Dyski twarde - technologie 2001-01-08 (19:30)

"Twardziele" na start!

Paweł Leśniorowski

Kupując twardy dysk, musimy podjąć szereg ważnych decyzji, od których zależeć będą zarówno możliwości, jak i cena wybranego produktu. Jak połapać się w gąszczu fachowych pojęć opisujących poszczególne dostępne na rynku modele i stosowane w nich technologie?

Uważny obserwator rynku pamięci masowych zgodzi się zapewne z tezą, że mnogość aktualnie oferowanych rozwiązań coraz bardziej utrudnia rozeznanie się w charakteryzujących je - a nierzadko i odróżniających - cechach. Jest to konsekwencja postępu technologicznego, który w ostatnich latach jest w tej branży iście imponujący. Z punktu widzenia użytkownika, zmiany wprowadzane w konstrukcji twardych dysków dotyczą kilku głównych zagadnień. Zaznajomienie się z nimi ułatwi samodzielne oszacowanie własnych potrzeb i dokonanie właściwego wyboru w momencie realizowania zakupu. Co odróżnia produkowany obecnie sprzęt tego typu?

Interfejsy

Do niedawna dostępne na rynku "twardziele" dzieliły się na dwie grupy: urządzeń SCSI, stosowanych w profesjonalnych zadaniach, oraz tańszych EIDE/ATA, przeznaczonych dla masowego odbiorcy i tańszych konfiguracji komputerowych. Obecnie sytuacja nieco się komplikuje, gdyż alternatywna dla równoległych standardów SCSI i EIDE/ATA, wywodząca się z raczej egzotycznych zastosowań, "niszowa" technologia masowych pamięci z interfejsem szeregowym (USB oraz FireWire) ma szansę upowszechnić się dzięki opracowanemu niedawno standardowi Serial ATA. Zanim jednak ten ostatni się spopularyzuje minie jeszcze trochę czasu. Warto zatem zapoznać się z aktualnie obowiązującymi, popularnymi technologiami. Na miano takiej zasługują z całą pewnością wszystkie odmiany charakterystycznego dla komputerów PC interfejsu EIDE/ATA.

EIDE/ATA

Technologia ATA (AT Attachment) datuje się jeszcze na początek lat osiemdziesiątych, kiedy to opracowano jej pierwotną, związaną z szyną ISA wersję. Zastosowana magistrala oraz przyjęty asynchroniczny sposób

przesyłania danych ograniczały maksymalny transfer do 8,3 MB/s (w tzw. trybie PIO Mode 2, w Mode 0 szerokość pasma wynosiła zaledwie 3,3 MB/s). Przedstawiona niewiele później specyfikacja ATA-2 (Fast ATA/EIDE) znacząco rozszerzyła możliwości pierwowzoru wprowadzając tryb synchroniczny, transmisje blokową i nowy tryb adresowania powierzchni dysku - LBA (Logical Block Addressing - dzięki niemu zniesiono ograniczenie maksymalnej pojemności 504 MB). Upowszechniono również mechanizm DMA. Przedstawione rozszerzenia były niezbędne dla zapewnienia odpowiedniego pasma dla coraz szybszych urządzeń. W odróżnieniu od poprzedniego, występującego wcześniej najczęściej w postaci karty AT-Bus interfejsu kontroler ATA-2 wchodził zazwyczaj w skład chipsetu płyty głównej i stanowił jeden z modułów "podpiętych" do szyny PCI. Maksymalna prędkość przesyłania danych wzrosła do 16 MB/s, przy czym korzystać można było zarówno z nowszych odmian trybu PIO (Programmed Input/Output - procedury wejścia/wyjścia realizowane przez CPU), jak i odciążającego procesor komputera transferu DMA (Direct Memory Access - przesyłanie danych sterowane przez dedykowany temu układ). W ramach niewielkiej "poprawki", znanej pod nazwą ATA-3, wprowadzono mechanizm weryfikacji poprawności zapisanych danych oraz jakości nośnika S.M.A.R.T.

Kolejnym znaczącym etapem w rozwoju interfejsu ATA była znana jako Ultra ATA/33 (ATA-4), czwarta wersja standardu. Ze względu na zwiększenie do 33 MB/s prędkości przesyłania danych (zrealizowane poprzez taktowanie każdej "paczki" nie tylko przez rosnące, ale i opadające zbocze sygnału) konieczne było rozdzielenie zadań synchronizacji pomiędzy "elektronikę" kontrolera i... samego napędu. Od tej pory w trakcie transferu danych z dysku to on dyktuje tempo i stosownie do niego wysyła do komputera odczytane dane. W ramach Ultra ATA/66 (ATA-5 - 66 MB/s) oraz Ultra ATA/100 (ATA-6 - 100 MB/s) zwiększono dodatkowo częstotliwość sygnału taktującego. Ze względu na występujące przy takich częstotliwościach zjawisko przesłuchów (zakłóceń elektromagnetycznych) wprowadzono nowy typ kabla o zwiększonej z 40 do 80 liczbie żył. Dodatkowe 40 żył nie służy jednak bynajmniej do przesyłania dodatkowych informacji, pełni jedynie rolę ekranu (są one wplecione pomiędzy standardowe żyły analogowe; nie zmienił się kształt wtyczek).

Tyle o prędkości. Jeśli chodzi o możliwości funkcjonalne odmian standardu ATA, to są one raczej ograniczone. Popularny, dwukanałowy kontroler EIDE obsłużyć może do 4 urządzeń (po dwa na kanał). Ze względu na sposób przesyłania sygnałów, działające na jednym kanale i identyfikowane jako master lub slave "twardziele" pracować mogą wyłącznie na przemian - niemożliwe jest jednoczesne przesyłanie danych do obu urządzeń (aczkolwiek pewna równoległość może być symulowana programowo).

SCSI

Standard SCSI różni się od EIDE/ATA już w samych założeniach - jest uniwersalny, skalowalny i samodzielny. Struktura połączeń SCSI przypomina małą sieć komputerową z wydzielonym serwerem (komputerem wyposażonym w dedykowany kontroler SCSI) i podłączonymi do niego urządzeniami o jednoznacznie przydzielonych, różnych numerach identyfikacyjnych (SCSI ID). Dzięki dobrze przemyślanej zasadzie działania, rola SCSI nie jest ograniczona wyłącznie do obsługi pamięci masowych - interfejs stosuje się m.in. w urządzeniach do cyfrowego wprowadzania obrazu (np. skanery). Wyposażony w odpowiednie moduły SCSI "sprzęt" komunikuje się z kontrolerem głównym za pomocą ściśle określonego zestawu komend sterujących (Common Command Set), wykorzystywanych zarówno do sterowania pracą samych urządzeń, jak i transmisji przetwarzanych przez nie danych. Zastosowana koncepcja umożliwiła konstruowanie "inteligentnego" hardware'u, który na bieżąco optymalizuje swoje działanie - to właśnie dzięki temu standard SCSI jest wykorzystywany w zadaniach wymagających dużej wydajności i niezawodności.

Obecnie funkcjonuje kilka "wcieleń" standardu SCSI. Już jego pierwsza, opracowana w połowie lat osiemdziesiątych, wersja zwana SCSI-1 - choć podobnie jak ATA ograniczona wyłącznie do obsługi dysków

twardych - cechowała się znacznie większą niż on dojrzałością. Ze względu na pewne problemy z kompatybilnością urządzeń, których producenci nadużywali swobody związanej z otwartością standardu, niemal dziesięć lat później wprowadzono jego kolejną wersję - SCSI-2. Oprócz zoptymalizowania pracy (m.in. kolejkowanie rozkazów), rozszerzenia zbioru stosowanych komend oraz wprowadzenia synchronicznego sposobu przesyłania danych zwiększono przepustowość interfejsu (stąd funkcjonujące odtąd równolegle z SCSI-2 określenie Fast SCSI). Co ciekawe, zależy ona od szerokości szyny i wynosi 10 (16-bitowa magistrala - tzw. Narrow) lub 20 MB/s (32-bitowa magistrala - tzw. Wide). Jej bezpośrednią konsekwencją jest także ilość urządzeń, które mogą równolegle ze sobą pracować (razem z kontrolerem głównym 16 lub 32).

W miarę upływu czasu okazało się, że konieczne jest kolejne zwiększenie przepustowości, a proces poszerzania "gardła" przybrał na sile i szybkości. Wprowadzane kolejno specyfikacje umożliwiły przesyłanie danych z prędkościami: 20 lub 40 MB/s (SCSI-3 - Ultra/Fast-20 lub Ultra Wide/Fast-40), 40 lub 80 MB/s (Ultra2) oraz 160 MB/s (Ultra3 lub Ultra160 - tylko Wide). Równolegle z najszybszymi odmianami standardu wprowadzono nową, niskonapięciową wersję różnicowego przesyłania danych (Low Voltage Differential).

Jednym z ciekawszych usprawnień SCSI w porównaniu z EIDE/ATA jest technologia wielowątkowości. Oznacza ona mniej więcej tyle, że dzięki równoległej obsłudze zleceń wejścia/wyjścia odpowiednio przygotowany system operacyjny nie jest blokowany wąskim gardłem warstwy komunikacyjnej - pracujące w komputerze "twardziele" mogą działać równolegle i nie są blokowane przez inne, korzystające z tej samej magistrali urządzenia.

Zobacz także:
Dysk musi być! - test 28 dysków twardych EIDE
Dyski twarde - przyspieszanie pracy (część 2)
Dyski twarde - przyspieszanie pracy (część 1)

---