 |
Ремонт и upgrade компьютеров своими рукамиЭВОЛЮЦИЯ ДИСКОВ SCSI |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Если у вас появятся вопросы, не освещенные на нашем сайте, вы можете задать вопрос непосредственно нашим специалистам по электронной почте: upgradecomputer@yandex.ru
|
Напомним, что SCSI — это не дисковый интерфейс, а шина, к той могут подключаться интерфейсные адаптеры, соединенные, в свою очередь, с контроллерами жестких дисков или других устройств. Первые устройства SCSI для PC были просто обычными жесткими дисками ST-506/412 или ESDI с отдельным дополнительным интерфейсным адаптером шины SCSI (его еще иногда называют переходным контроллером), который, с одной стороны, согласовывал интерфейс ST-506/412 или ESDI, а с другой — SCSI. Первые такие интерфейсные адаптеры представляли собой самостоятельные печатные платы, а полностью устройство монтировалось в отдельном корпусе. Следующий шаг заключался в том, чтобы перенести «конвертер» шины SCSI на плату управления самого жесткого диска, т. е. сделать интерфейс SCSI встроенным. На этом этапе ясно, что внутренние операции в жестком диске вовсе не обязательно должны осуществляться в соответствии с требованиями стандарта ST-506/412 или ESDI, поскольку единственное устройство, с которым приходится «общаться» контроллеру диска, оказалось встроенным в жесткий диск. Учитывая это, изготовители интегральных микросхем для интерфейсов и контроллеров начали разрабатывать на базе уже имевшихся комплектов для ST-506/412 и ESDI специализированные микросхемы с более широкими возможностями и более высоким быстродействием. Внимательно присмотревшись к современному диску SCSI, можно заметить, что микросхема или набор микросхем контроллера диска в нем либо те же самые, либо усовершенствованные, которые устанавливались в контроллерах ST-506/412 или ESDI. Рассмотрим несколько примеров. Жесткий диск ATA IDE должен полностью эмулировать интерфейс системного уровня дискового контроллера WD1003 компании Western Digital. Эти жесткие диски должны работать так, как будто в них встроен контроллер ST-506/412 или ESDI (что и есть на самом деле). Возможности встроенных контроллеров обычно шире возможностей первых WD1003 (как правило, это выражается в появлении дополнительных команд), но в любом случае они должны воспринимать всю систему команд своего предшественника. Если вы следите за новинками на компьютерном рынке, то наверняка заметили, что многие производители сейчас вызапускают жесткие диски обеих версий — и ATA IDE и SCSI. Иными словами, если выпускается жесткий IDE-диск емкостью 20 Гбайт, то почти наверняка вы найдете и модель SCSI с такими же емкостью и параметрами, в ко— торой используется тот же блок HDA (причем она даже внешне будет похожа на модель IDE). При внимательном рассмотрении оказывается: единственное различие между этими жесткими дисками состоит в том, что на плате управления модели SCSI установлена дополнительная микросхема, которая называется контроллером интерфейса шины SCSI (SCSI Bus Interface Controller — SBIC). На рис. 8.16 и 8.17 отображены блок-схемы плат управления жестких дисков ATA IDE и SCSI. В них используется один и тот же блок HDA, и даже платы управления похожи одна на другую и различаются только наличием микросхемы SBIC в диске SCSI. Обратите внимание на то, что схемы обоих жестких дисков почти совпадают. В модели SCSI взаимодействие между контроллером диска и шиной SCSI осуществляется через микросхему — контроллер интерфейса шины WD33C93. В сущности, две схемы различаются только наличием в последней указанного контроллера. В целом же схема жесткого диска SCSI представляет собой интегрированную версию первых устройств SCSI с отдельным переходным контроллером. Чтобы закончить с этим примером, рассмотрим блок-схему контроллера WD1006V-ММ1 интерфейса ST-506/412 (рис. 8.18). Основой этой платы является тот же контроллер диска WD42C22, который используется в дисках IDE и SCSI. Такой подход к разработке дисков ATA IDE и SCSI характерен не только для Western Digital, но и для других компаний. Причем чаще всего используются те же микросхемы, что и рассмотренные выше, хотя не исключено применение интегральных схем других производителей. Нетрудно догадаться, что большинство дисков SCSI представляют собой обычные устройства ATA IDE с дополнительным контроллером интерфейса шины SCSI. А теперь посмотрим, к чему приводит такой подход в аспекте быстродействия инфраструктуры. Если практически все диски SCSI представляют собой устройства ATA IDE с дополнительным интерфейсом SCSI, то какой вывод из этого можно сделать? Прежде всего, при длительных обменах данными ни одно устройство не способно обеспечить скорость передачи данных выше нетого предела, определяемого темпом считывания информации с магнитного носителя. Другими словами, производительность жесткого диска ограничивается быстродействием блока HDA. Небольшие порции данных (пакеты) могут передаваться с очень высокой скоростью, поскольку во многих жестких дисках имеется встроенная кэш-память или буфер опережающего (упреждающего) считывания. Причем емкость кэш-памяти в современных дисках ATA IDE и SCSI может даже превышать 1 Мбайт! Однако, независимо от емкости и «интеллектуальности» кэшпамяти, при длительных обменах данными быстродействие все же ограничивается возможностями блока HDA. Данные, поступающие из блоков HDA, должны пройти через контроллеры диска, схемы которых, как уже отмечалось, почти одинаковы в однотипных дисках ATA IDE и SCSI. В дисках ATA IDE данные после этого выдаются прямо на системную шину, а в дисках SCSI они сначала должны последовательно пройти через интерфейсный контроллер шины SCSI, установленный в самом устройстве, а затем через шину и контроллер шины на плате основного адаптера SCSI вашего компьютера. Неизбежные задержки, возникающие при прохождении столь длинного «маршрута», должны приводить к снижению быстродействия по сравнению с прямой передачей данных в системную шину, осуществляемой через интерфейс ATA IDE. Принято считать, что интерфейс SCSI намного превосходит IDE по быстродействию, но, к сожалению, чаще всего это не так. Ошибка заключается в том, что обычно про—
Рис. 8.16. Блок-схема платы управления жесткого диска ATA
IDE
изводительность шин SCSI и ISA сравнивают «в чистом виде».
По 16-разрядной шине Ultra4 SCSI данные можно передавать со скоростью до 320
Мбайт/с, в то время как скорость обмена Ultra-АТА/133 IDE достигает 133
Мбайт/с. Конечно, при таком сравнении интерфейс SCSI выглядит явно
предпочтительнее, но реальным фактором, снижающим производительность инфраструктуры,
является не чистое быстродействие шины, а ограниченные возможности блока HDA и
контроллера диска.
Рис. 8.17. Блок-схема платы управления жесткого диска SCSI
Ниже приведены данные о двух устройствах с одинаковой
емкостью, но разными интерфейсами. Выводы о производительности сделайте сами.
Обратите внимание, что внешняя скорость передачи данных накопителя SCSI, достигающая 320 Мбайт/с, выше скорости передачи данных дисковода АТА, которая равна всего лишь 100 Мбайт/с. Но, несмотря на это, рабочие характеристики накопителей практически одинаковы. Параметры, указанные в двух последних строках таблицы, определяют фактическую скорость считывания данных, характерную для того или другого накопителя. В частности, установленные скорости передачи данных представляют собой действительные скорости считывания данных, находящихся на этих накопителях; как видите, эти скорости практически равны. Фактическая скорость передачи данных зависит от скорости вращения дисков, плотности записи данных, а также емкости внутреннего буфера или кэша. Однако для достижения приведенных параметров диска SCSI необходимо приобрести довольно дорогой (около 300 долларов) адаптер SCSI. При использовании дешевых адаптеров приведенные параметры скорости передачи данных будут недостижимы. рекомендуется отметить, что современные многозадачные операционные инфраструктуры дозапускают возможность одновременного выполнения нескольких операций передачи данных. Однако в интерфейсе IDE, в отличие от SCSI, такая возможность не поддерживается. Поэтому одновременное выполнение операций записи и чтения возможно только при наличии устройств SCSI. Поэтому именно интерфейс SCSI позволяет полностью использовать преимущества многозадачности. При этом, естественно, повышается пропускная способность дисковой подинфраструктуры. Кроме того, в некоторых развитых операционных системах (к примеру, Windows NT/2000) применяются так называемые дисковые массивы — несколько дисководов, которые логически используются как один. При передаче данные равномерно распределяются между дисководами, что повышает пропускную способность дисковой подинфраструктуры. Производительность В настоящее время в большинстве PC-совместимых компьютеров устанавливаются диски ATA IDE, что объясняется их дешевизной и высокой производительностью. Сравнивая быстродействие жестких дисков с интерфейсами IDE и SCSI, в первую очередь необходимо учесть характеристики установленных в них блоков HDA. Для сравнения лучше всего выбрать диски IDE и SCSI одного производителя с идентичными блоками HDA. Как уже отмечалось, очень часто одна и та же компания выпускает практически одинаковые жесткие диски с разными интерфейсами (IDE и SCSI). к примеру, в большинстве одинаковых моделей с разными интерфейсами установлен один и тот же блок HDA, и различаются они только конструкцией платы управления. На плате управления IDE-диска встроен контроллер диска и «прямой» интерфейс шины AT. В диске SCSI установлены те же самые контроллер диска и интерфейс шины, но к ним еще добавлена микросхема SBIC контроллера шины SCSI, т. е. дополнительный адаптер SCSI, который связывает жесткий диск с шиной SCSI. По существу, все жесткие диски SCSI являются IDE-устройствами с дополнительно установленной микросхемой SBIC. Поскольку при использовании устройства SCSI возникают дополнительные задержки, связанные с прохождением сигналов и команд по шине SCSI, становится ясно, что IDE-диск с прямым выходом на системную шину работает быстрее. SCSI ПРОТИВ IDE: ПРЕИМУЩЕСТВА И ОГРАНИЧЕНИЯ Современные операционные инфраструктуры являются многозадачными, и различные устройства SCSI, имеющие дополнительную схему контроллера, в отличие от устройств IDE, функционируют независимо друг от друга. Следовательно, операции чтения и записи данных могут выполняться одновременно на нескольких устройствах SCSI. Это дает возможность эффективно использовать многозадачность инфраструктуры, а также увеличить общую скорость передачи данных. Самые функциональные операционные инфраструктуры, к которым относятся Windows NT/2000/XP, позволяют даже выполнять «расслоение» дисковода. Набор «расслоенных» накопителей (striped drive set) представляет собой два или более жестких диска, используемых в качестве одного диска большой емкости. При выполнении операций чтения/записи происходит равномерное распределение данных по дисководам, что повышает общую эффективность набора. Дисководы SCSI поддерживают организацию наборов накопителей и позволяют повысить их надежность и эффективность. Новые дисководы Ultra4 (Ultra320) SCSI по многим параметрам превосходят IDE. Устройства Ultra320 SCSI почти в два с половиной раза (на 140%) быстрее, чем АТА/133, максимальная скорость передачи данных того достигает 133 Мбайт/с. Кроме этого, Ultra320 SCSI полностью поддерживает многозадачный режим работы, а также позволяет существенно повысить эффективность рабочих станций и серверов, работающих в операционной среде Windows NT/2000/XP. Длина кабеля по спецификации IDE не должна превышать 18 дюймов (примерно 0,5 м), что фактически исключает возможность подключения удаленных или внешних устройств. В свою очередь, устройства Ultra4 (Ultra320) SCSI поддерживают внешние соединения на расстоянии до 12 м или более. Также обратите внимание, что к кабелю IDE можно подключить не более двух устройств, в то время как Ultra320 SCSI позволяет соединить до 15 устройств. Кроме того, функция проверки эффективности Ultra320 SCSI отвечает за правильную обработку ошибок, возникающих при появлении помех или возникновении каких-либо проблем. Если же какие-либо сбои возникают в соединениях устройств IDE (что случается чаще всего в режиме UDMA/100), то дисководы IDE просто отключаются. В дисках IDE при передаче данных из каждого сектора на вспомогательные операции затрачивается гораздо меньше времени, чем в устройствах SCSI. Помимо одинаковых для жестких дисков обоих типов задержек, связанных с передачей данных через контроллер, при передаче их по шине SCSI возникают дополнительные задержки, связанные с выбором жесткого диска-адресата, запросом данных, окончанием передачи и, наконец, преобразованием логических адресов в физические, выраженные в значениях цилиндров, головок и секторов. В результате интерфейс IDE имеет неоспоримое преимущество при последовательных обменах данными, присущих для однозадачной операционной инфраструктуры. Однако при работе в многозадачной системе, которая в состоянии извлечь выгоду из «интеллектуальных способностей» шины SCSI, производительность диска SCSI может оказаться выше. Архитектура дисков SCSI значительно сложнее архитектуры IDE-устройств, что дает им некоторые дополнительные преимущества. Поскольку каждый диск SCSI имеет свой встроенный контроллер, который работает независимо от центрального процессора си— стемы, компьютер может подавать команды сразу всем жестким дискам. Данные могут быть накоплены в буфере, а затем очень быстро переданы в совместно используемую всеми устройствами шину SCSI. В дисках IDE тоже есть встроенные контроллеры, однако они не могут работать одновременно, и ни накопление, ни упорядочение команд в них не предусматривается. Поэтому формально сдвоенные контроллеры в IDE-системе с двумя жесткими дисками работают «через раз», т. е. в конкретный момент времени активен только один жесткий диск. Для обеспечения работы дисков SCSI нужна довольно дорогая плата основного адаптера. При этом рекомендуется иметь в виду, что все чаще и чаще у владельцев персональных компьютеров возникает потребность в накопителях на магнитной ленте, CD-ROM и оптических дисках, для подключения которых необходим основной адаптер шины SCSI. В результате дополнительные средства, затраченные на его покупку, равномерно распределятся между всеми перечисленными устройствами, и на долю диска SCSI придется лишь весьма незначительная часть этих денег. Итак, какие же ограничения присущи для интерфейса IDE? ■ Не предусмотрен многозадачный ввод-вывод с «перекрытиями». ■ Невозможны накопление и упорядочение команд. Нетрудно заметить, что интерфейс SCSI имеет некоторые преимущества перед IDE, особенно в части возможностей расширения и работы с многозадачными операционными системами. К сожалению, и стоимость его намного выше. В заключение отметим еще одно преимущество интерфейса SCSI: взаимозаменяемость внешних устройств. Можно просто взять внешний SCSI-дисковод компакт-дисков, накопитель на магнитной ленте, сканер или даже жесткий диск и установить данное устройство в другую систему. Это позволяет переносить периферийное оборудование одного компьютера в другой. Такая возможность оказывается весьма полезной, если у вас несколько компьютеров, на которых вы хотите использовать одно и то же периферийное оборудование. Новое внешнее устройство SCSI в систему установить легче, поскольку при этом не нужно снимать корпус. Как вы понимаете, переместить внешнее устройство SCSI из одной инфраструктуры в другую далеко не так просто, как устройства USB или FireWire. Именно это и послужило причиной того, что эти устройства (особенно USB) захватили большую часть рынка серийно выпускаемой продукции. .
Вся информация собрана из открытых источников. При испльзовании материалов, размещайте ссылку на источник. |
