ТЕХНОЛОГИИ

Один из старейших интерфейсов ATA (Advanced Technology Attachment), применяемых в современных ПК, как правило, для подключения накопителей информации, в ближайшие годы, очевидно, уйдет в небытие. Его заменит более прогрессивная версия нового стандарта - последовательный интерфейс Serial ATA.

Отметим, что в длительной борьбе между ATA и SCSI (Small Computer System Interface) победитель так и не определился. Задолго до этого канули в Лету такие раритеты, как ST506/412 (Shugart, Seagate Technology) и ESDI (Enhanced Small Device Interface). Благодаря высокой производительности, лучшей надежности и возможности подключения большего числа устройств, SCSI стал самым популярным интерфейсом для подключения периферийных устройств к серверам и рабочим станциям. В свою очередь, простота и низкая стоимость (по сравнению со SCSI) обеспечили успех ATA в сегменте настольных и портативных ПК.

От трех до ста+

Интерфейс АТА известен еще под одним названием, которое в каком-то смысле проясняет его сущность, - IDE (Integrated Drive Electronics). Дело в том, что первыми IDE-накопителями были устройства, объединяющие на платах расширения (HardCard) как привод, так и контроллер. Например, отделение Plus Development компании Quantum в свое время разработало устройство, в котором на одной плате расширения находились 3,5-дюймовый винчестер с интерфейсом ST506/412 и его контроллер.

Считается, что ATA - плод совместной разработки трех компаний: Imprimus (подразделение Control Data Corporation, CDC), Western Digital и Compaq, причем последней требовалось недорогое решение для подключения жестких дисков к ПК. Imprimus была просто крупным производителем винчестеров, ну а Western Digital еще с начала 80-х занималась выпуском микросхем-контроллеров для накопителей. Жесткие диски для компьютеров Compaq поставляла компания Conner Peripherals, поэтому успех интерфейса ATA во многом обеспечили массовые продажи именно этих устройств. К тому же ATA стал весьма недорогой альтернативой интерфейсам ESDI и SCSI. В 1989 г. крупнейший ныне производитель жестких дисков (и не только их) корпорация Seagate Technologies купила у CDC компанию Imprimus, а еще несколькими годами позже приобрела и Conner Peripherals.

Прототип системы с интерфейсом Serial ATA

В том же году на свет появился первый документ CAM ATA (Common Access Method AT Attachment), регламентирующий новый интерфейс. Стандарт ATA-1 описывал AT Attachment Interface - интегрированный 16-разрядный шинный интерфейс для обмена информацией между жесткими дисками и контроллерами на системной шине AT. Стандарт определял временные соотношения сигналов интерфейса, спецификацию кабеля, сигналы на разъеме и т. д.

Как уже говорилось, отличительной особенностью данного интерфейса являлась реализация функций контроллера в самом накопителе. Таким образом, если винчестер относился к IDE-устройствам, это означало, что большая часть компонентов контроллера, совместимого по адресам с интерфейсом ST506/ 412 (разработанного, кстати, Seagate Technologies), расположена вместе с электронной частью винчестера. Поскольку ATA-спецификация была долгое время весьма расплывчатым документом, но многие фирмы тем не менее активно выпускали IDE-винчестеры, то с первыми подобными устройствами часто возникали проблемы. Например, заставить функционировать вместе два жестких диска разных производителей было весьма проблематично. Но свою роль ATA-1 все-таки сыграл. Появление единого официального стандарта в конце концов заставило разработчиков следовать некоторым общим правилам.

В 1996 г. стандарт ATA-1 был доработан и на свет появился AT Attachment Interface with Extensions, или ATA-2. Теперь спецификацией предусматривались более скоростные режимы передачи данных (PIO Mode 3 и 4 и multiword DMA Mode 1 и 2), блочная передача данных (когда серия запросов на чтение или запись генерируют только одно прерывание), логическая адресация блоков (LBA, Logical Block Adress), расширенная поддержка идентификации параметров устройства.

Улучшенная версия интерфейса Enhanced IDE, предложенная компанией Western Digital, имела четыре основные особенности:

- использование IDE-накопителей емкостью свыше 504 Мб;

- более производительные режимы обмена данными;

- подключение к одному адаптеру до четырех устройств;

- поддержка периферийных устройств, отличных от жестких дисков.

Видимо в пику конкуренту, Seagate Technology начала внедрять для подобного интерфейса собственные названия: Fast ATA и Fast ATA-2. В частности, данный интерфейс активно использовался при подключении накопителей через локальную шину VL-bus (VESA Local bus). Надо сказать, что основные особенности всех этих “самопальных” интерфейсов позже вошли в соответствующие стандарты ANSI. Заметим, что Seagate Technology и Western Digital (как, впрочем, Conner и Quantum) являлись членами комитета SFF (Small Form Factor), который, собственно, и давал предложения по стандартизации для ANSI от имени производителей.

Расширением протокола ATA стал ATAPI (ATA Packed Interface), требовавший незначительных изменений в системной BIOS. К подобному интерфейсу можно было подключать не только дисковые устройства типа CD-ROM, но и ленточные, например стримеры. При этом ATAPI-устройства подсоединялись непосредственно к тому же шлейфу, что и винчестер. Спецификация ATAPI позволяла всей цепочке устройств работать в режиме, напоминающем протокол SCSI.

В 1997 г. была принята новая версия стандарта - ATA-3, созданная с учетом максимальной совместимости с ATA-2. Фактически, она содержала всего лишь одно новшество - технологию S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), позволяющую предупреждать пользователя о грядущих ошибках в работе накопителя.

В ATA-4 (другое название - Ultra ATA/33) появился уже новый протокол передачи данных multiword DMA Mode 3, названный Ultra DMA. С его помощью удалось добиться пропускной способности ATA на уровне 33 Мб/с. Более высокая скорость передачи данных была достигнута благодаря использованию обоих фронтов стробирующего сигнала. Кроме того, целостность передаваемой на такой скорости через стандартный 40-жильный кабель информации повысилась за счет ее контроля циклическим избыточным кодом CRC (Cyclic Redundancy Check).

По имеющейся информации, в настоящее время к ратификации готовится стандарт ATA/ATAPI-5 (Ultra ATA/66), в котором предлагается задействовать два дополнительных режима передачи данных - Ultra ATA DMA Mode 3 с пропускной способностью 44 Мб/с и Ultra ATA DMA Mode 4 с пропускной способностью 66 Мб/с. Для увеличения помехозащищенности разработчики были вынуждены армировать 40-жильный шлейф еще 40 заземленными проводами, выполняющими функцию экрана.

С конца 1999 г. ведется и создание ATA/ATAPI-6 (Ultra ATA/100). В эту спецификацию должны войти многие предложения, не включенные в предыдущий стандарт. В частности, предусмотрено увеличение размера указателя LBA с 28 до 64 разрядов, введение более быстрых режимов Ultra ATA DMA (с пропускной способностью до 100 Мб/с) и команд, рассчитанных на передачу аудио- и видеопотоков, использование методов снижения уровня шума винчестеров и т. п.

Режимы передачи данных интерфейса ATA

В разработке Ultra ATA/100 непосредственное участие приняли такие компании, как Intel, Quantum и Seagate Technologies. Кстати, сейчас ATA расшифровывается как Advanced Technology Architecture. Новая спецификация должна обеспечить более высокую производительность интерфейса по сравнению с Ultra ATA/66 при той же цене, обратную совместимость и использование того же 80-жильного кабеля с 40-контактными разъемами. Если учесть, что скорость передачи первых ATA-устройств не превышала 3 Мб/с, то примерно за 11 лет она увеличилась более чем в 30 раз.

Перспективы применения устройств, соответствующих данным спецификация, зависят от успешного внедрения Serial ATA. А ситуация с ним такова.

Если заглянуть в будущее

Рабочая группа по созданию стандарта Serial ATA, в которую первоначально вошли APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum и Seagate Technologies, была организована только в прошлом году. В начале 2000 г. эта группа, насчитывающая уже около 30 членов, продемонстрировала первую версию последовательного интерфейса, обеспечившую скорость обмена информацией 1,5 Гбит/с. Отметим, что быстродействие перспективного параллельного интерфейса Ultra ATA/100 не превышает 0,8 Гбит/с (100 Мб/с = 800 Мбит/с = 0,8 Гбит/с). А Ultra ATA/66 отстает от Serial ATA вообще примерно в 3 раза (66 Мб/с = 528 Мбит/с).

На прошедшем недавно Форуме разработчиков Intel (IDF Fall 2000) была одобрена версия 0.9 спецификации Serial ATA. К концу года ожидается появление финальной версии данного стандарта. Кроме того, компании APT Technologies (www.apt-tech.com), Intel (www.intel.com), Seagate Technologies (www.seagate.com) и Vitesse Semiconductor (www.vitesse.com), принимающие активное участие в создании спецификации Serial ATA, представили на IDF первую систему с интерфейсом Serial ATA. В компьютер с микропроцессором Pentium 4 были установлены винчестер Seagate и обладающий 12-кратной скоростью DVD-ROM Delta Micro, которые подключились к адаптеру PCI Serial ATA производства компаний APT Technologies и Vitesse (приемопередатчики).

Стоит отметить, что в планах разработчиков стоит развитие данного интерфейса в течение ближайших 10 лет. На очереди уже второе и третье поколения Serial ATA. В них, в частности, скорость передачи, будет увеличена в 2; 4 и более раза, т. е. до 300 и 600 Гбит/с, соответственно. Предпосылки для этого уже есть. Так, компания Silicon Image (www.siimage.com) на Форуме объявила об освоениитехнологии MSLPhy Serializer/ Deserializer (SerDes), которая расширяет диапазон скоростей передачи до 3,125 Гбит/с. К тому же технология PanelLink, применяемая сейчас в видеоподсистемах, имеет резерв по скорости обмена данными до 5 Гбит/с.

Ограничения, накладываемые параллельным интерфейсом ATA, хорошо известны. Во-первых, это напряжение 5 В, требуемое на 26 сигнальных линиях. Здесь сразу возникают проблемы с созданием интегральных микросхем приемопередатчиков с использованием новых энергосберегающих технологий. Во-вторых, это ограничение на длину кабеля - он не может превышать 18 дюймов (около 45 см). Кроме того, широкий 80-жильный кабель с массивными 40-контактными разъемами обычно препятствует нормальному тепломассообмену в корпусе компьютера.

Интерфейс Serial ATA абсолютно свободен от указанных недостатков. Требования к уровню напряжения сигналов у него снижены до 0,5 В (от пика до пика). Как следствие - легко достигается высокая степень интеграции микросхем приемопередатчиков. А малое энергопотребление особенно важно для мобильных систем. Длина кабеля при последовательном обмене данными даже на высоких скоростях может достигать 1 м, что часто бывает просто необходимо.

Но самое главное - Serial ATA обеспечивает обратную совместимость с наследуемыми ATA- и ATAPI-устройствами, причем не только программную, но и аппаратную. В простейшем случае для этой цели будут использоваться специальные адаптеры-переходники (Dongle).

Компании APT Technologies и Vitesse Semiconductor уже продемонстрировали устройство-мост VSC7170 между параллельным и последовательным интерфейсами АТА. Оно полностью совместимо с драйверами ATA и ATAPI и работает без модификаций под управлением таких ОС, как Windows 98, NT, 2000, Linux и Solaris 8.

Кроме того, на системных платах начнут устанавливать дискретные компоненты для поддержки Serial ATA, в то время как работа параллельного ATA будет по-прежнему контролироваться через базовый набор микросхем. Появление чипсетов, в которых оба интерфейса смогут функционировать одновременно, ожидается не ранее 2002 г.

По мнению ряда экспертов, перспективы у Serial ATA весьма неплохие. В частности, по прогнозам Gartner/Dataquest, к 2003 г. подобным интерфейсом будет оснащено примерно 100 млн. устройств.

Версия для печати