Новые интерфейсы SATA, SATA II и SAS — зачем они нужны?
6 апреля 2004
Рубрика: Обзоры и мнения.
Автор: .
pic

Можно долго рассуждать о перспективах развития новых интерфейсов и ситуации с их реальным внедрением, а между тем разработчики их зачем-то разрабатывали. В данном номере опубликовано несколько материалов про положение дел с внедрением стандарта Serial ATA-150 (Статья «Так ли опасен серийный убийца»), где упоминались также и Serial ATA 300/600. В статье про интерфейс SCSI говорилось о разработке последовательного интерфейса SAS (Serial Attachment SCSI ). Мы публикуем основные параметры, сроки и перспективы внедрения, цели и задачи, которые ставят перед собой разработчики новых интерфейсов.

Стандарт Serial ATA 1.0 (SATA-150)

Первоначально интерфейс PATA имел максимальную скорость передачи данных 33 Мбайт/с (ATA33). В настоящее время физическая скорость чтения жестких дисков превосходит 50 Мбайт/с, поэтому интерфейс ATA33 не позволяет реализовать возможности жестких дисков. На смену этому интерфейсу пришел сначала интерфейс ATA66 с максимальной пропускной способностью 66 Мбайт/с, а затем и интерфейс ATA100 с пропускной способностью 100 Мбайт/с. Несколько позднее был выпущен интерфейс ATA133 с максимальной пропускной способностью 133 Мбайт/с. Появление интерфейса ATA133 может показаться не вполне логичным, поскольку возможности по пропускной способности ATA100 до сих пор не исчерпаны. Однако создание нового интерфейса было вызвано отнюдь не стремлением увеличить пропускную способность шины. Реальное же преимущество нового интерфейса заключается в максимально возможном объеме жесткого диска. Дело в том, что стандарт ATA100 допускает использование максимального объема жесткого диска до 137 Гбайт, что связано с 28-битной адресацией сектора. Однако современные диски вплотную подошли к этому пределу — их максимальный объем составляет 120 Гбайт, поэтому дальнейшее увеличение емкости дисков в стандарте ATA100 просто невозможно.

pic

В стандарте же ATA133 (и в этом его главное достоинство) используется 48-битная адресация сектора, что позволяет адресовать диски с невероятно большим объемом — 144 Пбайт (петабайт!). Значит, проблем с использованием дисков более 137 Гбайт нет и не будет. Однако при использовании параллельного интерфейса PATA биты данных передаются параллельно по нескольким проводам, а параллельная передача данных (как оказалось) имеет свои ограничения. Не говоря уже о том, что по сравнению с традиционным параллельным интерфейсом интерфейс Serial ATA имеет большую помехозащищенность и мало-восприимчив к электромагнитным помехам благодаря использованию низкоуровневых дифференциальных сигналов. Скорость PATA интерфейса в 133 Мбайт/сек. является предельной, и у самого PATA интерфейса отсутствует перспектива дальнейшего развития. К тому же стандарт Parallel ATA допускает подключение на один канал до двух устройств (Master и Slave), что сегодня рассматривается как достоинство, но ведь и полоса пропускания для обоих устройств не превышает 133 Мбайт/с. В стандарте же SATA к одному контроллеру можно подключить только один жесткий диск, поэтому каждому устройству стандарта SATA предоставляется вся полоса пропускания целиком.
Сегодня скорость чтения для жестких дисков составляет в среднем 50 Мбайт/сек., и, по прогнозам, на 2007 год она достигнет уже 150 Мбайт/сек., то есть пропускной способности в 133 Мбайт/сек. будет недостаточно.

Дальнейшее развитие — SATA II Phase1

Стандарт SATA II является развитием стандарта SATA 1.0. Обычно стандарт SATA II связывают с большей пропускной способностью интерфейса — 300 Мбайт/сек. вместо 150 Мбайт/сек. Однако увеличенная в два раза полоса пропускания интерфейса в стандарте SATA II — это не единственное (и даже не главное) различие между SATA 1.0 и SATA II. Мало того, существует два этапа реализации стандарта SATA II. Первый (SATA II Phase 1) не подразумевает удвоения полосы пропускания, и речь идет только о расширении стандарта SATA 1.0 (SATA Extensions).
Основных нововведений в стандарте SATA II Phase 1 два: технология изменения очередности команд (Native Command Queuing) и технология умножения портов.
Технология Native Command Queuing, обеспечивающая значительный прирост производительности при операциях ввода-вывода, представляет собой особый алгоритм изменения очередности выполнения команд с целью увеличения пропускной способности. То есть при использовании технологии Native Command Queuing контроллер SATA-устройства анализирует очередь запросов от процессора и оптимизирует очередность их выполнения таким образом, чтобы максимизировать скорость передачи и минимизировать время поиска. Механизм работы технологии Native Command Queuing в общих чертах схож с организацией очередности выполнения команд в SCSI-устройствах. Однако если для SCSI-устройств контроллер поддерживает очередь глубиной в 256 команд, то для SATA-устройств обеспечивается оптимизация очереди глубиной в 32 команды.
Другим нововведением в стандарте SATA II Phase 1 стала технология умножения портов. Применение концентраторов (умножителей портов) позволяет подключить к одному каналу до 15 устройств вместо одного. В то время как в стандарте SATA 1.0 взаимодействие между контроллером и диском организовано по принципу «точка-точка» (peer-to-peer), и к одному каналу контроллера можно подключить только один жесткий диск.

pic

Последовательный переход на последовательный SCSI —
SAS (Serial Attached SCSI)

На рынке серверов традиционным решением на протяжении многих лет считался параллельный интерфейс SCSI, в котором применяется низковольтная дифференциальная передача данных и который неплохо защищен от помех, а также отказоустойчив. По сравнению с IDE-дисками для настольных ПК SCSI-диски всегда были более производительными, надежными и дорогими. В процессе эволюции SCSI-интерфейса появились стандарты Ultra160 SCSI и Ultra320 SCSI, которые обеспечивают пропускную способность 160 и 320 Мбайт/сек соответственно, что вполне достаточно для современных систем хранения данных, RAID-массивов и серверных дисков.
Однако наметившаяся тенденция все сделать последовательным не миновала и SCSI-интерфейс. В результате появился новый стандарт Serial Attached SCSI (SAS), подразумевающий последовательную передачу данных для SCSI-дисков.
Выход первой спецификации Serial Attached SCSI намечен на начало 2004 года, и пока он находится на стадии разработки и утверждения, преждевременно обсуждать, что из него получится и как он будет соотноситься с Serial ATA. И все же. Уже известно, что пропускная способность Serial Attached SCSI составит 300 и 600 Мбайт/сек., при том, что основное достоинство SAS-систем заключается не в пропускной способности, а в возможности подключения до 128 жестких дисков, в полнодуплексном режиме работы, возможности использования кабеля длиной до 6 м (а следовательно, имеется возможность построения внешних дисковых систем с высокой плотностью монтажа).
Еще одна особенность разрабатываемого стандарта Serial Attached SCSI — его совместимость с SATA-дисками на физическом уровне (кабели и разъемы) и на уровне команд, то есть возможность подключать SATA-диски к любому SAS-контроллеру. Это неплохо, но обратная совместимость невозможна, и к SATA-контроллеру нельзя будет подключить SAS-диск.

pic
Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте