Последовательный интерфейс Serial АТА

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 18Следующая ⇒

Параллельный интерфейс АТА, использующий сигналы TTL-уровня, исчерпал свои ресурсы пропускной способности, достигшей 100 Мбайт/с в режиме UltraDMA Mode 5. Для дальнейшего повышения пропускной способности интерфейса (но, конечно же, не самих устройств хранения, которые имеют гораздо меньшие внутренние скорости обмена с носителем) было принято решение о переходе на последовательный интерфейс. Цель перехода — улучшение и удешевление кабелей и коннекторов, улучшение условий охлаждения устройств внутри системного блока (избавление от широкого шлейфа), обеспечение возможности разработки компактных устройств, облегчение конфигурирования устройств пользователем. Попутно расширяется адресация блоков (достижение предельной емкости адресации АТА в 137 Гбайт не за горами).

Спецификация Serial АТА версии 1.0 опубликована в 2001 г. и доступна в Сети по адресу www.serialata.org. Массовое производство устройств, поддерживающих Serial АТА, началось в 2002-2003 годах. Продвижение стандарта на рынок ведется в основном стараниями VITESSE, Dell, Intel, Maxtor и Seagate - так называемой промгруппой Serial ATA. Программа развития стандарта была составлена примерно на десять лет вперед. В ней предусмотрена разработка трех версий. Первая - это та, которую мы имеем сегодня. Во второй будет в два раза увеличена пропускная способность - до 3 Гбит/с при сохранении полной совместимости с первой. В третьей версии скорость будет составлять 6 Гбит/с, а совместимость будет под вопросом, говорится, что возможно будет сохранена только механическая и электрическая совместимость с предыдущими версиями. SATA-2 должна появится в середине 2004 года, а SATA-3 ожидается в середине 2007. Новую шину, наверное, в обязательном порядке, будут учить думать - создавать очереди команд и оптимизировать их. Это обещает хороший прирост производительности, особенно в многозадачных средах. Следует отметить, что интерфейс SCSI уже сегодня умеет все это делать и много всего, что и не снилось SATA и при гораздо более высокой пропускной способности - 320 Мбайт/с уже доступны (Ultra320 SCSI), и ведутся работы над 640 Мбайт/с (Ultra640 SCSI). Есть варианты SCSI и с последовательной передачей. Единственный недостаток SCSI - высокая стоимость. Serial ATA в настоящее время незначительно дороже параллельного АТА и в будущем предполагается поддерживать эту относительную дешевизну.

Приведенная ниже информация относится к версии 1.0. (SATA-1).

Интерфейс Serial АТА является хост-центрическим, в нем определяется только взаимодействие хоста с каждым из подключенных устройств, а взаимодействие между ведущим и ведомым устройствами, свойственное традиционному интерфейсу АТА, исключается. Программно хост видит множество устройств, подключенных к контроллеру, как набор каналов АТА, у каждого из которых имеется единственное ведущее устройство. Имеется возможность эмуляции пар устройств (ведущее - ведомое) на одном канале, если такая необходимость возникнет. Программное взаимодействие с устройствами Serial АТА практически совпадает с прежним, набор команд соответствует ATA/ATAPI-5. В то же время аппаратная реализация хост-адаптера Serial АТА сильно отличается от примитивного (в исходном варианте) интерфейса АТА. В параллельном интерфейсе АТА хост-адаптер был простым средством, обеспечивающим программное обращение к регистрам, расположенным в самих подключенных устройствах. В Serial АТА ситуация иная: хост-адаптер имеет блоки так называемых «теневых» регистров (Shadow Registers), совпадающих по назначению с обычными регистрами устройств АТА. Каждому подключенному устройству соответствует свой набор регистров. Обращения к этим теневым регистрам вызывают процессы взаимодействия хост-адаптера с подключенными устройствами и исполнение команд.

В стандарте рассматривается многоуровневая модель взаимодействия хоста и устройства, где прикладным уровнем является обмен командами, информацией о состоянии и хранимыми данными. На физическом уровне для передачи информации между контроллером и устройством используются две пары проводов, по которым передаются сигналы с амплитудой 250мв (а не 5В, как в параллельном АТА). На передающей стороне используются парафазные передатчики, а на приемной - дифференциальные усилители. Это значительно снижает искажающее влияние внешних электрических помех на передаваемые по линии сигналы. Данные передаются кадрами, транспортный уровень формирует и проверяет корректность информационных структур кадров (Frame Information Structure, FIS). Для облегчения высокоскоростной передачи на канальном уровне данные кодируются по схеме 8В/10В (8 бит данных кодируются 10-битным символом) и скремблируются, после чего по физической линии передаются по простейшему методу NRZ (Non Return to Zero) (уровень сигнала соответствует передаваемому биту). Использование логического кодирования 8В/10В позволяет с одной стороны избавиться от длинных последовательностей " нулей" в передаваемых данных, что позволяет использовать для передачи несамосинхронизирующийся физический код NRZ, а с другой стороны за счет избыточности кода 8В/10В контролировать правильность передаваемых байтов данных. Скремблирование позволяет избавиться от постоянной составляющей сигналов в линиях передачи. Между канальным и прикладным уровнем имеется транспортный уровень, отвечающий за доставку кадров. На каждом уровне имеются свои средства контроля достоверности и целостности. В первом поколении Serial ATA данные по кабелю передаются со скоростью 1500 Мбит/с, что с учетом кодирования 8В/10В обеспечивает скорость 150 Мбайт/с (без учета накладных расходов протоколов верхних уровней). В дальнейшем планируется повышать скорость передачи, и в интерфейсе заложена возможность согласования скоростей обмена по каждому интерфейсу в соответствии с возможностями хоста и устройства, а также качеством связи. Хост-адаптер имеет средства управления соединениями, программно эти средства доступны через специальные регистры Serial ATA.

В стандарте предусматривается управление энергорежимом интерфейсов. Каждый интерфейс кроме активного состояния может находиться в состояниях PARTIAL и SLUMBER с пониженным энергопотреблением, для выхода из которых требуется заметное время (10 мс).

Команды, требующие передачи данных, могут исполняться в различных режимах обмена. Обращение в режиме PIO и традиционный способ обмена по DMA (legacy DMA) выполняется аналогично параллельному интерфейсу ATA. Однако внутренний протокол обмена между хост-адаптером и устройствами позволяет передавать между ними разноплановую информацию (структуры FIS определены не только для команд, состояния и собственно хранимых данных). В приложении D к спецификации описывается весьма своеобразный способ обмена по DMA, который предполагается основным (First-party DMA) для устройств Serial ATA. В традиционном контроллере DMA адаптера ATA для каждого канала имеется буфер, в который перед выполнением операции обмена загружают дескрипторы блоков памяти, участвующей в обмене. Теперь же предполагается, что адресная информация, относящаяся к оперативной памяти хост компьютера, будет доводиться до устройства хранения, подключенного к адаптеру Serial ATA. Эта информация из устройства хранения при исполнении команд обмена выгружается в контроллер DMA хост-адаптера и используется им для формирования адреса текущей передачи. Мотивы и полезность этого нововведения не совсем понятны; расплатой за некоторое упрощение хост-адаптера (особенно многоканального) является усложнение протокола и расширение функций, выполняемых устройством хранения. Все-таки более привычно традиционное разделение функций, при котором задача устройств внешней памяти — хранить данные, «не интересуясь» тем, в каком месте оперативной памяти компьютера они должны находиться при операциях обмена.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒