Комп'ютерна шина (від англ. Computer bus, bidirectional universal switch - двонаправлений універсальний комутатор) - в архітектурі комп'ютера, підсистема, яка передає дані між функціональними блоками комп'ютера. Зазвичай шина вправляється драйвером. На відміну від зв'язку точка-точка, до шини можна підключити декілька пристроїв по одному набору провідників. Кожна шина визначає свій набір конекторів (з'єднань) для фізичного підключення, карт і кабелів.
Ранні комп'ютерні шини були паралельні електричні шини з декількома підключеннями, але зараз цей термін використовується для будь-яких фізичних механізмів, що надають таку ж логічну функціональність, як паралельні комп'ютерні шини.
Комп'ютерна шина служить для передачі даних між окремими функціональними блоками комп'ютера і являє собою сукупність сигнальних ліній, які мають певні електричні характеристики і протоколи передачі інформації. Шини можуть відрізнятися розрядністю, способом передачі сигналу (послідовні або паралельні, синхронні або асинхронні), пропускною спроможністю, кількістю і типами підтримуваних пристроїв, протоколом роботи, призначенням (внутрішня або інтерфейсна).
PCI Express - комп'ютерна шина, яка використовує програмну модель шини PCI і високопродуктивний фізичний протокол, заснований на послідовній передачі даних.
Послідовна шина PCI Express, розроблена Intel і її партнерами, покликана замінити паралельну шину PCI і її розширений і спеціалізований варіант AGP.
Для підключення пристрою PCI Express використовується двунаправленное послідовне з'єднання типу точка-точка, зване lane; це різко відрізняється від PCI, в якій всі пристрої підключаються до загальної 32-розрядної паралельної двобічної шині.
З'єднання між двома пристроями PCI Express називається link, і складається з одного (званого 1x) або декількох (2x, 4x, 8x, 12x, 16x і 32x) з'єднань lane. Кожен пристрій має підтримувати з'єднання 1x.
На електричному рівні кожне з'єднання використовує низьковольтну диференціальну передачу сигналу (LVDS), прийом і передача інформації проводиться кожним пристроєм PCI Express за окремими двом провідникам, таким чином, в простому випадку, пристрій підключається до комутатора PCI Express всього лише чотирма провідниками.
Використання подібного підходу має такі переваги:
· Карта PCI Express поміщається і коректно працює в будь-якому слоті тієї ж або більшої пропускної здатності (наприклад, карта x1 буде працювати в слотах x4 і x16);
· Слот більшого фізичного розміру може використовувати не всі lane'и (наприклад, до слоту 16x можна підвести лінії передачі інформації, відповідні 1x або 8x, і все це буде нормально функціонувати, а проте, при цьому необхідно підключити всі лінії «харчування» і «земля », необхідні для слота 16x).
В обох випадках, на шині PCI Express буде використовувати максимальну кількість lane'ов доступних як для карти, так і для слота. Однак це не дозволяє пристрою працювати в слоті, призначеному для карт з меншою пропускною здатністю шини PCI Express (наприклад, карта x4 фізично не поміститься в слот x1, незважаючи на те, що вона могла б працювати в слоті x4 з використанням тільки одного lane).
PCI Express пересилає всю керуючу інформацію, включаючи переривання, через ті ж лінії, що використовуються для передачі даних. Послідовний протокол ніколи не може бути заблокований, таким чином затримки шини PCI Express цілком порівнянні з такими для шини PCI. У всіх високошвидкісних послідовних протоколах (наприклад, GigabitEthernet), інформація про синхронізацію повинна бути вбудована в переданий сигнал. На фізичному рівні, PCI Express використовує став загальноприйнятим метод кодування 8B / 10B (8 біт даних замінюються на 10 біт, що передаються по каналу, таким чином 20% трафіку є надлишковими), який дозволяє підняти перешкодозахищеність.
Шина PCI працює на частоті 33 або 66 МГц і забезпечує пропускну здатність 133 або 266 Мб / сек, але ця пропускна здатність ділиться між усіма пристроями PCI. Частота, на якій працює шина PCI Express - 2.5 ГГц, що дає пропускну здатність 2500 МГц / 10 * 8 = 250 * 8 Мбіт / сек = 250 Мб / сек для кожного пристрою PCI Express x1 в одному напрямку. При наявності декількох ліній для обчислення пропускної здатності величину 250 Мб / сек треба помножити на кількість ліній і на 2, тому що PCI Express у двох напрямках шиною (табл.1).
Табл.1 таблиця пропускної здатності PCI.
Число ліній PCI Express Пропускна здатність в одному напрямку Сумарна пропускна здатність 1 250 Мб / сек 500 Мб / сек 2 500 Мб / сек 1 Гб / с 4 1 Гб / сек 2 Гб / сек 8 2 Гб / с 4 Гб / сек 16 4 Гб / сек 8 Гб / сек 32 8 Гб / сек 16 Гб / сек
Крім того, шиною PCI Express підтримується:
· Гаряча заміна карт;
· Гарантована смуга пропускання (QoS);
· Управління енергоспоживанням;
· Контроль цілісності переданих даних.
1.1.2 PCI Express 2.0
Група PCI-SIG випустила специфікацію PCI Express 2.0 15 січня 2007 року. Основні нововведення в PCI Express 2.0:
· Збільшена пропускна здатність - специфікація PCI Express 2.0 визначає максимальну пропускну здатність одного з'єднання lane як 5 Гбіт / с. Внесено удосконалення в протокол передачі між пристроями і програмну модель.
· Динамічне управління швидкістю - для контролю швидкості зв'язку.
· Оповіщення про пропускну здатність - для оповіщення ПО (операційної системи, драйверів пристроїв і т.п.) про зміни швидкості і ширини шини.
· Розширення структури можливостей - розширення керуючих регістрів для кращого управління пристроями, слотами і інтерконектом.
· Служби управління доступом - опціональні можливості управління транзакціями точка-точка.
1.1.3 PCI Express 3.0
PCI-SIG в середині серпня 2010 року представила версію 0.9 специфікації PCI Express 3.0.
Для користувачів основна відмінність між PCI Express 2.0 і PCI Express 3.0 буде полягати в значному збільшенні максимальної пропускної здатності. У PCI Express 2.0 сигнальна швидкість передачі становить 5 ГТ / с (гигатранзакцій в секунду), тобто пропускна здатність дорівнює 500 Мбайт / с для кожної лінії. Таким чином, основний графічний слот PCI Express 2.0, який зазвичай використовує 16 ліній, забезпечує двосторонню пропускну здатність до 8 Гбайт / с.
У PCI Express 3.0 ми отримаємо подвоєння цих показників. PCI Express 3.0 використовує сигнальну швидкість 8 ГТ / с, що дає пропускну здатність 1 Гбайт / с на лінію. Таким чином, основний слот для відеокарти отримає пропускну здатність до 16 Гбайт / с.
На перший погляд збільшення сигнальної швидкості з 5 ГТ / с до 8 ГТ / с чи не здається подвоєнням. Однак стандарт PCI Express 2.0 використовує схему кодування 8B / 10B.
PCI Express 3.0 переходить на набагато більш ефективну схему кодування 128B / 130B, усуваючи 20% надмірність. Тому 8 ГТ / с - це вже не "теоретична" швидкість; це фактична швидкість, порівнянна по продуктивності з сигнальної швидкістю 10 ГТ / с, якби використовувався принцип кодування 8b / 10b.
1.2 HyperTransport
Шина HyperTransport (HT) - це двонаправлена послідовно-паралельна комп'ютерна шина з високою пропускною спроможністю і малими затримками.
HyperTransport працює на частотах від 200 МГц до 3,2 ГГц (у шини PCI - 33 і 66 МГц). Крім того, вона використовує DDR, що означає, що дані надсилаються як по передньому, так і по задньому фронтах сигналу синхронізації, що дозволяє здійснювати до 5200 мільйонів посилок в секунду при частоті сигналу синхронізації 2,6 ГГц; частота сигналу синхронізації налаштовується автоматично.
Шина HyperTransport заснована на передачі пакетів. Кожен пакет складається з 32-розрядних слів, незалежно від фізичної ширини шини (кількості інформаційних ліній). Перше слово в пакеті - завжди керуюче слово. Якщо пакет містить адресу, то останні 8 біт керуючого слова зчеплені з наступним 32-бітовим словом, в результаті утворюючи 40-бітову адресу. Шина підтримує 64-розрядну адресацію - в цьому випадку пакет починається з спеціального 32 розрядного керуючого слова, що вказує на 64 розрядну адресацію, і містить розряди адреси з 40 по 63 (розряди адреси нумеруються починаючи з 0). Решта 32-бітові слова пакета містять безпосередньо передаються дані. Дані завжди передаються 32-бітними словами, незалежно від їх реальної довжини (наприклад, у відповідь на запит на читання одного байта по шині буде переданий пакет, що містить 32 біта даних і прапором-ознакою того, що значущими з цих 32 біт є тільки 8 ).
Пакети HyperTransport передаються по шині послідовно. Збільшення пропускної здатності тягне за собою збільшення ширини шини. HyperTransport може використовуватися для передачі службових повідомлень системи, для передачі переривань, для конфігурації пристроїв, підключених до шини і для передачі даних.
Шина HyperTransport знайшла широке застосування в якості процесорної шини. Вона має оригінальну топологію (Рис.1) на основі лінків, тунелів, ланцюгів і мостів, що дозволяє цій архітектурі легко масштабироваться. HyperTransport покликана спростити внутрісистемні повідомлення за допомогою заміни існуючого фізичного рівня передачі існуючих шин і мостів, а також знизити кількість вузьких місць і затримок. При всіх цих достоїнствах HyperTransport характеризується також малим числом висновків (low pin counts) і низькою вартістю впровадження. HyperTransport підтримує автоматичне визначення ширини шини, допускаючи ширину від 2 до 32 біт в кожному напрямку (Таблиця 2), крім того, вона дозволяє передавати асиметричні потоки даних до периферійних пристроїв і від них.
Малюнок 1. Топологія шини HyperTransport.
HyperTransport v3 застосовується в таких процесорах як: нове покоління AMDK8 і все K10, Turion 64 X2 / Phenom / PhenomII.
Табл.2 Версії HyperTransport.
Версія Рік максимальна частота максимальна ширина пікова пропускна здатність (в обидва напрямки) 1.0 2001 800 МГц 32 біт 12,8 Гбайт / c 1.1 2002 800 МГц 32 біт 12,8 Гбайт / c 2.0 2004 1,4 ГГц 32 біт 22,4 Гбайт / c 3.0 2006 2,6 ГГц 32 біт 41,6 Гбайт / c 3.1 2008 3,2 ГГц 32 біт 51,6 Гбайт / c
Infiniband - високошвидкісна коммутируемая послідовна шина, що застосовується як для внутрішніх (внутрішньосистемних), так і для міжсистемних з'єднань.
Порти InfiniBand (комутатор VoltaireISR-6000)
Подібно PCIExpress, Infiniband використовує двонаправлену послідовну шину. Базова швидкість - 2,5 Гбіт / с в кожному напрямі, застосовуються порти, що складаються з груп в 1x, 4x і 12x базових двонапрямлених шин (англ. Lanes). Існують режими SingleDataRate (SDR) - робота з базової швидкістю, DoubleDataRate (DDR) - бітова швидкість дорівнює подвоєною базової і QuadDataRate (QDR) - відповідно, утчетверенной. На даний момент застосовуються, найчастіше порти 4xDDR. Основне призначення Infiniband - межсерверние з'єднання, в тому числі і для організації RDMA (RemoteDirectMemoryAccess).
Пропускна здатність приведена в таблиці 3.
Табл.3 Пропускна здатність інтерфейсу Infiniband, raw / data
SDR DDR QDR 1X 2,5 / 2 Гбіт / с 5/4 Гбіт / с 10/8 Гбіт / с 4X 10/8 Гбіт / с 20/16 Гбіт / с 40/32 Гбіт / с 12X 30/24 Гбіт / с 60/48 Гбіт / с 120/96 Гбіт / с
Infiniband використовується наступними протоколами і API:
RDMA (англ. RemoteDirectMemoryAccess) - група протоколів віддаленого прямого доступу до пам'яті, при якому передача даних з пам'яті одного комп'ютера в пам'ять іншого комп'ютера відбувається без участі операційної системи, при цьому виключається участь CPU в обробці коду перенесення і необхідність пересилання даних з пам'яті програми в буферну область ОС, тобто дані пересилаються безпосередньо на відповідний мережевий контролер.
uDAPL (англ. UserDirectAccessProgrammingLibrary) - бібліотека API для абстрактного транспорту прямого доступу (англ. DirectAccessTransport, DAT). uDAPL (і інші API - зокрема kDAPL - kernelDAPL) розробляється і підтримується організацією DATCollaborative.
IPoIB (IPoverInfiniband) - група протоколів, що описують передачу IP-пакетів поверх Infiniband:
RFC 4390 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) over InfiniBand
RFC 4391 Transmission of IP over InfiniBand (IPoIB)
RFC 4392 IP over InfiniBand (IPoIB) Architecture
SRP (англ. SCSIRDMAProtocol) - протокол обміну даними між SCSI-пристроями з використанням RDMA.
DDP (англ. Direct Data Placement): RFC 4296 The Architecture of Direct Data Placement (DDP) and Remote Direct Memory Access (RDMA) on Internet Protocols
SDP (англ. SocketDirectProtocol) - протокол встановлення віртуальних з'єднань і обміну даними між сокетами поверх Infiniband, передача даних не використовує TCP стек ОС, проте використовує IP-адреси і може використовувати IPoIB для їх вирішення.
Тести виробників показують пропускну здатність на рівні MPI близько 800 МБ / сек і час затримки 1-7 мкс.
Топологія: коммутируемая з використанням FatTree для великих змін, існуючі комутатори підтримують велику кількість портів.
Програмне забезпечення: драйвери від виробників апаратних засобів, різні бібліотеки MPI як комерційні так і відкриті.
Корпорацією OracleCorporation був розроблений спеціальний протокол RDS, орієнтований на роботу з цією шиною.
Шина InfiniBand має архітектуру наведену на малюнку 2.
USB (англ. UniversalSerialBus - «універсальна послідовна шина") - послідовний інтерфейс передачі даних для середньошвидкісних і низькошвидкісних периферійних пристроїв в обчислювальній техніці.
Кабель USB складається з 4 мідних провідників - 2 провідника харчування і 2 провідники даних в кручений парі, і заземленою обплетення / екрану.
Шина строго орієнтована, має поняття «головний пристрій» (хост, він же USB контролер, зазвичай вбудований в мікросхему південного моста на материнській платі) і «периферійні пристрої». Шина має деревоподібну топологію, оскільки периферійним пристроєм може бути розгалужувач (hub), в свою чергу має кілька низхідних роз'ємів «від хоста». З'єднання 2 комп'ютерів - або 2 периферійних пристроїв - пасивним USB кабелем неможливо. Існують активні USB кабелі для з'єднання 2 комп'ютерів, але вони включають в себе складну електроніку, емулює Ethernet адаптер, і вимагають установки драйверів з обох сторін.
Пристрої можуть бути запитані від шини, але можуть і вимагати зовнішнє джерело живлення. Підтримується і черговий режим для пристроїв і разветвителей по команді з шини зі зняттям основного харчування при збереженні чергового живлення і включенням по команді з шини.
USB підтримує «гаряче» підключення і відключення пристроїв. Це досягнуто збільшеною довжиною заземлюючого контакту роз'єму по відношенню до сигнальних. При підключенні роз'єму USB першими замикаються заземлюючі контакти, потенціали корпусів двох пристроїв стають рівні і подальше з'єднання сигнальних провідників не призводить до перенапряжениям, навіть якщо пристрої живляться від різних фаз силової трифазної мережі.
2.1.1 USB 2.0
Специфікація випущена в квітні 2000 року. USB 2.0 відрізняється від USB 1.1 введенням режиму Hi-speed.
Для пристроїв USB 2.0 регламентовано три режими роботи:
· Low-speed, 10-1500 Кбіт / c (використовується для інтерактивних пристроїв: клавіатури, миші, джойстика)
· Full-speed, 0,5-12 Мбіт / с (аудіо-, відеотехніка)
· Hi-speed, 25-480 Мбіт / с (відеопристрої, пристрої зберігання інформації)
2.1.2 USB 3.0
Новий стандарт на порядок перевершує межа в 480 Мбіт / с для USB 2.0, встановлюючи планку теоретичної максимальної швидкості передачі даних на позначці в 4.8 Гбіт / с. Природно, варто віддавати собі звіт в тому, що реальна продуктивність буде трохи нижче заявленої. До того ж контролери USB 3.0 поки ще недосконалі, і навряд чи при комерційному старті потенціал технології буде реалізований повністю. Проте, існуючі вже сьогодні зразки досягають відмінних швидкісних характеристик. Наприклад, 27 Гб HD фільм копіюється на швидкості 3.2 Гбіт / с трохи більше ніж за хвилину, тоді як з USB 2.0 при інших рівних умовах необхідно 15 хвилин.
На відміну від попередніх реалізацій інтерфейсу, в яких підтримувалася лише одна операція одноразово, USB 3.0 може виробляти читання і запис даних в двох напрямках незалежно. Це було досягнуто додаванням по парі виділених SuperSpeed ліній як для передачі, так і для прийому даних. Таким чином, загальне число каналів зросла з чотирьох у USB 2.0 до дев'яти, якщо вважати окрему землю USB 3.0.
Крім того, був вдосконалений і протокол роботи Universal Serial Bus. Хоча поняття "хост" і "клієнт" залишилися, відтепер спілкування між контролерами відбувається на більш інтелектуальному рівні. Якщо раніше хост в очікуванні початку передачі даних міг постійно посилати нескінченні запити клієнта, тепер відбувається очікування спеціального сигналу на початок процесу від самого підключеного пристрою.
Нова сигнальна схема, про якові йдет вищє, предполагает такоже и, что при відсутності актівності клієнтськіх прістроїв, контролер больше не буде, посилаючися Предложения на поиск необхідного для передачі трафіку, втрачають зайвий Енергію. Також було знижено мінімально можливе для роботи напруга з 4.4 В до 4.0 В. З іншого боку, з 500 мА до 900 мА було піднято поріг максимально допустимого струму, що пропускається шиною, що має розширити коло підтримуваної периферії і дати можливість певним класам пристроїв відмовитися від зовнішнього живлення. Як бонус можна очікувати і більш швидку зарядку мобільних пристроїв, акумулятори яких отримують енергію через USB.
Наявні сьогодні пристрої, призначені для стандарту USB 2.0, будуть без проблем функціонувати з контролерами для 3.0 і навпаки. Звичайно, для досягнення високих швидкостей передачі даних буде потрібно використання не тільки відповідного контролера, а й відповідного пристрою разом з задовольняє специфікаціям кабелем. Підключення ж 2.0 пристрою в порт 3.0, або 3.0 пристрою в 2.0 порт, забезпечить стандартну для USB другого покоління продуктивність.
З самого початку розробки ставилося за мету збереження зворотної сумісності інтерфейсу зі своїм попередником, і тому сам роз'єм фізично не зазнав серйозних змін - форма і контакти, необхідні для USB 2.0, збережені на старих місцях. Нові, що підтримують коннект на SuperSpeed швидкості лінії виведені так, щоб стикатися з контактними майданчиками тільки при підключенні по USB 3.0
Для того щоб рознести контакти різних версій USB на безпечну відстань, треба було трохи продовжити коннектори і роз'єми. Також через що збільшився числа проводів товщина USB 3.0 кабелю буде порівнянна з Ethernet шнуром.
USB 3.0 працює значно швидше 2.0. Звичайно, обіцяного десятикратного приросту виявити не вдалося, але тут сама шина не винна: немає поки пристроїв на практиці здатних зазіхнути на 100% пікової пропускної спроможності в 5 Гбіт / с. І не факт, що їх поява найближчим часом стане можливим. Однак наявність такого помітного запасу на майбутнє саме по собі дуже корисно і приємно - з нього прямо випливає те, що в найближчі роки шина не застаріє. Це тим більш важливо тому, що ... в найближчі роки її масове використання і не почнеться.
IEEE 1394 - послідовна високошвидкісна шина, призначена для обміну цифровою інформацією між комп'ютером і іншими електронними пристроями.
Стандарт 1394 шинним протоколом, який може підключати до 63 пристроїв. На відміну від мереж на коаксіальному кабелі або SCSI, пристрої IEEE 1394 можна підключати не тільки послідовно, але і організовувати гілки. Кабель не потрібно терминировать резистором, а адреси пристроїв лунають динамічно без будь-якої участі користувача.
Інтерфейс заснований на шести контактах, які переходять в дві кручені пари проводів для передачі даних і два дроти для живлення. Ця конфігурація дозволяє подавати напругу між 8 і 30В з струмом до 1,5 А.
Максимальна довжина кабелю від одного пристрою до іншого складає 4,5 метра на повній швидкості. У той же час, безпосередньо в ланцюг можна підключати, максимум, 17 пристроїв. Замкнуті ланцюги і петлі не дозволяються. Втім, найпоширеніші конфігурації складаються з 1-3 пристроїв.
Пристрої IEEE 1394 організовані за трирівневою схемою - Transaction, Link і Physical, що відповідають трьом нижнім рівням моделі OSI.
Transaction Layer - маршрутизація потоків даних з підтримкою асинхронного протоколу запису-читання.
Link Layer - формує пакети даних і забезпечує їх доставку.
Physical Layer - перетворення цифрової інформації в аналогову для передачі і навпаки, контроль рівня сигналу на шині, управління доступом до шині.
Связьмеждушіной PCI і Transaction Layer здійснює Bus Manager. Він призначає вид пристроїв на шині, номера і типи логічних каналів, виявляє помилки.
Дані передаються кадрами довжиною 125 мкс. У кадрі розміщуються тимчасові слоти для каналів. Можливий як синхронний, так і асинхронний режими роботи. Кожен канал може займати один або кілька тимчасових слотів. Для передачі даних пристрій-передавач просить надати синхронний канал необхідної пропускної спроможності. Якщо в переданому кадрі є необхідна кількість тимчасових слотів для даного каналу, надходить ствердну відповідь і канал надається.
IEEE 1394a
У 2000 році був затверджений стандарт IEEE 1394а. Був проведений ряд удосконалень, що підвищило сумісність пристроїв.
Було введено час очікування 1/3 секунди на скидання шини, поки не закінчиться перехідний процес установки надійного приєднання або від'єднання пристрою.
IEEE 1394b
У 2002 році з'являється стандарт IEEE 1394b з новими швидкостями: S800 - 800 Мбіт / с і S1600 - 1600 Мбіт / с. Відповідні пристрої позначаються FireWire 800 або FireWire 1600, в залежності від максимальної швидкості.
Змінилися використовувані кабелі і роз'єми. Для досягнення максимальних швидкостей на максимальних відстанях передбачено використання оптики, пластмасової - для довжини до 50 метрів, і скляної - для довжини до 100 метрів.
Незважаючи на зміну роз'ємів, стандарти залишилися сумісні, що дозволяє використовувати перехідники.
12 грудня 2007 року було представлена специфікація S3200 з максимальною швидкістю - 3,2 Гбіт / с. Для позначення даного режиму використовується також назва «beta mode» (схема кодування 8B10B). Максимальна довжина кабелю може досягати 100 метрів.
IEEE 1394.1
У 2004 році побачив світ стандарт IEEE 1394.1. Цей стандарт був прийнятий для можливості побудови великомасштабних мереж і різко збільшує кількість пристроїв, що підключаються до гігантського числа - 64 449.
IEEE 1394c
З'явився в 2006 році стандарт 1394c дозволяє використовувати кабель Cat 5e від Ethernet. Можливо використовувати паралельно з Gigabit Ethernet, тобто використовувати дві логічні і один від одного не залежать мережі на одному кабелі. Максимальна заявлена довжина - 100 м, максимальна швидкість відповідає S800 - 800 Мбіт / с.
Стандарт або IEEE 1394b, передає дані зі швидкістю до 54 Мбайт / с в парі з зовнішнім жорстким диском, легко обганяючи інші альтернативи. При роботі в якості мережевого адаптера стандарт 1394b забезпечує швидкість передачі до 400 Мбіт / с, яка далеко перевершує Ethernet на 100 Мбіт / с.
Стандарт FireWire не ідеально підходить для мережевого трафіку. При використанні в якості мережевого інтерфейсу FireWire має істотний недолік - необхідна сумісність з численними додатками, а не тільки передача мережевого трафіку. Крім того, IPv4 over 1394 навряд чи оптимізований під максимальну продуктивність. До того ж, реалізація мережі під Windows не може похвалитися гарною репутацією, на відміну від Unix / Linux.
2.3 SATA
SATA (англ. Serial ATA) - послідовний інтерфейс обміну даними з накопичувачами інформації. SATA є розвитком паралельного інтерфейсу ATA (IDE).
SATA використовує 7-контактний роз'єм (Малюнок 3) замість 40-контактного роз'єму у PATA. SATA-кабель має меншу площу, за рахунок чого зменшується опір повітрю, обдуває комплектуючі комп'ютера, спрощується розводка проводів всередині системного блоку.
SATA-кабель за рахунок своєї форми стійкіший до багатократного підключення. Живить шнур SATA також розроблений з урахуванням багатократних підключень. Роз'єм живлення SATA подає 3 напруги живлення: +12 В, +5 В і +3,3 В; однак сучасні пристрої можуть працювати без напруги +3,3 В, що дає можливість використовувати пасивний перехідник зі стандартного роз'єму живлення IDE на SATA. Ряд SATA-пристроїв поставляється з двома роз'ємами живлення.
Стандарт SATA відмовився від традиційного для PATA підключення по два пристрої на шлейф; кожному пристрою покладається окремий кабель, що знімає проблему неможливості одночасної роботи пристроїв, що знаходяться на одному кабелі (і виникали звідси затримок), зменшує можливі проблеми при складанні (проблема конфлікту Slave / Master пристроїв для SATA відсутній), усуває можливість помилок при використанні нетермінірованних PATA- шлейфів.
Стандарт SATA підтримує функцію черги команд (NCQ, починаючи з SATA Revision 2.x). Стандарт SATA передбачає гарячу заміну активного пристрою. Варто відзначити, що операційні системи молодше Windows Vista, а також Mac OS X і Linux 2-3 річної давності не підтримують Advanced Host Controller Interface (AHCI) без спеціальних драйверів. А саме AHCI забезпечує роботу NCQ і гарячого підключення. Інтерфейс SATA має два канали передачі даних, від контролера до пристрою і від пристрою до контролера. Для передачі сигналу використовується технологія LVDS, дроти кожної пари є екранованими витими парами.
2.3.1 SATA Revision 2.x
Стандарт SATA / 300 працює на частоті 3 ГГц, забезпечує пропускну здатність до 2,4 Гбіт / с (300 МБ / с). Часто стандарт SATA / 300 називають SATA II або SATA 2.0. Теоретично пристрої SATA / 150 і SATA / 300 повинні бути сумісні (як контролер SATA / 300 з пристроєм SATA / 150, так і контролер SATA / 150 з пристроєм SATA / 300) за рахунок підтримки узгодження швидкостей (в меншу сторону), однак для деяких пристроїв і контролерів потрібне ручне виставляння режиму роботи.
2.3.2 SATA Revision 3.x
Два основних зміни, що відбулися в третьому поколінні інтерфейсу, - це збільшена до 6 Гб / с пропускна здатність і розширені можливості NCQ.
Перше оновлення не буде затребувана навіть жорсткими дисками останнього покоління, оскільки на сьогоднішній день вони не забезпечують швидкостей лінійного читання, що перевищують 150-160 МБ / с, проте для SSD це цілком актуально.
Найбільше значення для традиційних накопичувачів матиме функція постійної передачі даних. Важко навантажений HDD, читає і записує інформацію в декілька потоків (досить поширена в домашніх ПК ситуація в світлі розвитку файлообмінних мереж), часто не здатний забезпечити стійку швидкість читання для комфортного перегляду відео або прослуховування аудіо. SATA 3.0 передбачає можливість активації своєрідного аналога служби Quality of Service в мережевих протоколах: за додатком резервується максимальний пріоритет, і запитувані їм дані завжди зчитуються в першу чергу і безперервним потоком.
2.3.3 eSATA
eSATA (External SATA) - інтерфейс підключення зовнішніх пристроїв, що підтримує режим «гарячої заміни». Був створений дещо пізніше SATA (в середині 2004).
Для підтримки режиму гарячої заміни потрібно включити в BIOS режим AHCI. У разі, якщо завантажувальний диск Windows XP підключений до контролера, якому перемикають режим з IDE на AHCI, Windows перестане завантажуватися - активувати цей режим в BIOS можливо тільки під час установки Windows.
Малюнок 3 SATA (зліва) і eSATA (праворуч) коннектори
Serial Attached SCSI (SAS) - комп'ютерний інтерфейс, розроблений для обміну даними з такими пристроями, як жорсткі диски, накопичувачі на оптичному диску і т. Д. SAS використовує послідовний інтерфейс для роботи з безпосередньо підключаються накопичувачами (англ. Direct Attached Storage (DAS) devices). SAS розроблений для заміни паралельного інтерфейсу SCSI і дозволяє досягти більш високої пропускної здатності, ніж SCSI; в той же час SAS сумісний з інтерфейсом SATA. Для управління SAS-пристроями і раніше використовуються команди SCSI.
Інтерфейс Serial Attached SCSI - це не просто послідовна реалізація протоколу SCSI. У ньому реалізовано набагато більше, ніж просте перенесення функцій SCSI, таких як TCQ (Tagged Command Queuing, тегірованная чергу команд), через новий роз'єм.
SAS базується на об'єктній моделі, яка визначає "домен SAS" - систему доставки даних, яка може включати в себе опціональні експандери (expander) і кінцеві пристрої SAS, такі як жорсткі диски і host-адаптери (host bus adapters, HBA). На відміну від SATA, пристрої SAS можуть мати кілька портів, кожен з яких може використовувати кілька фізичних з'єднань, щоб забезпечувати більш швидкісні (широкі) підключення SAS. Крім того, до будь-якої певної мети можуть звертатися кілька ініціаторів, а довжина кабелю може становити до восьми метрів (дл я першого покоління SAS). Цілком зрозуміло, що це забезпечує чимало можливостей для створення високопродуктивних або надлишкових рішень зберігання даних. Крім того, SAS підтримує протокол SATA Tunneling Protocol (STP), що дозволяє підключати до SAS-контролера пристрою SATA.
2.4.1 SAS 2.0
Стандарт SAS другого покоління збільшує швидкість з'єднання з 3 до 6 Гбіт / с. Даний приріст швидкості дуже важливий для складних оточень, де потрібна висока продуктивність через високошвидкісних сховищ. Нова версія SAS також покликана знизити складність прокладки кабелів, а також число з'єднань на Гбіт / с пропускної здатності, збільшуючи можливу довжину кабелів і покращуючи роботу експандерів (розбиття на зони і автоматичне виявлення).
На відміну від SATA, інтерфейс SAS працює на основі повного дуплексу, надаючи повну пропускну здатність в обох напрямках. Як уже згадувалося раніше, з'єднання SAS завжди встановлюються через фізичні підключення, використовуючи унікальні адреси пристроїв. Навпаки, SATA може адресувати тільки номери портів.
Такі функції, як розбиття по зонам (zoning) тепер дозволяють адміністраторам прив'язувати конкретні пристрої SAS до ініціаторами. Саме тут буде корисна збільшена пропускна здатність SAS 6 Гбіт / с, оскільки у чотириканального з'єднання тепер буде в два рази більша швидкість. Нарешті, пристрої SAS можуть навіть мати кілька адрес SAS. Оскільки накопичувачі SAS можуть використовувати два порти, з одним PHY на кожному, то накопичувач може мати дві адреси SAS.
SAS 2.0 подвоює пропускну здатність на порт з 3 до 6 Гбіт / с. Тобто для чотирьохканальних підключень вона збільшується з 1,2 Гбайт / с до 2,4 Гбайт / с. Оскільки HBA-контролери SAS зазвичай надають вісім портів, організованих у вигляді двох чотирьохканальних підключень, то ефективна максимальна пропускна здатність на контролер складає 4,8 Гбайт / с.
В такому випадку інтерфейс PCI Express 1.1 може стати "вузьким місцем", оскільки популярне підключення через x8 ліній дає лише 2,0 Гбайт / с (250 Мбайт / с на лінію в кожну сторону). В результаті всі прийдешні контролери SAS 2.0 використовуватимуть інтерфейс PCI Express 2.0, подвоюючи пропускну здатність восьми ліній до 4,0 Гбайт / с в кожному напрямі.
2.4.2 Нові функції SAS 2.0
Якщо стандарт SAS 1.1 на 3 Гбіт / с вже підтримує довжину кабелю до 8 метрів, то SAS 2.0 на 6 Гбіт / с і далі збільшує її до 10 метрів. Може здатися невеликим приростом, але центри зберігання даних явно виграють. Щоб забезпечити надійну передачу був доданий протокол Decision Feedback Equalization (DFE). Він знижує міжсимвольні перешкоди і забезпечує високий рівень сигналу на більшій відстані.
SAS 6 Гбіт / с вимагає використання роз'ємів mini-SAS, також відомих як iPass. Mini-SAS також працюють з підключеннями 3 Гбіт / с, роз'єми досить широко використовуються в багатьох сховищах.
Сучасні комп'ютерні шини використовують як паралельні, так і послідовні з'єднання і можуть мати паралельні (multidrop) і ланцюгові (daisy chain) топології. У разі USB і деяких інших шин можуть також використовуватися хаби.
