Презентация Подгорного Андрея группа 186 Интерфейсы для передачи данных в системах хранения.

SCSI 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. Раньше имел неофициальное название Shugart Computer Systems Interface в честь создателя Алана Ф. Шугарта. После стандартизации в 1986 году SCSI начал широко применяться в компьютерах Apple, Sun Microsystems. В компьютерах, совместимых с IBM PC, SCSI не пользуется такой популярностью в связи со своей сложностью и сравнительно высокой стоимостью и применяется преимущественно в серверах. Существует три стандарта SCSI: SE (single-ended) - асимметричный 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. Протокол команд SCSI. В терминологии SCSI взаимодействие идёт между инициатором и целевым устройством. Инициатор посылает команду целевому устройству, которое затем отправляет ответ инициатору. Команды SCSI посылаются в виде блоков описания команды (англ. Command Descriptor Block, CDB). Длина каждого блока может составлять 6, 10, 12 или 16 байт. В последних версиях SCSI блок может иметь переменную длину. Блок состоит из однобайтового кода команды и параметров команды. После получения команды целевое устройство возвращает значение 00h в случае успешного получения, 02h в случае ошибки или 08h в случае, если устройство занято. В случае, если устройство вернуло ошибку, инициатор обычно посылает команду запроса состояния. Устройство возвращает Key Code Qualifier (KCQ).

ATA (Advanced Technology Attachment) параллельный интерфейс подключения накопителей. Для подключения жёстких дисков с интерфейсом PATA обычно используется 40-проводный кабель (именуемый также шлейфом). Каждый шлейф обычно имеет два или три разъёма, один из которых подключается к разъёму контроллера на материнской плате (в более старых компьютерах этот контроллер размещался на отдельной плате расширения), а один или два других подключаются к дискам. В один момент времени шлейф P-ATA передаёт 16 бит данных. Иногда встречаются шлейфы IDE, позволяющие подключение трёх дисков к одному IDE каналу, но в этом случае один из дисков работает в режиме read-only. Долгое время шлейф ATA содержал 40 проводников, но с введением режима Ultra DMA/66 (UDMA4) появилась его 80-проводная версия. Все дополнительные проводники это проводники заземления, чередующиеся с информационными проводниками. Такое чередование проводников уменьшает ёмкостную связь между ними, тем самым сокращая взаимные наводки. Ёмкостная связь является проблемой при высоких скоростях передачи, поэтому данное нововведение было необходимо для обеспечения нормальной работы установленной спецификацией UDMA4 скорости передачи 66 МБ/с (мегабайт в секунду). Более быстрые режимы UDMA5 и UDMA6 также требуют 80-проводного кабеля. Хотя число проводников удвоилось, число контактов осталось прежним, как и внешний вид разъёмов. Внутренняя же разводка, конечно, другая. Разъёмы для 80-проводного кабеля должны присоединять большое число проводников заземления к небольшому числу контактов заземления, в то время, как в 40-проводном кабеле проводники присоединяются каждый к своему контакту. У 80-проводных кабелей разъёмы обычно имеют различную расцветку (синий, серый и чёрный), в отличие от 40- проводных, где обычно все разъёмы одного цвета (чаще чёрные). 80-проводные кабели, введённые для UDMA4, лишены указанных недостатков. Теперь ведущее устройство всегда находится в конце шлейфа, так что, если подключено только одно устройство, не получается этого ненужного куска кабеля. Кабельная выборка же у них «заводская» сделанная в самом разъёме просто путём исключения данного контакта. Поскольку для 80-проводных шлейфов в любом случае требовались собственные разъёмы, повсеместное внедрение этого не составило больших проблем. Стандарт также требует использования разъёмов разных цветов, для более простой идентификации их как производителем, так и сборщиком. Синий разъём предназначен для подключения к контроллеру, чёрный к ведущему устройству, серый к ведомому. Термины «ведущий» и «ведомый» были заимствованы из промышленной электроники (где указанный принцип широко используется при взаимодействии узлов и устройств), но в данном случае являются некорректными, и потому не используются в текущей версии стандарта ATA. Более правильно называть ведущий и ведомый диски соответственно device 0 (устройство 0) и device 1 (устройство 1). Существует распространённый миф, что ведущий диск руководит доступом дисков к каналу. На самом деле управление доступом дисков и очерёдностью выполнения команд осуществляет контроллер (которым, в свою очередь, управляет драйвер операционной системы). То есть фактически оба устройства являются ведомыми по отношению к контроллеру.

SATA (Serial ATA) последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). 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 также 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 детерминированных PATA-шлейфов. Стандарт SATA предусматривает горячую замену устройств и функцию очереди команд (NCQ, начиная с SATA/300). SATA устройства используют два разъёма: 7-контактный (подключение шины данных) и 15-контактный (подключение питания). Стандарт SATA предусматривает возможность использовать вместо 15-контактного разъёма питания стандартный 4-контактный разъём Molex. Использование одновременно обоих типов силовых разъёмов может привести к повреждению устройства.

eSATA (External SATA) интерфейс подключения внешних устройств, поддерживающий режим «горячей замены» (Hot-plug). Был создан несколько позже SATA (в середине 2004). Основные особенности eSATA: Разъёмы менее хрупкие и конструктивно рассчитаны на большее число подключений. Требует для подключения два провода: шину данных и кабель питания. В новых спецификациях планируется отказаться от отдельного кабеля питания для выносных eSATA устройств. Длина кабеля увеличена до 2 м (по сравнению с 1 метровым у SATA). Средняя практическая скорость передачи данных выше, чем у USB или IEEE Существенно снижается нагрузка на центральный процессор. Уменьшены требования к сигнальным напряжениям по сравнению с SATA. Power eSATA Изначально eSATA передаёт только данные. Для питания должен использоваться отдельный кабель. Компания MicroStar создала новый вид eSATA-разъёма, совместив eSATA (для данных) с USB (для питания). Новый вид разъёма имеет название Power eSATA.

Serial Attached SCSI (SAS) Компьютерный интерфейс, разработанный для обмена данными с такими устройствами, как жёсткие диски, накопители на оптическом диске и т. д. 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 совместим с интерфейсом 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. SAS поддерживает передачу информации со скоростью до 3 Гбит/с; ожидается, что к 2010 году скорость передачи достигнет 10 Гбит/с. Сравнение SAS и параллельного SCSI +SAS использует последовательный протокол передачи данных между несколькими устройствами, и, таким образом, использует меньшее количество сигнальных линий. +Интерфейс SCSI использует общую шину. Таким образом, все устройства подключены к одной шине, и с контроллером одновременно может работать только одно устройство. Интерфейс SAS использует соединения точка-точка каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом. +В отличие от SCSI, SAS не нуждается в терминации шины пользователем. +В SCSI имеется проблема, связанная с тем, что скорость передачи информации по разным линиям, составляющим параллельный интерфейс, может отличаться. Интерфейс SAS лишён этого недостатка. +SAS поддерживает большое количество устройств (> 16384), в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине. +SAS поддерживает высокие скорости передачи данных (1,5, 3,0 или 6,0 Гбит/с). Такая скорость может быть достигнута при передаче информации на каждом соединении инициатор-целевое устройство, в то время как на шине SCSI пропускная способность шины разделена между всеми подключёнными к ней устройствами. +SAS поддерживает подключение устройств с интерфейсом SATA. +SAS использует команды SCSI для управления и обмена данными с целевыми устройствами.

Сравнение SAS и SATA +SATA-устройства идентифицируются номером порта контроллера интерфейса SATA, в то время как устройства SAS идентифицируются их WWN-идентификаторами (WWN англ. World Wide Name). +Устройства SATA версии 1 не поддерживают очередей команд, в то время как устройства SAS поддерживают теггированные очереди команд (англ. Tagged Command Queuing). В то же время, устройства SATA версии 2 поддерживают англ. Native Command Queuing (NCQ). +SATA использует набор команд ATA и поддерживает жёсткие диски и накопители на оптическом диске, в то время как SAS поддерживает более широкий набор устройств, в том числе жёсткие диски, сканеры, принтеры и др. +Аппаратура SAS поддерживает связь с целевыми устройствами по нескольким независимым линиям, что повышает отказоустойчивость системы. Интерфейс SATA версии 1 такой возможности не имеет. В то же время, интерфейс SATA версии 2 использует дубликаторы портов для достижения аналогичной возможности. +SATA преимущественно используется в некритических приложениях, например в домашних компьютерах. Интерфейс SAS, благодаря своей надёжности, может быть использован в критически важных серверах. +Выявление ошибок и обработка ошибочных ситуаций определено в SAS гораздо лучше чем в SATA. +SAS является надмножеством SATA, и не конкурирует с ним. Некоторые версии разъёмов SAS значительно меньше разъёмов традиционного интерфеса 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 специально выреза-ключа (см. изображение разъема в таблице ниже); 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; поддерживает скорость 10 Гбит/с; SFF 8088 уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внешних устройств; поддерживает скорость 10 Гбит/с.

Fibre Channel или FC Высокоскоростной интерфейс передачи данных, используемый для взаимодействия рабочих станций, мейнфреймов, суперкомпьютеров и систем хранения данных. Fibre Channel Protocol (FCP) транспортный протокол (как TCP в IP-сетях), который, как правило, доставляет команды SCSI по сетям Fibre Channel. Может использоваться как несущий и для других протоколов например, ATM, IP, HIPPI и других. Поддерживается как оптическая, так и электрическая среда (витая пара, коаксиальный или твинаксиальный кабели, а также многомодовое или одномодовое волокно), со скоростью передачи данных от 133 мегабит/с до 10 гигабит/с на расстояния до 50 километров. История Fibre Channel началась в 1985 году, а в 1994 году был утверждён ANSI как стандарт, упрощавший интерфейс HIPPI, для которого применялся массивный 50-парный кабель с громоздкими коннекторами. Первоначально интерфейс Fibre Channel должен был повысить дальность и упростить подключение линий передачи, а не увеличить скорость. Топологии Fibre Channel Точка-Точка (FC-P2P) Используется для связи между двумя устройствами передатчик первого соединён с ресивером второго и наоборот. Все отправленные кадры предназначены для второго устройства то есть отсутствует адресация. Управляемая петля (FC-AL) Устройства объединены в петлю передатчик каждого устройства соединён с ресивером следующего. Каждое устройство имеет уникальный для петли Физический Адрес Управляемой Петли (Arbitrated Loop Physical Address, AL PA). Естественно такое подключение не является надёжным при сбое любого члена петли нарушается её работа, поэтому часто используются повторители (Hub), представляющие собой многопортовые устройства и замыкающие FC-AL цепь при сбое компонента. Коммутируемая связная архитектура (FC-SW) Основана на применении коммутаторов (fabric switches). Позволяет подключать огромное количество устройств, легко расширяется (принципами работы похожа на таковые в Ethernet).