Ultra DMA/66

• Ultra ATA/100

• Serial ATA

Ultra DMA/66

          Появление очередного стандарта на IDE интерфейс вызвано острой необходимостью - IDE жесткие диски со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин начали выпускаться в заметных объемах, и ничего не мешает увеличить скорость до 10000 об/мин.
При таких скоростях считывания скорость передачи данных по интерфейсу становится немаловажным фактором, влиящим на быстродействие компьютера в целом. Кроме этого, надо учитывать желание производителей жестких дисков поостоянно подстегивать интерес к новым технологиям и тем самым постоянно стимулировать спрос на их продукцию.

          Перед разработчиками стандарта стояла задача - увеличить вдвое скорость передачи данных, не потеряв в надежности и, самое главное, не вызвав повышения стоимости реализации интерфейса как на самом IDE устройстве, так и в контроллере IDE. Кроме этого, необходимо сохранить совместимость сверху вниз, так как низкоскоростные IDE устройства, такие как магнитооптические накопители, CD-ROM приводы и жесткие диски , выпущенные ранее, должны работать с контроллерами UDMA/66 без каких-либо проблем.

Основное преимущество работы IDE устройств с поддержкой нового стандарта явствует из названия Ultra DMA/66 - скорость обмена по новому интерфейсу равна 66 MB/c.

Главное отличие нового стандарта - увеличенная в два раза скорость обмена. Поскольку длительность каждого сигнала на IDE соответственно также уменьшается в два раза, то резко возрастает угроза влияния помех на сигналы интерфейса. Уже при разработке стандарта UltraDMA/33 был применен метод CRC (Cyclical Redundancy Check - циклический контроль с избыточным кодом) и данные тем самым контролировались на всей цепи их прохождения.
CRC сохранился в качестве метода контроля целостности данных, но, кроме этого, пришлось впервые (с момента появления IDE интерфейса) изменить кабель, показанный на рисунке ниже.

Теперь кабель имеет 80 проводников при тех же 40 контактах. Во всем остальном стандарт полностью совместим со своими предшественниками. Любой жесткий диск с интерфейсом UltraDMA/66 будет работать с любым контроллером IDE и наооборот. Единственное жесткое условие - жесткий диск стандарта UltraDMA/66 будет работать с соответствующим контроллером только через специальный кабель. Как видно на фотографии ниже, внешне кабель для UltraDMA/66 отличается только более тонкими проводниками и разница эта не очевидна (если только рядом не лежит обычный IDE кабель). Проще всего отличить один кабель от другого по цвету разъемов. На кабелях для UltraATA/66 голубой разъем ВСЕГДА подключается к контроллеру, а черные разъемы - к периферийным устройствам.

Первые жесткие диски с поддержкой нового стандарта были выпущены фирмой Western Digital в декабре 1998 года.

         В заключении хотелось бы предостеречь от больших надежд на качественный скачок в производительности дисковой подсистемы компьютера после появления и внедрения UltraDMA/66. Реально скорость работы в 66 MBytes/sec будет достигаться только при работе с буфером на жестком диске. Поэтому при работе с жестким диском, имеющим размер буфера до 512 kBytes, можно ручаться за то, что никакого реального прироста производительности дисковой подсистемы при замене диска и контроллера с UltraDMA/33 на UltraDMA/66 не произойдет. Какое-то повышение производительности будет заметно на жестких дисках с буфером 2 MBytes и больше. Скорее всего размер буфера и дальше будет расти, так как только в этом случае рост скорости интерфейса будет заметен.
         Многие проводят параллели между SCSI и IDE, так как скорость SCSI интерфейса также постоянно растет. Но эти сопоставления неправомерны - на одной SCSI шине может быть до 15 устройств и при размере буфера на каждом, например, 2 MBytes, контроллер должен иметь возможность непрерывно оперировать с 30 MBytes данных и для этого просто необходимо иметь высокие скорости на SCSI интерфейсе. На IDE шине в принципе возможно подключение только двух устройств и поэтому скорость интерфейса такого существенного значения не имеет.
         Результаты практического применения UltraDMA/66 можно посмотреть здесь.

Ultra ATA/100

         В самом начале 2000 года появились первые соообщения об очередном развитии IDE интерфейса - Ultra ATA/100 и в июне того же года Intel выпустила первый контроллер, поддерживающий новый вариант IDE интерфейса. Этот контроллер получил название 82801BA ICH2 и входит в состав наборов i820e и i815e. Первый жесткий диск с новым интерфейсом выпустила фирма Maxtor также в середине 2000 года.

         Принцип функционирования Ultra ATA/100 не существенно отличается от UltraDMA/66 (Ultra ATA/66). После получения информации от жесткого диска о его поддержке режима Ultra ATA/100 драйвер IDE соответствующим образом программирует IDE контроллер и просто повышается тактовая частота работы на интерфейсе. Внутренняя частота контроллера в этом режиме становится 133 MHz, но, поскольку сигналы записи на диск формируются контроллером, а сигналы чтения с диска собственно диском и есть значительная разница в способах формирования сигналов записи и чтения, чтение диска выполняется со скоростью 100 MBytes/s, в то время как запись только со скоростью 88.9 MBytes/s. Несимметричность интерфейса, пожалуй, главная особенность нового варианта IDE. 

         Для работы с конкретным диском по Ultra ATA/100 совершенно необязательно поддержка этого режима другими устройствами на том же канале IDE. Обмен данными по Ultra ATA/100 возможен между контроллером и именно тем устройством, которое этот режим поддерживает.

         Никаких конструктивных изменений новый интерфейс не требует. Подходит тот же кабель, что и для Ultra DMA/66. 

Serial ATA

         Последовательный IDE, или более правильно ATA интерфейс пока не будоражит умы, но очевидно, что переход на последовательный тип интерфейса неизбежен и здесь - для подключения даже таких недорогих устройств, как жесткие диски и другие накопители информации. 
         В чем принципиальная разница между параллельным и последовательным интерфейсом? Немного утрируя, можно представить передачу данных так:

• Параллельный интерфейс. Данные передаются одновременно байтами, словами и т.д., в сопровождении специального сигнала. В качестве такого сигнала может выступать и собственно сигнал записи или чтения. По какому-либо фронту этого сигнала и осуществляется запись данных, при чтении - в контроллер интерфейса, а при записи - в само устройство. Для повышения производительности интерфейса часто используется несколько подобных сигналов и оба фронта каждого из них. Количество физических проводов определяется в этом случае разрядностью интерфейса, набором управляющих сигналов и т.п.  Пример - PCI, IDE, SCSI, AGP, Centronics.
• Последовательный интерфейс. Данные передаются побитно, один бит за другим по одному физическому проводу и разрядность передаваемых данных значения не имеет. Пример - RS232C, IEEE-1394, USB, Ethernet, Fibre Channel.

      С точки зрения обыкновенного здравого смысла параллельный интерфейс всегда быстрее по определению - за один период тактового сигнала шины передаются сразу 8 или 16 или 32 или 64 бита данных. Это утверждение на самом деле правильно для бескабельных шин, таких, как например PCI или AGP. Для бескабельных интерфейсов в качестве проводников используются проводники в печатной плате, которые могут быть достаточно легко разведены в различных слоях печатной платы и их взаимовлияние, а также воздействие внешних помех может быть сведено к минимуму. 
       Но для шин, которые используют кабели для подключения устройств к контроллерам шины, ситуация совсем иная. При прохождении сигналов по параллельной шине вместе с повышением тактовой частоты шины растет как уровень наводок сигналов шины друг на друга, так и "незащищенность" шины от внешних помех. Источников помех много как в самом компьютере, так и за его пределами. Разработчики параллельных интерфейсов, конечно, принимают меры для снижения ущерба  от наводок и помех. На примере IDE/ATA можно увидеть, что уже на этапе UltraDMA/33 был введен CRC контроль для проверки правильности приема/передачи данных по интерфейсу. Но этого оказалось недостаточно и всего через год для внедрения UltraDMA/66 потребовалась замена и интерфейсного кабеля с обычного в 40 проводников на кабель с 80 проводниками. Дополнительные провода были добавлены в кабель исключительно для защиты от помех. 
        Дальнейшее развитие IDE/ATA как параллельного интерфейса с точки зрения специалистов стало невозможным. Потери от помех, точнее от применения методов защиты от помех сводят на нет повышение пропускной способности интерфейса.

        Именно по указанным выше причинам компании APT Technologies, Dell, Intel, Maxtor, Quantum, Maxtor, Seagate создали рабочую группу по разработке нового стандарта интерфейса для подключения различных накопителей информации. Стандарт был назван SerialATA. Конкретные преимущества нового интерфейса таковы:

• Малое количество проводов - 2 пары
• Возможность подачи питания по общему кабелю.
• Высокая скорость обмена данными с практически неограниченными ресурсами для роста в будущем.
• Стоимость набора "контроллер + кабель + интерфейсная часть накопителя" практически совпадает с обычным параллельным IDE.  

        Разъемы, которые будут использоваться в новом интерфейсе, выглядят так:

      Здесь с - интерфейсная часть кабеля, d - разъем питания на кабеле, a и b - ответные части на накопителе информации.

      В таблицу ниже сведены этапы развития нового стандарта.

       Для совместимости жестких дисков и других накопителей планируется на первом этапе выпуск этих устройств с поддержкой SerialATA и обычного IDE одновременно.