Интерфейсы IDE, SCSI, SATA. Стандарты, особенности, эволюция, производительность, преимущества и ограничения. Сравнение интерфейсов. Новые интерфейсы ввода-вывода

Интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) – интерфейс устройств со встроенным контроллером. Поддерживает несколько способов обмена. Первый способ производит обмен данными через регистры процессора под его непосредственным управлением. Следствием этого является высокая загрузка процессора при операциях ввода/вывода. Вторым способом является использование режима прямого доступа к памяти, при котором контроллер интерфейса IDE и контроллер прямого доступа к памяти материнской платы пересылают данные между диском и оперативной памятью, не загружая центральный процессор. В целях развития возможностей интерфейса IDE была предложена его расширенная спецификация ЕIDE (синонимы ATA, ATA-2). Она поддерживает накопители емкостью свыше 504 Мбайт, поддерживает несколько накопителей IDE и позволяет подключать к одному контроллеру до четырех устройств, а также поддерживает периферийные устройства, отличные от жестких дисков. Расширение спецификации IDE для поддержки иных типов накопителей с интерфейсом IDE называют также ATAPI.

SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. Для подключения используется 8-pin разъем. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).Стандарт SATA (SATA150) обеспечивал пропускную способность равную 150 МБ/с (1,2 Гбит/с). SATA 2 (SATA300). Стандарт SATA 2 увеличивал пропускную способность в двое, до 300 МБ/с (2,4 Гбит/с), и позволяет работать на частоте 3 ГГц. Стандартны SATA и SATA 2 совместимы между собой, однако для некоторых моделей необходимо вручную устанавливать режимы, переставляя джамперы. SATA 3, хотя про требованию спецификаций правильно называть SATA 6Gb/s. Этот стандарт в двое увеличил скорость передачи данных до 6 Гбит/с (600 МБ/с). Также к положительным нововведениям относится функция программного управления NCQ и команды для непрерывной передачи данных для процесса с высоким приоритетом.

1. Интерфейс SCSI (Small Computer System Interface) - является стандартным интерфейсом для подключения приводов компакт-дисков, звуковых плат и внешних устройств массовой памяти. Спецификацией SCSI предусматривается параллельная передача данных по 8, 16 или 32 линиям данных. Структура SCSI, по существу, является магистральной, хотя устройства включаются в нее по принципу последовательной цепочки. Каждое SCSI-устройство имеет два разъема – один входной, а другой выходной. Все устройства объединяются в последовательную цепочку, один конец которой подключается к контроллеру интерфейса. Все устройства работают независимо и могут обмениваться данными как с компьютером, так и друг с другом. К шине SCSI можно подключить до 8 устройств, включая основной контроллер SCSI (хост-адаптер). Контроллер SCSI является, по сути, самостоятельным процессором и имеет свою собственную BIOS. К шине Wide SCSI подключается до 15 устройств.

Шина USB (Universal Serial Bus) Универсальная последовательная шина USB разработана фирмами Compag, DEC, IBM, Intel, Microsoft для подключения большого количества периферийных устройств (клавиатура, мышь, джойстик, принтер, модем, телефон, цифровую камеру) вне корпуса ПК. При подключении устройств к USB, не нужно отключать питание, настройка происходит автоматически (технология Plug and Play), сразу после физического подключения, без перезагрузки или установки. Нужно просто подключить устройство, после чего контроллер USB, установленный в компьютер, самостоятельно его обнаружит, а также добавит необходимые для работы ресурсы и драйверы.
Fire Wire — это высокоскоростная локальная последовательная шина, способная передавать данные со скоростью от 10 до 1600 Мбит/с. Стандарт на шину IEEE 1394 (официальное название шины Fire-Wire)
Основное преимущество IEEE-1394 по сравнению с USB — это скорость передачи данных, которая практически в 40 раз выше. Именно этот параметр и обеспечивает успех новой шине IEEE 1394, особенно в таких областях, как цифровая обработка видеоданных.

Память. Устройства магнитного хранения данных. Принципы работы и организация хранения данных. Способы кодирования данных. Измерение емкости накопителя. Поверхностная плотность записи.

Дисковые накопители имеют своей основой механизм, схематически представ­ленный на рис. 8.2. Вращение диска Головка записи-считывания Поиск трека Рис. 8.2. Устройство дискового накопителя Носителем информации является диск (один или несколько), на который нанесен слой вещества, способного намагничиваться (чаще всего ферромагнитный). Хранимую информацию представляет состояние намагниченности отдельных участков рабочей поверхности. Диски вращаются с помощью двигателя шпинделя, обеспечивающего требуемую частоту вращения в рабочем режиме. На диске имеется индексный маркер, который, проходя мимо специального датчика, отмечает начало каждого оборота диска. Информация на диске располагается на концентрических треках (дорожках), нумерация которых начинается с внешнего трека (трек 00). Каждый трек разбит на секторы фиксированного размера. Сектор и является минимальным блоком информации, который может быть записан на диск или считан с него. Нумерация секторов начинается с единицы и привязывается к индексному маркеру. Каждый сектор имеет служебную область, содержащую адресную информацию, контрольные коды и некоторую другую информацию, и область данных, размер которой традиционно составляет 512 байт. Если накопитель имеет несколько рабочих поверхностей (на шпинделе может быть размещен пакет дисков, а у каждого диска могут использоваться обе поверхности), то совокупность всех треков с одинаковыми номерами составляет цилиндр. Для каждой рабочей поверхности в накопителе имеется своя головка, обеспечивающая запись и считывание информации. Головки нумеруются, начиная с нуля. Для того чтобы произвести элементарную операцию обмена — запись или чтение сектора, шпиндель должен вращаться с заданной скоростью, блок головок должен быть подведен к требуемому цилиндру, и только когда нужный сектор подойдет к выбранной головке, начнется физическая операция обмена данными между головкой и блоком электроники накопителя. Кроме того, головки считывают служебную информацию (адресную и сервисную), позволяющую определить и установить их текущее местоположение. Для записи информации на носитель используюся различные методы частотной модуляции, позволяющие кодировать двоичную информацию, намагничивая зоны магнитного слоя, проходящие под головкой.
Поверхностная плотность записи, иногда называемая битовой плотностью, показывает, какое количество информации может храниться на единицу поверхности пластины. Она обычно считается в битах на квадратный дюйм — BPSI — bits per square inch.

Поверхностная плотность записи — двухмерная величина, она вычисляется как продукт двух одномерных величин:

1. Трековая плотность: Она показывает, как много треков может поместиться на каждый дюйм радиуса диска. Пусть, например мы имеем пластины диаметром 3,74 дюйма, или радиусом в 1,87 дюйма. Естественно, в силу того, что пластина надевается на шпиндель, реально рабочий участок будет, например, равен 1,2 дюйма. Пусть мы имеем 22000 треков на пластину, тогда трековая плотность будет примерно равна 18333 треков на дюйм — TPI — tracks per inch.

2. Линейная плотность или плотность записи: Эта величина показывает, сколько бит информации может поместиться на одном треке. Если на треке может поместиться 300000 бит, то мы можем говорить, что линейная плотность записи составляет 300000 бит на трек — BPI — bits per inch.

19. Память. Накопители на жестких дисках. Магнитооптические накопители, флэш-карты. Устройства резервного копирования данных: виды, достоинства, недостатки, устранение неисправностей. Устройства оптического хранения данных. СD-ROM. Технология DVD. Стандарты перезаписываемых устройств. Программное обеспечение и драйверы. Устранение проблем.