Краткая характеристика интерфейсов жестких дисков

Основная функция интерфейса – передача данных из системы в накопитель и обратно. От типа интерфейса зависит, с какой скоростью будут осуществляться эти операции, а это и определяет производительность компьютера.

Со времени создания персональных компьютеров было разработано несколько типов интерфейсов: ST-506/412, ESDI, IDE, SCSI. Из них только первые два можно считать собственно интерфейсами для обмена информацией между контроллером и жестким диском. SCSI и IDE – интерфейсы системного уровня, в которых контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. В интерфейсе SCSI между контроллером и системной шиной вводится еще один уровень организации данных и управления, а интерфейс IDE взаимодействует с системной шиной непосредственно.

Интерфейс ST-506/412 разработан фирмой Seagate Technologies в 1982 г. Впервые он был использован в накопителе размером 5,25" емкостью 12 Мбайт. Подобные накопители использовались в качестве стандарта для PC XT и AT 286. Самыми известными из них являются два устройства фирмы Seagate: ST225 объемом 21,4 Мбайт и средним временем доступа 65 мс и ST251 (42,8 Мбайт, 28 мс). В обоих случаях речь идет о накопителях 5,25" половинной высоты (2,6"). В литературе эти накопители иногда называют МFМ-накопителями (по способу кодирования информации).

Интерфейс ESDI (Enhanced Small Device Interface – усовершенствованный интерфейс малых устройств) – специализированный интерфейс накопителей на жестких дисках, разработанный фирмой Maxtor. ESDI-накопители обычно бывают полной высоты и находятся в корпусе 5,25". ESDI-накопители имеют до 53 секторов на дорожку и принадлежат к первым накопителям, емкость которых достигла 100 Мбайт. Поэтому область их применения – в первую очередь, сетевые серверы и высокоскоростные устройства (по меркам прошлых лет). По сравнению с ST-506/412, в интерфейсе ESDI предприняты меры по сокращению числа ошибок считывания данных, в частности, шифратор/дешифратор расположен непосредственно на плате накопителя. Скорость передачи данных в этом стандарте может достигать 24 Мбайт/с, хотя на практике она составляет 10–15 Мбайт/с. При использовании интерфейса ESDI можно считывать с жесткого диска карту расположения поверхностных дефектов (соответствующая информация завода-изготовителя может храниться на диске в служебном файле).

Дальнейшее совершенствование интерфейсов шло по пути объединения контроллера и накопителя на жестких дисках, что позволило повысить тактовую частоту шифратора/дешифратора, плотность размещения данных на носителе и общее быстродействие системы. Официальное название интерфейса IDE, признанного ANSI в марте 1989 г., – АТА (AT Attachment). Главные достоинства IDE-накопителей – дешевизна и быстродействие. Стандарты АТА прошли долгий путь эволюции, пока не была решена проблема совместимости, возникающая при подключении к шинам ISA и EISA. В CMOS Setup первые IDE-накопители можно было устанавливать с их физическими параметрами (Nature Mode) или указывать логический тип. Современные IDE-накопители поддерживают универсальный режим трансляции, при котором основным критерием выбора параметров накопителя является общее количество секторов данной модели. Большинство BIOS персональных компьютеров имеют процедуру “Autodetect”, которая позволяет считывать и устанавливать паспортные параметры накопителя. Некоторые накопители, например, фирмы Conner, используют адаптивный режим трансляции, в котором накопитель сигнализирует о неправильном использовании дискового пространства. При инициализации накопителю передаются два параметра: количество головок и секторов; затем накопитель подстраивает свою логическую структуру таким образом, чтобы общая емкость не изменилась, причем коррекция осуществляется за счет цилиндров.

Спецификация стандарта АТА-2 (EIDE) была разработана фирмой Western Digital. Аналогичные стандарты Fast-ATA и Fast-ATA-2 были приняты фирмами Seagate и Quantum. Можно выделить четыре области, в которых стандарт АТА-2 претерпел существенные изменения по сравнению с исходным:

• увеличение максимальной емкости накопителей;

• увеличение скорости обмена данными;

• появление вторичного канала для подключения двух устройств;

• использование интерфейса ATAPI.

Максимальная емкость накопителей АТА-2 значительно увеличена за счет разработки улучшенной BIOS (Enhanced BIOS), что позволило преодолеть барьер в 504 Мбайт емкости жесткого диска. Появление этого ограничения связано с физическими параметрами жесткого диска (количество цилиндров, головок, секторов).

SCSI-накопители имеют самую высокую скорость обмена данными. Но их достоинством является не столько скорость обмена информацией, сколько вся SCSI-система как таковая. SCSI Host-адаптер может управлять не только накопителем, но и всеми периферийными устройствами, которые подключены к нему и поддерживают протокол SCSI. Для SCSI-накопителей (как и для IDE-накопителей) ни в коем случае нельзя выполнять низкоуровневое форматирование, поскольку при этом теряется информация о важнейших эксплуатационных параметрах, необходимых для обеспечения работоспособности устройства. Стандарт SCSI за время своего развития претерпел существенные изменения. Совершенствование интерфейса SCSI происходит и в настоящее время.

При сравнении возможностей накопителей на жестких дисках IDE и SCSI учитываются несколько факторов. При тестировании IDE-накопители в большинстве случаев оказываются эквивалентными SCSI-устройствам. В IDE-накопителях при передаче данных из каждого сектора на вспомогательные операции затрачивается меньше времени, чем в SCSI (дополнительные задержки связаны с установлением соглашения о синхронизации, выбором жесткого диска-адреса, запросом данных, сигналом окончания передачи, преобразованием логических адресов в физические, выраженные в значениях цилиндров, головок и секторов). В результате интерфейс IDE имеет неоспоримые преимущества при последовательном обмене данными, характерном для однозадачной операционной системы. При работе в многозадачной системе производительность SCSI-устройств выше. Архитектура SCSI-накопителей сложнее архитектуры накопителей IDE.