В 2006 году автором было издано учебное пособие «Периферийные устройства вычислительных систем», в котором отражались вопросы: 1 роли и места пу в
|
Скачать 1.39 Mb.
|
|
Интерфейс Serial ATA (SATA) Параллельная передача данных, осуществляемая по плоскому кабелю со скоростью более 100 Мбайт/с, порождает множество проблем, связанных с синхронизацией сигнала и электромагнитным излучением. Их решением стал новый последовательный интерфейс АТА (Serial ATA), пришедший на смену параллельному интерфейсу физических накопителей. Serial ATA (SATA) обратно совместим на программном уровне, т.е. используемое программное обеспечение взаимодействует с новой архитектурой без каких-либо ограничений. Другими словами, существующая базовая система ввода-вывода, операционные системы и утилиты, работающие с параллельным ATA, точно также будут работать и с последовательным интерфейсом. Serial ATA поддерживает все существующие устройства ATA и ATAPI, в число которых входят дисководы CD-ROM, CD-RW и DVD, накопители на магнитной ленте, дисководы SuperDisk, а также накопители других типов, поддерживаемые в настоящее время параллельным АТА (PATA). Со временем SATA, как фактический стандарт внутренних запоминающих устройств, используемых в ПК, полностью вытеснит параллельный интерфейс АТА.
В настоящее время существует три версии стандарта SATA. Эти версии отличаются только скоростью передачи данных (табл. 7.6). Скорость передачи данных последовательного интерфейса, использующего более узкий, длинный и менее дорогой кабель, равна 150 Мбайт/с, 300 или даже 600 Мбайт/с. Таблица 7.6
Для кодирования и расшифровки данных, передаваемых по кабелю, SATA использует специальную схему шифрования, получившую название 8B/10B. Первоначально код 8B/10B был разработан (и запатентован) компанией IBM в начале 1980-х годов для использования в быстродействующей передаче данных. В настоящее время эта схема используется во многих высокоскоростных стандартах передачи данных, включая Gigabit Ethernet, Fibre Channel, FireWire и др. Основной особенностью схемы кодирования 8B/10B является то, что количество последовательно передаваемых нулей (или единиц) не должно превышать четырех. В одном закодированном 10-разрядном символе не может быть использовано более шести или менее четырех нулей (единиц). Передача нулей и единиц осуществляется в виде изменения величины подаваемого напряжения. Поэтому промежуток между переходными напряжениями, которые подаются передатчиком, получается достаточно сбалансированным, с более устойчивым и регулярным потоком импульсов. Нагрузка схемы становится более постоянной, что приводит к повышению ее надежности. Во время преобразования 8-разрядных данных в 10-разрядные закодированные символы некоторое количество 10-разрядных комбинаций остается неиспользованным. Часть из них применяется для управления потоком, разграничения пакетов данных, выполнения проверки ошибок или каких-либо других специальных операций.
В схеме физической передачи интерфейса SATA используется так называемый дифференцированный метод “без возврата к нулю” (Non-Return to Zero - NRZ). В этой схеме применяется сбалансированная пара проводов, по каждому из которых подается напряжение, равное  0,25В (рис. 7.3). Сигналы посылаются дифференцированно: если по одному проводу пары передается напряжение +0,25B, то по другому соответственно –0,25B. Таким образом, разность напряжений постоянно составляет 0,5В (половина вольта). Это означает, что форма передаваемого сигнала всегда находится в противофазе по отношению к сигналу, передаваемому по смежному проводу. Дифференцированная передача минимизирует электромагнитную радиацию и позволяет упростить чтение сигналов на приемном конце.В интерфейсе SATA для подачи напряжения 5 и 12В используется стандартный 4-контактный силовой разъем, а также дополнительный 15-контактный силовой кабель и разъем питания, обеспечивающие подачу электроэнергии напряжением 3,3В. Ширина силового разъема 15-контактного кабеля в этой конструкции равна всего 24 мм (0,945 дюйма). Сила тока, подаваемого на контакты уровней напряжения (3,3), (5) и (12)В, достигает 4,5A, что обеспечивает достаточную мощность даже для наиболее энергоемких дисководов. Для совместимости с существующими источниками питания дисководы SATA могут быть выполнены как со стандартными 4-контактными разъемами питания, так и с новыми 15-контактными силовыми разъемами.  Рис. 7.3. Структура кабеля передачи данных SATA Примечание. Контакты разъема расположены в один ряд на расстоянии 1,27мм (0,05 дюйма) друг от друга. Выводы заземления длиннее, поэтому они контактируют друг с другом раньше, чем сигнальные или силовые контакты. Это позволяет подключать кабель во время работы компьютера. Первое поколение накопителей SATA со скоростью вращения 7200 об/мин (например, Seagate Barracuda V) имеет скорость передачи данных не более 40-50 Мбайт/с. Стандарт SATA, как и Parallel ATA (PATA), разрабатывался в качестве основного интерфейса устройств хранения данных, используемых в персональном компьютере, поэтому он не предназначен для подключения внешних устройств. По своим характеристикам SATA не может соперничать с интерфейсами высокоскоростных внешних устройств, к которым относятся SCSI, USB 2.0 и IEEE_1394 (FIre Wire). Судя по всему, в течение нескольких ближайших лет SATA полностью заменит параллельный интерфейс АТА. Контрольные вопросы
Избыточный массив независимых (или недорогих) дисковых накопителей (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks - RAID) разрабатывался в целях повышения отказоустойчивости и эффективности систем компьютерных запоминающих устройств. Технология RAID была разработана в Калифорнийском университете в 1987 году. В ее основу был положен принцип использования нескольких дисков небольшого объема, взаимодействующих друг с другом посредством специального программного и аппаратного обеспечения, в качестве одного диска большой емкости. Первоначальная конструкция RAID предусматривала простое соединение областей памяти нескольких отдельных дисков. Но, как оказалось, подобная схема снижает надежность матрицы и практически не влияет на ее быстродействие. Например, четыре диска, объединенных в матрицу, которая работает как один диск, будут “сбоить” в четыре раза чаще, чем один диск той же емкости. Для повышения надежности и быстродействия матрицы ученые университета Беркли предложили шесть различных уровней RAID. Каждый из этих уровней характеризуется определенной отказоустойчивостью (надежностью), емкостью запоминающего устройства и быстродействием. В июле 1992 года была создана организация RAID Advisory Board (RAB), которая занимается стандартизацией, классифицированием и изучением RAID. Собранные материалы находятся на Web-узле организации (http://www.raid.advisory.com). RAB занимается разработкой спецификаций RAID, согласованием программ для его различных уровней, а также систематизацией класса программ для аппаратного обеспечения RAID. В настоящее время организация RAB определила семь стандартных уровней RAID: от RAID-0 до RAID-6.
Избыточный массив независимых дисковых накопителей (RAID) обычно реализуется посредством платы контроллера RAID. Кроме того, реализация RAID может быть обеспечена с помощью соответствующих программ (что не рекомендуется). Ниже перечислены существующие уровни RAID:
Содержимое файла записывается одновременно на несколько дисков матрицы, которая работает как один дисковод большой емкости. Этот уровень обеспечивает высокую скорость выполнения операций чтения/записи, но очень низкую надежность. Для реализации уровня необходимы, как минимум, два дисковода;
Данные, записанные на одном диске, дублируются на другом, что обеспечивает превосходную отказоустойчивость (при повреждении одного диска происходит считывание данных с другого диска). При этом заметного повышения эффективности матрицы по сравнению с отдельным дисководом не происходит. Для реализации уровня необходимы, как минимум, два дисковода;
Одновременно происходит побитовое дробление данных и запись кода коррекции ошибок (ЕСС) на нескольких дисках. Этот уровень предназначен для запоминающих устройств, не поддерживающих ЕСС (все дисководы SCSI и ATA имеют встроенный внутренний код коррекции ошибок). Обеспечивает высокую скорость передачи данных и достаточную надежность матрицы. Для реализации этого уровня требуется несколько дисководов. В настоящее время не существует коммерческих контроллеров RAID-2 или дисководов, не поддерживающих код коррекции ошибок;
Объединение уровня RAID-0 с дополнительным дисководом, используемым для обработки информации контроля четности. Этот уровень фактически представляет собой видоизмененный уровень RAID-0, для которого характерно уменьшение общей полезной емкости матрицы при сохранении числа дисководов. Однако при этом достигается высокая степень целостности данных и отказоустойчивости, так как в случае повреждения одного из дисков данные могут быть восстановлены. Для реализации этого уровня необходимы, как минимум, три дисковода (два или более для данных и один - для контроля четности);
Этот уровень подобен RAID-4, но предполагает более высокую производительность, которая достигается за счет распределения системы контроля четности по категориям жестких дисков. Для реализации этого уровня необходимы, как минимум, три дисковода (два или более для данных и один - для контроля четности);
Подобен уровню RAID-5 и отличается тем, что данные контроля четности записываются дважды за счет использования двух различных схем контроля четности. Это обеспечивает более высокую надежность матрицы в случае множественных отказов дисковода. Для реализации этого уровня необходимы, как минимум, четыре дисковода (два или более для данных и два - для контроля четности).
До недавнего времени практически все контроллеры RAID создавались на основе дисководов SCSI. С профессиональной точки зрения SCSI-RAID является самым приемлемым вариантом, так как объединяет положительные стороны RAID с достоинствами SCSI как интерфейса, предназначенного для поддержки нескольких дисководов. В настоящее время появились контроллеры ATA-RAID, которые позволяют значительно уменьшить стоимость реализаций RAID. Стандарт ATA-RAID предназначен в основном для индивидуальных пользователей, стремящихся к повышению производительности системы или простому зеркальному отражению дисков для резервирования данных. Ради повышения функциональности системы адаптеры ATA-RAID поддерживают уровень RAID-0, который обеспечивает расслоение данных. К сожалению, это приводит к снижению надежности дисковой матрицы, так как при повреждении диска все данные, находящие на нем, будут потеряны. Надежность матрицы, работающей на уровне RAID-0, повышается с увеличением количества используемых дисководов. Не ждите, что при использовании четырех дисководов эффективность матрицы также увеличится в четыре раза. Она будет просто близка к постоянной скорости передачи данных. Определенные затраты возникают из-за контроллера, выполняющего расслоение данных, а также могут быть связаны с периодом времени ожидания (имеется в виду время, используемое для поиска данных). Однако даже в этом случае эффективность матрицы будет выше, чем какого-либо отдельного дисковода. Для достижения более высокой надежности адаптеры ATA RAID поддерживают уровень RAID1, который представляет собой зеркальное отображение дисковода. При этом происходит дублирование данных, записанных на одном из дисков. При повреждении какого-либо дисковода, система может работать с данными, сохраненными на другом диске. К сожалению, эффективность матрицы при этом практически не изменяется; более того, будет использоваться только половина существующего объема диска. Другими словами, устанавливаются два диска, а по сути, получается только один (второй диск является зеркальным отображением первого). Тем не менее, в эпоху накопителей большой емкости, имеющих невысокую стоимость, это не играет существенной роли. Например, если системная плата включает в себя адаптер ATA RAID, можно создать массив ATA RAID 1 емкостью 160 Гбайт (два жестких диска по 80 Гбайт), который обойдется примерно в 200 долларов (по 100 долларов за каждый диск). За выделенный адаптер ATA RAID придется заплатить еще 100 долларов. С целью уменьшить пространство, занимаемое кабельной разводкой, подумайте о реализации массива Serial ATA RAID, в котором используется узкий кабель SATA, упомянутый в одном из предыдущих разделов. Для того чтобы объединить высокую эффективность с повышением надежности матрицы, следует воспользоваться уровнями RAID-3 или RAID-5. Например, практически все профессиональные контроллеры RAID, используемые в сетевых файловых серверах, предназначены для работы на уровне RAID-5. При этом стоимость подобных контроллеров значительно выше. Кроме того, для реализации уровня RAID-5 необходимы, как минимум, три дисковода. Большинство контроллеров ATA RAID позволяют объединять различные уровни RAID, например, уровни 0 и 1, что дает возможность повысить надежность матрицы при отсутствии дополнительных затрат. Для реализации этих уровней нужны четыре дисковода, два из которых образуют уровень RAID0. При этом их содержимое записывается во второй массив дисков, образующих уровень RAID1. Подобная схема позволяет примерно в два раза повысить эффективность матрицы, сохранив при этом резервный набор данных. Контроллеры ATA-RAID в настоящее время поставляются компаниями Arco Computer Products, Iwill, Promise Technology, HighPoint и др. Типичным примером контроллера ATA-RAID является Promise FastTrak 100/TX4. Этот контроллер позволяет соединить до четырех дисководов, которые, в свою очередь, могут быть организованы в уровни RAID-0, 1 или режим 0+1. В этой плате также используются отдельные каналы передачи данных (кабели) ATA для каждого дисковода, чем достигается максимальная эффективность системы. Компания Promise Technology также предлагает менее дорогой контроллер стандарта ATA-RAID, имеющий только два канала данных - FastTrak 100/TX2. Этот контроллер тоже позволяет соединять до четырех дисководов, но при совместном использовании двух кабелей АТА эффективность матрицы будет ниже. Это связано с тем, что дисковод может единовременно передавать данные только по одному кабелю, что снижает вдвое производительность всей матрицы. При поиске нужного контроллера ATA-RAID в первую очередь рекомендуют обращать внимание на следующие параметры:
Избыточный массив независимых дисковых накопителей может быть организован и без дорогих контроллеров RAID, для этого следует воспользоваться средствами операционных систем более старших моделей (чаще всего серверных). Например, операционные системы Windows NT/2000 и XP Server поддерживают реализацию RAID на программном уровне, используя при этом как расслоение, так и зеркальное отображение данных. Для установки параметров и управления функциями RAID, а также восстановления поврежденных данных в этих операционных системах используется программа Disk Administrator. Тем не менее, при организации сервера, который должен сочетать в себе эффективность и надежность, лучше воспользоваться контроллерами ATA-RAID или SCSI-RAID, аппаратно поддерживающими уровни RAID-3 или RAID-5. Сравнительно недавно началась работа над последующим стандартом - SATA II,1, который определяет расширения SATA-1.0. Они включают в себя большую скорость передачи данных - 3 Гб/с. Ожидается, что последующие спецификации будут определять скорости передачи данных до 6 Гб/с. Контрольные вопросы
|
Похожие:
 |
Учебное пособие рпк «Политехник» Гринчук Ф. Ф., Хавроничев С. В. Комплектные распределительные устройства напряжением 610 кВ. Часть II: Учеб пособие / Воггту, Волгоград,... |
|
Учебное пособие рпк «Политехник» Гринчук Ф. Ф., Хавроничев С. В. Комплектные распределительные устройства напряжением 610 кВ. Часть I: Учеб пособие / Воггту, Волгоград,... |
|
Учебное пособие Иркутск 2006 Учебное пособие предназначено для студентов III v курсов специальности «Технология художественной обработки материалов» |
|
Тема управление ресурсами вычислительных систем Цель темы: раскрыть принципы функционирования современных операционных систем по управлению ресурсами вычислительных систем |
|
Учебное пособие Казань 2005 удк 65. 01 (075. 8) Ббк 65. 29 Б 69 Бурганова... В текст пособия введены программа дисциплины «Теория управления», материалы по организации самостоятельной работы студентов, включая... |
|
Учебное пособие "Архитектуры графических систем" машинная графика... Назначение курса обучение машинной графике студентов физико-технического профиля. Курс ориентирован на две основные категории будущих... |
|
Учебное пособие Челябинск 2006 Этому способствуют контрольные вопросы и тестовые задания. Дополнительная литература и источники, перечень которых находится в прилагаемой... |
|
Современные т ех нологии обучения: теория и практика учебное пособие Современные технологии обучения: теория и практика: Учебное пособие / А. О. Блинов, Т. Н. Парамонова, Е. Н. Шереметьева, Г. В. Погодина.... |
|
Материально-техническое обеспечение кабинета №6 по профессии «Оператор... Материально-техническое обеспечение кабинета №6 по профессии «Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин» |
|
Учебное пособие Москва 2012 год Настоящее учебное пособие предназначено... Учебное пособие предназначено для изучения и проведения практических занятий по дисциплинам «Бизнес планирование транспортных предприятий»,... |
 |
Учебное пособие содержит ответы на вопросы Государственного Образовательного... Информационный менеджмент: ответы на вопросы государственного стандарта. Часть Пособие для самостоятельной работы студентов. – Кафедра... |
|
Учебное пособие к практическим занятиям по курсу «Фармацевтическое товароведение» Учебное пособие предназначено для подготовки студентов к лабораторно-практическим занятиям и включает название темы, цель занятия,... |
|
Интерфейсы и периферийные устройства 12 Семиконтактный разъем на задней панели дефектоскопа предназначен для двунаправленного интерфейса rs-232. Он служит для передачи данных... |
|
Учебное пособие Самара Самарский государственный технический университет... Сапр систем электроснабжения: Учеб пособие/ Самар гос тех ун-т; Ю. Ф. Лыков. Самара, 2008. 65 с |
|
Методическое пособие подготовлено под редакцией: Овчинниковой Е.... Информационно-методические материалы по профилактике экстремизма для специалистов |
|
Методические указания к расчетно-графическим заданиям по учебной... Целью ргз является закрепление и лучшее усвоение теоретического материала. Предлагаемые задания направлены на выявление архитектурных... |