Внешние жесткие диски с интерфейсом Е-SATA и USB

Размещено на http://www.allbest.ru/

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

Тема: «Внешние жесткие диски с интерфейсом

Е-SATA и USB»

Студент

II курса, гр. ПИ-201

Хрисанова А.Д.

Преподаватель к.т.н, профессор

Жигалин А.Г.

Екатеринбург, 2013



ВВЕДЕНИЕ

Возрастание интереса пользователей к внешним жестким дискам специалисты связывают прежде всего с развитием возможностей современных ПК в области обработки мультимедиа-данных.

Каждый уважающий себя пользователь ПК имеет свою постоянно пополняемую коллекцию музыкальных, графических и видеофайлов. Чем более высокое качество имеют файлы в коллекции, тем больше требуется им места на диске. Все острее встает вопрос, где хранить коллекцию и как ее безопасно пополнять, не рискуя своим винчестером при обмене файлами с другими пользователями. Домашние медиа-серверы и сетевые хранилища данных пока многим не по карману, широкополосный Интернет и домашние локальные сети не всегда могут справиться с огромными объемами данных.

Раньше обработкой звука и видео можно было серьезно заниматься только в условиях специализированных студий, оснащенных рабочими станциями; производительности стандартных компьютеров для этих целей было недостаточно. Сегодня же на сравнительно недорогом домашнем ПК можно заниматься сведением музыкальных треков и нелинейным монтажом видео практически на профессиональном уровне.

Современным решением проблемы хранения данных стали внешние жесткие диски, которые позволяют хранить в себе большие объемы данных, они компактны и при необходимости, с легкостью поддаются «транспортировке» с одного компьютера на другой, что очень удобно.

В своей курсовой работе на тему «Внешние жесткие диски с интерфейсом E-SATA и USB» я хотела бы отразить как решается проблема хранения больших объемов данных, какие интерфейсы жестких дисков используются, сравнить наиболее популярные из них, объяснить причину перехода на увеличенный размер сектора и познакомиться с наиболее популярными моделями внешних жестких дисков с интерфейсами E-SATA и USB. интерфейс жесткий диск накопитель

Перед тем, как перейти к рассмотрению самих интерфейсов жестких дисков обратимся к самому понятию «жесткий диск».

1. Понятие жесткий диск и принципы работы

Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. Hard Disk Drive, HDD) - энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех компьютерах.

Накопители на жестких дисках обычно называют винчестерами. Этот термин появился в 1960-х годах, когда IBM выпустила высокоскоростной накопитель с одним несъемным и одним сменным дисками емкостью по 30 Мбайт. Номер его разработки - 30-30. Такое цифровое обозначение (30-30) совпало с обозначением популярного нарезного оружия Winchester, поэтому термин винчестер вскоре стал применяться в отношении любого стационарно закрепленного жесткого диска.

Основными элементами накопителя являются несколько круглых алюминиевых или некристаллических стекловидных пластин. В отличие от гибких дисков (дискет), их нельзя согнуть, отсюда и появилось название жесткий диск.

1.1 Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники

1.1.1 Гермозона

Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

В накопителях на жестких дисках данные записываются и считываются универсальными головками чтения/записи с поверхности вращающихся магнитных дисков, разбитых на дорожки и секторы (512 байт каждый). В накопителях обычно устанавливается несколько дисков, и данные записываются на обеих сторонах каждого из них. В большинстве накопителей есть по меньшей мере два или три диска (что позволяет выполнять запись на четырех или шести сторонах), но существуют также устройства, содержащие до 11 и более дисков . Однотипные (одинаково расположенные) дорожки на всех сторонах дисков объединяются в цилиндр. Для каждой стороны диска предусмотрена своя дорожка чтения/записи, но при этом все головки смонтированы на общем стержне, или стойке. Поэтому головки не могут перемещаться независимо друг от друга и двигаются только синхронно.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.

При высоких скоростях вращения дисков в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысяч долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись информации на магнитный диск.

Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Возникающие при этом электромагнитные сигналы усиливаются и передаются на обработку.

Внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом, а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а так же при прогреве устройства во время работы. Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр - пылеуловитель.

1.1.2 Блок электроники

В современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка, коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации).

1.2 Принципы работы накопителей на жестких дисках

При нормальной работе жесткого диска головки чтения/записи не касаются (и не должны касаться!) дисков. Но при выключении питания и остановке дисков они опускаются на поверхность. Во время работы устройства между головкой и поверхностью вращающегося диска образуется очень малый воздушный зазор (воздушная подушка). Если в этот зазор попадет пылинка или произойдет сотрясение, головка “столкнется” с диском, вращающимся “на полном ходу”. Если удар будет достаточно сильным, произойдет поломка головки. Последствия этого могут быть разными - от потери нескольких байтов данных до выхода из строя всего накопителя. Поэтому в большинстве накопителей поверхности магнитных дисков покрывают специальными смазками, что позволяет устройствам выдерживать ежедневные “взлеты” и “приземления” головок, а также более серьезные потрясения.

В некоторых наиболее современных накопителях вместо конструкции CSS (Contact Start Stop) используется механизм загрузки/разгрузки, который не позволяет головкам входить в контакт с жесткими дисками даже при отключении питания накопителя. Этот механизм был впервые использован в 2,5 дюймовых накопителях портативных компьютеров, для которых устойчивость к механическим воздействиям играет весьма важную роль. В механизме загрузки/разгрузки используется наклонная панель, расположенная прямо над внешней поверхностью жесткого диска. Когда накопитель выключен или находится в режиме экономии потребляемой мощности, головки съезжают на эту панель. При подаче электроэнергии разблокировка головок происходит только тогда, когда скорость вращения жестких дисков достигнет нужной величины. Поток воздуха, создаваемый при вращении дисков (аэростатический подшипник), позволяет избежать возможного контакта между головкой и поверхностью жесткого диска.

2. Основные характеристики жестких дисков

· Интерфейс (interface) - совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Серийно выпускаемые жесткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE), SATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

· Ёмкость (capacity) - количество данных, которые могут храниться накопителем.

· Физический размер (форм-фактор) (dimension). Почти все современные (2001-2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма - под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

· Время произвольного доступа (random access time) - время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик - от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 мс[5]), самым большим из актуальных - диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5[6]).

· Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

· Надёжность (reliability) - определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T..

· Количество операций ввода-вывода в секунду - у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

· Потребление энергии - важный фактор для мобильных устройств.

· Уровень шума - шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

· Сопротивляемость ударам (G-shock rating) - сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

· Скорость передачи данных (Transfer Rate) при последовательном доступе: внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 МБ/с; внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 МБ/с.

· Объём буфера - буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных HDD он обычно варьируется от 8 до 32 МБ.

3. Причины перехода на увеличенный размер сектора

Чтобы разобраться в причинах перехода на увеличенный размер сектора, для начала разберемся с самой структурой жесткого диска.

Структура жесткого диска на внешний взгляд достаточна проста, только углубившись можно столкнутся с какими-нибудь трудностями.

Жесткий диск как и другие магнитные накопители хранят память в дорожкообразной структуре. Следовательно магнитный диск разбит на кольца разного диаметра начиная с внешнего края. Кольца называемые дорожками состоят из кластеров и секторов. Количество дорожек и секторов определяется форматом диска. А формат диска задается при его изготовлении, так что этот параметр изменить нельзя т.е. если размер сектора при изготовлении 512 байт, то с этим ничего уже не поделать. Дорожка разбивается на равные секторы которые обычно занимают 512 байт. Как раз процесс разбития диска на секторы, называется форматированием. И уже в кластерах хранится информация.

Сектор -- это минимальная единица хранения информации на дисковых носителях. Стандартный размер кластера обычно был 512 байт, но сейчас уже существует новый размер в 4 кб, который тоже имеет ряд интересных своих свойств, о которых мы поговорим чуть ниже. В секторе записывается его заголовок (prefix portion), где хранится начало и конец сектора, а в конце -- заключение (suffix portion), в котором содержится контрольная сумма (checksum), нужная для проверки целостности данных. При форматировании в секторе записывается их номера и служебная информация позволяющая определить начало и конец сектора. А так же то что помогает определить форматированную или не отформатированную область диска. По этому из-за служебной информации емкость диска после форматирования немного меньше. На самом деле хоть и говорят что размер сектора 512 байт, но это только объем информации, а сам размер его составляет 571 байт.

Кластер - это единица хранения данных на диске в файловой системе объединенная в один или несколько секторов. Например если диск имеет сектор размером в 512 байт, то кластер размером в 512 байт содержит один сектор. А если кластер имеет размер 2 КБ, то он имеет четыре сектора.

Размер кластера узнать очень просто, для этого достаточно создать текстовый файл и напишите в нем любое слово или даже поставьте одну букву или цифру сохраните и выберите свойство этого файла. В пункте размер на диске будет ваш размер кластера. Главное чтобы файл весил менее 512 байт. Одна буква обычно весит 1 байт.

Итак, сектор - это минимальная единица для хранения информации, но т.к. для настоящего времени 512 байт стало совсем мало, новые технологии продвинули размер в 4 кб. Создатели нового сектора его IDEMA (Международная ассоциация производителей жестких дисков) дали имя Advanced Format (новый формат).

Теперь давайте разберем конкретные причины перехода и какие трудности могут возникнуть с новым сектором (плюсы и минусы его).

Главная причиной его перехода возникла из-за больших емкостей жесткого диска, для таких объемов размер в 512 байт становится ограничением в создании больших объемов и эффективности исправления ошибок.

Малые сектора занимают меньшую площадь жесткого диска, что создает повышение плотности диска. Из-за этого возникают проблемы в исправлении ошибок и в следствии изнашивается поверхность диска.

В секторах в 512 байт, максимальный объем исправления ошибок составляет 50 байт. Возникают трудности в исправлении и чтобы более эффективно происходил процесс исправления появился новый объем 4 кб.

Благодаря новому объему достигается большая плотность жесткого диска, что должно дать увеличение объемов жестких дисков.

Надежность в исправлении ошибок благодаря тому, что код исправления ошибок увеличен до 100 байт (в отличии от старого 50 байт) и надежность возросла до 97 %.

Новый формат достиг уменьшение ширины дорожки до 70-80 нм, понизить себестоимость и следовательно снизить стоимость для покупателя. Повысился объем области хранения данных диска, улучшилась производительность (снизить время чтения/записи и доступа, снизился шум, нагрев, механический износ).

3.1 Возможные трудности

Трудность может ожидать в неподготовленности программного обеспечения, вследствии чего новый сектор может не улучшить характеристики, а наоборот ухудшить! Advanced Format поддерживается начиная с Microsoft Vista с последними обновлениями и более поздними версиями Windows, а также последними выпусками Linux и Mac OS X.

А происходит это из-за того, что программные кластеры не соответствуют друг другу (происходит сдвиг), а так же это касается физических секторов на диске, в следствии чего один кластер перекрывает два сектора, в следствии удваевается число операций чтений/записи, что в конечном случае приводит не только к замедлению работы, но и к большому износу жесткого диска.

Для решения этой ситуации компания Western Digital придумала специальную утилиту WD Align System Utility, благодаря которой производится сдвиг содержимого диска на 1 сектор. А так же специальная, технология Seagate SmartAlign, в дисках Seagate, позволяет использовать технологию нового сектора без специальной утилиты. Western Digital также позволяет сместить блоки переключателем на диске, но возможно проблем с количеством свободных блоков.

Можно так же применять специальные утилиты производителе например одна из них: Paragon Alignment Tool, которые позволяют смещать блоки и не давать падать быстродействию, а наоборот повышать.

Вывод здесь один, наши современные технологии идут все вперед и вперед, новый размер сектора действительно способен повысить быстродействие жесткого диска и системы в целом, но для достижения производительности необходимо внимательно подходить к этой технологии.

4. Интерфейсы

Накопители различных поколений использовали такие интерфейсы: IDE (ATA), USB, Serial ATA (SATA), SATA 2, SATA 3, SCSI, SAS, CF, FireWire, и Fibre Channel. Таблица сравнения интерфейсов HDD в приложении А.

Внутренние жесткие диски подключаются с помощью интерфейсов IDE (или PATA- Parallel ATA), SATA(Serial ATA) или SCSI.

Внешние жесткие диски подключаются с помощью интерфейсов USB, eSATA и FireWire. Внешние жесткие диски имеют ряд преимуществ перед внутренними:

· простота в обращении. Для подключения не нужно открывать системный блок - достаточно всего лишь вставить кабель в нужный порт ПК, и диск готов к работе. Важно: это можно сделать, не выключая компьютер;

· безопасность. Резервные копии данных можно сохранить на внешнем жестком диске и держать его отдельно от самого компьютера. Если вы очень дорожите имеющейся на винчестере информацией, спрячьте его в сейф;

· универсальность. Благодаря тому что большинство внешних жестких дисков оснащено интерфейсом USB, их можно без проблем подключить практически к любому компьютеру;

· высокая емкость. Современные 3, 5-дюймовые модели способны вместить до 1500 Гб данных. Это соответствует более чем трем сотням DVD.

Рассмотрим эти интерфейсы поподробнее.

4.1 Интерфейс SCSI (Small Computer System Interface)

Параллельный интерфейс для подключения различных устройств (от жестких дисков и оптических приводов до сканеров и принтеров). Стандартизирован в 1986 году и с тех пор непрерывно развивался.

SCSI (Small Computer System Interface) - интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т. д.

SCSI широко применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях; RAID-массивы на серверах часто строятся на жёстких дисках со SCSI-интерфейсом (однако, в серверах нижнего ценового диапазона всё чаще применяются RAID-массивы на основе SATA). В настоящее время устройства на шине SAS постепенно вытесняют устаревшую шину SCSI.

Система команд SCSI на уровне программного обеспечения употребляется в единых стеках поддержки устройств хранения данных в ряде операционных систем, таких, как Microsoft Windows.

Существует реализация системы команд SCSI поверх оборудования (контроллеров и кабелей) IDE/ATA/SATA, называемая ATAPI - ATA Packet Interface. Все используемые в компьютерной технике подключаемые по IDE/ATA/SATA приводы CD/DVD/Blu-Ray используют эту технологию.

Существует три стандарта SCSI:

SE (single-ended) - ассиметричный SCSI, для передачи каждого сигнала используется отдельный проводник.

LVD (low-voltage-differential) - интерфейс дифференциальной шины низкого напряжения, сигналы положительной и отрицательной полярности идут по разным физическим проводам - витой паре. На один сигнал приходится по одной витой паре проводников. Используемое напряжение при передаче сигналов ±1,8 В.

HVD (high-voltage-differential) - интерфейс дифференциальной шины высокого напряжения, отличается от LVD повышенным напряжением и специальными приемопередатчиками.

Первый стандарт SCSI имеет 50-контактный неэкранированный разъем для внутрисистемных соединений и аналогичный экранированный разъем типа Centronics (Alternative 2) для внешних подключений. Передача сигналов осуществляется 50 контактным кабелем типа - A-50 на 8 разрядной (битной) шине.

В стандарте SCSI-2 для 8 битной шины предусматривался кабель типа A, который как и в SCSI-1 поддерживал 50-контактными разъемами типа D с уменьшенным шагом выводов (Alternative 1). Разъемы типа Centronics (Alternative 2) в SCSI-2 построенны 8 и 16 битной шине. Передача информации осуществляется по 68-контактным кабелям типа - A-68 и P-68(Wide). Для 32 битной версии шины был предусмотрен тип кабеля B, который должен был параллельно подключаться одновременно с кабелем A в одно устройство. Однако кабель B не получил широкого признания и из стандарта SCSI-3 исключен.

В стандарте SCSI-3 кабеля A-68 и P-68 поддерживались экранированными, либо неэкранированными разъемами типа D. Кабеля в SCSI-3 снабжены фиксаторами-защелками, а не проволочными кольцами, как разъемы Centronics. Начиная с этой версии SCSI в массивах накопителей используется 80-контактный разъем, называемый Alternative 4. Накопители с таким разъемом поддерживают "горячее" подключение устройств, т.е. устройства SCSI можно подключать и отключать при включенном питании.

4.2 Интерфейс SAS (Serial Attached SCSI)

Serial Attached SCSI (SAS) -- компьютерный интерфейс, разработанный для обмена данными с такими устройствами, как жёсткие диски и ленточные накопители. SAS использует последовательный интерфейс для работы с непосредственно подключаемыми накопителями (англ. Direct Attached Storage (DAS) devices). SAS разработан для замены параллельного интерфейса SCSI и позволяет достичь более высокой пропускной способности, чем SCSI; в то же время SAS обратно совместим с интерфейсом SATA: устройства 3Гбит/с и 6Гбит/с SATA могут быть подключены к контроллеру SAS, но устройства SAS нельзя подключить к контроллеру SATA. Хотя SAS использует последовательный интерфейс в отличие от параллельного интерфейса, используемого традиционным SCSI, для управления SAS-устройствами по-прежнему используются команды SCSI. Протокол SAS разработан и поддерживается комитетом T10. Текущую рабочую версию спецификации SAS можно скачать с его сайта. SAS поддерживает передачу информации со скоростью до 6 Гбит/с; ожидается, что к 2012 году скорость передачи достигнет 12 Гбит/с. Благодаря уменьшенному разъему SAS обеспечивает полное двухпортовое подключение как для 3,5-дюймовых, так и для 2,5-дюймовых дисковых накопителей (раньше эта функция была доступна только для 3,5-дюймовых дисковых накопителей с интерфейсом Fibre Channel).

Как правило, разъёмы SAS значительно меньше разъёмов традиционного интерфейса SCSI, что позволяет использовать разъёмы SAS для подключения компактных накопителей размером 2,5 дюйма.

Существует несколько вариантов разъёмов SAS:

SFF 8482 -- вариант, механически совместимый с разъёмом интерфейса SATA. За счет этого возможно подключать устройства SATA к контроллерам SAS. Подключить же SAS-устройство к интерфейсу SATA -- не получится, этому препятствует отсутствие посередине разъема специального выреза-ключа (см. Приложение 2);

SFF 8484 -- внутренний разъём с плотной упаковкой контактов; позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8470 -- разъём с плотной упаковкой контактов для подключения внешних устройств (разъём такого типа применяется в интерфейсе Infiniband, а кроме того, может использоваться для подключения внутренних устройств); позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8087 -- уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внутренних устройств;

SFF 8088 -- уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внешних устройств;

4.3 Интерфейс ATA(Advanced Technology Attachment) (IDE)

ATA/PATA -- параллельный интерфейс для подключения жестких дисков и оптических приводов, созданный во второй половине 80-х годов прошлого века. После появления последовательного интерфейса SATA получил наименование PATA (параллельный ATA). Стандарт непрерывно развивался, и последняя его версия -- Ultra ATA/133 -- обладает теоретической скоростью передачи данных около 133 Мб/с. Однако жесткие диски PATA, рассчитанные на массовый рынок, достигли только скорости 66 Мб/с. Данный способ передачи данных уже устарел, однако на современных материнских платах все равно устанавливают один разъем PATA.

На один разъем PATA можно подключить два устройства (жесткие диски и/или оптические приводы). При этом может возникнуть конфликт устройств. «Разводить» ATA-устройства приходится вручную с помощью установки на них переключателей (джамперов). При правильной установке джамперов компьютер сможет понять, какое из устройств ведущее (master), а какое ведомое (slave).

PATA использует 40-проводные или 80-проводные интерфейсные кабели, длина которых по стандартам не должна превышать 46 см. Чем больше в системном блоке устройств ATA, тем сложнее обеспечить их оптимальное взаимодействие. Кроме того, широкие шлейфы препятствуют нормальной циркуляции воздуха в корпусе. Вдобавок их достаточно легко повредить при подключении или отключении кабеля.

Поначалу этот интерфейс использовался с жёсткими дисками, но затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, в основном - использующими сменные носители. К числу таких устройств относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM, ленточные накопители, а также дискеты большой ёмкости, такие, как ZIP и магнитооптические диски.

4.4 Интерфейс FireWire (IEEE 1394)

Последовательный высокоскоростной интерфейс для подключения к ПК различных устройств и создания компьютерной сети. Предлагается для устройств, требующих более высокой скорости обмена, чем может обеспечить шина USB. Стандарт IEEE 1394 был принят в 1995 году. С тех пор были разработаны несколько вариантов интерфейсов с различной пропускной способностью (FireWire 800 до 80 Мб/с и FireWire 1600 до 160 Мб/с) и различной конфигурацией разъемов. В FireWire существует возможность «горячего подключения», кроме того, не нужен отдельный кабель для питания.

Впервые начал использоваться для захвата фильмов с видеокамер стандарта MiniDV. Чаще применяется для подключения различных мультимедийных устройств, реже -- для подключения жестких дисков и массивов RAID. Одно время FireWire планировался на роль замены для ATA.

FireWire способен поддерживать до 63 устройств на одном канале 400Мбит/сек. А IEEE 1394b, первая попытка серьезного пересмотра FireWire, будет поддерживать пропускную способность в 800Мбит/сек на канал. FireWire обеспечивает большую производительность, но внешние устройства с этим интерфейсом нуждаются в отдельном внешнем источнике питания. Длина сегмента FireWire может достигать 4,5 метров

Первые жесткие диски FireWire уже начинают появляться, и уже довольно давно существуют модели, использующие транслятор IDE/FireWire. А вот для видеокамер, сканеров и принтеров этот интерфейс используется уже очень широко. Так же на базе FireWire можно стоить производительные локальные сети. Многие модели компьютеров Apple имеют один или два FireWire порта, о вот на PC этот стандарт пока такого признания не получил.

4.5 Интерфейс SATA (Serial ATA)

SATA (Serial ATA)-- последовательный интерфейс для подключения накопителей данных. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA(Parallel ATA) в начале 2000-х годов. В настоящее время безраздельно властвует на большинстве персональных компьютеров. Первая версия SATA revision 1.x (SATA/150) обладала теоретической скоростью передачи данных до 150 Мб/с, последняя -- SATA rev. 3.0 (SATA/600) -- обеспечивает пропускную способность до 600 Мб/с. Впрочем, скорость эта пока не востребована, так как средняя скорость самых быстрых моделей для массового рынка колеблется в районе 150 Мб/с. Тем не менее в среднем SATA-диски в два раза быстрее своих предшественников.

Три версии последовательного интерфейса часто обозначают как SATA I/SATA II/SATA III, что, по мнению разработчиков, неправильно. В теории разные версии интерфейса обладают обратной совместимостью. То есть SATA rev. 2.x можно подключить к материнской плате с разъемом SATA rev. 1.x. Несмотря на то что разъемы взаимозаменяемы, в реальности разные модели материнских плат с разными моделями жестких дисков могут взаимодействовать по-разному.

SATA использует 7-контактный разъём вместо 40-контактного разъёма у PATA. SATA-кабель имеет меньшую площадь, за счёт чего уменьшается сопротивление воздуху, обдувающему комплектующие компьютера, упрощается разводка проводов внутри системного блока.

SATA-кабель за счёт своей формы более устойчив к многократному подключению. Питающий шнур SATA так же разработан с учётом многократных подключений. Разъём питания SATA подаёт 3 напряжения питания: +12 В, +5 В и +3,3 В; однако современные устройства могут работать без напряжения +3,3 В, что даёт возможность использовать пассивный переходник со стандартного разъёма питания IDE на SATA. Ряд SATA устройств поставляется с двумя разъёмами питания: SATA и Molex.

Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает проблему невозможности одновременной работы устройств, находящихся на одном кабеле (и возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при использовании нетерминированных PATA-шлейфов.

Стандарт SATA предусматривает горячую замену устройств и функцию очереди команд (NCQ, начиная с SATA/300).

4.5.1 SATA Revision 1.x (до 1.5 Гбит/с)

Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 МБ/с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной. Несмотря на то, что последовательный способ обмена принципиально медленнее параллельного, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах за счёт большей помехоустойчивости кабеля. Это достигается меньшим числом проводников и объединением информационных проводников в две витые пары, экранированные заземлёнными проводниками.



4.5.2 SATA II - SATA Revision 2.x (до 3 Гбит/с)

Стандарт SATA/300 работает на частоте 3 ГГц, обеспечивает пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 МБ/с). Впервые был реализован в контроллере чипсета nForce 4 фирмы «NVIDIA». Часто стандарт SATA/300 называют SATA II или SATA 2.0. Теоретически устройства SATA/150 и SATA/300 должны быть совместимы (как контроллер SATA/300 с устройством SATA/150, так и контроллер SATA/150 с устройством SATA/300) за счёт поддержки согласования скоростей (в меньшую сторону), однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное выставление режима работы (например, на НЖМД фирмы Seagate, поддерживающих SATA/300, для принудительного включения режима SATA/150 предусмотрен специальный джампер).

4.5.3 SATA III - SATA Revision 3.x (до 6 Гбит/с)

Спецификация SATA Revision 3.0 предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (практически до 4,8 Гбит/с - 600 МБ/с). В числе улучшений SATA Revision 3.0 по сравнению с предыдущей версией спецификации, помимо более высокой скорости, можно отметить улучшенное управление питанием. Также будет сохранена совместимость, как на уровне разъёмов и кабелей SATA, так и на уровне протоколов обмена. Кстати, консорциум SATA-IO предостерегает от применения для обозначения поколений SATA доморощенных терминов вроде SATA III, SATA 3.0 или SATA Gen 3. Полное правильное название спецификации - SATA Revision 3.0; название интерфейса - SATA 6Gb/s.

Существуют платы, позволяющие подключать устройства SATA к IDE-контроллерам и наоборот. Это активные устройства (которые, по сути, имитируют устройство и контроллер в одной микросхеме). Такие устройства требуют питания (обычно 5 или 12 вольт), подключаются к разъёмам IDE.



4.6 Интерфейс eSATA

eSATA (External SATA) - интерфейс подключения внешних устройств, поддерживающий режим «горячей замены (Hot-plug). Был создан несколько позже SATA (в середине 2004).

Интерфейс Serial ATA, с другой стороны, благодаря последовательному принципу передачи данных по умолчанию является более гибким, расширяемым и универсальным. Наращивать количество подключаемых устройств и длину соединительных кабелей он позволяет, а необходимые механизмы для поддержки "горячего" подключения в него были заложены с самого начала. Однако в большинстве устройств, контроллеров и материнских плат он реализован только как интерфейс для внутреннего подключения, так как это дешевле и проще. Для внешнего применения Serial ATA было разработано специальное расширение - External Serial ATA (eSATA, иногда называется также "SATA on the go").

Собственно, eSATA - это дополнительные требования, предъявляемые к физическому и электрическому уровням интерфейса Serial ATA, которые гарантируют надежное подключение внешних винчестеров. Для программного обеспечения и операционной системы винчестеры, подключенные по eSATA, не отличаются от винчестеров, установленных внутри системы. А значит, не нужны специальные драйверы и утилиты. Скорость работы, соответственно, сохраняется на том же уровне: 1.5 Гбит/с (около 150 Мб/с) для первой реализации Serial ATA и 3 Гбит/с (300 Мб/с) для нового поколения устройств и контроллеров.

Обычные контроллеры и кабели Serial ATA для внешнего подключения применять, в принципе, тоже можно. Но тут есть три нюанса:

Интерфейс Serial ATA требует, чтобы длина стандартного шлейфа была не более 1 м. Чаще всего этого будет недостаточно, чтобы удобно подключить внешний винчестер.

Стандартные разъемы - как на кабеле, так и на плате контроллера (материнской плате) - не обеспечивают надежного соединения и не рассчитаны на большое количество рассоединений (по стандарту - не более 50 раз).

В стандартном кабеле экранированы только две сигнальные пары, а коннектеры не имеют металлических экранов. Нет экранов и на розетках, защелки - только пластиковые. Ввиду этого устойчивость к внешним излучениям у кабеля невысокая, он и сам способен вносить помехи в работу внешних устройств.

В последнее время все чаще можно встретить модифицированные защелки на стандартных платах и кабелях, которые решают проблему ненадежного крепления. Но и только.

Интерфейс eSATA вводит новый тип кабеля и разъемов. Добавлен дополнительный слой экранирования, увеличена глубина вилки и розетки, обеспечено их экранирование и надежное зацепление с помощью пружинных защелок. Чтобы не допустить случайного подключения стандартного кабеля в разъем eSATA и наоборот, изменена форма, ширина разъема, добавлен ключ (защита "от дурака").

Новый разъем рассчитан уже на 5 тысяч рассоединений и обеспечивает должную защиту от помех и электростатических разрядов.

Некоторые изменения, связанные с увеличением допустимой длины подключения с 1 до 2 метров, внесены в электрический интерфейс. Диапазоны чувствительности приемников и передатчиков были увеличены, чтобы компенсировать потери сигнала в кабеле. Так, стандартный высокий уровень для Serial ATA составляет 400-600 мВ для передатчика и 325-600 мВ для приемника; в eSATA эти цифры изменены на 500-600 мВ и 250-600 мВ соответственно. По этой причине многие стандартные контроллеры и устройства могут не удовлетворять требованиям, предъявляемым к eSATA. Для адаптации к условиям внешнего подключения может быть применен преобразователь уровней - и на стороне винчестера, и на стороне контроллера; заметных задержек в работу интерфейса он вносить не должен. Впрочем, многие производители контроллеров выпустили новые версии чипов, в которых программным путем (через BIOS-подобную утилиту или драйвер) можно включить режим совместимости с eSATA.

Увы, питание винчестера по интерфейсу eSATA не предусмотрено, хотя мысль об этом напрашивается сама собой. Некоторые производители разработали собственный формат кабеля, добавив шину питания, но это уже отступления от стандарта.

4.7 Интерфейс USB (Universal Serial Bus)

USB (Universal Serial Bus - Универсальная Последовательная Шина) -последовательный интерфейс для передачи данных различных устройств. По одной шине передаются данные и питание. Поддерживается «горячая замена».

Интерфейс USB рассчитан на подключение большого количества периферийных устройств, управляемых со стороны компьютера. Предполагается, что все устройства должны работать одновременно, не мешая друг другу. Они либо обмениваются информацией периодически, либо обеспечивают постоянный поток данных, но ограниченной плотности. Один корневой хаб обслуживает несколько портов - 2 или 3, иногда - и все порты в системе (если устройства работают на скорости HighSpeed).

USB чрезвычайно распространен. Наиболее распространена версия USB 2.0. В ближайшие годы стандартом станет USB 3.0, но пока на рынке не так много устройств USB 3.0 и материнских плат с соответствующей поддержкой. Скорость обмена данными по сравнению с USB 2.0 возросла в 10 раз до 4,8 Гбит/с. Реальная скорость USB 3.0, как показывают тесты, -- до 380 Мб/с.

Новый интерфейс использует новые кабели: USB Тип А и USB Тип B. Первый совместим с USB 2.0 Тип А.

Технология USB 3.0 была представлена в 2008-м году. Над её созданием бились разработчики нескольких корпораций, самые известные из которых Microsoft и Intel. Новый разъём совместим с предыдущей версией 2.0, но сразу бросается в глаза толстый кабель. Дело в том, что там скрываются четыре линии (0, +5V, пара приема/передачи данных), также есть две витых пары. Принадлежность устройства к новому поколению легко определить по расположению новых контактов на втором контактном ряду. Внешне различий немного, но какие улучшения скрываются под цифрами 3.0?

Главной гордостью разработчиков считается скорость передачи данных. Этот показатель увеличен с 480 Мбит/с до 4,8 Гбит/с. Кроме того, новая версия работает с большей силой тока. Вместо 500 мА доступны все 900 мА, что позволит подзаряжать большее количество девайсов от одного порта. Важной отличительной чертой USB 3.0 является максимально быстрая передача данных в обоих направлениях, которая была недоступна в предыдущей модификации. Эта особенность может очень сильно помочь в перспективе, когда появятся сверхбыстрые устройства, требующие максимальных скоростей одновременной записи и чтения.

4.8 Интерфейс Fibre Channel

Fibre Channel - высокоскоростной интерфейс передачи данных с устройствами хранения данных (преимущественно HDD). Наиболее актуальная его модификация называется FC-AL (Fibre Channel Arbitrated Loop) - она способна передавать данные со скоростью от 1 до 4 Гбит/с на расстояние до 10 км. Жесткие диски с таким интерфейсом используются в высокопроизводительных современных системах хранения данных.

Функционально этот интерфейс больше похож на Ethernet, особенно в части перенаправления информационных потоков. Неопытные пользователи часто путают выполненные оптическим кабелям Ethernet сети, с настоящей Fibre Channel, которая удачно объединила в себе производительность SCSI шин и многофункциональность сетевых интерфейсов.

Скоростные характеристики Fibre Channel нормируются тремя стандартами - 1 Гбит/сек, 2 Гбит/сек и 4 Гбит/сек. Учитывая, построенная на таком интерфейсе сеть считается полудуплексной. То есть физически все устройства соединяются парой оптоволоконных кабелей, по одному из которых идет исходящий, по второму входящий информационный поток. Такое техническое решение позволяет при равном соотношении объема обоих потоков получить реальное удвоение скорости передачи относительно заявленной. Для возрастающих потребностей пользователей активно внедряется технология Fibre Channel обеспечивающая построение информационного канала 10 Гбит/сек, и этот показатель не является предельным. По соотношению цена/производительность из всей сетевой номенклатуры лидирует 2 гигабитный вариант.

Допустимая протяженность Fibre Channel шины без потери производительности составит несколько километров при использовании одномодовых оптических кабелей, и несколько сотен метров при многомодовом оптоволокне. Применение кабельных связей различной модности в одной сетевой ветке значительно поднимает стоимость всего проекта. Так как в этом случае потребуется приобрести специальные конвертеры, цена которых колеблется в районе 3000 USD за две штуки. Скорость информационного потока для одномодовой оптики ограничена двумя гигабитами в секунду.

В ряде мест вполне обоснованно применить для Fibre Channel шины и обычные медные кабели, однако это снижает интенсивность информационного обмена до 1 Гбит/сек. При больших протяженностях сети, либо для обеспечения достаточной «ширины» информационного потока техническая реализация шины происходит на оптоволоконных линиях связи 50/125 мкм или 62,5/125 мкм. Для обеспечения надежного стыка отдельных участков оптоволокна между собой применяются LC и SC разветвители. Такой подход придает Fibre Channel шине максимальное сходство с компьютерной сетью.

5. СРАВНЕНИЕ ВНЕШНИХ ЖЕСТКИХ ДИСКОВ С ИНТЕРФЕЙСАМИ E-SATA И USB

Всё течёт, всё изменяется. Гераклит произнёс это крылатое выражение тысячи лет назад, но оно очень актуально в современном компьютерном мире. Скорости, с которыми происходят изменения в данной области, поражают воображение. Одними из наиболее подверженных изменениям устройств являются разъёмы и порты. Сейчас на лидирующих позициях находятся USB (Univesal Serial Bus), Firewire (IEEE-1394) и еSATA (External SATA). Все постепенно забывают о COM и LTP, которые когда-то господствовали в области портов и разъёмов. Даже некогда популярный USB 1.1 можно увидеть только на древних компьютерах. Ниже речь пойдет о еSATA и USB 3.0.

Сравнивать описанные технологии довольно непросто. Каждая имеет свои плюсы и минусы. Для начала сравним удобство использования. Толстый кабель USB имеет всё необходимое для полного счастья, конкурент требует подключения провода для питания - 1:0 в пользу первого. Если говорить о распространенности в наши дни, то следует отдать предпочтение последовательному интерфейсу обмена данными с возможностью горячей замены. Здесь к месту вспомнить надпись «Ready to еSATA», которая есть почти на всех компьютерах. Третьему поколению USB такое пока и не снилось - 1:1. Весьма важным параметром является скорость приема/передачи данных. В этом вопросе «сатовская» технология вне конкуренции - 2:1. Она стабильно опережает конкурента в скорости чтения и в скорости записи, поэтому сомневаться не приходится. Универсальная последовательная шина третьего поколения имеет одно важное преимущество перед соперником. Область применения USB 3.0 не ограничится только внешними жесткими дисками. Как правило, она имеет большой спектр подключаемых устройств, что делает счёт равным - 2:2. Этот чисто логическое и поверхностное сравнение подтверждается глубоким тестированием обоих интерфейсов. Трудно отдать предпочтение той или иной технологии, так как каждая хороша по-своему.

С определенной долей уверенности можно сделать прогноз состояния рынка данного сегмента в ближайшие годы. USB 3.0 начнет набирать популярность, как только Intel станет выпускать адаптированные под неё материнские платы. На данный момент время играет за еSATA. Появившись на четыре года раньше своего конкурента, этот интерфейс лучшим образом зарекомендовал себя у владельцев внешних винчестеров. Устранение недостатков SATA позволяет предположить, что некоторое время будет наблюдаться параллельный выпуск обоих интерфейсов, также нетрудно догадаться о возникновении острой конкуренции. В конце концов, USB 3.0 склонит чашу весов в свою пользу благодаря полифункциональности. Не последнюю роль сыграет популярность предыдущих поколений USB. Из всего вышесказанного можно сделать простые выводы. Если Вам важен сиюминутный результат, выбирайте еSATA. Если Вы настроены работать на перспективу, лучше подойдет USB 3.0. Эти интерфейсы одинаково хорошо справляющиеся со своими задачами, поэтому все варианты будут выигрышными.

6. МОДЕЛИ СОВРЕМЕННЫХ ВНЕШНИХ ЖЕСТКИХ ДИСКОВ С ИНТЕРФЕЙСАМИ USB И eSATA

Большая часть всех винчестеров производятся всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 году. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor.

6.1 Verbatim Store'n'Go с интерфейсами USB 2.0 и eSATA

Если не важна скорость работы, то можно ограничиться и накопителем с привычным интерфейсом USB 2.0. А вот если важна, то на помощь может прийти только eSATA. С точки зрения компьютера внутренний винчестер с SATA и внешний eSATA это одно и то же. Да и появился данный интерфейс на рынке раньше, так что количество потенциально подходящих хост-систем больше. В последние годы внешняя модификация SATA непосредственно поддерживается самими чипсетами. Проблемы с совместимостью же легко решаются, если снабдить накопитель двумя интерфейсами -- и eSATA, и USB 2.0.

Внешность не поражает -- очень утилитарные формы типовой пластиковой коробочки, размерами 127Ч82Ч20 мм при массе 166/187 граммов (в зависимости от емкости установленного внутри винчестера). Серебристо-черный (для модели на 500 ГБ) или чисто черный (1 ТБ).

Все интересное, как обычно, сосредоточено на одном из коротких торцов -- целых три разъема. Во-первых, eSATA с поддержкой питания. Во-вторых, стандартный USB типа mini-B. В-третьих, разъем для подключения дополнительного питания. Пользоваться им следует как когда оного не хватает, так и при подключении к компьютеру, снабженному исключительно «обычным» разъемом.

Единственным недостатком реализованной производителем схемы будет только то, что зачастую пользователю придется носить с собой все три. Более удобным было бы сократить количество разъемов (и кабелей).

6.2 Seagate eSATA External Hard Drive с интерфейсом eSATA

Этот винчестер выпускается в двух вариантах - объемом 300 и 500 Гб. Предназначен он, согласно задумке разработчиков, не столько для резервного копирования и обмена файлами, сколько для хранения данных в процессе работы с видео и звуком. Поскольку плат с поддержкой eSATA пока мало, в комплект входит специальный контроллер.

Увы, он предназначен для обычной шины PCI, пропускная способность которой ограничена скромной цифрой 133 Мб/с. Поэтому контроллер из комплекта винчестера Seagate может стать узким местом, даже несмотря на то, что винчестер не способен выдавать поток данных с плотностью более 70 Мб/с.

По имеющимся данным, в большинстве контроллеров Serial ATA, встроенных в чипсеты материнских плат, поддержка eSATA не предусмотрена. Безусловно, связано это со сложившейся ситуацией с внешними винчестерами. Как только на рынке будут широко представлены новые устройства, разработчики чипсетов не преминут включить eSATA в список поддерживаемых функций.

А пока полноценная поддержка eSATA имеется только у плат, оснащенных дополнительным контроллером производства сторонних фирм. Такие платы, и не только из разряда самых дорогих и эксклюзивных, уже имеются на рынке, причем для различных платформ и процессоров.



6.3 Transcend StoreJet 25H3

2,5-дюймовый портативный жесткий диск объемом 1 Тбайт, облаченный в противоударную оболочку повышенной прочности. Кроме того, устройство оснащено специальной кнопкой, позволяющей начать процесс резервирования данных одним нажатием, так что функциональность нового продукта сомнений не вызывает.

Внешний вид модели также на высоте: прорезиненный пластиковый корпус, удачная цветовая гамма - в общем, как и принято у известной компании, продумано все до мелочей. Качество изготовления хорошее, ничего не скрипит и не шатается.

О типе подключения и активности (USB 2.0/3.0, питание, передача данных) сообщает многоцветный светодиод. Сам жесткий диск внутри корпуса смонтирован на специальных виброподвесах, так что противоударность в известных пределах гарантирована.

Прямо на диск записан пакет управляющего ПО под названием StoreJet Elite 3.0. Комплектация не богатая, но вполне достаточная -- наряду с самим накопителем и брошюрами, в коробке находится лишь кабель USB 3.0, оснащенный вторым USB-разъемом, необходимым для подачи дополнительного питания.

6.4 ADATA CH11

Хотя компания ADATA и специализируется на модулях памяти, она выпускает и всевозможные накопители. Модель с индексом CH11 - еще один накопитель компании в линейке, поддерживающей SuperSpeed USB 3.0.

...