все дополнительные проводники - это проводники заземления, чередующиеся с информационными проводниками. Такое чередование проводников уменьшает ёмкостную связь между ними, тем самым сокращая взаимные наводки. Ёмкостная связь является проблемой при высоких скоростях передачи, поэтому данное нововведение было необходимо для обеспечения нормальной работы установленной спецификацией UDMA4 скорости передачи 66 МБ/с (мегабайт в секунду). Более быстрые режимы UDMA5 и UDMA6 также требуют 80-проводного кабеля.

Хотя число проводников удвоилось, число контактов осталось прежним, как и внешний вид разъёмов. Внутренняя же разводка, конечно, другая. Разъёмы для 80-проводного кабеля должны присоединять большое число проводников заземления к небольшому числу контактов заземления, в то время, как в 40-проводном кабеле проводники присоединяются каждый к своему контакту. У 80-проводных кабелей разъёмы обычно имеют различную расцветку (синий, серый и чёрный), в отличие от 40-проводных, где обычно все разъёмы одного цвета (чаще чёрные).

Стандарт ATA всегда устанавливал максимальную длину кабеля равной 46 см. Это ограничение затрудняет присоединение устройств в больших корпусах, или подключение нескольких приводов к одному компьютеру, и почти полностью уничтожает возможность использования дисков PATA в качестве внешних дисков. Хотя в продаже широко распространены кабели большей длины, следует иметь в виду, что они не соответствуют стандарту. То же самое можно сказать и по поводу «круглых» кабелей, которые также широко распространены. Стандарт ATA описывает только плоские кабели с конкретными характеристиками полного и ёмкостного сопротивлений. Это, конечно, не означает, что другие кабели не будут работать, но, в любом случае, к использованию нестандартных кабелей следует относиться с осторожностью.

Если к одному шлейфу подключены два устройства, одно из них обычно называется ведущим (англ. master ), а другое ведомым (англ. slave ). Обычно ведущее устройство идёт перед ведомым в списке дисков, перечисляемых BIOS’ом компьютера или операционной системы. В старых BIOS’ах (486 и раньше) диски часто неверно обозначались буквами: «C» для ведущего диска и «D» для ведомого.

Если на шлейфе только один привод, он в большинстве случаев должен быть сконфигурирован как ведущий. Некоторые диски (в частности, производства Western Digital) имеют специальную настройку, именуемую single (т. е. «один диск на кабеле»). Впрочем, в большинстве случаев единственный привод на кабеле может работать и как ведомый (такое часто встречается при подключении CD-ROM’а на отдельный канал).

Настройка, именуемая cable select (т. е., «выбор, определяемый кабелем» , кабельная выборка ), была описана как опциональная в спецификации ATA-1 и стала широко распространена начиная с ATA-5, поскольку исключает необходимость переставлять перемычки на дисках при любых переподключениях. Если привод установлен в режим cable select , он автоматически устанавливается как ведущий или ведомый в зависимости от своего местоположения на шлейфе. Для обеспечения возможности определения этого местоположения шлейф должен быть с кабельной выборкой . У такого шлейфа контакт 28 (CSEL) не подключен к одному из разъёмов (серого цвета, обычно средний). Контроллер заземляет этот контакт. Если привод видит, что контакт заземлён (то есть на нём логический 0), он устанавливается как ведущий, в противном случае (высокоимпедансное состояние) - как ведомый.

Во времена использования 40-проводных кабелей, широко распространилась практика осуществлять установку cable select путём простого перерезания проводника 28 между двумя разъёмами, подключаемыми к диску. При этом ведомый привод оказывался на конце кабеля, а ведущий в середине. Такое размещение в поздних версиях спецификации было даже стандартизировано. К сожалению, когда на кабеле размещается только одно устройство, такое размещение приводит к появлению ненужного куска кабеля на конце, что нежелательно - как из соображений удобства, так и по физическим параметрам: этот кусок приводит к отражению сигнала, особенно на высоких частотах.

80-проводные кабели, введённые для UDMA4, лишены указанных недостатков. Теперь ведущее устройство всегда находится в конце шлейфа, так что, если подключено только одно устройство, не получается этого ненужного куска кабеля. Кабельная выборка же у них «заводская» - сделанная в самом разъёме просто путём исключения данного контакта. Поскольку для 80-проводных шлейфов в любом случае требовались собственные разъёмы, повсеместное внедрение этого не составило больших проблем. Стандарт также требует использования разъёмов разных цветов, для более простой идентификации их как производителем, так и сборщиком. Синий разъём предназначен для подключения к контроллеру, чёрный - к ведущему устройству, серый - к ведомому.

Термины «ведущий» и «ведомый» были заимствованы из промышленной электроники (где указанный принцип широко используется при взаимодействии узлов и устройств), но в данном случае являются некорректными, и потому не используются в текущей версии стандарта ATA. Более правильно называть ведущий и ведомый диски соответственно device 0 (устройство 0 ) и device 1 (устройство 1 ). Существует распространённый миф, что ведущий диск руководит доступом дисков к каналу. На самом деле управление доступом дисков и очерёдностью выполнения команд осуществляют контроллер (которым, в свою очередь, управляет драйвер операционной системы). То есть фактически оба устройства являются ведомыми по отношению к контроллеру.