Технология Serial ATA / Накопители

Наконец-то, спустя несколько лет, теоретические разговоры о необходимости нового интерфейса начали реализовываться во что-то реальное и главное массово доступное. О Serial ATA я уже упоминал в статье о критериях выбора винчестеров, не особенно вдаваясь в механизмы его работы. А сейчас, судя по вопросам интересующихся, пришла пора это сделать.

К чему вся суета

Традиционный, параллельный ATA интерфейс хорошо зарекомендовал себя благодаря своей простоте и низкой стоимости реализации (пусть даже и предоставляя гораздо меньшее число удобств и преимуществ и худшую производительность по сравнению с другими, но, тем не менее, удовлетворяющую нуждам большинства обычных ПК), но дальнейшее его развитие стало сопрягаться с большим числом технологических трудностей, и назрела необходимость разработать новый интерфейс для замены. Часто среди обоснований перехода на новый стандарт в статьях называют ограниченную скорость передачи параллельного интерфейса в 133 мбайт/с, но это ограничение конкретной его версии, а не его вида вообще (а у Serial ATA не намного-то и больше - 150 Мбайт/с).

Дальнейшее увеличение пропускной способности возможно и при параллельной шине, причем для нее большая скорость естественней, чем для последовательной, но такая модернизация - дорогостоящее удовольствие (взгляните на приборы SCSI) и при достигнутых скоростях на последовательной шине, просто экономически нецелесообразно. Это раз. В старом интерфейсе использовались сигналы высокого уровня 5V, а при современном технологическом процессе получить их на выходе микросхем очень сложно и в общем-то даже невозможно. Это два. Это основные причины. Называемые улучшение вентилируемости, сокращение числа проводов, упрощение технологии шлейфов и сокращение затрат на производство - являются лишь следствием. Но не будем забегать вперед.

Как все начиналось

Работа над SerialATA была начата еще 4 года назад. Версия 0.9 спецификации была представлена на Intel Developer Forum 2000, и окончательно доработанная 1.0 - в конце того же года. Первые продукты начали появляться в 2001 году, а массовое производство, как и сказал инженер Steve Collins компании Seagate в интервью Андрею Кузину на Cebit 2001 началось полтора года спустя - в 2002-2003 годах, т.е. сейчас.

В разработке стандарта принимали и принимают участие многие серьезные компании. Изначально в рабочую группу входили APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum и Seagate Technologies. Подключение новых игроков происходило очень быстро и сейчас список участников проекта очень велик. Продвигается стандарт на рынок сейчас в основном стараниями VITESSE, Dell, Intel, Maxtor и Seagate - так называемой промогруппой Serial ATA.

И что мы имеем сегодня

Как несложно догадаться по именам разработчиков и из названия самого стандарта - Serial ATA - высокоскоростной последовательный интерфейс предназначенный для устройств хранения. По своей внутренней организационной структуре - четырехуровневой модели - он очень похож на другие стандарты, например USB или SCSI-3 которые в свою очередь всегда напоминали мне модель OSI сетей передачи данных. В последовательном ATA декомпозиция выполнена следующим образом:

Не нужно объяснять, что использование многоуровневой модели дает возможность для гибкого дальнейшего совершенствования стандарта, доработкой только необходимых уровней и не правя весь стандарт сразу.

Для компьютера в котором установлен Serial ATA принципиально ничего не меняется, взаимодействие операционной системы через драйвер контроллера в целях обеспечения совместимости с предыдущими версиями ATA оставлено прежним. Наглядно сходства и различия можно представить так:

В привычном параллельном ATA два устройства объединяются кабелем в цепочку и подключаются к одному порту контроллера. Взаимодействие приложения и устройства происходит через операционную систему и драйвер контроллера.

На этом рисунке блоки определенного цвета функционально идентичны блокам соответствующего цвета с предыдущего рисунка. Видно, что функционирование приложений, операционной системы и драйверов осталось без изменений. Интерфейс между контроллером нового стандарта и драйвером (левая часть блока "контроллер") остался прежним: новый Serial ATA полностью эмулирует Parallel ATA: использует для обмена те же регистры и команды. Изменилось лишь взаимодействие между ним и непосредственно дисками. Сразу же обращает на себя внимание то, что для подключения тех же двух устройств контроллер уже имеет два порта, и каждый накопитель подключается отдельным кабелем.

В новом Serial ATA нет понятия ведомого и ведущего устройства (Master/Slave). Наконец-то пришла пора прекратить тягать перемычки из своих винчестеров. Все подключенные накопители являются независимыми устройствами и их работа выглядит с точки зрения старого стандарта как Master with no Slave Present (но не нужно боятся вероятных проблем со старым ПО в этом месте: из соображений совместимости предусмотрена возможность эмуляции работы устройств в режиме Master+Slave: в зависимости от бита, использующегося для определения устройства назначения на шине, обращения просто распределяются между портами SATA, хотя в этом режиме оказываются недоступными многие из возможностей новой шины). Чисто внешние различия на этом заканчиваются. Остальные - внутри.