45. Интерфейсы ata, sata, scsi

Интерфейс АТА предназначен для обмена с устройствами хранения блоками фиксированного размера — секторами по 512 байт. Адресация данных внутри устройств АТА имеет «дисковые корни»: для накопителей изначально указывали адреса цилиндра (cylinder), головки (head) и сектора (sector) — так называе мая трехмерная адресация CHS. Позже пришли к линейной адресации логических блоков (Logical Block Address, LBA), где адрес блока (сектора) определяется 28-битным числом. Трехмерная и 28-битная линейная адресация в АТА имеют предел емкости устройств в 136,9 и 137,4 Гбайт соответственно, что по нынешним меркам недостаточно. В современных версиях интерфейса линейную адресацию расширили до 48-битной, при этом предел адресации составляет 248 - 281 474 976 710 656 секторов, или около 144 Пбайт (петабайт), то есть 144 115 188 075 855 360 байт. Устройство может поддерживать различные форматы адресации, причем формат адреса может меняться даже в соседних командах. Принятая система команд и регистров, являющаяся частью спецификации АТА, ориентирована на блочный обмен данными с жесткими магнитными дисками — устройствами хранения с непосредственным доступом. Позже спецификацию расширили для иных устройств хранения: ¦ Спецификация ATAPI позволяет передавать пакет, содержащий командный блок (откуда и часть названия PI — Package Interface). Структура командного блока заимствована из SCSI, его содержимое определяется типом подключенного устройства: ленточного, оптического (CD, DVD), магнитооптического и т. п. ATAPI позволяет расширить границы применения шины АТА, введя всего лишь одну новую команду передачи управляющего пакета. ¦ Набор дополнительных команд CFA (Compact Flash Association) введен для устройств хранения на флэш-памяти. От обычных устройств хранения (с непосредственным доступом) флэш-память отличается сравнительно длительным стиранием данных перед перезаписью. Группа дополнительных команд позволяет более эффективно работать с этими устройствами (хотя возможен доступ к ним и обычными, «дисковыми» командами АТА). Параллельный интерфейс АТА исчерпал свои ресурсы пропускной способности, достигшей 133 Мбайт/с в режиме UitraDMA Mode 6. Для дальнейшего повышения пропускной способности интерфейса (но, увы, не самих устройств хранения, которые имеют гораздо меньшие внутренние скорости обмена с носителем) было принято решение о переходе от параллельной шины к последовательному двухточечному интерфейсу Serial АТА (SATA). Цель перехода — улучшение и удешевление кабелей и коннекторов, улучшение условий охлаждения устройств внутри системного блока (избавление от широкого шлейфа), обеспечение возможности разработки компактных устройств, облегчение конфигурирования устройств пользователем. Интерфейс SATA позволяет сохранить (и развивать) сложившуюся систему команд ATA/ATAPI, что обеспечивает преемственность и программную совместимость со старым ПО. Поначалу интерфейс SATA отличался только способом транспортировки данных и команд между контроллером и устройствами. Главная революция в организации обмена с устройствами хранения произведена в спецификации SATA II, в которой описан эффективный механизм обслуживания очередей — NCQ на базе механизма FPDMA. Для SATA II появилась новая спецификация контроллера — AHCI, которая меняет и идеологию взаимодействия (сохраняя команды), что выводит SATA на «профессиональный» уровень интерфейса устройств хранения, почти не уступающий по возможностям интерфейсу SCSI. Разработкой спецификаций ATA/ATAPI занимается технический комитет Т13 (прежде — Т10) Международного комитета по стандартизации в области информационных технологий (INCITS). Разработанные им спецификации оформляются в виде стандартов ANSI. Развитие интерфейса отражает история спецификаций, начавшаяся с АТА-1 (1994 г.). В 2005 году обсуждаются спецификации ATA/ATAPI-7 и ATA/ATAPI-8, в которые входят как параллельные шины (РАТА), так и последовательные интерфейсы (SATA). В Сети можно найти спецификации параллельной шины ATA/ATAPI (http://wwVv.tl3.org) и последовательного интерфейса Serial АТА (http://www.serialata.org).

Интерфейс SCSI (Small Computer System Interface — системный интерфейс малых компьютеров, произносится «скази») предназначен для соединения устройств различных классов: памяти прямого (жесткие диски) и последовательного (стримеры) доступа, CD-ROM, оптических дисков однократной и многократной записи, устройств автоматической смены носителей информации, принтеров, сканеров, коммуникационных устройств и процессоров. Наиболее широко этот интерфейс используется для устройств и систем хранения данных. Первоначально интерфейс SCSI был определен в виде параллельной шины, объединяющей равноранговые устройства. Устройством SCSI (SCSI Device) называется как хост-адаптер, связывающий шину SCSI с какой-либо внутренней шиной компьютера, так и контроллер целевого устройства (target controller), с помощью которого устройство подключается к шине SCSI. На шине возможно присутствие более одного хост-адаптера, что позволяет обеспечить разделение (совместное использование) периферии несколькими компьютерами, подключенными к одной шине SCSI. Интерфейс SCSI оптимизирован для многозадачной работы: после получения команды на время выполнения своих внутренних операций устройство может освобождать шину (и неоднократно), а затем восстанавливать соединение для передачи данных и информации о завершении. Во время освобождения шину могут занимать процессы ввода-выво- да, связанные с тем же или другим устройством. Интерфейс SCSI изначально ориентирован на эффективное обслуживание множества устройств. Применение цепочек команд позволяет разгружать хост даже при выполнении довольно сложных процедур, связанных с хранением и поиском данных. Правда, далеко не всегда эти возможности практически используются операционными системами и приложениями. Но и без них независимость работы устройств друг от друга и освобождение шины на время внутренних операций обеспечивают SCSI неоспоримые преимущества перед параллельным вариантом АТА в Качестве интерфейса для мощных систем хранения данных. Однако с внедрением интерфейса Serial АТА II и механизма NCQ у SCSI появился серьезный конкурент.