Rambler's Top100



Реализация стандарта Serial ATA


Автор: Дмитрий Чеканов
Дата: 15/08/2002
Использованы материалы тестирования THG

Наконец-то, через год после утверждения стандарта, первые Serial ATA устройства уже поступили в магазины. Практически все известные производители карт-контроллеров уже обладают готовыми Serial ATA решениями, однако производители жестких дисков решили обождать до осени. В данной статье мы попытаемся рассмотреть и протестировать несколько Serial ATA устройств.

Уже давно понятно, что времена стандарта IDE/ATA прошли. Пользователи всегда пытаются улучшить производительность своих систем, и негибкий параллельный ATA выделяется в компьютере как мамонт в зоопарке. Шлейфы бывают всегда слишком коротки и слишком ненадежны.

Параллельная передача данных (посылка данных по нескольким параллельным маршрутам) подразумевает использование нескольких проводов, к тому же высокочастотный сигнал подвержен электромагнитным помехам. Serial ATA является последователем других успешных стандартов, базирующихся на принципе последовательной передачи данных. Среди них можно упомянуть Ethernet, USB, FireWire и даже AMD HyperTransport.

Serial ATA призван достичь нескольких целей. Он должен быть быстрым, легким в эксплуатации и самонастраивающимся. Еще одно ключевое требование - обратная совместимость. Serial ATA должен быть обратно совместим с Parallel ATA (что достигается с помощью специальных адаптеров). Новый стандарт должен быть распространен как можно шире, и в результате экспансии Serial ATA уже разрабатывается стандарт SAS (Serial Attached SCSI). Так что через пару лет Fiber Channel придется потесниться, поскольку SAS обеспечит скорость передачи 600 Мбайт/с.

Итак, после трех лет разработки первые устройства появились в магазинах. Достиг ли Serial ATA указанных целей? Будет ли он быстр, легок и надежен? Давайте посмотрим.

Скорость последовательной передачи


Прототип от Western Digital с Serial ATA интерфейсом


Еще один прототип

"Последовательная передача обеспечивает высокую скорость". Еще несколько лет назад, если бы вы такое сказали специалисту, он бы покрутил пальцем у виска. Ведь последовательные COM порты никогда не обеспечивали высокой скорости передачи. Но не забывайте, что все самые важные сегодняшние стандарты (USB 2.0, FireWire, Ethernet, V-Link, MuTIOL, HyperTransport, RapidIO) являются последовательными, и в то же время они быстры и дают хорошую производительность.

Благодаря последовательной передаче Serial ATA нужны только два канала данных - один для отправки и другой для приема. Сигнальное напряжение на каналах составляет 250 мВ, вместо старых 5 В на параллельном ATA. Благодаря дифференциальной передаче сигналов и противоположным фазам каналов происходит уничтожение взаимных помех. Поэтому отпала необходимость во взаимной скрутке проводов.

Вкратце перечислим основные характеристики.

  • максимальная пропускная способность 150 Мбайт/с или 1200 Мбит/с (в будущем планируется переход на 300/600 Мбайт/с);
  • возможность горячего включения;
  • два режима энергосбережения: частичный (partial) и бездействие (slumber);
  • перекрытие инструкций (overlapping);
  • очередь тегированных команд (tagged command queuing);
  • кабель с семью проводами. Разъемы 8 мм шириной.

Кабель стал тоньше и длиннее


Разъем Serial ATA

Скажем правду в лицо: ленточные IDE шлейфы уже всех достали. У них масса недостатков. При максимальной длине в 40 см невозможно закрепить жесткие диски в верхней части больших корпусов. Более того, расположение разъемов вдоль IDE шлейфа жестко нормировано, так что приходится располагать диски в определенном порядке. И поскольку на разъеме IDE почти не имеется желобков (та маленькая штучка скорее смешна) очень соблазнительно воткнуть его, предварительно повернув на 180 градусов. Вы ведь когда-нибудь ошибались в правильном подключении IDE дисков, не так ли? А задача по подсоединению двух IDE устройств на один шлейф не всегда тривиальна. Не все жесткие диски живут друг с другом, к сожалению.

Надежность шлейфов и разъемов оставляет желать лучшего. Перегиб кабеля может легко вывести его из строя. И что хуже всего, огромные размеры шлейфов мешают нормальной циркуляции воздуха в корпусе, ухудшая охлаждение.


Разница налицо: 40-проводный IDE
и семи-проводный Serial ATA

В теории победа явно за Serial ATA. Новые кабели могут быть до метра длиной, размер их необычно мал из-за использования всего семи проводов. Даже разъем (попробуйте воткнуть его наоборот) имеет всего 8 мм ширины. Стоит напомнить, что рабочая группа Serial ATA сейчас разрабатывает стандарты Serial ATA II и Serial ATA III, которые обеспечат пропускную способность 300 и 600 Мбайт/с соответственно.

Разъемы

Разъем слева говорит о статусе прототипа. Затем следует разъем Serial ATA. Внизу слева находится разъем для передачи данных (семь контактов), внизу справа - переделанный разъем питания (15 контактов).


Вид с подключенным кабелем

Число контактов на разъеме питания кажется слишком большим. Главной причиной является возможность использования третьего напряжения помимо 5 В и 12 В. То есть Serial ATA винчестеры могут питаться от 3,3 В. Причем они могут браться и с материнской платы, поскольку на 3,3 В работает несколько компонентов платы.

Три контакта на напряжение (плюс, минус и земля) оставляют шесть контактов из 15, которые необходимы для реализации горячего подключения - по два контакта на напряжение.

Функция горячего подключения - что-то новое для ATA. То есть сейчас вы можете подключать и отключать устройства без выключения компьютера. Подобные операции не рекомендуется, конечно же, совершать с системным диском, однако подключить винчестер соседа теперь не составит труда. Диск будет автоматически распознан при подключении всеми новыми операционными системами (начиная от Win98SE). Процедура для форматирования дисков и создания разделов не изменилась.

Контроллер Serial ATA

RocketRAID 1520 - так называется последний Serial ATA контроллер от HighPoint. Он обеспечивает два канала, к каждому из которых можно подключить один или два жестких диска. Подобная технология уже привычна для пользователя.

Поскольку по многим причинам параллельному стандарту ATA уже пора на свалку, стандартом де-факто станет последовательный ATA. Важная особенность нового стандарта заключается в возможности использования текущих чипов-контроллеров ATA, к которым необходимо добавить лишь соответствующие компоненты (мосты). В результате мы опять выигрываем на цене контроллеров.

Однако новый стандарт имеет свои ограничения. Адаптеры Serial ATA используют шину PCI, что накладывает теоретические ограничения на 150 Мбайт/с интерфейса Serial ATA, поскольку шина PCI имеет пропускную способность 133 Мбайт/с. Однако на практике сегодня вряд ли существует потребность даже в 100-110 Мбайт/с. Поэтому в ближайшие месяцы Serial ATA не сможет обеспечить какое-либо увеличение производительности по сравнению с UltraATA/100 или UltraATA/133. Даже следующее поколение жестких дисков вряд ли сможет близко подойти к таким скоростям. Единственное применение, которому необходимы такие скорости - RAID массив на несколько дисков.


Взглянем на разъемы. Явственно видны оба моста

Не следует ожидать интеграции Serial ATA в чипсеты раньше 2003 года, когда выйдут Intel ICH5 и VIA VT8236/8238. Кстати и хабовая архитектура Intel, и V-Link VIA представляют собой несколько последовательных соединений, обеспечивающих скорость 533 Мбайт/с. Контроллер Serial ATA сможет достичь своего потенциала в этих архитектурах, поскольку интеграция ничего сложного собой не представляет.


ATA - Serial ATA, мост Marvel.
Разъем находится справа от моста

Контроллер на материнской плате - Abit IT7 MAX2

Как видим, плата Abit IT7-MAX оснащена двумя разъемами Serial ATA, которые обслуживаются мостами Marvel. Они задействуют два IDE канала из четырех на контроллере HighPoint HPT374. К сожалению, все подключенные устройства будут ограничены пропускной способностью шины PCI - 133 Мбайт/с.

Адаптеры

Адаптер HighPoint позволяет подключать обычный IDE диск к контроллеру Serial ATA.


Для работы адаптеру необходимо внешнее питание.

HighPoint в комплект с RocketRAID 1520 включает два адаптера, позволяющие подсоединять Ultra ATA жесткие диски к последовательной шине ATA. Так что существующее оборудование сможет работать с новым интерфейсом без потери производительности.


Адаптер в действии на 120 Гб WD1200JB (UltraATA/100)

Как показывает наш горький опыт, если новая технология звучит слишком заманчиво, то первое оборудование начнет нормально работать только лишь через недели или даже месяцы после появления на свет. Однако все Serial ATA устройства, что мы перепробовали, работали как часы. Впрочем, некоторые странные вещи все же иногда происходили, но мы ведь тестировали прототипы.

Сначала мы попытались подключить Serial ATA диск от Western Digital к нашему HighPoint RocketRAID 1520. Мы не смогли одновременно подключить кабель питания и кабель данных. Проблема может заключаться как в кабеле данных, поставляемым с контроллером, поскольку разъемы в нем на 2 мм шире кабеля Western Digital, или, что более вероятно, входы на жестком диске находятся слишком близко друг к другу. Однако мы тестируем прототип, и вряд ли подобная проблема проявится в нормальных моделях.

Второй недостаток мы обнаружили во время тестирования жесткого диска. Мы положили его на стол и очень аккуратно задели. Но даже легкого касания достаточно, чтобы диск отключил питание и перезапустился. Мы сначала не поверили, но через несколько минут ситуация повторилась.


Падения графика объясняются перезапуском диска

Причина заключалась в плохом крепеже кабелей контроллера и разъема жесткого диска. Если поместить диск внутрь корпуса, то кабель может отпасть даже при простом передвижении корпуса. Мы надеемся, что подобный недостаток будет исправлен в продажных версиях.

Тестирование

Тестовая система
Процессор Intel Pentium 4, 2,26 ГГц 512 кб L2 кэш (Northwood)
Материнская плата ABit IT7-MAX2, чипсет 845E 
Память 256 Мб DDR/PC2100, CL2Micron/Crucial
IDE контроллер i845E UltraDMA/100 контроллер (ICH4)
HighPoint HPT374 serial ATA (мосты от Marvel)
Сеть 3COM 905TX PCI 100 Мбит/с
Операционная система Windows 2000 Pro 5.00.2195 Service Pack 3
Драйвер
Драйвер IDE  Intel Application Accelerator 2.2

Заключение

Существует две причины быстрой популяризации стандарта Serial ATA. Во-первых, он обеспечивает более простой и легкий способ работы с информацией, нежели параллельный ATA. Во-вторых, сейчас нет необходимости во внедрении более скоростного интерфейса, и Serial ATA обеспечивает точно такую же скорость, как и UltraATA/133. Остается только пожелать, чтобы следующее поколение жестких дисков, которое появится в ближайшие несколько месяцев, смогло поближе подобраться к скорости передачи 100 Мбайт/с.

Вам сразу понравится новый стандарт, как только вы достанете жесткий диск и контроллер из коробки. Кабели просто изумительны, они очень компактны. Так что корпус будет лучше вентилироваться внутри. Предусмотрена и защита от ду... неопытного пользователя - вы не вставите разъем по-другому.

Как показали тесты, производительность при переходе к Serial ATA сейчас не увеличивается. С одной стороны, все доступные нам контроллеры работают через шину PCI, которая ограничивает пропускную способность примерно до 100 Мбайт/с. С другой стороны, прототип построен на базе винчестера WD1200JB, что тоже является ограничивающим фактором.

С точки зрения производительности при переходе к Serial ATA вы ничего не получите. Следующее поколение жестких дисков от Seagate, Maxtor, WD и других компаний уже на горизонте, и они по-прежнему будут использовать UltraATA/100. Так что в распространении Serial ATA дисков должен сыграть свою роль фактор надежности передачи данных, а также цена - она не должна быть выше обычных ATA дисков.