Краткое изложение предыдущих серий

Ни для кого не секрет, что одной из наиболее важных комплектующих в классическом персональном компьютере является накопитель на жестких дисках. Устройство это, как и все другие, взаимодействует с системной платой компьютера через свой собственный интерфейс. В самых первых ПК (имеются в виду компьютеры открытой архитектуры) — IBM PC и совместимых на базе процессоров 8086 и 8088 компании Intel - использование жесткого диска не поддерживалось. Его отсутствие было незаметно, так как ОС и прочее ПО умещались на дискетах. Но производители не стояли на месте, со временем они создали программы размером больше 360 Кбайт - объем дискет в то время. Инженеры по аппаратным средствам с архитектурой х86 незамедлительно отреагировали, сконструировав компьютеры с внутренними накопителями на жестких магнитных дисках. Справедливости ради отметим, что идея такого накопителя не была оригинальной - они использовались в больших вычислительных машинах и были размером... со средний холодильник. Фирма IBM, бывшая в то время «законодателем мод» в компьютерной индустрии, выпустила свой первый ПК с жестким диском (объемом 40 Мбайт) — IBM PC XT.

Чтобы обеспечить его работу, был создан интерфейс MFM (Modified Frequency Modulation — метод модифицированной частотной модуляции). Отметим, что он относится к группе интерфейсов с дискретным контроллером, который поставлялся не с накопителем, а в виде отдельной платы расширения (рассчитанной на 8-битовую шину ISA). Это порождало множество проблем у конечного пользователя. Например, необходимо было производить форматирование низкого уровня при смене контроллера, к тому же изредка возникала его несовместимость с блоком дискоголовок, а передача данных шла на сравнительно низкой скорости. В итоге индустрия отвергла этот интерфейс.

Следующим был ESDI (Enhanced Small Device Interface — расширенный интерфейс для малых устройств), который являлся, в сущности, несколько доработанной модификацией MFM, но в нем был применен новый тип кодирования информации — RLL (Run Length Limited) в отличие от обычного MFM.

Все эти интерфейсы использовались только на машинах типа ХТ и с появлением АТ начали уходить в небытие, уступая дорогу новому — IDE (Integrated Device Electronics — устройства со встроенным контроллером), иначе называемому АТА (Advanced Technology Attachment), прозванным так в честь ПК серии АТ от IBM. Он выгодно отличался от предыдущих благодаря использованию контроллеров, встроенных в накопители: низкой себестоимостью, относительно высокими скоростями передачи, отличной совместимостью, простотой в установке и конфигурировании и т. д.

Первые микросхемы АТА по своей сути представляли обычную шину ISA, реализованную на плате, немного измененную в электрическом плане и буферизованную. Но у такого подхода обнаружилось свое больное место — процессорозависимость жестких дисков. Дело в том, что винчестеры не имели в своем контроллере специализированного процессора, и задачи по управлению передачей данных ложились на ЦП компьютера. Чтобы избежать этого, был создан SCSI (Small Computer System Interface — интерфейс малых компьютерных систем), предназначенный для подключения накопителей на жестких, оптических и ленточных носителях, а также сканеров и другой внешней аппаратуры. Его спецификации обязывали каждое устройство, подключенное к шине, нести свой процессор. У такого подхода выявилось еще одно достоинство — интеллектуальность: каждый абонент шины по своему разумению может начать обмен с другим. Таким образом, контроллер SCSI стал таким же равноправным устройством в ПК, как и все остальные. Но я думаю, что читатель уже и сам догадался, во что вылился такой подход производителям и конечным потребителям — в повышение стоимости, так как процессоры тогда были весьма дороги... А что же IDE? Он продолжал развиваться благодаря своей эффективности и невысокой стоимости устройств на его основе. После времени процессорозависимых вариаций этого интерфейса (PIO, Programmable Input-Output — программируемый ввод-вывод) и наступила эра технологии DMA (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти), позволяющей любому IDE-накопителю получать монопольный доступ к памяти в обход ЦП. Несмотря на пессимистичные прогнозы аналитиков, она развивалась до начала 2002 г., когда появился последний ее вариант — UltraDMA/133, теоретически обеспечивающий максимальную скорость обмена накопитель - контроллер до 133 Мбайт/с (на практике такая производительность доступна только лишь при обмене с кэшем устройства).

О причине смены актеров

Рис. 1. Заметно, что в представленной справа системе с Serial ATA (реконструкция) провода не бросаются в глаза
Все вышеперечисленные интерфейсы MFM, ESDI, IDE, SCSI относятся к классу параллельных, так как данные за единицу времени передаются сразу по нескольким проводникам (в IDE — 40 контактов, в SCSI — 50, 68 или 80). При таком подходе на высоких скоростях (теоретически в IDE они составляют 40—50 Мбайт/с) начинают проявляться электромагнитные помехи от соседних проводников, что вызывает ошибки чтения/записи. Впервые меры против этого были приняты в версии интерфейса IDE, называемой UltraDMA/66, где каждый из 40 проводов дублировался дополнительным «земляным», который позволял избегать помех. Таким образом, в последних моделях IDE (вплоть до АТА/133) используется 80 проводников и 40 контактов. Но согласно теории, уже при 150 Мбайт/с такое решение должно себя исчерпать, и единственный выход — создание принципиально нового стандарта, который бы обеспечивал требуемые скорости передачи. Параллельные интерфейсы еще имеют какой-то запас по производительности, но анализ достижений индустрии за последние 10 лет показывает, что хватит его не более чем на два - три года. А какой смысл в создании новой модификации, если через два года все придется перекраивать заново? Именно поэтому производители жестких дисков пришли к решению о создании последовательного интерфейса и в качестве его варианта приняли технологию, нареченную Serial ATA, над которой с 2000 г. работает группа Serial ATA WorkGroup (www.serialata. org). В нее входят: APT Technologies, Dell Computer Corp., IBM Corp., Intel Corp., Maxtor Corp., Seagate Technology. Serial ATA выглядит очень перспективно с точки зрения помехозащищенности, процессоронезависимости, высокой скорости передачи данных (от 150 Мбайт/с в Serial ATA до 600 Мбайт/с в Serial ATA 3), относительно низкой себестоимости и т. д. (см. также «Мир ПК» № 1/02 г., с. 52 и www.serialata.org/ cgi-bin/ SerialATA10gold.zip).

Почему же именно Serial ATA?

Пропускная способность по сравнению с уже существующими последовательными интерфейсами USB и FireWire приятно поражает: 150 Мбайт/с против 50! Преимущество над Parallel ATA не столь велико, но будет возрастать.

Себестоимость. В Fire Wire и в USB контроллер стоит недешево (сейчас более 5 долл.), в отличие от Serial ATA, себестоимость которого по обещаниям ассоциации Serial ATA WorkGroup будет равняться средней стоимости Parallel ATA-контроллера (около 1 долл. благодаря интеграции с остальными частями электрической схемы). Но точные цены на устройства Serial ATA пока неизвестны. Кабельная продукция для интерфейсов FireWire и USB также стоит значительно дороже, чем для Serial ATA.

Программная совместимость. Пока еще нет ни одной системой платы с возможностью загрузки с жесткого диска, подключенного к FireWire или USB, — доступ к ним организуется через драйвер ОС, в то время как Serial ATA изначально задумывался как интерфейс, полностью программно совместимый с Parallel ATA. Таким образом, для модернизации имеющейся у вас системы до системы с накопителем Serial ATA достаточно всего лишь добавить внешний PCI-контроллер интерфейса и отключить интегрированный. Даже не возникнет необходимости обновлять системное ПО!

Конечно, Serial ATA обладает рядом достоинств, отличающих ее от USB и FireWire. Но это связано лишь с тем, что последние и не планировалось использовать для соединения внутренних компонентов, они нацелены в основном на внешнее применение. Преимущества по сравнению c Parallel ATA, может, пока и не впечатляют, но Serial ATA только начинает свой путь. А потому логично предположить, что в скором времени мы получим новый интерфейс жестких дисков, который теоретически способен удовлетворить все наши потребности в скорости передачи на довольно продолжительный отрезок времени. Большинство пользователей не сразу почувствуют разницу, так как модернизация старых систем может не принести повышения производительности. Однако индустрия уже получила новый ориентир для развития, и все следующие разработки будут рассчитаны, скорее всего, на Serial ATA. Когда ждать его появления? Производители уже в первой половине 2002 г. обещают нам представить первые модели жестких дисков с использованием этой технологии. Анонсированы жесткие диски от Seagate Technology, Maxtor и набор микросхем от Intel. На примере Serial ATA (а также IEEE 1394 и USB 2.0) можно довольно легко обосновать концепцию нового века: отказ от использования параллельных интерфейсов. Принимайте в гости еще один, и будем надеяться, что жизнь не уготовит ему участи памяти Rambus.

С автором можно связаться по электронному адресу hardlover@mail.ru

Рис. 2. Интерфейс Serial ATA отличается тем, что у каждого «винчестера» - собственная шина
690