Интерфейс периферийных устройств IDE и SCSI.

Казанский педагогический колледж

 

 

Реферат по дисциплине Архитектура  ЭВМ на тему:   Интерфейс периферийных устройств IDE и SCSI.   24.01.2013                 Работу  выполнила Студентка 921 группы Турацкова анна.

 

 

Введение.

 

Интерфейс (Interface) является границей раздела двух систем, устройств или программ. Он содержит элементы соединения и вспомогательные схемы управления, используемые для соединения устройств. Интерфейсы позволяют подключать к компьютерам различные периферийные устройства (ПУ) и их контроллеры, а также соединять отдельные подсистемы вычислительной системы. Интерфейсы различаются друг от друга организацией. Существуют два основных класса интерфейсов: параллельные и последовательные. В параллельных интерфейсах информационные слова передаются по соответствующим параллельным проводникам одновременно. В последовательном интерфейсе информационные биты передаются друг за другом обычно по двухпроводниковой линии. Параллельные интерфейсы позволяют передавать информацию с большой скоростью, а последовательные  на большое расстояние.

Существует многообразие используемых типов интерфейсов, которые отличаются способом передачи информации и характеристиками.

Каждый из них имеет определенные достоинства и недостатки, и применяется  для преимущественного подключения  определенных видов периферии.

Важным параметром интерфейсов  является пропускная способность. Технический прогресс вызывает неуклонный рост передаваемой информации в периферийных устройствах. Это приводит к необходимости создания новых версий существующих интерфейсов, разработке и выпуску новых типов интерфейсов с улучшенными характеристиками. В ряде интерфейсов заложены возможности PnP (Plug and Play –

включай и играй), которые  предназначены для снятия с пользователей забот по конфигурированию подключаемых устройств. При разработке специализированных устройств встает вопрос выбора подходящего интерфейса подключения. Этот вопрос следует решать, исходя из принципа разумной достаточности, по возможности отдавая предпочтение внешним интерфейсам. 

Интерфейс IDE.

 

Основной  интерфейс, используемый для подключения  жесткого диска к современному PC, называется IDE (Integrated Drive Electronics). Фактически он представляет собой связь между системной платой и электроникой или контроллером, встроенными в накопитель. Этот интерфейс постоянно развивается — на сегодняшний день создано несколько модификаций. Интерфейс IDE, широко используемый в запоминающих устройствах современных ком пьютеров, разрабатывался как интерфейс жесткого диска. Однако сейчас он используется для поддержки не только жестких дисков, но и многих других устройств, например накопителей на магнитной ленте, CD/DVD-ROM, дисководов Zip и др. В этой главе подробно обсуждается функционирование интерфейса IDE.

Что собой  представляет интерфейс IDE

Как уже отмечалось, IDE (Integrated Drive Electronics) представляет собой обобщающий термин, применимый практически к каждому дисководу со встроенным контроллером. В на стоящий момент интерфейс IDE получил официальное название АТА (AT Attachment), приня тое в качестве стандарта ANSI. Название АТА, относящееся к оригинальной параллельной версии интерфейса, обозначает жесткий диск, подключенный непосредственно к шине АТ, которая более известна как 16-разрядная шина ISA.

472 Глава 7. Интерфейс IDE ATA является 16-разрядным  параллельным интерфейсом, т.е.  по кабелю интерфейса од новременно передается 16 бит. В начале 2001 года был официально представлен новый ин терфейс, получивший название Serial ATA. Serial ATA (SATA) единовременно передает по кабелю не более одного бита данных, что позволяет значительно уменьшить сечение и длину используемого кабеля за счет повышения частоты передачи данных. SATA представляет со бой совершенно новую конструкцию физического интерфейса, сохранившую при этом про граммную совместимость с параллельным интерфейсом ATA. Название АТА, встречающееся на страницах этой книги, относится к параллельной версии интерфейса, а название SATA — к интерфейсу Serial ATA. Поскольку в накопителе IDE контроллер встроенный, его можно подключать непосредст венно к разъему на плате адаптера или на системной плате. Это существенно упрощает уста новку жесткого диска, так как не нужно подсоединять отдельные кабели для подачи питания, сигналов управления и т.п. Кроме того, при объединении контроллера и жесткого диска со кращается общее количество элементов в устройстве, уменьшается длина соединительных проводов, а в результате повышается надежность, устойчивость к шумам и быстродействие системы по сравнению с тем, когда автономный контроллер подключается к жесткому диску с помощью длинных кабелей.

Объединяя контроллер (в том числе и входящий в  его состав шифратор/дешифратор) с  жестким диском, удается существенно  повысить надежность воспроизведения  данных по сравнению с системами, в которых используются автономные контроллеры. Происходит это потому, что кодирование данных и их преобразование из цифровой формы в аналоговую (и  наоборот) осуществляется непосредственно  в жестком диске при меньшем  уровне внешних помех. В результате аналоговые сигналы, временные параметры  которых весьма критичны, не передаются по плоским кабелям, где они могли  бы “набрать” помех; кроме того, при пере даче сигналов по кабелям  могут возникнуть непредсказуемые  задержки их распространения. В конечном счете совмещение контроллера и  жесткого диска в едином блоке  позволило по высить тактовую частоту шифратора/дешифратора, плотность размещения данных на носи теле и общее быстродействие системы.

Объединение контроллера и жесткого диска  освободило разработчиков от необходимости  строго следовать стандартам, что  было неизбежно при использовании  прежних интерфейсов. Взаимно согласованная  и “подогнанная” пара “жесткий диск–контроллер” обладает гораздо  большим быстродействием по сравнению  с прежними комбинациями автономных устройств. Разъем IDE на системной плате  во многих компьютерах представляет собой просто “усеченный” разъем шины расширения. В стандартном варианте ATA IDE используются разъемы с 40 контактами из возможных 98, имеющихся в разъеме 16-разрядной шины ISA. Из всего набора сигнальных линий шины к разъему IDE подведены только те, которые необ ходимы для работы стандартного контроллера жесткого диска компьютеров XT и AT. На пример, для контроллера жесткого диска в компьютере AT нужна линия IRQ 14, поэтому на разъем IDE системной платы AT выведена только эта линия IRQ. На разъем системной платы компьютера XT выведена только линия IRQ 5, к которой и подключен контроллер. Обратите внимание, что даже если интерфейс ATA подключен к микросхеме South Bridge и работает на частоте шины PCI, то все равно разводка и назначение контактов не изменяются.

Замечание

Мноaие пользователи полаaают, что в eомпьютерах, в eоторых разъем IDE oстановлен на системной плате, eонтроллер жестeоaо дисeа расположен на ней же. На самом деле это не таe: eонтроллер находится в самом жестeом дисeе. Мне не доводилось сталeиваться с системами, в eоторых eонтроллер жестeоaо дисeа был бы смонтирован на системной плате. Первые дисeи IDE 473

Когда говорят  о накопителях IDE, то обычно имеют  в виду вариант ATA IDE, получив ший наибольшее распространение. Однако существуют и другие разновидности накопителей IDE для других шин. Например, в некоторых компьютерах PS/2 устанавливаются жесткие диски, предназначенные для работы с шиной MCA и подключаемые непосредственно к разъ ему расширения (через адаптер). Существуют также накопители IDE, предназначенные для 8- разрядной шины ISA, но они не получили широкого распространения. В большинстве IBM- совместимых компьютеров с шинами ISA и EISA устанавливаются 16-разрядные накопители ATA IDE. На сегодняшний день интерфейс ATA IDE является самым распространенным.

Замечание

IDE — это  обобщенный термин, eоторый может быть отнесен праeтичесeи e любомo жестeомo дисeo со встро енным eонтроллером; названия ATA и Serial ATA относятся e определенным типам интерфейсов IDE. Посeоль eo АТА является наиболее распространенной формой IDE, эти термины довольно часто использoются пооче редно, что с техничесeой точeи зрения неправильно. То, что пользователи обычно называют IDE, правильнее называть интерфейсом ATA. Главное достоинство накопителей IDE — их дешевизна. Поскольку для них не нужен от дельный контроллер, количество кабелей и разъемов, необходимых для подключения жестко го диска, оказывается существенно меньшим, чем в стандартном варианте жесткого диска с автономным контроллером. А это не может не сказаться на стоимости таких устройств. Кро ме того, эти устройства более надежны, поскольку контроллер встроен в жесткий диск. В ре зультате шифратор/дешифратор расположен в непосредственной близости от носителя. И так как аналоговый сигнал проходит очень короткую “дистанцию”, он менее чувствителен к внешним шумам и помехам.

Еще одно достоинство накопителей IDE — быстродействие. Но, как это ни странно, к данному  классу относятся не только жесткие  диски с максимальной производительностью, но и едва ли не самые “медленные”  устройства. Это иллюстрация того, что многое зависит от конкретной реализации одной и той же технической  идеи. Дать общую оценку производи  тельности всех дисков IDE невозможно, поскольку каждая модель уникальна. Однако высо кокачественные устройства обладают быстродействием, равным или превосходящим анало гичный параметр для жестких дисков прочих типов (правда, при работе в автономном ком пьютере и под управлением однозадачной операционной системы).

IDE/ATA

IDE (Integrated Drive Electronics) - это название типа жестких дисков, имеющих интерфейс ATA (AT Attachment). Дешевая электроника IDE в сочетании с параллельной передачей данных ATA позволяет производить жесткие диски, приобретение которых не пустит вас по миру. Тем не менее, не стоит забывать, что ATA не предназначен для внешних подключений, и не любит кабелей длиной более 60см. То есть, такие ATA кабели можно купить, только вот использовать их я вам не советую.

Один канал ATA может поддерживать до двух дисков, первый - master и вторичный - slave. Очень часто, если не сказать, почти всегда, люди ставят на один канал жесткий диск как master и другое, более медленное устройство, типа CD-ROM, как slave. Но так как IDE может обращаться только к одному устройству на канале одномоментно, то таким образом снижается производительность системы в целом. Все материнские платы имеют по два интегрированных канала IDE, а некоторые и четыре.

Сегодня на рынке присутствуют три основных стандарта IDE дисков: ATA/33, ATA/66 и ATA/100. В данном случае число  показывает максимальную пропускную способность  в мегабайтах в секунду. Только не забывайте, что для ATA/66 и ATA/100 требуется  специальный ATA/66/100 80-контактный кабель, а со стандартным 40-контактным ваш ATA/66/100 диск будет работать как ATA/33. Как  правило, такой кабель идет в комплекте  со всеми материнскими платами, поддерживающими ATA/66/100. Ёти три стандарта называют одним словом UDMA.

Все IDE диски должны работать со всеми вариантами ATA. Диск ATA/100 должен отлично функционировать с контроллером ATA/33, а диск ATA/33 должен так же прекрасно  работать с контроллером ATA/100. Но, понятно, что работать винчестер будет  на скорости самого медленного компонента. В обоих, приведенных случаях  это будет скорость ATA/33, то есть максимальная пропускная способность будет равна 33Мб/сек. Иногда можно наткнуться на некоторые несовместимости, типа, когда  конкретный диск не желает работать с  конкретным кабелем, или два диска  от разных производителей не желают сосуществовать на одном канале контроллера.

Разница в производительности между ATA/33, 66 и 100 не так уж велика, так  как разговор идет о пиковой пропускной способности, которая в реальной работе достигается крайне редко. Не существует дисков ATA/100 обеспечивающих передачу данных даже в 66Мб/сек, и очень  мало таких. Что позволяют передачу в 33Мб/сек. Только кэш память жесткого диска может воспользоваться  преимуществами повышенной пропускной способности. Но для этого размер кэша должен быть достаточно большим. А большинство IDE дисков имеет всего 512Кб кэш памяти, и только некоторые, те, что самые дорогие, могут похвастаться кэшом в 2 или даже 4 Мб.

Фирма Maxtor представила спецификацию на новый интерфейс UltraATA-133, позиционировав ее, как переходное решение между постепенно устаревающим Ultra-100 и перспективным SerialATA. Планка по пропускной способности возросла до 133 Мбай/сек.

Так что главным недостатком IDE по-прежнему остается малая скорость. Современные IDE диски догнали по скоростным характеристикам старые модели SCSI дисков, но с новыми SCSI винчестерами ин все равно не сравниться. Можно  приобрести достаточно быстрый IDE диск со скоростью вращения 7200 оборотов в минуту (rpm), но ведь можно купить и SCSI привод со скоростью 15,000rpm, который будет намного быстрее. А еще время наработки на отказ, заявляемое производителями, у IDE дисков гораздо меньше, чем у SCSI дисков. Возможно, это просто маркетинговые меры, но повсеместно бытует мнение, что SCSI устройства надежнее, чем IDE.

Тем не менее, даже диски со скоростью вращения 7200 оборотов на шпинделе, достаточно дороги. Большинство  моделей присутствующих на нашем  рынке имеют скорость вращения 5400rpm. Такие диски стоят дешевле  на 30-40 долларов и производят меньше шума, но производительность у них  меньше. Хотя для домашнего использования, это то, что нужно.

Будущее ATA, скорее всего. Лежит  на пути перехода к стандарту Serial ATA. Serial ATA будет иметь кабель со всего двумя контактами (один на прием, один на передачу), и должен обеспечить IDE пропускную способность до 1.5Гбит/сек, а возможно и больше. Ёто вдвое перекрывает пропускную способность ATA/100, у которого контактов в 40 раз больше. Единственной отрицательной стороной Serial ATA является то, что на одном канале может быть только одно устройство, но при наличии контроллера с несколькими каналами это не проблема.

Преимущества 

Неплохая производительность за малые деньги

Широкая распространенность, и, следовательно, совместимость с  большинством существующего оборудования.

Недостатки 

Не самые скоростные диски 

Жесткое ограничение по длине  кабеля

Только внутренние

 

SerialATA

 

Несмотря на то, что последние  версии параллельного интерфейса АТА  вполне удовлетворяют требованиям  современных жестких дисков, все  возможности по своему дальнейшему совершенствованию они уже полностью исчерпали и в скором времени параллельный интерфейс АТА должен быть заменен на новый. В качестве его замены всей компьютерной индустрией безоговорочно принят новый стандарт Serial ATA. Он будет поддерживать все накопители, включая винчестеры, CD, DVD, флоппи-дисководы и другие подобные устройства при подключении их к системным платам. Как следует из названия, в Serial ATA вместо передачи данных в параллельном режиме по многожильному кабелю используется принцип последовательной передачи данных. Первое поколение Serial ATA будет иметь пропускную способность 1,5 Гбит/с, затем скорости возрастут до 3 Гбит/с во второй спецификации и позднее до 6 Гбит/с, при этом сохранится обратная совместимость с Serial ATA первой версии.