W tym artykule skupimy się na tym, co umożliwia podłączenie dysku twardego do komputera, a mianowicie na interfejsie dysku twardego. A dokładniej mówiąc o interfejsach dysków twardych, ponieważ przez cały okres ich istnienia wynaleziono wiele różnych technologii łączenia tych urządzeń, a bogactwo standardów w tym zakresie może zmylić niedoświadczonego użytkownika. Jednak najpierw najważniejsze.

Interfejsy dysków twardych (a ściślej mówiąc, interfejsy dysków zewnętrznych, ponieważ nie tylko, ale także inne rodzaje dysków, takie jak napędy optyczne, mogą działać jako te) są przeznaczone do wymiany informacji między tymi zewnętrznymi urządzeniami pamięci a płytą główną. Interfejsy dysków twardych, nie mniej niż fizyczne parametry dysków, wpływają na wiele z wydajności i wydajności dysku. W szczególności interfejsy napędów określają takie parametry jak szybkość wymiany danych pomiędzy dyskiem twardym a płytą główną, ilość urządzeń, które można podłączyć do komputera, możliwość tworzenia macierzy dyskowych, możliwość hot plug, obsługa NCQ i technologie AHCI itp. . Zależy to również od interfejsu dysku twardego, który kabel, przewód lub adapter potrzebujesz, aby podłączyć go do płyty głównej.

SCSI — interfejs małego systemu komputerowego

Interfejs SCSI jest jednym z najstarszych interfejsów opracowanych do łączenia dysków w komputerach osobistych. Ten standard pojawił się na początku lat 80-tych. Jednym z jego twórców był Alan Shugart, znany również jako wynalazca stacji dyskietek.

Wygląd interfejsu SCSI na płycie i łączącego się z nią kabla

Standard SCSI (tradycyjnie skrót ten jest odczytywany w rosyjskiej transkrypcji jako „skazi”) był pierwotnie przeznaczony do użytku w komputerach osobistych, o czym świadczy choćby nazwa formatu – Small Computer System Interface, czyli interfejs systemowy dla małych komputerów. Zdarzyło się jednak, że dyski tego typu znalazły zastosowanie głównie w najwyższej klasy komputerach osobistych, a później w serwerach. Wynikało to z faktu, że pomimo udanej architektury i szerokiego zestawu poleceń, techniczna implementacja interfejsu była dość skomplikowana i nie była odpowiednia dla komputerów masowych pod względem kosztów.

Jednak ten standard miał szereg funkcji niedostępnych dla innych typów interfejsów. Na przykład przewód do podłączenia urządzeń z interfejsem Small Computer System Interface może mieć maksymalną długość 12 mi prędkość transmisji danych 640 MB/s.

Podobnie jak interfejs IDE, który pojawił się nieco później, interfejs SCSI jest równoległy. Oznacza to, że interfejs wykorzystuje magistrale, które przesyłają informacje przez kilka przewodów. Ta funkcja była jednym z czynników ograniczających rozwój standardu, dlatego też jako zamiennik opracowano bardziej zaawansowany, szeregowy standard SAS (od Serial Attached SCSI).

SAS — Serial Attached SCSI

Tak wygląda interfejs SAS dysku serwera

Serial Attached SCSI został opracowany jako ulepszenie dość starego interfejsu dysku twardego Small Computers System Interface. Pomimo tego, że Serial Attached SCSI wykorzystuje główne zalety swojego poprzednika, to jednak ma wiele zalet. Wśród nich warto zwrócić uwagę na:

• Wykorzystanie wspólnej magistrali przez wszystkie urządzenia.
• Protokół komunikacji szeregowej używany przez SAS pozwala na użycie mniejszej liczby linii sygnałowych.
• Nie ma potrzeby zakończenia autobusu.
• Praktycznie nieograniczona liczba podłączonych urządzeń.
• Większa przepustowość (do 12 Gb/s). Oczekuje się, że przyszłe implementacje protokołu SAS będą obsługiwać szybkości transmisji danych do 24 Gb/s.
• Możliwość podłączenia dysków z interfejsem Serial ATA do kontrolera SAS.

Zazwyczaj systemy Serial Attached SCSI składają się z kilku składników. Główne komponenty to:

• urządzenia docelowe. Ta kategoria obejmuje faktyczne dyski lub macierze dyskowe.
• Inicjatory to chipy zaprojektowane do generowania żądań do urządzeń docelowych.
• System dostarczania danych - kable łączące urządzenia docelowe i inicjatory

Złącza Serial Attached SCSI są dostępne w różnych kształtach i rozmiarach, w zależności od typu (zewnętrzny lub wewnętrzny) i wersji SAS. Poniżej złącze wewnętrzne SFF-8482 oraz złącze zewnętrzne SFF-8644 przeznaczone dla SAS-3:

Lewy - złącze wewnętrzne SAS SFF-8482; Po prawej zewnętrzne złącze SAS SFF-8644 z kablem.

Kilka przykładów wyglądu przewodów i adapterów SAS: przewód HD-Mini SAS i przewód adaptera SAS-Serial ATA.

Po lewej - przewód HD Mini SAS; Po prawej - kabel przejściowy z SAS na Serial ATA

Firewire — IEEE 1394

Obecnie dość często spotyka się dyski twarde z interfejsem Firewire. Chociaż każdy rodzaj urządzenia peryferyjnego można podłączyć do komputera za pośrednictwem interfejsu Firewire i nie można go nazwać wyspecjalizowanym interfejsem przeznaczonym do podłączania wyłącznie dysków twardych, niemniej jednak Firewire ma wiele funkcji, które czynią go niezwykle wygodnym do tego celu.

FireWire — IEEE 1394 — widok laptopa

Interfejs Firewire został opracowany w połowie lat 90-tych. Początek rozwoju zapoczątkowała znana firma Apple, która potrzebowała własnej, innej niż USB, magistrali do podłączania urządzeń peryferyjnych, przede wszystkim multimedialnych. Specyfikacja opisująca działanie magistrali Firewire nosi nazwę IEEE 1394.

Firewire jest obecnie jednym z najczęściej używanych formatów szybkiej magistrali szeregowej typu front-end. Główne cechy standardu to:

• Możliwość podłączenia urządzeń na gorąco.
• Otwarta architektura magistrali.
• Elastyczna topologia do łączenia urządzeń.
• Bardzo zróżnicowana szybkość transmisji danych - od 100 do 3200 Mb/s.
• Możliwość przesyłania danych pomiędzy urządzeniami bez udziału komputera.
• Możliwość organizowania sieci lokalnych z wykorzystaniem autobusu.
• Przesył mocy magistrali.
• Duża liczba podłączonych urządzeń (do 63).

Aby podłączyć dyski twarde (zwykle przez zewnętrzne obudowy dysków twardych) za pośrednictwem magistrali Firewire, z reguły używany jest specjalny standard SBP-2, który wykorzystuje zestaw poleceń protokołu Small Computers System Interface. Możliwe jest podłączenie urządzeń FireWire do zwykłego złącza USB, ale wymaga to specjalnego adaptera.

IDE — zintegrowana elektronika napędu

Skrót IDE jest niewątpliwie znany większości użytkowników komputerów osobistych. Standard interfejsu dysku twardego IDE został opracowany przez znanego producenta dysków twardych, firmę Western Digital. Przewaga IDE nad innymi interfejsami, które istniały w tym czasie, w szczególności Small Computers System Interface, a także standard ST-506, polegała na tym, że nie było potrzeby instalowania kontrolera dysku twardego na płycie głównej. Standard IDE oznaczał instalację kontrolera napędu na obudowie samego napędu, a na płycie głównej pozostał tylko adapter interfejsu hosta do podłączania napędów IDE.

Interfejs IDE na płycie głównej

Ta innowacja poprawiła wydajność dysku IDE dzięki temu, że zmniejszono odległość między kontrolerem a samym dyskiem. Ponadto instalacja kontrolera IDE wewnątrz obudowy dysku twardego pozwoliła nieco uprościć zarówno płyty główne, jak i samą produkcję dysków twardych, ponieważ technologia ta dała producentom swobodę w zakresie optymalnej organizacji logiki działania dysku.

Nowa technologia nosiła pierwotnie nazwę Integrated Drive Electronics. Następnie opracowano opisujący to standard, zwany ATA. Nazwa ta pochodzi od ostatniej części nazwy rodziny komputerów PC/AT poprzez dodanie słowa Attachment.

Dedykowany kabel IDE służy do podłączenia dysku twardego lub innego urządzenia, takiego jak napęd optyczny, który obsługuje technologię Integrated Drive Electronics, do płyty głównej. Ponieważ ATA odnosi się do interfejsów równoległych (dlatego jest również nazywany Parallel ATA lub PATA), czyli interfejsów zapewniających jednoczesny transfer danych przez kilka linii, jego kabel danych ma dużą liczbę przewodów (zwykle 40, a ostatnio wersji protokołu można było użyć kabla 80-żyłowego). Typowy kabel danych dla tego standardu jest płaski i szeroki, ale można również znaleźć kable okrągłe. Kabel zasilający do napędów Parallel ATA ma 4-stykowe złącze i jest podłączony do zasilacza komputera.

Poniżej znajdują się przykłady kabla IDE i okrągłego kabla danych PATA:

Wygląd kabla interfejsu: po lewej płaski, po prawej w okrągłej osłonie - PATA lub IDE.

Ze względu na względną taniość napędów Parallel ATA, łatwość implementacji interfejsu na płycie głównej oraz łatwość instalacji i konfiguracji urządzeń PATA dla użytkownika, napędy typu Integrated Drive Electronics wyparły z rynku urządzenia innych typów interfejsów dysków twardych do tanich komputerów osobistych przez długi czas.

Jednak standard PATA ma również szereg wad. Przede wszystkim jest to ograniczenie długości, jaką może mieć kabel danych Parallel ATA - nie więcej niż 0,5 m. Ponadto równoległa organizacja interfejsu nakłada szereg ograniczeń na maksymalną szybkość przesyłania danych. Nie obsługuje standardu PATA i wielu zaawansowanych funkcji, które mają inne typy interfejsów, takich jak urządzenia do podłączania podczas pracy.

SATA — szeregowy ATA

Widok interfejsu SATA na płycie głównej

Interfejs SATA (Serial ATA), jak sama nazwa wskazuje, jest ulepszeniem ATA. To ulepszenie polega przede wszystkim na konwersji tradycyjnego równoległego ATA (Parallel ATA) na interfejs szeregowy. Jednak różnice między standardem Serial ATA a tradycyjnym nie ograniczają się do tego. Oprócz zmiany rodzaju transmisji danych z równoległego na szeregowy zmianie uległy również złącza do transmisji danych i zasilania.

Poniżej znajduje się przewód danych SATA:

Kabel do transmisji danych do interfejsu SATA

Umożliwiło to użycie znacznie dłuższego kabla i zwiększenie szybkości przesyłania danych. Minusem był jednak fakt, że urządzenia PATA, które były obecne na rynku w ogromnych ilościach przed pojawieniem się SATA, stały się niemożliwe do bezpośredniego podłączenia do nowych złączy. To prawda, że ​​większość nowych płyt głównych nadal ma stare złącza i obsługuje połączenie starych urządzeń. Jednak operacja odwrotna - podłączenie nowego typu dysku do starej płyty głównej zwykle powoduje znacznie więcej problemów. Do tej operacji użytkownik zwykle wymaga adaptera Serial ATA do PATA. Adapter kabla zasilającego ma zwykle stosunkowo prostą konstrukcję.

Zasilacz Serial ATA do PATA:

Po lewej stronie znajduje się ogólny widok kabla; Po prawej stronie powiększono wygląd złączy PATA i Serial ATA

Bardziej skomplikowana jest jednak sytuacja z urządzeniem takim jak adapter do podłączenia urządzenia interfejsu szeregowego do złącza interfejsu równoległego. Zazwyczaj ten typ adaptera jest wykonany w postaci małego mikroukładu.

Wygląd uniwersalnego dwukierunkowego adaptera między interfejsami SATA - IDE

Obecnie interfejs Serial ATA praktycznie wyparł Parallel ATA, a dyski PATA można obecnie znaleźć głównie w dość starych komputerach. Kolejną cechą nowego standardu, która zapewniła mu dużą popularność, było wsparcie dla .

Rodzaj adaptera z IDE na SATA

Możesz powiedzieć trochę więcej o technologii NCQ. Główną zaletą NCQ jest to, że pozwala na wykorzystanie pomysłów, które już dawno zostały zaimplementowane w protokole SCSI. W szczególności NCQ obsługuje system zamawiania operacji odczytu/zapisu pochodzących z wielu dysków zainstalowanych w systemie. W ten sposób NCQ może znacznie poprawić wydajność dysków, zwłaszcza macierzy dysków twardych.

Rodzaj adaptera z SATA na IDE

Aby korzystać z NCQ, technologia musi być obsługiwana przez dysk twardy oraz adapter hosta płyty głównej. Prawie wszystkie adaptery obsługujące AHCI obsługują również NCQ. Ponadto niektóre starsze zastrzeżone adaptery obsługują również NCQ. Ponadto NCQ do działania wymaga wsparcia ze strony systemu operacyjnego.

eSATA — zewnętrzne złącze SATA

Osobno warto wspomnieć o formacie eSATA (External SATA), który wydawał się wówczas obiecujący, ale nie był powszechnie stosowany. Jak można się domyślić po nazwie, eSATA to rodzaj Serial ATA przeznaczony do podłączania wyłącznie dysków zewnętrznych. Standard eSATA oferuje większość funkcji standardu dla urządzeń zewnętrznych, tj. wewnętrzny Serial ATA, w szczególności ten sam system sygnałów i poleceń oraz ta sama duża prędkość.

złącze eSATA w laptopie

Jednak eSATA ma również pewne różnice w stosunku do wewnętrznego standardu magistrali, który dał jej początek. W szczególności eSATA obsługuje dłuższy kabel do transmisji danych (do 2 m), a także ma wyższe wymagania dotyczące mocy pamięci masowej. Ponadto złącza eSATA różnią się nieco od standardowych złączy Serial ATA.

Jednak w porównaniu z innymi zewnętrznymi magistralami, takimi jak USB i Firewire, eSATA ma jedną istotną wadę. Jeśli te magistrale umożliwiają zasilanie urządzenia przez sam kabel magistrali, to napęd eSATA wymaga specjalnych złączy zasilania. Dlatego pomimo stosunkowo dużej szybkości przesyłania danych, eSATA nie jest obecnie zbyt popularny jako interfejs do podłączania dysków zewnętrznych.

Wniosek

Informacje przechowywane na dysku twardym nie mogą stać się użyteczne dla użytkownika i dostępne dla programów użytkowych, dopóki nie uzyska do nich dostęp jednostka centralna komputera. Interfejsy dysków twardych zapewniają środki komunikacji między tymi dyskami a płytą główną. Do chwili obecnej istnieje wiele różnych typów interfejsów dysków twardych, z których każdy ma swoje zalety, wady i charakterystyczne cechy. Mamy nadzieję, że informacje podane w tym artykule będą przydatne dla czytelnika pod wieloma względami, ponieważ o wyborze nowoczesnego dysku twardego w dużej mierze decydują nie tylko jego wewnętrzne cechy, takie jak pojemność, pamięć podręczna, dostęp i prędkość obrotowa, ale również przez interfejs, dla którego został opracowany.