Интерфейс жесткого диска

Доступ к жестким дискам осуществляется через один из нескольких шин типов , включая параллельный ATA (PATA, также называемый IDE или EIDE ; описанный до появления SATA как ATA), Serial ATA (SATA), SCSI , Serial Attached SCSI (SAS). и Fibre Channel . Мостовая схема иногда используется для подключения жестких дисков к шинам, с которыми они не могут взаимодействовать изначально, например IEEE 1394 , USB , SCSI , NVMe и Thunderbolt .

Семейства дисковых интерфейсов

Интерфейсы дисковых накопителей превратились из простых интерфейсов, требующих подключения сложных контроллеров к компьютеру, в интерфейсы высокого уровня, которые представляют собой согласованный интерфейс с компьютерной системой независимо от внутренней технологии жесткого диска. В следующей таблице перечислены некоторые распространенные интерфейсы жестких дисков в хронологическом порядке:

Акроним или аббревиатура	Значение	Описание
СМД	Устройство модуля хранения данных	Битовый последовательный данных* интерфейс* , представленный CDC Стандартный интерфейс для многих мини-компьютеров 1970-х и 1980-х годов.
САСИ	Системный интерфейс Shugart Associates	Последовательный интерфейс Word, представленный Shugart Associates примерно в 1978 году; Преобразован ANSI в SCSI (SASI — совместимое подмножество первой версии SCSI).
СТ-506 СТ-412 СТ-412 РЛЛ		последовательных битовых данных* Интерфейсы* , представленные компанией Seagate Technology в начале 1980 года. Стандартные интерфейсы для большинства небольших жестких дисков 1980-х и начала 1990-х годов.
SCSI	Интерфейс малой компьютерной системы	Последовательный интерфейс Word, спонсируемый ANSI и представленный в середине 1980-х годов; Стандартные интерфейсы для большинства корпоративных жестких дисков этого столетия; заменен SAS
ЭСДИ	Улучшенный интерфейс малого диска	Последовательный битовый данных* интерфейс* , спонсируемый ANSI и впервые представленный Maxtor в конце 1980-х годов. Более высокая скорость передачи данных последовала за семейством ST-506 в середине 1990-х годов, на смену которому пришел SCSI.
(ПЯТНО ИДЕТ	(Параллельно) Присоединение AT Интегрированная приводная электроника	Последовательный интерфейс Word, представленный в конце 1980-х годов компанией Conner Peripherals , позже спонсируемой ANSI ; преемник ST-412/506/ESDI. Стандартный интерфейс жестких дисков на всех жестких дисках, кроме корпоративных, пока не будет заменен SATA.
ЧАСЫ	Серийный АТА	Последовательный битовый интерфейс, преемник PATA, спонсируемый ANSI и представленный в 2003 году. Самый распространенный интерфейс для всех жестких дисков, кроме корпоративных.
САС	SCSI с последовательным подключением	Последовательный битовый интерфейс, преемник SCSI, спонсируемый ANSI и представленный в 2004 году. Самый распространенный интерфейс для корпоративных жестких дисков.

Ранние интерфейсы

Самые ранние интерфейсы жестких дисков (HDD) представляли собой последовательных битовых данных интерфейсы , которые подключали жесткий диск к контроллеру с помощью двух кабелей: один для управления, другой для данных. ^[а] Для питания использовался дополнительный кабель, первоначально часто переменного тока, но позже обычно подключаемый непосредственно к блоку питания постоянного тока. Контроллер обеспечивал важные функции, такие как последовательное/параллельное преобразование, разделение данных и форматирование дорожек, и требовал согласования с приводом (после форматирования) для обеспечения надежности. Каждый кабель управления мог обслуживать два или более дисков, а выделенный (и меньший по размеру) кабель для передачи данных обслуживал каждый диск.

Примеры таких ранних интерфейсов включают:

Многие ранние диски IBM, например IBM 2311 , ^[1] был такой интерфейс.
Интерфейс SMD был популярен на миникомпьютерах в 1970-х годах.
ST-506 использовал MFM (модифицированную частотную модуляцию) для метода кодирования данных.
ST412, вариант ST-506, был доступен в вариантах кодирования MFM или RLL (Run length Limited).
Enhanced Small Disk Interface (ESDI) представлял собой стандартный интерфейс, аналогичный ST412, поддерживающий более высокие скорости передачи данных между процессором и диском.

В интерфейсах последовательных битовых данных частота данных, схема кодирования данных, записанных на поверхность диска, и обнаружение ошибок - все это повлияло на конструкцию поддерживающего контроллера. Используемые схемы кодирования включали частотную модуляцию (FM), модифицированную частотную модуляцию (MFM) и RLL. ^[2] кодирование на частотах, например, в диапазоне от 0,156 МГц (FM на 2311) до 7,5 МГц (RLL на ST412). Таким образом, каждый раз, когда внутренние технологии развивались, происходила необходимая задержка, поскольку контроллеры проектировались или перепроектировались с учетом этого прогресса; это, наряду со стоимостью разработки контроллера, привело к появлению последовательных интерфейсов Word .

Enhanced Small Disk Interface (ESDI) был попыткой минимизировать время разработки контроллера за счет поддержки нескольких скоростей передачи данных со стандартной схемой кодирования данных; обычно это автоматически согласовывалось дисководом и контроллером; Однако в большинстве случаев 15- или 20-мегабитные диски ESDI не были совместимы с предыдущими версиями (т. е. 15- или 20-мегабитный диск не работал на 10-мегабитном контроллере). Диски ESDI обычно также имели перемычки для установки количества секторов на дорожку и (в некоторых случаях) размера сектора.

Последовательные интерфейсы Word

Исторические последовательные интерфейсы Word подключают жесткий диск к адаптеру шины. ^[б] с одним кабелем для комбинированной передачи данных/управления. (Как и все ранние интерфейсы, описанные выше, каждый привод также имеет дополнительный кабель питания, обычно прямой к блоку питания.) Самые ранние версии этих интерфейсов обычно имели 8-битную параллельную передачу данных на/от накопителя, но 16-битную версии стали гораздо более распространенными, и существуют 32-битные версии. Словесный характер передачи данных делает конструкцию адаптера главной шины значительно проще, чем конструкцию контроллера жесткого диска-предшественника.

CTL-I (Интерфейс контроллера) ^[3] — последовательный интерфейс с 8-битным словом, представленный IBM для своих жестких дисков мэйнфреймов, начиная с модели 3333 в 1972 году. ^[4] Модель 3333 была первым устройством в цепочке, состоящей из восьми жестких дисков типа 3330 ; он содержал контроллер CTL-I и два дисковода типа 3330. Впоследствии первый диск (содержащий контроллер CTL-I) в цепочке дисков был обозначен IBM как A-блок. ^[5] Диски внутри блока A и все остальные диски в цепочке имели интерфейсы, аналогичные ранним интерфейсам, описанным выше. А-юниты, подключенные к IBM Directors или интегрированным приложениям .
Интерфейс малой компьютерной системы (SCSI) , первоначально называвшийся SASI от системного интерфейса Shugart Associates, представляет собой ранний (около 1978 года) интерфейс отраслевого стандарта, специально развернутый для минимизации усилий по интеграции системы. ^[6] Диски SCSI стали стандартом на серверах и рабочих станциях. Commodore Amiga и Apple Macintosh внедрили диски SCSI в середине 1990-х годов, когда большинство моделей были переведены на диски семейства ATA (а позже и SATA). Только в 2005 году емкость дисков SCSI стала отставать от технологии дисков ATA, хотя самые высокопроизводительные диски по-прежнему доступны только в SCSI, SAS и Fibre Channel. Ограничения по дальности действия кабеля для передачи данных допускают использование внешних устройств SCSI. Первоначально в кабелях данных SCSI использовалась несимметричная (общий режим) передача данных, но SCSI серверного класса мог использовать дифференциальную передачу, либо дифференциальную передачу низкого напряжения (LVD), либо дифференциальную дифференциальную нагрузку высокого напряжения (HVD). («Низкое» и «высокое» напряжение для дифференциального SCSI относятся к стандартам SCSI и не соответствуют значениям низкого и высокого напряжения, используемых в общем контексте электротехники, как это применяется, например, к установленным законом электротехническим нормам; используются как LVD, так и HVD. сигналы низкого напряжения (3,3 В и 5 В соответственно) в общей терминологии.)

Параллельный ATA , первоначально IDE , а затем стандартизированный под названием AT Attachment (ATA), с псевдонимом P-ATA или PATA, добавленным задним числом после появления нового варианта Serial ATA . Первоначальное название (около 1986 г.) отражало интеграцию контроллера с самим жестким диском. (Эта интеграция не была новой для IDE, она была осуществлена несколькими годами ранее с дисками SCSI.) Перенос контроллера жесткого диска с интерфейсной карты на дисковод помог стандартизировать интерфейс хост/контроллер, снизить сложность программирования на хост-устройстве. драйвер, а также снижение стоимости и сложности системы. 40-контактное соединение IDE/ATA передает по кабелю передачи данных одновременно 16 бит данных. Первоначально кабель для передачи данных был 40-жильным, но позже более высокие требования к скорости передачи данных на жесткий диск и обратно привели к режиму «ультра DMA», известному как UDMA . В более быстрых версиях этого стандарта в конечном итоге появилось требование к 80-жильному варианту того же кабеля, где половина жил обеспечивает заземление необходимо для улучшения качества высокоскоростного сигнала за счет уменьшения перекрестных помех . Интерфейс для 80-проводников имеет только 39 контактов, отсутствующий контакт действует как ключ, предотвращающий неправильное подключение разъема к несовместимому разъему, что является распространенной причиной повреждения диска и контроллера.

Битовые последовательные интерфейсы

Современные битовые последовательные интерфейсы соединяют жесткий диск с адаптером интерфейса главной шины (сегодня в ПК обычно встроен в « южный мост ») с помощью одного кабеля данных/управления. Каждый привод также имеет дополнительный кабель питания, обычно прямой к блоку питания.

(SDI) DEC Стандартное межсетевое соединение дисков было ранним примером современного последовательного битового интерфейса.
Fibre Channel (FC) является преемником параллельного интерфейса SCSI на корпоративном рынке. Это последовательный протокол. В дисковых накопителях обычно Fibre Channel Arbitrated Loop используется топология подключения (FC-AL). FC имеет гораздо более широкое применение, чем просто дисковые интерфейсы, и является краеугольным камнем сетей хранения данных (SAN). другие протоколы для этой области, такие как iSCSI и ATA over Ethernet Недавно были разработаны и . Как ни странно, в приводах обычно для Fibre Channel используются медные витые пары, а не оптоволокно. Последние традиционно предназначены для более крупных устройств, таких как серверы или контроллеры дисковых массивов .

Серийный АТА (SATA). Кабель передачи данных SATA имеет одну пару данных для дифференциальной передачи данных на устройство и одну пару для дифференциального приема от устройства, как и EIA-422 . Для этого необходимо, чтобы данные передавались последовательно. Аналогичная система дифференциальной сигнализации используется в RS485 , LocalTalk , USB , FireWire и дифференциальном SCSI .
SCSI с последовательным подключением (SAS). SAS — это протокол последовательной связи нового поколения для устройств, предназначенный для обеспечения гораздо более высокой скорости передачи данных и совместимый с SATA. SAS использует механически идентичный разъем для передачи данных и питания стандартным 3,5-дюймовым жестким дискам SATA1/SATA2, а многие серверные RAID-контроллеры SAS также способны обращаться к жестким дискам SATA. SAS использует последовательную связь вместо параллельного метода, используемого в традиционных устройствах SCSI, но по-прежнему использует команды SCSI.

Примечания

^ Некоторые жесткие диски были устройствами параллельной передачи данных, например IBM 2305.
^ Сегодня обычно интегрированные, но в ранних вариантах реализации отдельные платы или коробки.

Ссылки

^ IBM 2311 Field Engineering Theory of Operation. Архивировано 2 декабря 2019 г. в Wayback Machine , октябрь 1967 г., глава 3 и рис. 3-1.
^ "Коды Рида-Соломона - Введение"
^ IBM 3880 Storage Control, Руководство по описанию моделей 1, 2, 3 и 4 , GA26-1661-9. сентябрь 1987 г.
^ Через «Новую стратегию прикрепления» IBM намеревалась расстроить PCM
^ IBM 3990 Storage Control Справочная информация: ГЛОССАРИЙ , GA32-0099-06, © Copyright IBM Corp. 1988, 1994
^ «Интерфейс интеллектуальных систем облегчает интеграцию периферийных устройств», Х. Мейер и Дж. Корпи, Electronic Design, 20 августа 1981 г., стр. 97-103.

Внешние ссылки

[1] Некоторые жесткие диски были устройствами параллельной передачи данных, например IBM 2305.

[4] Сегодня обычно интегрированные, но в ранних вариантах реализации отдельные платы или коробки.

[2] IBM 2311 Field Engineering Theory of Operation. Архивировано 2 декабря 2019 г. в Wayback Machine , октябрь 1967 г., глава 3 и рис. 3-1.

[AutoMK-79-3] "Коды Рида-Соломона - Введение"

[5] IBM 3880 Storage Control, Руководство по описанию моделей 1, 2, 3 и 4 , GA26-1661-9. сентябрь 1987 г.

[6] Через «Новую стратегию прикрепления» IBM намеревалась расстроить PCM

[7] IBM 3990 Storage Control Справочная информация: ГЛОССАРИЙ , GA32-0099-06, © Copyright IBM Corp. 1988, 1994

[8] «Интерфейс интеллектуальных систем облегчает интеграцию периферийных устройств», Х. Мейер и Дж. Корпи, Electronic Design, 20 августа 1981 г., стр. 97-103.

[а]

[1]

[2]

[б]

[3]

[4]

[5]

[6]

v т и жестких дисков Производители
History of hard disk drives IBM magnetic disk drives List of defunct hard disk manufacturers
Current	Seagate Technology Toshiba Western Digital
Defunct	3M Alps Electric Ampex Anelex Areal Technology Avatar Systems BASF Bryant Computer Products Burroughs C. Itoh Castlewood Systems Calcomp Caelus Memories CII-Honeywell-Bull Computer Memories, Inc. Conner Peripherals Cornice Data Disc Data General Datapoint Dataproducts Diablo Systems Digital Equipment Corporation Emulex Epson ExcelStor Technology Fuji Electric Fujitsu General Electric GS Magicstor Hewlett-Packard HGST Hitachi Hokushin Electric Works Hyosung IBM AdStar Imprimis (CDC) Intégral Peripherals Iomega JT Storage JVC Kennedy Kyocera Librascope Maxtor Memorex Micropolis MiniScribe MiniStor Peripherals Mitsubishi Mitsumi Electric NCR NEC Nippon Electric Industry Nomaï Ohio Scientific Okidata Olivetti OPE Panasonic Pertec Computer Philips Plus Development Potter Instrument PrairieTek Priam Quantum Ricoh Rodime SAGEM Samsung Electronics Sequel Shugart Associates Siemens StorageTek SyQuest Technology Tandon TEAC Texas Instruments Tokico Xebec YE-Data

v т и образов дисков Форматы файлов
Comparison of disc image software
Optical discs	BIN+CUE DAA IMG+CCD+SUB ISO ISZ MDF+MDS MDX NRG UIF
Hard disks	DMG FVD IMG ISO NDIF QCOW UDIF VDI VHD VMDK WIM
Floppy disks	ADF, ADZ DC42, DART DMS IMG, IMA, IMZ VFD
CD-DA	Disc Description Protocol
Convention: Any item in this table that has the form of "A+B" or "A+B+C" indicates a disk format that spans multiple files, where A contains the bulk of the data, and B and C are sidecar files.