Parallel ATA умер, да здравствует Serial ATA!

Как вы уже догадались, речь пойдет о новом замысле Intel - последовательном интерфейсе (Serial ATA) - кому это надо, кому не надо, и почему. Сразу хочется отметить, что реальной видимой необходимости в появлении нового интерфейса еще нет, ведь редкий винчестер подбирается к барьеру Ultra ATA/66, а иные и до UDMA/33 не добрались. Но обо всем по порядку...

Немного истории...

Начнем с истоков зарождения, которое для интерфейса Parallel ATA началось в далеком 1984 году, когда Western Digital и Compaq загорелись идеей встроить АТ-контроллер в электронику жесткого диска. Как ни странно, но небольшое увеличение цены носителя информации существенно снижало общую стоимость дисковой подсистемы в целом. Уже в 1989 году все та же "троица" Compaq, Western Digital и Control Data Corporation предложили новый интерфейс. Прототип не залежался в столах важных президентов фирм и в 1994 году вышел в свет. Был принят первый стандарт АТА, совмещающий в себе спецификации IDE. АТА вообще расшифровывается, как AT Attachment, приложение к АТ, то есть контроллеру. Необходимо отметить, что контроллер имел 16-разрядную шину, и был нацелен на присоединение к ISA. Пропускная способность PATA тогда составляла менее 3 Мбайт/с. Кстати, до выхода стандарта ANSI в 1994 году, очень часто появлялись диски, не совместимые между собой, при подключении которых к одному порту не работал ни один. Именно такое положение дел заставило индустрию создать инициативную группу Т13 при National Committee for Informational Technology Standards (NCITS) для дальнейшего развития и стандартизации интерфейса АТА. Что касается технических подробностей контроллерной новинки, то она поддерживала два канала, которые делились в себе на master/slave, обеспечивала PIO вплоть до mode 2, а также включала поддержку прямого доступа к памяти single word DMA modes 0,1 и 2 и multiword DMA mode 0.

Скоростные показатели жестких дисков не стояли на месте, и поэтому в 1996 году АТА был расширен и снова стандартизирован в ANSI. Новый АТА-2 был обратно совместим с предшественником. Новый интерфейс получил более скоростные режимы программного ввода/вывода (PIO modes 3 и 4) и multiword DMA modes 1 и 2. Повышение производительности достигалось в основном введением block transfer - блочной переадресации данных и логической адресацией блоков (LBA). Команда Identify Drive была усовершенствована, и диск идентифицировался намного лучше.

Такое бурное развитие не замедлило сказаться на популярности АТА-2. Как грибы после дождя посыпали псевдоновые стандарты и расширения. Так Fast ATA от Seagate явился лишь маркетинговым ходом, так как вместо ожидаемого от приставки Fast прироста производительности означал скорей обратное - отсутствие поддержки самых быстрых PIO mode 4 и DMA mode 2. Аналогично поступил Quantum, переименовав АТА-2 в Fast ATA-2, абсолютно ничего не изменив.

Еще одно дополнение, но уже более существенное, вводит Western Digital. Оно получило название Enhanced IDE (EIDE), и состояло в расширении максимального объема дисков до 8,4 Гбайт, плюс увеличение скорости порта до 16 Мбайт/с.

Выход в 1997 году нового АТА-3 (кстати, не утвержденного ANSI новым стандартом из-за отсутствия новых режимов передачи данных) был вынужденным шагом, из-за низкой надежности семейства АТА. Поскольку кабель IDE/ATA остался тем же, что и при рождении стандарта, нужно было многое переосмыслить. И в это время на арену компьютерных технологий выходит технология S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), необходимость которой сложно переоценить. В стандарт, как уже было сказано, она не вошла, однако поддержали новую технологию все без исключения производители. Итак, есть особый смысл в предотвращении сбоев в дисковой подсистеме. Распространение IDE устройств намного превосходит аналоги для SCSI. Хотя оба стандарта поддерживают создание RAID-массивов, однако это не выход из сложившейся ситуации. Данные могут годами накапливаться не только на серверах, а, например, на бухгалтерских рабочих лошадках, где сохранность отчетов в течение финансового года также архиважна. Все же RAID-массивы или более дорогие SCSI-устройства для этого типа компьютеров пока редкость. Именно по этому S.M.A.R.T. в индустрии пошел на ура.

Как, наверное, помнит читатель, мы подошли ко времени бурного роста популярности лазерных носителей информации CD-ROM, дисководы которых, к сожалению, не могли быть подключены к контролерам АТА-3. Решить эту проблему был призван новый стандарт ATA Packet Interface или ATAPI. Можно долго дискутировать на тему его привлекательности и совершенства, однако со стороны пользователей такое развитие событий было логичным. До сих пор на ISA звуковых картах можно наблюдать порт для подключения CDROM-дисковода. И в самом деле, шлейф на жестком диске и лазерном проигрывателе был одинаков, но не совместим аппаратно! В конце концов, выиграли все. Итак, при подключении CDROM-а более не надо было использовать дорогой интерфейс, достаточно было загрузить особый драйвер новому устройству. Теперь почти все материнские платы имеют возможность загрузки с ATAPI-устройств. Еще вместе с ATAPI был разработан Multiword DMA3 (UDMA), который поднимал планку скорости АТА до 33 Мбайт/с, при помощи CRC по старому 40-жильному кабелю.

Хочется также разъяснить ситуацию с EIDE (Enhanced IDE). Как уже было отмечено, это расширение дополняло спецификации IDE. Однако когда оно разрабатывалось, то ориентировалось не только на контроллер, но также на чипсет и BIOS, которая не поддерживала в то время диски более 530 Мбайт. Таким образом, существует распространенное заблуждение, что для функционирования жесткого диска более 530 Мбайт необходима поддержка не Enhanced BIOS, а Enhanced IDE в первую очередь. Видим, что EIDE от Western Digital, вскоре становится маркетинговым ухищрением, кстати, подогретым тогда производителями карт с Enhanced BIOS, ловко выдаваемых за enhanced IDE cards.

Многие помнят инновацию Quantum, к тому же поддержанную Intel, по расширению пропускной способности канала до 66 Мбайт/с - UDMA/66. Но это еще добавило проблем сборщикам систем - теперь для обеспечения стабильности понадобилось добавить 40 линий заземления на шлейф.

Чуть позднее Т13 выпускает стандарт UDMA/100, который обеспечивает стабильную передачу данных по 80-жильному кабелю со скоростью 100 Мбайт/с. Расширен до 64 бит LBA. Чипсеты с поддержкой ATA/100 сегодня наиболее распространены. Также ожидается в скором будущем выход UDMA/133. Однако пока только в продуктах вездесущей VIA, Intel отказывается от дальнейшего расширения этого стандарта в своих чипсетах, и обещает в новых платах реализовать лишь SATA-разъемы для винчестеров. Видимо, прокладывая дорогу Serial ATA. Что ж, посмотрим, c RDRAM уже вышел один провал...

Однако буквально на днях фирма Maxtor представила спецификацию на новое поколение жестких дисков Ultra ATA/133. Сам разработчик называет новинку Fast Drives, видно по давно сложившейся маркетинговой традиции. Планка пропускной способности должна вырасти на треть и составить 133 Мбайт/с. Компания представляет лицензию на эту технологию на условиях неразглашения. Как отмечается в пресс-релизе, спецификация направлена на стандартизацию и утверждение в группу Т13 уже упоминавшегося института национальных стандартов ANSI. Продвижением новинки на рынок заинтересовались такие компании, как VIA Technologies, Silicon Integrated Systems (SiS), Promise Technology, и Silicon Image. Ожидается, что в ближайшее время к ним присоединятся ACARD Technology, Acer Laboratories (ALi), Adaptec, Agere Systems, HighPoint Technologies и Pacific Digital.

Теперь поговорим об истории виновника обсуждения Serial ATA. Итак, его история начинается с образованием Serial ATA Working Group, создателями которой являются: Intel, APTechnologies, Dell, IBM, Maxtor, Quantum (тогда еще независимо от Maxtor) и Seagate. И уже в 2000 году на очередном Intel Developers Forum - серьезном форуме для разработчиков, анонсируется предварительная спецификация нового стандарта SATA. Кроме того, как тогда планировалось, новый интерфейс войдет в чипсет под Willamette. Дальше - больше, и на августовском форуме появляется первая новинка - жесткий диск, созданный под руководством Seagate, APTechnologies и Vitesse Semiconductor. В конце того же года Serial ATA Working Group завершила Draft Specification 1.0, по которому SATA получил пропускную способность в 1,5 Гбит/с. Какие из этого всего можно сделать выводы? Все очень просто, устаревший стандарт Parallel ATA должен сойти со сцены, уступив место своему младшему приемнику Serial ATA. Intel с сотоварищами подвели черту под долгой историей интерфейса, возможности которого отнюдь не исчерпаны. И последняя графа истории - проходивший на днях Intel Developer Forum дал кроме прочих новинок и новую финальную спецификацию Serial-ATA 1.0, которая позволит в будущем производить обмен данными со скоростью до 3 Гбит/с, а потом и  6 Гбит/с, и потребует применения специального кабеля и разъема на подключаемом устройстве. Seagate уже через год планирует наладить массовый выпуск устройств с этим интерфейсом.

Как показала история Parallel ATA, его долгое существование определено удачным решением появившихся на тех или иных этапах проблем и ограничений. Самое время подытожить сказанное, и выявить истинные причины замены стандарта.

Как известно, жесткие диски характеризуются двумя основными параметрами. Во-первых, внутренней скоростью считывания данных с пластин в буфер HDD (internal transfer rate), а во-вторых, скоростью передачи из буфера в контроллер. Первая во многом зависит от плотности записи, скоростью вращения и т.д. Эти параметры зависят не от типа интерфейса, а от конструкции диска. Вторая - именно от используемого интерфейса, и разрядности его шины, кстати, этот показатель абсолютно не изменился со времени проектирования АТА (доселе 16 бит, хотя, перейдя на PCI "вход" в хост контроллеры стал 32 бит). Изначально общеупотребительным способом передачи данных через интерфейс IDE/ATA был протокол PIO. Последний mode 4 (но пятый по счету) имел пропускную способность 16,6 Мбайт/с. Отличительной стороной, и определенно отрицательной, являлось то, что эти режимы передачи данных серьезно загружали центральный процессор, и, конечно же, были лучшим выбором в однозадачных DOS - операционных системах. Однако не требовали каких-либо драйверов.

Direct Memory Access (DMA) - прямой доступ к памяти - название протоколов, позволяющих устройству передавать информацию непосредственно в системную память без всякого участия центрального процессора. Сегодня этот способ дает возможность в перспективе увеличить скорость передачи данных до 133 Мбайт/с - предел того, что способен выдержать 80-жильный кабель.

Из вышесказанного следует, что основными путями совершенствования PATA является два способа. Первый, и наиболее логичный, - это увеличение скорости передачи информации в буфер устройства. Но тут мы подходим к дилемме: увеличение скорости передачи информации в буфер требует увеличения размера последнего (сейчас наиболее продуктивен, по мнению производителей, размер буфера около 2 Мбайт). Несложно догадаться, что идеальное равновесие такой системы будет при равенстве возможных скоростей на разделе пластина - буфер и жесткий диск - чипсет. Иначе данные просто на просто будут переполнять буфер диска.

Как видим, перспектив развития у Parallel ATA было не так уж мало: увеличивай число Гб на пластину, наращивай буфер диска, расширяй пропускную способность шины и т.д. Особенно если учесть, что современные диски не дотягивают до предела UDMA/66. Что касается других причин, то это, в первую очередь, невыгодная рядовому пользователю замена большого числа компонентов системного блока, от HDD до материнской платы! Зато посмотрите, как удобно... по-моему, не очень убедительная причина заменить все разом. Угадайте-ка кому это выгодно. Вы правы - указанной в начале статьи семерке разработчиков стандарта SATA. Похоже, экономному пользователю слова о "двукратном" приросте производительности перестали быть командой к очередному upgrade.

Однако у приверженцев Serial ATA есть и неоспоримые доводы в пользу последнего. Среди них в первую очередь отсутствие препятствующих вентиляции внутри корпуса широких шлейфов. Хотя сборщики компьютеров класса brand-name используют направляющие для воздушных потоков, но все же это не решает проблему. Во-вторых, это пониженное напряжение - 3,3 В вместо 5. Вследствие снижения напряжения, а также уменьшения числа проводников всего до двух (плюс шесть на нитание и заземление), возможно удлинение сигнального кабеля до 1 метра, что больше стандарта для параллельного интерфейса в два раза. Также канет в лету и последовательный способ подключения устройств, при котором каждое либо Master, либо Slave. Программное обеспечение посчитает оба устройства главными, "сидящими" на разных портах. Пропускная способность интерфейса составит 1,5 Гбит/с.

Но все же расстраиваться не стоит, так как для первоначального использования устройств SATA в старых системах предусмотрены специальные адаптеры (Dongle adaptor). Вы спросите: "Как это возможно"? Все очень просто и продумано до мелочей, так как на уровне BIOS, а значит и операционной системы, новый интерфейс полностью совместим со старым. Проще говоря, изменилась только начинка, программное обеспечение переписывать не придется.

Хочу под конец рассуждений вспомнить про альтернативные интерфейсы. В первую очередь, это новомодный USB. В своей версии 1.1, он поддерживает скорости передачи данных 1,5 и 12 Мбит/с, чего явно недостаточно. Версия 2.0 обеспечивает скорость до 480 Мбит/с, чего вполне хватит для внешних устройств хранения данных, на которые стандарт в основном и рассчитан.

Перспективной заменой параллельному интерфейсу также рассматривался FireWire (IEEE 1394) от Apple, который в силах обеспечить пропускную способность от 100 до 400 Мбит/с. В дальнейшем эту планку планируется поднять до 3,2 Гбит/с. Хотя сама Apple, судя по лицензионной политике на интерфейс, видит его скорой как замену все для того же SCSI. К неоспоримым достоинствам стандарта необходимо отнести удобство конфигурирования, высокую пропускную способность и прекрасную предсказуемость. Гарантированное время задержки у интерфейса открывает широкие возможности для него в системах оперирующих потоковым аудио и видео. Но индустрия, в поисках замены, обошла стороной оба этих стандарта, в основном из-за плохого сочетания стоимости, перспектив развития и наследственности в программном плане. Последовательный интерфейс (Serial ATA), судя по Roadmap, взойдет на арену высоких технологий лет на десять, и уже сейчас ему готовится два расширения до 3 Гбит/с и позднее 6 Гбит/с. Значит, по мнению производителей жестких дисков, предел их производительности еще далеко не достигнут, а значит "покой Нам только снится..." (с).