Анализ современных накопителей. Интерфейсы

Архитектура USB допускает четыре базовых типа передач данных между хостом и  периферийными устройствами:

Изохронные  передачи (isochronous transfers) - потоковые передачи в реальном времени, занимающие предварительно согласованную часть пропускной способности шины с гарантированным временем задержки доставки. На полной скорости (FS) можно организовать один канал с полосой до 1,023 Мбайт/с (или два по 0,5 Мбайт/с), заняв 70 % доступной полосы (остаток можно занять и менее емкими каналами). На высокой скорости (HS) можно получить канал до 24 Мбайт/с (192 Мбит/с). Надежность доставки не гарантируется - в случае обнаружения ошибки изохронные данные не повторяются, недействительные пакеты игнорируются. Шина USB позволяет с помощью изохронных передач организовывать синхронные соединения между устройствами и прикладными программами. Изохронные передачи нужны для потоковых устройств: видеокамер, цифровых аудиоустройств (колонки USB, микрофон), устройств воспроизведения и записи аудио- и видеоданных (CD и DVD). Видеопоток (без компрессии) шина USB способна передавать только на высокой скорости.

Прерывания (interrupts)- передачи спонтанных сообщений, которые долж&ны выполняться с  задержкой не большей, чем требует устройство. Предел времени обслуживания устанавливается в диапазоне 10-255 мс для низкой и 1-255 мс для полной скорости. На высокой скорости можно заказать и 125 мкс. Доставка гарантирована, при случайных ошибках обмена выполняется повтор (правда, при этом время обслуживания увеличивается). Прерывания используются, например, при вводе символов с клавиатуры или передаче сообщений о перемещениях мыши. Прерываниями можно передавать данные и к устройству (как только устройство сигнализирует о потребности в данных, хост своевременно их передает). Размер сообщения может составлять 0-8 байт для низкой скорости, 0-64 байт - для полной и 0-1024 байт - для высокой скорости передачи.

Передачи  массивов данных (bulk data transfers) - это передачи без каких-либо обязательств по своевременности доставки и по скорости. Передачи массивов могут занимать всю полосу пропускания шины, свободную от передач других типов. Приоритет этих передач самый низкий, они могут приостанавливаться при большой загрузке шины. Доставка гарантированная - при случайной ошибке выполняется повтор. Передачи массивов уместны для обмена данными с принтерами, сканерами, устройствами хранения и т. п.

Управляющие передачи (control transfers) используются для  конфигурирования устройств во время их подключения и для управления устройствами в процессе работы. Протокол обеспечивает гарантированную доставку данных и подтверждение устройством успешности выполнения управляющей команды. Управляющая передача позволяет подать устройству команду (запрос, возможно, с дополнительными данными) и получить на него ответ (подтверждение или отказ от выполнения запроса и, возможно, данные). Только управляющие передачи на USB обеспечивают синхронизацию запросов и ответов; в остальных типах передач явной синхронизации потока ввода с потоком вывода нет.  

Существует  четыре типа разъемов (штепселей) USB —  А и В, MiniA и MiniB.  

Разъем  типа А используется для организации  входного/исходящего потока данных между  устройством и портом/концентратором USB. Порты USB, имеющиеся в системных платах и концентраторах, обычно относятся к серии А. Разъемы серии В разработаны для передачи нисходящего потока данных к устройству с отсоединяемыми кабелями. В любом случае миниразъемы являются просто уменьшенной версией стандартных разъемов, имеющей физически меньший форм-фактор.  

Разъемы USB совсем небольшие (особенно мини-разъемы), что выгодно отличает их от последовательных и параллельных кабелей, которые, кроме  всего прочего, приходится прикреплять  винтами или держателями. У разъема USB нет контактов, которые могут погнуться или сломаться, поэтому надежность разъема очень велика.

7.5 IEEE 1394 - FireWire

Высокопроизводительная  последовательная шина (high performance serial bus) IEEE 1394 - FireWire создавалась как более  дешевая и удобная альтернатива параллельным шинам (SCSI) для соединения равноранговых устройств. Шина без дополнительной аппаратуры (хабов) обеспечивает связь до 63 устройств. Устройства бытовой электроники - цифровые камкордеры (записывающие видеокамеры), камеры для видеоконференций, фотокамеры, приемники кабельного и спутникового телевидения, цифровые видеоплееры (CD и DVD), акустические системы, цифровые музыкальные инструменты, а также периферийные устройства компьютеров (принтеры, сканеры, устройства дисковой памяти) - и сами компьютеры могут объединяться в единую сеть. Шина не требует управления со стороны компьютера. Шина поддерживает динамическое реконфигурирование - возможность «горячего» подключения и отключения устройств. События подключения-отключения вызывают сброс и повторную инициализацию: определение структуры шины (дерева), назначение физических адресов всем узлам и, если требуется, избрание ведущего устройства (мастера) циклов, диспетчера изохронных ресурсов и контроллера шины. Менее чем через секунду после сброса все ресурсы становятся доступными для последующего использования, и каждое устройство имеет полное представление обо всех подключенных устройствах и их возможностях. Благодаря наличию линий питания интерфейсная часть устройства может оставаться подключенной к шине даже при отключении питания функциональной части устройства.  

По инициативе VESA шина позиционируется как основа «домашней сети», объединяющей всю  бытовую и компьютерную технику  в комплекс. Эта сеть является одноранговой (peer-to-peer), чем существенно отличается от USB.  

Стандарт IEEE 1394 имеет ряд совместимых реализаций под разными названиями: FireWire, iLink, Digital Link, MultiMedia Connection. Наиболее часто  используется разработанная фирмой Apple шина FireWire, на основе которой и появился стандарт.  

Стандарт IEEE 1394-1995 определяет архитектуру шины, основанную на трехуровневой модели, и протоколы, обеспечивающие автоматическое конфигурирование, арбитраж и передачу изохронного и асинхронного трафиков. В стандарте определены три возможные скорости передачи сигналов по кабелям: 98,304, 196,608 и 393,216 Мбит/с, которые округляют до 100, 200 и 400 Мбит/с и обозначают как S100, S200 и S400 соответственно. Стандартизованы кабель и 6-контактный разъем, позволяющий передавать сигналы и питание.  

В дополнение IEEE 1394a (2000 г.) введен ряд усовершенствований:

Повышена  эффективность использования шины (ускоренный сброс, ускоренный арбитраж, конкатенация пакетов, передаваемых на разных скоростях).

Введен  миниатюрный 4-контактный разъем (без питающих линий).

Расширены средства управления энергопотреблением и введена возможность приостановки и запрета портов. Введена возможность  общения с регистрами физического  уровня удаленного узла.  

Новых скоростей в этом стандарте не появилось; изменения вводились с учетом обеспечения обратной совместимости с устройствами, отвечающими исходному стандарту.  

Дополнения IEEEb (2002 г.) в основном касаются повышения  скорости и дальности передачи:

Введен  новый метод сигнализации (бета-сигнализация). В этом методе используются пара встречных однонаправленных линий и соответствующий бета-режим работы портов со старыми и новыми (S800, S1600) скоростями (планируется и S3200).

Введен  миниатюрный 9-контактный разъем (для  скоростей до 3,2 Гбит/с с подачей питания).

Введены новые типы среды передачи (для  бета-режима).

Введен  новый метод арбитража (BOSS), повышающий эффективность использования пропускной способности шины за счет исключения простоев шины (зазоров арбитража).  

Совместимость с 1394 и 1394а обеспечивается «двуязычными» физическими уровнями, способными работать с разными методами сигнализации на разных портах одной шины. При этом возможно построение гибридной шины, состоящей из одного или нескольких «облаков» узлов с бета-сигнализацией, связанных друг с другом фрагментами с традиционной сигнализацией.  

Стандарт IEEE 1394 описывает шину с последовательным интерфейсом, по которой информация передается пакетами. Источник пакетов  должен получить право передачи пакета, используя механизм арбитража, в котором задействуются все устройства, подключенные к шине. Арбитраж предоставляет узлам право доступа в соответствии с запрошенным типом передачи. Для асинхронных транзакций арбитраж обеспечивает справедливое распределение полосы пропускания; для изохронных передач — гарантированную (предварительно согласованную) полосу пропускания для каждого канала. Коллизии (столкновения пакетов от нескольких устройств) в исправной шине отсутствуют. Арбитраж в IEEE 1394 основан на прослушивании шины и определении зазора — покоя шины. В последующих дополнениях механизм арбитража усовершенствован для повышения эффективности использования шины (зазоры арбитража — непродуктивный расход времени).  

Устройства, подключаемые к шине, имеют один или несколько портов IEEE 1394, объединенных внутренним повторителем. Устройства соединяются друг с другом кабелями (сегментами), при этом допускается большая свобода выбора топологии физических соединений. Стандарт накладывает на топологию следующие ограничения:

на шине может быть не более 63 узлов;

между любой парой узлов может быть не более 16 кабельных сегментов;

длина сегмента стандартного кабеля не должна превышать 4,5 м (в IEEE 1394< для ряда типов  кабелей допустима длина до 100 м);

суммарная длина кабеля не должна превышать 72 м;

топология не должна иметь петель.  

При этом логическая топология для передачи данных остается шинной — пакеты распространяются от источника ко всем узлам шины. Логическая топология для арбитража  — древовидная иерархическая, «верховный арбитр» — корневой узел.  

В первом варианте физического интерфейса (IEEE 1394 и 1394а) каждое кабельное соединение состоит из двух пар сигнальных электрических  проводов и дополнительной пары проводов для подачи питания. Обе сигнальные пары используются для двунаправленной передачи сигналов, дифференциальных и линейных. По одной паре узел передает данные в последовательном коде, по другой — стробы. Этот режим получил название DS-Mode (DS означает Data-Strobe - данные-стробы), он обеспечивает простой механизм синхронизации приемника и передатчика при любой скорости обмена. Помимо передачи пакетов данных, дифференциальные сигналы используются для сброса, арбитража и конфигурирования. Линейные сигналы обеспечивают обнаружение фактов подключения-отключения устройств, сигнализацию скорости передачи данных и сигнализацию приостановки/возобновления работы (suspend/resume). Служебная сигнализация реализуется постоянным током, и для сигнализации скорости требуется различать несколько уровней напряжения. Из-за этого гальваническая развязка узлов на уровне кабельного интерфейса оказывается невозможной и ее при необходимости вводят в интерфейс PHY-LINK. Однако эта развязка спасает лишь от сигнальных помех, но не от высоких напряжений между схемными «землями» устройств.  

введен  режим сигнализации Beta-Mode, в котором используются две встречные однонаправленные сигнальные линии. Примененный метод сигнального кодирования 8В/10В избавляет от постоянной составляющей сигнала; избыточность кодирования позволяет задействовать «лишние» символы для специальной сигнализации. Приемнику не требуется распознавать несколько уровней сигнала. Это позволяет использовать как электрическую, так и оптическую передачу, а для электрической передачи возможна полная гальваническая развязка приемников и передатчиков через импульсные трансформаторы. Порты 1394b могут быть универсальными «двуязычными» (bilingual), поддерживающими оба режима, или чисто бета-портами.  

Стандартный 6-проводный кабель 1394 содержит две  экранированные витые пары для передачи сигналов (ТРА и ТРВ) и дополнительно два провода для питания устройств. Все эти провода помещаются в общий экран. Сигнальные пары проводников соединяются перекрестно. При необходимости могут использоваться адаптеры-переходники с разъемами разных типов. В 1394 для борьбы с помехами по земляным проводам предпринят ряд мер, ставших возможными с применением 9-контактного разъема.  

Шина IEEE 1394 поддерживает два типа передач  данных:

Асинхронные передачи без каких-либо требований к скорости и задержке доставки. Целостность данных контролируется CRC-кодом, гарантированную доставку обеспечивает механизм квитирования и повторов. Асинхронная передача может быть направленной и широковещательной.

Изохронные  передачи с гарантированной пропускной способностью, но без обеспечения надежной доставки. Изохронные передачи ведутся широковещательно и адресуются через номер канала, передаваемый в каждом пакете. На шине может быть организовано до 64 изохронных каналов, передачи всех каналов «слышат» все устройства шины, но из всех пакетов принимают только данные интересующих их каналов. Целостность данных контролируется CRC-кодом, но квитирование и повторы не применяются. 

Заключение.

     Дисковые  устройства являются незаменимой частью в персональном компьютере. Они необходимы когда на вычислительной системе обрабатывается больше данных, чем можно разместить на базовом жестком диске, а также тогда когда данные имеют повышенную ценность и необходимо выполнять регулярное резервное копирование на внешнее устройство (копирование данных в пределах того же жесткого диска не является резервным и только создает иллюзию безопасности.