Первоначально для связи с жесткими дисками использовался интерфейс ATA, но позже он был вытеснен более удобными и современными интерфейсами SATA и SCSI. Приведем краткий обзор этих интерфейсов.
ATA (Advanced Technology Attachment) или PATA (Parallel ATA) – параллельный интерфейс связи, разработанный в 1986 году компанией Western Digital. В то время он назывался IDE (Integrated Drive Electronics), но позже был переименован в ATA, а с появлением в 2003 году интерфейса SATA, PATA был переименован в PATA.
Использование интерфейса PATA подразумевает, что контроллер жесткого диска располагается не на материнской плате или в виде платы расширения, а встроен в сам жесткий диск. На материнской плате, а именно в южном мосте, располагается только контроллер канала PATA.
Для подключения жёстких дисков с интерфейсом PATA обычно используется 40-проводный шлейф. С введением режима PATA/66 появилась его 80-проводная версия. Максимальная длина шлейфа – 46 см. К одному шлейфу можно подключить и два устройства, при этом одно из них обязательно должно быть ведущим, а другое – ведомым.
Существует несколько ревизий интерфейса PATA, отличающиеся скоростью передачи данных, режимами работы и другими особенностями. Ниже приведены основные ревизии интерфейса PATA.
Ревизия интерфейса Теоретическая максимальная пропускная способность Год выхода окончательной версии ревизии
PATA 8.3 Мбайт/с 1994
Ultra PATA 16.6 Мбайт/с 1996
PATA/33 33.3 Мбайт/с 1998
PATA/66 66.7 Мбайт/с 2000
PATA/100 100 Мбайт/с 2002
PATA/133 133 Мбайт/с 2003
На практике пропускная способность шины гораздо ниже заявленной теоретической пропускной способности, из-за накладных расходов на организацию протокола обмена и других задержек. К тому же, если к шине подключено два жестких диска, то пропускная способность будет делиться между ними.
В 2003 году на замену интерфейса PATA пришел интерфейс SATA.
SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс связи южного моста с жесткими дисками, разработанный в 2003 году.
При использовании интерфейса SATA каждый накопитель подключается своим кабелем. Причем кабель значительно уже и удобнее кабеля, используемого в интерфейсе PATA, и имеет максимальную длину до 1 метра. Отдельным кабелем на жесткий диск подается питание.
И даже, несмотря на то, что общее количество кабелей увеличивается, по сравнению с интерфейсом PATA, так как каждый накопитель подключается двумя кабелями, свободного места внутри системного блока становится значительно больше. Это приводит к улучшению КПД системы охлаждения, упрощает доступ к различным элементам компьютера, да и выглядит изнутри системный блок более презентабельно.
На данный момент существует три основных ревизии интерфейса SATA. В таблице ниже приведены основные параметры ревизий.
Ревизия интерфейса Максимальная теоретическая/полезная пропускная способность Тактовая частота Год выхода
SATA 1.0 1.5/1.2 Гбит/с 1.5 ГГц 2003
SATA 2.0 3/2.4 Гбит/с 3 ГГц 2005
SATA 3.0 6/4.8 Гбит/с 6 ГГц 2008
Особняком от этих интерфейсов стоит интерфейс SCSI.
SCSI (Small Computer System Interface, можно читать как «скази») – универсальная шина для подключения высокоскоростных устройств, таких как: жесткие диски, приводы DVD и Blu-Ray, сканеры, принтеры и так далее. Шина обладает высокой пропускной способностью, но сложно устроенная и дорогостоящая, поэтому в основном применяется в серверах и промышленных вычислительных системах.
Первая ревизия интерфейса была представлена в 1986 году. На данный момент существует около 10 ревизий шины. В таблице ниже приведены основные параметры наиболее популярных ревизий.
Ревизия интерфейса Разрядность Частота передачи данных Макс. пропускная способность Длина кабеля (м) Макс. кол-во устройств Год выхода
SCSI-1 8 бит 5 МГц 40 МБит/с 6 8 1986
SCSI-2 8 бит 10 МГц 80 МБит/с 3 8 1989
SCSI-3 8 бит 20 МГц 160 МБит/с 3 8 1992
Ultra-2 SCSI 8 бит 40 МГц 320 МБит/с 12 8 1997
Ultra-3 SCSI 16 бит 80 МГц 1.25 ГБит/с 12 16 1999
Ultra-320 SCSI 16 бит 160 МГц 2.5 ГБит/с 12 16 2001
Ultra-640 SCSI 16 бит 320 МГц 5 ГБит/с 12 16 2003
Увеличение пропускной способности параллельного интерфейса сопряжено с рядом трудностей и, в первую очередь, это защита от электромагнитных помех. А каждая линия связи является источником электромагнитных помех. Чем больше линий связи будет в параллельной шине, тем больше они будут создавать помех друг для друга. Чем выше частота передачи данных, тем больше электромагнитных помех, и тем сильнее они оказывают влияние на передачу данных.
Кроме этой проблемы есть менее существенные, такие как:
•сложность и высокая цена производства параллельной шины;
•проблемы в синхронной передаче данных по всем линиям шины;
•сложность устройства и высокая цена контроллеров шины;
•сложность организации полнодуплексного устройства;
•сложность обеспечения каждого устройства своей шиной и т.д.
В результате, проще отказаться от параллельного интерфейса в пользу последовательного с большей тактовой частотой. При необходимости можно использовать несколько последовательных линий связи, располагающихся дальше друг от друга и защищенных экранирующей оплеткой. Так поступили при переходе от параллельной шины PCI к последовательной PCI express, от PATA к SATA. По тому же пути развития пошла и шина SCSI. Так в 2004 году появился интерфейс SAS.
SAS (Serial Attached SCSI) – последовательная шина типа точка-точка, заменившая параллельную шину SCSI. Для обмена по шине SAS используется командная модель SCSI, но пропускная способность увеличена до 6 Гбит/с (ревизия SAS 2, вышедшая в 2010 году).
В 2012 году планируется выпуск ревизии SAS 3, обладающей пропускной способностью – 12 Гбит/с, однако устройства, поддерживающие эту ревизию, в массовом порядке начнут появляться не раньше 2014 года.
Также не стоит забывать, что шина SCSI была общая, позволяющая подключать до 16 устройств, и все устройства делили между собой пропускную способность шины. А шина SAS использует топологию точка-точка. А, следовательно, каждое устройство подключается своей линией связи и получает всю пропускную способность шины.
Контроллер SCSI и SAS встраивается в материнскую плату редко, так как они достаточно дорогостоящие. Обычно они подключаются, как платы расширения к шине PCI или PCI express.