IDE, SCSI, SATA

 

IDE:

Az adatátviteli sebesség növelésének egyik módja, ha a lemez és a meghajtó elektronika közötti távolságot lecsökkentjük. Ebből az elgondolásból született meg az IDE (Integrated Device Equipment, integrált eszköz-elektronika) rendszer, ahol az elektronikát magára a meghajtóra építettér rá, ezért a nagysebességű jelvezetékek hossza minimális. Így csak a bővítősín jeleit kell a meghajtóig elvinni. Ezen a 16 bites párhozamos interfészen a jelek már jóval kisebb sebességgel áramlanak. Az IDE meghajtó 1-4 Mb/s –os átviteli sebességre képesek. Az újabb szabványa az Ultra ATA-100 szabvány 100 MByte/s sebességű.

A csatoló két egység kezelését teszi lehetővé. Az egyik meghajtót MASTERnek, a másikat SLAVEnek kell beállítani. Lehetőség van még egy harmadik beállításra is, ez a CS (Cable Select) ilyenkoz a csatoló autómatikusan jelöli ki a MASTER és a SLAVE meghajtót.

Kábelei:  - Ultra DMA 33/66 –ig 40 eres szalagkábel,

              - Ultra ATA 66/100/133 –nál 80 eres szalagkábel (ajánlott a zavarvédettsége miatt).

 

SCSI:

Small Computer System Interface (egyszerű számítógép csatoló). Az eszközt nem csak merevlemezek számára készítették, hanem minden olyan eszköznek, amely szabványos felületet biztosít. Pl.: Merevlemez, CD-ROM eszköz, lapolvasó.

A SCSI csatoló 1986 óta hivatalos ANSI szabvány, 1990-ben az összes utasítást szabványosították. Ennek egyenes következménye, hogy az eszközök képesek a csatolóval és egymással is együtt működni. A vezérlő elektronika az egységen található, mivel így érhető el a legnagyobb átviteli sebesség. Az egységek vezérlését a rendszer CPU-ja helyett, a SCSI vezérlőkártya processzora végzi, ezért ez további sebességnövekedést eredményez. A SCSI rendszerben az egységek bizonyos önállósággal rendelkeznek. A PC számára a SCSI egységek csak forrásai vagy céljai egy adatblokknak, a vezérlést pedig logikai utasításokkal végzi. Minden egységhez tartozik egy SCSI cím, ezt az egységeken átkötéssel vagy DIP kapcsolókkal lehet beállítani. Általában a vezérlő címe a 7, és természetesen minden egységnek különböző címe kell, hogy legyen. Az adatforgalom minden pillanatban két egység között zajlik, azonban időben az egységek változhatnak. Az egységek kezdeményezőként (initiator) és célként (target) dolgozhat. A kezdeményező adja ki az utasításukat, és vezérli a sín működését. Általában minden eszköz képes ellátni mind a két szerepkört.

 

Elvi leírás:

-     Az ős SCSI-I 8 bites buszt használ, és szinkron módban maximálisan 5 Mbyte-ot tud továbbítani másodpercenként.

-     A Fast SCSI azonos specifikációk mellett maximálisan 10 Mbyte-ra képes.

-     Az Ultra SCSI, az órajel kétszerezésével, a Fast SCSI sebességének kétszeresét teszi elérhetővé.

-     Wide SCSI és Ultra-Wide SCSI: Először a Wide és az Ultra-Wide SCSI használt 16 bites buszt, ami 68 pólusú kábelek alkalmazását teszi szükségessé. A Wide/UltraWide-SCSI-vezérlők a kiegészítő SCSI-II-es csatlakozónak köszönhetően lefelé is kompatibilisek.

-     Ultra 2 SCSI, 1997 óta létezik, LVD (Low Voltage Differential) alacsony feszültségű különbségi SCSI. 8 bites max. 40 Mb/s sebességgel képes adatokat átvinni.

-     Ultra2-Wide SCSI: 80 Mbyte/s-os maximális adatátviteli sebességű. Az Ultra2Wide-SCSI felszámolja a SCSI szabvány gyenge pontjait, de csak a speciális és ennek megfelelően drága LVD (Low Voltage Differential) kábellel nyújt maximális teljesítményt.

-     Ultra 160 SCSI: új szabvány, ismét duplázott átviteli sebesség, az elérhető max. átvitel 160 Mb/s.

 

Fizikai felépítés:

-     Szabványos 50 eres szalagkábelt használ, amelyben 9 vezérlő és 9 adatvezeték fut. Azért 9 az adatbitek száma, mert az egyik bit paritásbit. A későbbi fejlesztések eredményeként, bevezették a 68 eres kábelt a 16 bites kártyákhoz és eszközökhöz.

-     Támogatja a HotSwap-et.

-     A SCSI rendszerben a sín végét le kell zárni egy erre alkalmas eszközzel, a lezáró ellenállással. Erre azért van szükség, mert a lezáratlan kábelvégeken a jel, visszaverődik és a hasznos jeláramra csillapítólag hat.

-     A felfűzhető eszközök száma:

-     A 8 biteseknél max. 7 eszköz (periféria) + a vezérlőkártya,

-     A 16 biteseknél max. 15 eszköz (periféria) + a vezérlőkártya.

-     Sebesség:

-     Szabványos SCSI 8 bites, aszinkron mód 2,5 Mb/s, párhuzamos mód 5 Mb/s,

-     Fast SCSI 8 bites 10 Mb/s,

-     Wide SCSI 16 vagy 32 bites 20 Mb/s,

-     Fast SCSI Wide előbbi kettő kombinációja, max. 40 Mb/s,

-     Fast-20 (Ultra) SCSI 8 bites 20 Mb/s,

-     Ultra Wide SCSI 16 bites 40 Mb/s,

-     Ultra 2 SCSI (LVDS) 8 bites 40 Mb/s,

-     Ultra 2 Wide SCSI (LVDS) 16 bites 80 Mb/s.

 

SATA:

Serial ATA (soros ATA) specifikáció 1.0-ás vázlata 2000 decemberében készült el. A Serial ATA megoldások legalább négy eres (szálas) kábelt használnak, amelyekből kettő - kettő az adatok küldésére, illetve fogadására használatos. A szabvány emellett meghatározatlan számú kiegészítő földelő vezeték mellékelését is lehetővé teszi. A Serial ATA specifikáció 1 méterben határozza meg az adatkábel maximális hosszát, így a technológia elméletileg akár külső készülékek csatlakoztatását is lehetővé teszi. A vékonyabb, telefon kábelre emlékeztető Serial ATA vezetékek nagyobb szabadságot engednek a számítógép házak tervezőinek, és nem akadályozzák a levegő szabad áramlását a házban, mint a széles szalagkábelek. Márpedig az egyre nagyobb teljesítményű, egyre több hőt termelő egységek megjelenésével ezen utóbbi tényező is fontos szemponttá vált. További változás, hogy egy Serial ATA kábelre csak egy meghajtó kapcsolható, nem pedig kettő, mint a párhuzamos ATA esetében. A megoldás további előnye, hogy a meghajtók nem kényszerülnek az elérhető sávszélesség megosztására, mint az egy kábelen lévő párhuzamos ATA eszközök esetében, a készülékek közötti közvetlen kommunikáció hiánya pedig számos kompatibilitási problémát küszöbölhet ki. A jelenlegi Serial ATA megoldások általában csak két soros csatlakozású meghajtó egyidejű használatát teszik lehetővé. Ennek oka elsősorban az, hogy a legtöbb egység továbbra is a párhuzamos ATA interfészt alkalmazza, a PCI csatlakozású Serial ATA bővítőkártyák pedig többletterhelést jelentenek a rendszernek. A PCI busz ráadásul az adatátviteli sávszélességet is korlátozza. A Serial ATA további előnye, hogy az eszközök a vezérlőtől függetlenül is közvetlenül férhetnek hozzá a memóriához (DMA), a Hot-Swap technológia pedig működés közben is lehetővé teszi a meghajtók csatlakoztatását, cseréjét, és lekapcsolását. A soros ATA jelszint mindössze 250 millivoltra (0,25 volt) való csökkentésekor a fejlesztők a korszerű chipgyártási technológiák követelményeit tartották szem előtt. A Serial ATA 1.0 szabvány hét eres kábel alkalmazását írja elő, amelyből három szálat kifejezetten a kiegészítő földelő vezetékeknek tartottak fenn a mérnökök. Ez a kábel hozzávetőleg négyszer kisebb, valamint sokkal hajlékonyabb és strapabíróbb, mint a párhuzamos ATA szalagkábelei. A Serial ATA támogatású chipkészlettel készülő alaplapokon a közeljövőben akár négy soros ATA csatlakozó is lehet majd, a helyfoglalás a kis méretű, ugyanakkor könnyen kapcsolható, és megbízható csatlakozóknak köszönhetően nem lesz különösebb probléma. A CD- és DVD meghajók gyártói viszont várhatóan nem fognak sietni a Serial ATA interfészre való átállással, mivel ezek az eszközök egyelőre nem igénylik a nagyobb adatátviteli sebességet, az új vezérlő implementálása pedig extraköltségekkel jár.

A Serial ATA technológiát közelebbről szemügyre véve két jelentős előny tűnik ki a megnövelt jelintegritáson (jelépségen) kívül. Egyrészt az új szabvány szoftveresen kompatibilis a párhuzamos ATA eszközökkel, vagyis a programok nem fognak tudni különbséget, tenni a párhuzamos és soros vezérlőre kapcsolódó ATA meghajtók között. A jelenlegi alkalmazások módosítására így nincsen szükség.

A másik előny a megnövelt adatátviteli sebesség. A Serial ATA első generációja 150 MByte/s sávszélességet nyújt, ráadásul a számítógép, illetve a processzor sokkalta kisebb leterhelése mellett. A 150 MByte/s eléréséhez a Serial ATA 1,5 GHz-es órajelet használ, de a vezérlő az átviteli csatornán minden 8 bites adatot 10 bites, kódolt formában továbbít, ami mintegy 20 százalékos teljesítménycsökkenést eredményez. Bár a Serial ATA vezérlő folyamatosan képes tartani a 150 MByte/s adatátviteli sebességet, ez az érték a közeljövőben aligha lesz elérhető. Ennek oka elsősorban az, hogy az adatok egyelőre a PCI buszon keresztül áramolnak, amely legfeljebb 133 MByte/s adatátviteli sebességre képes. Ez a sávszélesség ráadásul csak abban az esetben érhető el, ha a rendszer többi eleme éppen nem bonyolít adatátvitelt a buszon keresztül, ilyen pedig a valóságban csak ritkán fordul elő. Tovább rontja a helyzetet, hogy a jelenlegi alaplapi chipkészletek a valóságban csak mintegy 80-90 MByte/s sebességet képesek elérni a PCI buszon keresztül. A Serial ATA teljes teljesítménye ezért addig nem lesz elérhető, amíg meg nem jelennek az első olyan alaplapi chipkészletek, amelyekben az integrált Serial ATA vezérlő nem a PCI buszon keresztül éri el a rendszer többi elemét. Az igazsághoz persze az is hozzátartozik, hogy a jelenlegi leggyorsabb, 7200-as percenkénti fordulatszámú, nagy adatsűrűségű ATA meghajtók sem képesek 40 - 50 MByte/s-nál nagyobb folyamatos, fizikai adatátvitelre. Ennek ellenére a leterhelt PCI busz kedvezőtlenül befolyásolhatja az elérhető összteljesítményt. A helyzet ráadásul tovább romlik a RAID eszközök alkalmazása esetén.

A Serial ATA rövidtávú előnyei, közé tartozik, hogy az új technológiával tovább növelhető a számítógéphez csatlakoztatható ATA eszközök száma. A Serial ATA összefoglalva a jelenlegi, párhuzamos ATA megoldások leváltására megalkotott, jelentős teljesítménytartalékokkal és skálázhatósággal rendelkező technológia. A Serial ATA Working Group ütemterve szerint a jelenlegi Serial ATA 1X szabványt 2004 táján leváltja a Serial ATA 2X, amely kétszeres, 300 MByte/s adatátviteli sebesség elérését teszi majd lehetővé. A technológia skálázhatósága kiváló, a megoldás további fejlődése már jelenleg biztosított, így - a 600 MByte/s sebességű Serial ATA 4X bevezetésével - a szabvány várhatóan legalább tíz évig, komolyabb módosítás nélkül is meg fog felelni az elvárásoknak. A Serial ATA főbb jellemzői:

 

 

Serial ATA I

Serial ATA II

Serial ATA III

Adatátvitel

150 MB/s

300 MB/s

600 MB/s

Megjelenés

2002

kb. 2005

kb. 2007, vagy késõbb

Csatlakozó

7-tûs

7-tûs

7-tûs*

Jelátvitel

 

Mint a Serial ATA I

Mint a Serial ATA II**

* Terv. Változás elképzelhetõ.

** Feltételezhetõ, hogy lefelé kompatibilis lesz a Serial ATA I-el.

 

A Serial ATA II és III kapcsán emlegetett 300, illetve 600 MB/s mai fejjel rengetegnek tûnik, de néhány év múlva itt lesznek a 100 MB/s sebességnél is gyorsabb merevlemezek. A tényleges maximális adatátvitel a gyakorlatban 10-15%-kal elmarad az elméleti értéktõl, mivel a sáv egy részét a vezérlõ mûködése köti le.