Interfejsy dysków

Interfejsy dysków

twardych

twardych

UTK

mgr inż. Robert Szczepaniak

Podstawowym sposobem pracy dysków twardych jest

gromadzenie danych, gromadzenie to wiąże się ściśle
z przesyłaniem danym pomiędzy samym dyskiem a
pamięcią operacyjną. Przesyłanie to może odbywać
się w jednym z dwóch trybów:

• PIO

(

Programmable Input Output

) programowalne

wejście wyjście;

• DMA

(

Direct Memory Access

) bezpośredni dostęp

do pamięci.

Przesyłanie informacji w trybie PIO odbywa się za

pomocą rejestrów procesora i jest zależne od
częstotliwości taktującej zegara procesora. W trybie
DMA operacja przebiega pod nadzorem kontrolera
DMA, dane przesyłane są bezpośrednio pomiędzy
dyskiem twardym a pamięcią operacyjną.

Dyski twarde połączone są z płytą główną za pomocą

sterownika

HDC

(

Hard Disk Controller

) przy

wykorzystaniu interfejsu

HDD

(

Hard Disk Drive

) do

współpracy dysku z płytą główną wykorzystuje się
następujące technologie:

• transmisja równoległa:

– ATA

(

Advanced Technology Attachments

);

– ATAPI

(

Advanced Technology Attachment

Packet Interface

);

– SCSI

(

Small Computer Systems Inferface

).

• transmisja szeregowa:

– SATA

(

Serial Advanced Technology

Attachment

);

– SAS

(

Serial Attached SCSI

)

Standard ATA

Pierwszym interfejsem dysków twardych był interfejs

ST506, jego następcą został interfejs

IDE

(

Integrated

Drive Elektronics

) umożliwiający połączenie dwóch

dysków twardych za pomocą odpowiednich przewodów.
Standard ten należy do technologii ATA. Posiada on 16
bitową szynę danych i jest przystosowany do
współpracy z magistralą ISA. Pojemność obsługiwanego
dysku ograniczona jest do 512 MB a szybkość
transmisji asynchronicznej nie przekracza 8,3 MB/s. W
ten sposób można podłączyć dwa dyski z których jeden
musi pracować jako Master a drugi jako Slave.
Nowszym rozwiązaniem standardu ATA jest standard
ATAPI umożliwiający obsługę obok dysków twardych
innych urządzeń takich jak czytniki CD-ROM, czy
streamery. Rozwiązanie to znane też jako

EIDE

występuje obecnie w wersji zmodyfikowanej prawie we
wszystkich płytach głównych.

Standardy ATA:

• ATA-1

- od 1994 roku, obsługuje tryb PIO 0, 1, 2; DMA

0, 1, 2 umożliwia obsługę dysku do 528 MB;

• ATA-2

- od 1996 roku, obsługuje tryb PIO 0, 1, 2, 3, 4;

DMA 0, 1, 2 pozwala na transmisje blokowe i
adresowanie twardych dysków za pomocą logicznego
adresowania bloków LBA (Logical Block Addresssing)
umożliwia obsługę dysku większych niż 528 MB;

• ATA-3

- od 1997 roku, poprawiono niezawodność

szybkich trybów transmisji, a od 1998 roku wprowadzona
została funkcja monitorująca

SMART

(Self-Monitoring

Analysis And Reporting Technology);

• ATA-4

- od 1998 roku i zwany jest Ultra ATA/33.

Charakteryzuje się tym, że jako pierwszy pozwolił na
obsługę napędu CD-ROM i innych urządzeń masowych.
Wyposażony został też w cykliczne sprawdzanie danych
nadmiarowych CRC (Cyclical Redundancy Checking);

• ATA-5

- wprowadzony w 2000 roku, zwany Ultra

ATA/66, gwarantował zwiększoną transmisję do 66
MB/s;

• ATA-6

- obecna wersja standardu ATA, zwana

UltraDMA 5 pozwalająca obsłużyć dysk 137 GB.
Ponadto, pozwala redukować hałas pracującego
dysku. Prędkość transmisji wzrosła dla

ATA/100

do

100 MB/s, a dla

ATA/133

do 133 MB/s.

Standard SCSI

Początki tego rozwiązania sięgają roku 1984. Opracowany

został jako magistrala równoległa służąca do przesyłania
danych pomiędzy kilkoma urządzeniami. Pierwszym
rozwiązaniem był standard

SCSI-1

, oparty o 8 bitową

szynę przesyłającą dane z szybkością 5 MB/s. Pozwala
on na połączenie 7 urządzeń w sposób kaskadowy ze
sobą za pomocą 50 żyłowego kabla i dołączone ich do
kontrolera SCSI. Każde urządzenie SCSI, posiada swój
niepowtarzalny numer identyfikacyjny (SCSI ID).
Szyna łącząca urządzenia zakończona jest specjalnym
rezystorem dopasowującym zwanym

terminatorem

.

Każde z urządzeń przyłączonych do takiej magistrali
może zależnie od sygnału linii sterującej przybierać rolę
urządzenie początkującego transmisję (INIT), bądź
urządzenia docelowego (TARGET). Istnieją dwie wersje
magistrali SCSI, magistrala

asymetryczna

i magistrala

symetryczna

.

Standard SATA

Serial ATA jest to szeregowa magistrala wywodząca się z

rozwiązania ATA wprowadzone w roku 2002. Dzięki
szeregowej transmisji danych możliwe jest zastosowanie
mniejszej ilości żył w kablach połączeniowych a co za tym
idzie, przewody są bardziej elastyczne, a gniazda zajmują
mniej miejsca na płycie głównej. Najważniejszą zaleta tego
rozwiązania jest jednak zdecydowanie wyższy transfer niż
w przypadku ATA, dla standardu SATA wynosi do 3 Gbit/s.
Dane przesyłane są po dwóch liniach: nadawczej i
odbiorczej pracujących pod napięciem 250mV,
wykonanych z cienkiej 7 żyłowej taśmy. Istnieje
możliwość przyłączania dysków podczas pracy komputera.
W związku z tym, że każdy dysk wykorzystuje swoją parę
kabli przesyłowych zbędnym staje się konieczność
przełączania dysków Master/Slave. Dodatkowo do już
istniejących napięć +5V i +12V dodano napięcie

+3.3V

.

Wszystkie napięcia znajdują się na cienkiej taśmie i są
dołączone do

15 stykowego złącza

.

Standard SAS

Serial Attached SCSI jest to szeregową magistrala

wywodzącą się z SCSI opracowana w 2003 roku.
Główną zaletą jest jej bardzo duża szybkość
transmisji obecnie wynosząca dla standardu

SAS 2.0

do 6 Gbit/s. W rozwiązaniu tym można
wykorzystywać te same kable co w SATA, jednak ich
długość może wynosić aż 8 m.