Pci sata 3 контроллер что это
Чтобы накопитель данных или оптический привод производил обмен информацией с материнской платой по высокоскоростному кабелю, была разработана технология SATA, или Serial Advanced Technology Attachment. Специальный контроллер отвечает за взаимодействие вышеперечисленных устройств, корректное проведение операций чтения/ записи, проверяет состояние ячеек памяти и обслуживает их, а также выполняет другие функции. От эффективности работы SATA-контроллера зависит скорость ответа участвующих в обмене данными устройств. Управляет взаимодействием особое программное обеспечение, производители которого следят за выпуском актуальных обновлений, устраняющих и предупреждающих сбои оборудования.
Выбираем режим работы SATA-контроллера
Ищем в BIOS названия SATA AHCI, IDE либо RAID. Существуют и особые варианты с дополнением MODE в названии — они призваны корректировать ошибки в устаревших операционных системах. Подключаем нужный вариант и отключаем все остальные. AHCI — современная технология, не совместимая со старыми ОС. Специалисты рекомендуют использовать именно этот режим в связи с его быстродействием. Есть единственное «Но» при выборе подходящего варианта — менять вариант нужно до установки операционной системы, иначе с большой долей вероятности появится BSOD. Если SATA-контроллер использует устаревший драйвер, то для корректной работы его следует заменить.
Принципы обмена данными
SATA-контроллер применяет 3 режима работы, которые определяются принципами обмена данными:
- IDE. Простейший вариант. Накопитель работает как IDE либо РАТА. Потенциал и скорость диска ограничены. Режим оправдывает себя при обеспечении совместимости нового и устаревшего оборудования или взаимодействии с материнкой только одного жесткого диска. Все нужные драйверы встроены в ОС.
- AHCI. Режим позволяет использовать передовые функции приводов и обеспечивать высокоскоростной обмен данными. В большом количестве случаев нужно установить сата-драйвер с сайта производителя материнки. . Данный вариант предполагает создание единого массива из нескольких накопителей. Режим позволяет хранить огромное количество информации и обеспечивать взаимодействие компонентов на высокой скорости. Вместе с этим вариантом работает и AHCI.
Накопитель не работает — в чем дело
Преимущества SATA Express
Кроме новых способов связи между компонентами компьютера, увеличивающими их скорость и производительность, современные варианты SATA дают пользователям следующие преимущества:
Включаем SATA-контроллер в «БИОСе»
Находим в BIOS компьютера Integrated Peripherals или любой другой созвучный пункт, содержащий параметры материнки. Ищем в нем запись, где имеется «SATA-контроллер». Смотрим, активирован ли этот параметр — должно стоять значение Enabled («Вкл»). После внесения изменения сохраняемся, перезагружаем ПК и снова заходим в «БИОС» для проверки, видит ли система жесткий диск. В этом поможет пункт Standard CMOS Features.
Заключение
Почти все интерфейсы прошли долгий путь развития от последовательного до параллельного способа передачи данных. Скорости твердотельных накопителей стремительно растут, еще вчера твердотельные накопители были в диковинку, а сегодня NVMe уже не вызывает особого удивления.
Первая материнка GA-8I945PLGE-RH (SATA 2.0, PCI-E 1.0). При подключении через тестируемую плату второго жёсткого диска, Win7, установленная на первом HDD, зависала на логотипе Windows. Попытка установить заново Win7 (т.е. подключены DVD-ROM и один HDD через плату PCI-E) также приводила к зависанию после копирования файлов.
Вторая материнка на последнем чипсете AMD (A88) — GA-F2A88XM-DS2 (SATA 3.0, PCI-E 2.0-3.0). Разъём PCI-E x1, куда я вставлял эту плату, был указан как Gen2.0. Разъём под видеокарту же был 3.0, но до измерения скорости и выяснения отличия PCI-E 2.0 от 3.0 дело всё равно не дошло. Как и в первом случае — всё останавливалось на логотипе Windows. Но в отличие от первого теста если к плате PCI-E не был подключен жёсткий диск, то Windows всё-таки загружалась (в первом случае это ничего не меняло — тупо зависон на логотипе). Т.е. возможно надо было установить драйвер AHCI именно от Intel (не стал ставить, т.к. комп рабочий, и не хотелось поиметь проблем с ним). Windows с нуля ставить не пытался на этой материнке через PCI-E. Как я понимаю, AHCI на этом компе всё-таки работал, т.к. совершенно точно на имевшемся SSD автоматически работала команда Trim (проверял при помощи TrimCheck).
Третья материнка — GA-H110M-S2 (SATA 3.0, PCI-E 3.0). Проблем не возникло. На этой материнке был разрешён AHCI, и имевшийся жёсткий диск (SSD) также работал в режиме AHCI. Т.е. видимо этот драйвер дал возможность работать плате как следует. Так как удалось загрузиться с жёстким диском, подключенным через PCI-E, то я решил протестировать скорость одного и того же диска, подключенного сначала через плату PCI-E, а потом к разъёму SATA 3.0 на материнской плате. Вышло около 400Мб/с через PCI-E и порядка 550 через SATA 3.0 Видно, что скорость через PCI-E всё же выше, чем SATA 2.0, хотя до SATA 3.0 конечно не дотягивает. Ещё заметил, что если плату вставлять в разъём PCI-E x1, то скорость будет немного ниже, чем если её вставить в x16 (хотя плата сама x1), но незначительно выше — на 1-2%. На картинках скорость через PCI-E и через разъём SATA на материнке.
В итоге я не понял, чем думали её создатели, делая x1 скорость передачи данных. Судя по тестам, плата может достигать скоростей больших, нежели SATA2.0, из чего делаю вывод, что узким местом является именно использование подключения х1. Применение данной платы может быть оправдано только при подключении в слот PCI-E третьего поколения (ибо второе поколение даёт скорость ниже, чем обычный слот SATA 2.0 на материнской плате). Но на материнках с PCI-E 3.0 обычно уже есть свой SATA 3.0 контроллер, который дает бОльшую скорость. Материнских же плат с PCI-E 2.0 и SATA 1.0 не существует, но даже если бы и были, то там покупка такой платы уже экономически невыгодна — слишком старые материнка и проц. В принципе, плюсом можно считать добавление в систему пусть медленного, но разъёма mSATA. Если у кого завалялся лишний SSD mSATA, то его можно будет таким образом подключить. Но надо помнить, что использование этой платы слегка увеличивает время загрузки компа — примерно на 5-7 секунд, необходимых для инициализации платы и отображения её opROM.
Если у кого-то есть НЕдеструктивные :) идеи, как эту плату теперь использовать и хоть как-то отбить вложенные деньги — буду рад их выслушать. Мне пока приходит в голову только идея поставить её на материнку, где есть PCI-E 3.0 и таким образом просто иметь доп.разъём «SATA 2.5» (недоSATA 3.0). Ну или перепродать такому же чайнику как я. :)))
Двух-портовый контроллер SATA 3.0 (6Gbps) не самого популярного форм-фактора мини-PCIe.
Кратко выявленные плюсы:
+ Поддержка современных стандартов
+ Работает нормально
Минусы:
— Цена, кмк, высоковата. Но это ж нишевый продукт. ;)
— Нет выбора режима работы (IDE/AHCI)
режим задаётся прошивкой. В найденном комплекте с прошивкой версии 3.70 есть два образа для IDE и AHCI, отличающиеся одним-единственным байтом (01h для IDE и 06h для AHCI) и без очков видно, что этот байт является частью PCI-класса (0101хх для IDE и 0106xx для AHCI)
Хотите знать больше? © ;)
Несколько лет назад захотелось соорудить что-то вроде модного тогда HTPC. Правда, покупать специальный компактный корпус я не стал, т.к. был в наличии нормальный корпус ATX гламурного розового цвета. ;) Но материнскую плату выбрал всё же формата mini-ITX, с пассивным охлаждением (процессор — Intel Atom D510) и низким энергопотреблением. И почти всё в этой плате было хорошо, кроме малого числа (2 шт.) портов SATA. При полном отсутствии портов PATA и единственном «нормальном» слоте расширения PCI. :( Зато был ещё разъём мини-PCIe, более распространённый в ноутбуках, чем в настольных ПК. В общем, не так давно настал момент, когда третий винт подключить уже некуда, а менять один из стоящих 2ТБ на 4ТБ — не спортивно. ;) Поиск контроллера PCI-SATA в оффлайне показал, что спросом эти контроллеры, по всей видимости, не пользуются, т.к. приобрести такой контроллер можно только под заказ. :/ И тут попался на глаза сабж в новинках на DX. Присмотрелся к нему, раз уж в любом случае придётся ждать, и оказалось что на стороне сабжа есть несколько преимуществ:
1) остаётся свободным слот PCI;
2) PCIe обладает более широкой полосой пропускания;
3) поддержка SATA 6Gbps (PCI-контроллеры, как правило, поддерживают SATA 1,5Gbps или в лучшем случае SATA 3Gbps). Всё это и определило мой выбор.
Приехал контроллер в неброской серенькой коробочке в компании с краткой инструкцией и CD с драйверами:
Вот и сам контроллер, маленький да удаленький: ;)
На плате видно два порта SATA, разъём для подключения светодиода (индикатора активности), кварцевый резонатор на 20МГц, SPI-флэш на 512кбит (64 килобайта) c BIOS'ом и, наконец, «сердце» платы, контроллер ASMedia ASM1061. Качество изготовления платы нареканий не вызывает.
Работать контроллеру предстоит вот здесь:
Как видите, оба порта SATA уже плотно оккупированы. ;) Водружаем контроллер на место. Крепится он в разъёме с помощью мелких защёлок:
Устанавливаем на место новый винт и соединяем его с контроллером:
Светодиод подключать не буду, не вижу смысла.
Включаем компьютер. Ура! Работает!:
Ну, на самом деле «Ура! Работает!» получилось не сразу, а после долгих ритуальных плясок. Но контроллер в этом не особо виноват, с современными ОС пляски бы не потребовались. ;) Кстати, видите на скриншоте надпись «AHCI Mode»? Так вот, краткий взгляд на дамп BIOS'а контроллера показывает, что надпись могла бы быть и «IDE Mode», что сильно облегчило бы процесс сопряжения этой платы со старенькой ОСью, но чем определяется выбор режима, краткий взгляд не показал. ;) Не показал он и каких-либо волшебных комбинаций клавиш, позволивших бы войти в режим настройки. Ну да ладно, в итоге всё и так работает. ;) Понадобилось только найти драйверы посвежее стоковых.
В заключение, могу сказать, что платой я остался доволен. Плата современная и шустрая. Если есть у кого-нибудь потребность в паре портов SATA 3.0 и свободный слот mini-PCIe, то можно покупать смело, «всё проверено, всё стреляет». © ;) Можно даже внедрить эту плату в обычный ПК в разъём PCIe с помощью подобного переходника, но это удовольствие для совсем уже гурманов. ;)
Спасибо за внимание!
Есть вопросы? Задавайте.
Добавлено: Вот эта версия драйверов «сделала мне хорошо» ©. ;) Правда, качал где-то в другом месте, сейчас не вспомню. Там же нашлась и ещё более свежая версия. И там же есть и обновления BIOS'а для какого-то контроллера на ASM-106x, причём в комплекте ДВА образа: для IDE режима и для AHCI. Возможно, поэкспериментирую…
Добавлено 10.10.2014: Обновил BIOS контроллера до версии 3.70 (AHCI). На IDE менять не стал по двум причинам: 1) всё уже настроено и работает; 2) можно воткнуть во второй свободный (пока;) порт планку с разъёмом eSATA и подключать снаружи eSATA-«тостер» с винтами, а горячее подключение и отключение поддерживается только в режиме AHCI.
У Apple Power Mac G5 корпус просторный.
Туда без особых проблем помещаются даже платы формата E-ATX.
Но поставить плату в корпус — ещё только половина дела.
Подержанное серверное железо стоит сравнительно недорого. Плату с двумя четырёхъядерными процессорами Intel Xeon и 32 гигабайтами оперативной памяти можно найти за 100$. Правда, оборотной стороной такой дешевизны будут определённые проблемы с совместимостью, и начнутся они уже с того, что двухпроцессорная материнская плата скорее всего не влезет в обычный ATX корпус без его доработки напильником и болгаркой.
Но такие сложности легко решаемы на месте.
Я при сборке ПК обнаружил, что плата нормально работает с HDD, но упорно не желает видеть подключенные к ней SSD накопители.
При любых настройках BIOS.
Для решения этой проблемы я заказал пару разных(если один откажется работать) адаптеров SATA3 под PCI-E x1. Об одном из них и пойдёт сейчас речь.
Адаптер был упакован в картонную коробку в чёрно-желтых тонах.
Размер коробки 150х130х30 мм, полиграфия, как обычно, с содержимым коробки соотносится примерно никак.
Внутри коробки была плата в антистатическом пакете.
Адаптер выполнен на основе чипа ASM1061 от ASMedia.
Это двухпортовый контроллер интерфейса SATA, способный работать на скоростях до 6 Гб/с и использующий интерфейс PCI-E x1. Он поддерживает NCQ и умеет загружаться и работать с дисками объёмом до 2Тб и мультипликаторами портов.
Также на текстолите распаяна пара разъёмов ESATA. Так как чип поддерживает только два порта, то выбирать нужные придётся установкой перемычек, подключающих к нему разъём SATA, обращённый внутрь корпуса ПК, или ESATA, доступный снаружи.
На обратной стороне платы деталей нет.
К сожалению, адаптер безнадёжно опоздал — материнская плата была продана до того, как он до меня добрался. Но это не помешает проверить, на что он способен.
Для проверки скорости работы использовались программы HD Tune, SSD-Z, AS SSD и Crystal Disk Mark.
Скорость замерялась на SSD накопителе KingDian N480 120GB.
Итак, на старт, внимание, марш — проверяем SATA2 на материнской плате Palit N61S!
Теперь переключим SSD на плату адаптера и повторим серию тестов.
А теперь переставим адаптер в материнскую плату посвежее, Gigabyte GA-F2A78M-HD2, и проведём тесты ещё раз.
Вот что PCI-E Gen2 животворящий делает!
И наконец финальный забег — тот же накопитель, нативный SATA3 материнской платы.
Вывод: скорости передачи данных, обеспечиваемые этой платой адаптера, вполне достаточны для HDD(для работы с которыми она в общем-то и предназначена), но при работе с SSD она превращается в узкое место, ограничивающее производительность(хоть результаты тестов и несколько лучше, чем на встроенном в материнскую плату SATA2). Так что подключать к ней SSD имеет смысл только от безысходности, когда по-другому их подключить вообще не получается, а вот для установки дополнительных HDD, если Вам для домашнего NAS не хватило 4-6-8 имеющихся на материнской плате, она вполне пригодна.
Принципы обмена данными
SATA-контроллер применяет 3 режима работы, которые определяются принципами обмена данными:
- IDE. Простейший вариант. Накопитель работает как IDE либо РАТА. Потенциал и скорость диска ограничены. Режим оправдывает себя при обеспечении совместимости нового и устаревшего оборудования или взаимодействии с материнкой только одного жесткого диска. Все нужные драйверы встроены в ОС.
- AHCI. Режим позволяет использовать передовые функции приводов и обеспечивать высокоскоростной обмен данными. В большом количестве случаев нужно установить сата-драйвер с сайта производителя материнки. . Данный вариант предполагает создание единого массива из нескольких накопителей. Режим позволяет хранить огромное количество информации и обеспечивать взаимодействие компонентов на высокой скорости. Вместе с этим вариантом работает и AHCI.
Заключение
Из нашей статьи вы узнали о SATA-контроллере, и поняли, что он отвечает за высокоскоростной обмен данными между хранилищами и материнской платой. Чтобы этот элемент функционировал надежно и давал возможность пользователю ощутить все преимущества новых технологий, необходимо приобрести современные компоненты и следить за актуальностью драйверов. Специалисты компании «АйТиСпектр» помогут вам в этом вопросе, а также окажут услуги системного администратора.
В прошлой части цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков. Вторая часть расскажет про интерфейсы взаимодействия с накопителями.
Общение между процессором и периферийными устройствами происходит в соответствии с заранее определенными соглашениями, называемыми интерфейсами. Эти соглашения регламентируют физический и программный уровень взаимодействия.
Физическая реализация интерфейса влияет на следующие параметры:
- пропускная способность канала связи;
- максимальное количество одновременно подключенных устройств;
- количество возникающих ошибок.
Параллельные и последовательные порты
По способу обмена данными порты ввода-вывода делятся на два типа:
Последовательные порты — противоположность параллельным. Отправка данных происходит по одному биту за раз, что сокращает общее количество сигнальных линий, но усложняет контроллер ввода-вывода. Контроллер передатчика получает машинное слово за раз и должен передавать по одному биту, а контроллер приемника в свою очередь должен получать биты и сохранять в том же порядке.
Small Computer Systems Interface (SCSI) появился в далеком 1978 году и был изначально разработан, чтобы объединять устройства различного профиля в единую систему. Спецификация SCSI-1 предусматривала подключение до 8 устройств (вместе с контроллером), таких как:
- сканеры;
- ленточные накопители (стримеры);
- оптические приводы;
- дисковые накопители и прочие устройства.
Изначально SCSI имел название Shugart Associates System Interface (SASI), но стандартизирующий комитет не одобрил бы название в честь компании и после дня мозгового штурма появилось название Small Computer Systems Interface (SCSI). «Отец» SCSI, Ларри Баучер (Larry Boucher) подразумевал, что аббревиатура будет произноситься как «sexy», но Дал Аллан (Dal Allan) прочитал «sсuzzy» («скази»). Впоследствии произношение «скази» прочно закрепилось за этим стандартом.
В терминологии SCSI подключаемые устройства делятся на два типа:
Используемая топология «общая шина» накладывает ряд ограничений:
- на концах шины необходимы специальные устройства — терминаторы;
- пропускная способность шины делится между всеми устройствами;
- максимальное количество одновременно подключенных устройств ограничено.
Устройства на шине идентифицируются по уникальному номеру, называемому SCSI Target ID. Каждый SCSI-юнит в системе представлен минимум одним логическим устройством, адресация которого происходит по уникальному в пределах физического устройства номеру Logical Unit Number (LUN).
Команды в SCSI отправляются в виде блоков описания команды (Command Descriptor Block, CDB), состоящих из кода операции и параметров команды. В стандарте описано более 200 команд, разделенных в четыре категории:
- Mandatory — должны поддерживаться устройством;
- Optional — могут быть реализованы;
- Vendor-specific — используются конкретным производителем;
- Obsolete — устаревшие команды.
- TEST UNIT READY — проверка готовности устройства;
- REQUEST SENSE — запрашивает код ошибки предыдущей команды;
- INQUIRY — запрос основных характеристик устройства.
Дальнейшее усовершенствование SCSI (спецификации SCSI-2 и Ultra SCSI) расширило список используемых команд и увеличило количество подключаемых устройств до 16-ти, а скорость обмена данными по шине до 640 МБ/c. Так как SCSI — параллельный интерфейс, повышение частоты обмена данными было сопряжено с уменьшением максимальной длины кабеля и приводило к неудобству в использовании.
Начиная со стандарта Ultra-3 SCSI появилась поддержка «горячего подключения» — подключение устройств при включенном питании.
Первым известным SSD диском с интерфейсом SCSI можно считать M-Systems FFD-350, выпущенный в 1995 году. Диск имел высокую стоимость и не имел широкой распространенности.
В настоящее время параллельный SCSI не является популярным интерфейсом подключения дисков, но набор команд до сих пор активно используется в интерфейсах USB и SAS.
Удаленные накопители
При создании больших хранилищ данных появилась потребность в протоколах, позволяющих подключить накопители, расположенные вне сервера. Первым решением в этой области был Internet SCSI (iSCSI), разработанный компаниями IBM и Cisco в 1998 году.
Идея протокола iSCSI проста: команды SCSI «оборачиваются» в пакеты TCP/IP и передаются в сеть. Несмотря на удаленное подключение, для клиентов создается иллюзия, что накопитель подключен локально. Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN), основанная на iSCSI, может быть построена на существующей сетевой инфраструктуре. Использование iSCSI значительно снижает затраты на организацию SAN.
У iSCSI существует «премиальный» вариант — Fibre Channel Protocol (FCP). SAN с использованием FCP строится на выделенных волоконно-оптических линиях связи. Такой подход требует дополнительного оптического сетевого оборудования, но отличается стабильностью и высокой пропускной способностью.
Существует множество протоколов для отправки команд SCSI по компьютерным сетям. Тем не менее, есть только один стандарт, решающий противоположную задачу и позволяющий отправлять IP-пакеты по шине SCSI — IP-over-SCSI.
Большинство протоколов для организации SAN используют набор команд SCSI для управления накопителями, но есть и исключения, например, простой ATA over Ethernet (AoE). Протокол AoE отправляет ATA-команды в Ethernet-пакетах, но в системе накопители отображаются как SCSI.
С появлением накопителей NVM Express протоколы iSCSI и FCP перестали удовлетворять быстро растущим требованиям твердотельных накопителей. Появилось два решения:
- вынос шины PCI Express за пределы сервера;
- создание протокола NVMe over Fabrics.
Протокол NVMe over Fabrics стал хорошей альтернативой iSCSI и FCP. В NVMe-oF используются волоконно-оптическая линии связи и набор команд NVM Express.
Стандарты iSCSI и NVMe-oF решают задачу подключения удаленных дисков как локальные, а компания Intel пошла другой дорогой и максимально приблизила локальный диск к процессору. Выбор пал на DIMM-слоты, в которые подключается оперативная память. Максимальная пропускная способность канала DDR4 составляет 25 ГБ/с, что значительно превышает скорость шины PCIe. Так появился твердотельный накопитель Intel® Optane™ DC Persistent Memory.
Для подключения накопителя в DIMM слоты был изобретен протокол DDR-T, физически и электрически совместимый с DDR4, но требующий специального контроллера, который видит разницу между планкой памяти и накопителем. Скорость доступа к накопителю меньше, чем к оперативной памяти, но больше, чем к NVMe.
Протокол DDR-T доступен только с процессорами Intel® поколения Cascade Lake или новее.
SATA Express — более современная технология
SATA — востребованная технология, обеспечивающая легкость установки и совместимость между компонентами компьютера. Но с появлением и распространением твердотельных накопителей появилась новая проблема — скорость их работы ограничена производительностью SATA-контроллера, хотя SSD обладают гораздо большим потенциалом. Поэтому была разработана современная технология SATA Express. Спецификация одновременно поддерживает протоколы SATA и PCI-Express в сочетании с суперскоростным интерфейсом. Технология устраняет слабые места, не позволяющие твердотельным накопителям работать в полную силу. В связи с тем, что SATA Express работает и с устаревшими SATA-, и с PCI-Express-разъемами, производители выпускают множество вариаций разъемов на своей продукции.
Новый стандарт использует большее количество линий PCI-Express, благодаря чему значительно увеличиваются скорость и производительность. С развитием технологии стало возможным использовать протокол NVM Express, оптимизированный для работы с SSD и другими современными компонентами. Но новые стандарты пока не встроены в огромное количество существующих ОС. Для полноценного функционирования актуальных технологий необходимо устанавливать дополнительные драйверы. Разработчики учли эту проблему и пока предоставили дискам возможность выбирать, какой из методов применять — SATA Express или AHCI.
ATA / PATA
Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment), так же известный как PATA (Parallel ATA) был разработан компанией Western Digital в 1986 году. Маркетинговое название стандарта IDE (англ. Integrated Drive Electronics — «электроника, встроенная в привод») подчеркивало важное нововведение: контроллер привода был встроен в привод, а не на отдельной плате расширения.
Решение разместить контроллер внутри привода решило сразу несколько проблем. Во-первых, уменьшилось расстояние от накопителя до контроллера, что положительным образом повлияло на характеристики накопителя. Во-вторых, встроенный контроллер был «заточен» только под определенный тип привода и, соответственно, был дешевле.
ATA, как и SCSI, использует параллельный способ ввода-вывода, что отражается на используемых кабелях. Для подключения дисков с использованием интерфейса IDE необходимы 40-жильные кабели, также именуемые шлейфами. В более поздних спецификациях используются 80-жильные шлейфы: более половины из которых — заземления для уменьшения интерференции на высоких частотах.
На шлейфе ATA присутствует от двух до четырех разъемов, один из которых подключается в материнскую плату, а остальные — в накопители. При подключении двух устройств одним шлейфом, одно из них должно быть сконфигурировано как Master, а второе — как Slave. Третье устройство может быть подключено исключительно в режиме «только чтение».
Положение перемычки задает роль конкретного устройства. Термины Master и Slave по отношению к устройствам не совсем корректны, так как относительно контроллера все подключенные устройства — Slaves.
Особенным нововведением в ATA-3 считается появление Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Пять компаний (IBM, Seagate, Quantum, Conner и Western Digital) объединили усилия и стандартизировали технологию оценки состояния накопителей.
Поддержка твердотельных накопителей появилась с четвертой версии стандарта, выпущенной в 1998 году. Эта версия стандарта обеспечивала скорость обмена данными до 33.3 МБ/с.
Стандарт выдвигает жесткие требования к шлейфам ATA:
- шлейф обязательно должен быть плоским;
- максимальная длина шлейфа 18 дюймов (45.7 сантиметров).
Стандарт Serial ATA (SATA) был представлен 7 января 2003 года и решал проблемы своего предшественника следующими изменениями:
- параллельный порт заменен последовательным;
- широкий 80-жильный шлейф заменен 7-жильным;
- топология «общая шина» заменена на подключение «точка-точка».
Шестнадцать сигнальных линий для передачи данных в ATA были заменены на две витые пары: одна для передачи, вторая для приема. Коннекторы SATA спроектированы для большей устойчивости к множественным переподключениям, а спецификация SATA 1.0 сделала возможным «горячее подключение» (Hot Plug).
Некоторые пины на дисках короче, чем все остальные. Это сделано для поддержки «горячей замены» (Hot Swap). В процессе замены устройство «теряет» и «находит» линии в заранее определенном порядке.
Чуть более, чем через год, в апреле 2004-го, вышла вторая версия спецификации SATA. Помимо ускорения до 3 Гбит/с в SATA 2.0 ввели технологию Native Command Queuing (NCQ). Устройства с поддержкой NCQ способны самостоятельно организовывать порядок выполнения поступивших команд для достижения максимальной производительности.
Последующие три года SATA Working Group работала над улучшением существующей спецификации и в версии 2.6 появились компактные коннекторы Slimline и micro SATA (uSATA). Эти коннекторы являются уменьшенной копией оригинального коннектора SATA и разработаны для оптических приводов и маленьких дисков в ноутбуках.
Несмотря на то, что пропускной способности второго поколения SATA хватало для жестких дисков, твердотельные накопители требовали большего. В мае 2009 года вышла третья версия спецификации SATA с увеличенной до 6 Гбит/с пропускной способностью.
Особое внимание твердотельным накопителям уделили в редакции SATA 3.1. Появился коннектор Mini-SATA (mSATA), предназначенный для подключения твердотельных накопителей в ноутбуках. В отличие от Slimline и uSATA новый коннектор был похож на PCIe Mini, хотя и не был электрически совместим с PCIe. Помимо нового коннектора SATA 3.1 мог похвастаться возможностью ставить команды TRIM в очередь с командами чтения и записи.
Команда TRIM уведомляет твердотельный накопитель о блоках данных, которые не несут полезной нагрузки. До SATA 3.1 выполнение этой команды приводило к сбросу кэшей и приостановке операций ввода-вывода с последующим выполнением команды TRIM. Такой подход ухудшал производительность диска при операциях удаления.
Спецификация SATA не успевала за бурным ростом скорости доступа к твердотельным накопителям, что привело к появлению в 2013 году компромисса под названием SATA Express в стандарте SATA 3.2. Вместо того, чтобы снова удвоить пропускную способность SATA, разработчики задействовали широко распространенную шину PCIe, чья скорость превышает 6 Гбит/с. Диски с поддержкой SATA Express приобрели собственный форм-фактор под названием M.2.
«Конкурирующий» с ATA стандарт SCSI тоже не стоял на месте и всего через год после появления Serial ATA, в 2004, переродился в последовательный интерфейс. Имя новому интерфейсу — Serial Attached SCSI (SAS).
Несмотря на то, что SAS унаследовал набор команд SCSI, изменения были значительные:
- последовательный интерфейс;
- 29-ти жильный кабель с питанием;
- подключение «точка-точка»
Максимальное количество одновременно подключенных устройств в SAS-домене по спецификации превышает 16 тысяч, а вместо SCSI ID для адресации используется идентификатор World-Wide Name (WWN).
Несмотря на схожесть разъемов SAS и SATA, эти стандарты не являются полностью совместимыми. Тем не менее, SATA-диск может быть подключен в SAS-коннектор, но не наоборот. Совместимость между SATA-дисками и SAS-доменом обеспечивается при помощи протокола SATA Tunneling Protocol (STP).
Первая версия стандарта SAS-1 имеет пропускную способность 3 Гбит/с, а самая современная, SAS-4, улучшила этот показатель в 7 раз: 22,5 Гбит/с.
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) — последовательный интерфейс для передачи данных, появившийся в 2002 году. Разработка была начата компанией Intel, а впоследствии передана специальной организации — PCI Special Interest Group.
Последовательный интерфейс PCIe не был исключением и стал логическим продолжением параллельного PCI, который предназначен для подключения карт расширения.
PCI Express значительно отличается от SATA и SAS. Интерфейс PCIe имеет переменное количество линий. Количество линий равно степеням двойки и колеблется в диапазоне от 1 до 16.
Термин «линия» в PCIe обозначает не конкретную сигнальную линию, а отдельный полнодуплексный канал связи, состоящий из следующих сигнальных линий:
- прием+ и прием-;
- передача+ и передача-;
- четыре жилы заземления.
«Аппетиты» твердотельных накопителей растут очень быстро. И SATA, и SAS не успевают увеличивать свою пропускную способность, чтобы «угнаться» за SSD, что привело к появлению SSD-дисков с подключением по PCIe.
Хотя PCIe Add-In карты прикручиваются винтом, PCIe поддерживает «горячую замену». Короткие пины PRSNT (англ. present — присутствовать) позволяют удостовериться, что карта полностью установлена в слот.
Твердотельные накопители, подключаемые по PCIe регламентируются отдельным стандартом Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification и воплощены в множестве форм-факторов, но о них мы расскажем в следующей части.
Читайте также: