Эволюция: ATA-с!

 Автор: Максим Николенко, www.mycomp.com.ua

Своеобразная «гонка вооружений», которая развернулась на процессорном рынке, рынке памяти, видеоадаптеров, похоже, обошла системы хранения информации. Это объясняется, скорее всего, инерционностью данного рынка. Здесь отсутствует явный лидер-разработчик, попытки подавления которого могли бы вызвать всплеск инженерной активности. Но в этом есть и хорошая сторона — открыты пути для сотрудничества многих компаний. Вынужденный новаторский паритет предопределил отсутствие «горячих новинок». Но в то же время он позволяет в спокойной обстановке разработать общепринятые стандарты, одним из которых, по всей видимости, станет Serial ATA.

Как видно из самого названия Serial ATA, настало время серьезных перемен — будущие накопители будут уже устройствами не с параллельной (Parallel ATA), а с последовательной шиной. Новый стандарт является результатом совместных усилий многих ведущих производителей накопителей на жестких дисках и прочих ИТ-разработчиков. Особенно среди них выделяется Intel.

Поскольку в работе над стандартом участвуют множество компаний с независимыми исследовательскими центрами, автор считает, что отличительные особенности Serial ATA как интерфейса вполне объективно показывают то направление, в котором будет развиваться вся индустрия нацеленных на массовый рынок средств хранения информации. Именно развиваться, потому что творцы предрекают стандарту долгую жизнь, а соответственно, и эволюцию.

Теперь остановимся на тех аргументах, которыми производители мотивируют отказ в скором времени от Parallel ATA в пользу его преемника — Serial ATA. В основе Parallel ATA лежат несколько фундаментальных принципов, которые, возможно, и сделали в свое время его не только самым массовым, но и наиболее приемлемым кандидатом на роль внутреннего интерфейса для устройств хранения информации. В интерфейс была заложена возможность присоединения устройств по так называемой master-slave иерархии, поскольку выгоднее делить канал доступа между несколькими устройствами.

Несколько причин заставляют пользоваться параллельным интерфейсом по сей день. Во-первых, запас прочности. Пока запросы приложений не выходили за пределы прогнозируемой нагрузки, проблем не возникало. Но изменение самих приложений, распространение многозадачности значительно изменило структуру обмена данными между накопителем и вычислительной частью системы. Реальностью стала многопоточность. Обмен данными теперь в основном составляют трансферные операции типа «точка-точка» (имеется в виду прямая связь «устройство-устройство», например «жесткий диск–память», минуя CPU). То есть основное требование к интерфейсу для накопителей, который должен отвечать определению «современный», является обеспечение постоянного и непосредственного коннекта между отдельными девайсами. На уровне интерфейса и реального физического уровня устройства просто должны «видеть» друг друга, а не отправлять передаваемые друг другу пакеты данных еще куда-нибудь. Организовать взаимодействие с несколькими потоками и динамически меняющейся нагрузкой при условии, что пропускная способность каналов должна быть стабильной, и разные потоки не должны в плане производительности стопорить друг друга, рациональнее при последовательной логически независимой работе с потоками. Не уложился в свой сеанс — жди следующего. Логичным является отказ от «зашаренной» работы с абсолютно различными потоками данных как от лишнего источника застоев. Неразбериха с синхронизацией потоков в одном канале является также следствием возросшего количества устройств, к подключению которых должен быть готов среднестатистический компьютер. Именно изменение самого подхода к организации логической среды передачи информации привело к повышению общей пропускной способности при работе с обширными длинными потоками данных, характерных, к примеру, для видео- и аудиоконтента. Последовательный интерфейс более приспособлен для помехоустойчивой передачи последовательных потоков больших размеров. Ведь при параллельном интерфейсе слишком много устройств должны передавать данные по одной шине, при этом они не соединены интерфейсом непосредственно с точкой назначения. Множество потоков при передаче по такому интерфейсу делят одну и ту же среду передачи данных, широкий канал таким образом вовсе не обеспечивает эскалации производительности, а как следствие, и роста пропускной способности при возрастании нагрузки на него.

Выделяя каждому устройству по отдельному каналу, которые никак взаимно не зависят, мы получаем не связку дисков, вместе и одновременно протискивающих данные вперед/назад через один вход/выход, а систему независимых накопителей, которые могут напрямую друг с другом взаимодействовать.

Решение Serial ATA действительно является новаторским, кардинально меняя метод подключения дисков. Все нововведения в типологию ATA взаимосвязаны и обусловлены одним: добиться существенного увеличения производительности, освободиться от концепций прошлого и навести «глянец современности». Среди основных его достоинств можно выделить следующие.

Меньшее напряжение сигнальных импульсов. Parallel ATA базируется на TTL — стандарте сигнальных шин. Это означает, что напряжение сигнальных импульсов составляет около 5 вольт. Такое большое значение уже не удовлетворяет запросам новых поколений электронных компонентов, поскольку внедрение новых методов литографии (одного из способов изготовления цифровых электронных компонентов) позволит компонентам оперировать значительно меньшими значениями сигнальных импульсов. Как результат меньшее напряжение — меньшие наводки, меньший потребляемый ток и мощность, возможность «горячего подключения». Последняя как раз и проистекает из меньших действующих нагрузок на порт. Скачкообразный рост тока во время подключения/отключения больше не будет причиной отказа оборудования. Также это уменьшит риск повредить электронику диска при неправильном его подсоединении и коротком замыкании в соединительном шлейфе. Стандартным в интерфейсе Serial ATA является значение напряжения 3.3 В, вместо привычных 5 В у старого интерфейса.

Уменьшение числа жил соединительного шлейфа. Типология параллельного АТА предполагает наличие 26 сигнальных жил. Все мы видели современные кабели для жестких дисков: кроме сигнальных и вспомогательных линий интерфейса возле каждой жилы для защиты от помех проходит линия общего провода. В результате получаем 80-жильный кабель.

Новый интерфейсный кабель Serial ATA состоит всего из 4 сигнальных линий. Его то уже и шлейфом не назовешь :-). Разъем такого кабеля похож на современные телефонные разъемы. Уменьшение числа сигнальных выводов также приведет к упрощению схем разводки материнских плат, уменьшит удельную стоимость установки одного канала интерфейса. Отсюда мы переходим к следующему приятному новшеству.

Уменьшение путаницы проводов и площади поперечного сечения самих проводов. Уменьшение «габаритов» соединительных кабелей — это удешевление самих шлейфов, облегчение монтажа и подключения, увеличение надежности проводов и соединительных разъемов. Сегодня также на первый план выходит потребность в идеальной циркуляции воздуха внутри корпуса современного ПК. Скоро кабели жестких дисков не будут создавать непродуваемых «джунглей».

Нивелирование взаимного влияния устройств. По вполне понятным причинам, которые уже перечислялись выше (а это и ограниченное количество независимых портов, небольшое значение пиковой нагрузки на один порт), стандарт Parallel ATA предусматривает подключение нескольких накопителей к одному каналу. Это приводит к тому, что неодинаковая производительность и уровень текущей загрузки заставляют разные устройства работать на частоте наименее производительного привода. Ведь скорость работы отдельного канала — постоянная величина. К тому же, при многопотоковом обмене данными возникает необходимость напрямую взаимодействовать накопителям, подключенным к одному каналу. Задача по обеспечению постоянной среды передачи — приема ложится на системную логику, поскольку современный стандарт АТА не предусматривает непосредственного контакта устройства — адресата и устройства — отправителя.

Давайте теперь подытожим вышесказанное. За 12 лет существования стандарта АТА, благодаря многочисленным модернизациям, скорость обмена с дисками удалось поднять с 3.3 Мб/с до 100 Мб/с, и даже до 133-х. Тем не менее, скорее всего, привычный АТА станет историей уже в ближайшем будущем. На смену идет новый, прогрессивный, последовательный Serial ATA (пропускная способность версии 1.0 составляет 1.5 Гбит/с, около 180 Мб/с, в перспективе эта скорость может вырасти до 600 Mб/с).

Переход с параллельного АТА на последовательный не потребует никаких изменений в операционной системе: ОС воспринимает диски, например АТА-100 и Serial ATA, абсолютно одинаково. Кроме того, в Serial ATA предусмотрена возможность одновременного обмена данными со всеми подключенными устройствами. Благоприятно сказывается на быстродействии и отсутствие привычной всем иерархии master-slave. И еще одно немаловажное преимущество нового интерфейса наверняка порадует любителей всего аккуратного и эстетичного: кабели для подключения дисков с новым интерфейсом используются узкие (всего четыре сигнальных провода) и длинные (до метра). Про широкие и неудобные шлейфы можно будет забыть.

В перспективе стоимость дисков и контроллеров Serial ATA окажется не больше, чем современных устройств АТА, так что новый интерфейс имеет все предпосылки для того, чтобы занять место основного канала дисковой подсистемы будущих персональных компьютеров.

:: на начало ::