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硬盘接口技术详解

发布时间:2020-07-21 18:45:03 阅读: 来源:PET塑钢打包带厂家

硬盘接口技术详解 1、IDE/ATA 1.1概述 IDE即IntegratedDriveElectronics,它的本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器,我们常说的IDE接口,也叫ATA(AdvancedTechnologyAttachment)接口,现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的,只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。 IDE接口是由WesternDigital与COMPAQComputer两家公司所共同发展出来的接口。因为技术不断改进,新一代EnhancedIDE(加强型IDE,简称为EIDE)最高传输速度可高达100MB/秒(UltraATA/100)。 IDE接口有两大优点:易于使用与价格低廉,问世后成为最为普及的磁盘接口。但是随着CPU速度的增快以及应用软件与环境的日趋复杂,IDE的缺点也开始慢慢显现出来。EnhancedIDE就是WesternDigital公司针对传统IDE接口的缺点加以改进之后所推出的新接口。EnhancedIDE使用扩充CHS(Cylinder-Head-Sector)或LBA(LogicalBlockAddressing)寻址的方式,突破528MB的容量限制,可以顺利地使使用容量达到数十GB等级的IDE硬盘。 在PC中,I/O设备,如硬盘驱动,不是直接与系统中央总线连接的(AT总线在AT系统,或PCI总线在之后的系统)。而I/O设备与接口芯片相连,而接口芯片与系统总线连接。 接口芯片组成了I/O设备与系统总线的桥,在系统总线协议(PCI或AT)与I/O设备协议(如IDE或SCSI)之间进行翻译。这使I/O设备可以独立于系统总线协议。 下图展示了PC工作站的基本系统结构,展示了IDE设备与系统余下部分的关系。 1.2IDE传输模式 IDE硬盘接口的几种传输模式有明显区别。IDE接口硬盘的传输模式,经历过三个不同的技术变化,由PIO(ProgrammedI/O)模式,DMA(DirectMemoryAccess)模式,直至现今的UltraDMA模式(简称UDMA)。 PIO(ProgrammedI/O)模式的最大弊端是耗用极大量的中央处理器资源,在以前还未有DMA模式光驱的时候,光驱都是以PIO模式运行。大家可能还记得,当时用光驱播放VCD光盘,再配以软件解压,就算使用Pentium166,其流畅度也不理想,这就是处理器被长期大量占用的缘故。以PIO模式运行的IDE接口,数据传输率达3.3MB/秒(PIOmode0)至16.MB/秒(PIOmode4)不等。后来随着FastATA/DMA模式的出现,IDE接口及装置都开始有了DMA的支持,DMA模式分为Single-WordDMA及Multi-WordDMA两种,跟PIO模式的最大区别是:DMA模式并不用过分依赖CPU的指令而运行,可达到节省处理器运行资源的效果。不过,后来由于UltraDMA模式的出现和决速普及。这两个模式也只会是昙花一现,不久即被UDMA所取代。Single-WordDMA模式的最高传输率达8.33MB/秒,Multi-WordDMA(DoubleWord)则可达16.66MB/秒。 由于UltraDMA模式(UltraATA制式下所引用的一个标准)的普及,UDMA模式就全以16-bitMulti-WordDMA模式作为基准。UDMA其中一个优点是它除已拥有DMA模式的优点外,更应用了CRC(CyclicRedundancyCheck)技术,加强了资料在传送过程中侦错及除错方面的效能。在最初UATA/33规格制定时,为了保留IDE系统的最高兼容性,所以在硬件的设计上并没做出太大的修改,不仅能完全向下兼容旧式ATA装置,也无需硬件生产商改变接头及讯号联接的设计。自UltraATA标准推行以来,其接口便应用了DDR(DoubleDataRate)技术将传输的速度提升了一倍,目前已发展到UltraATA/100了,其传输速度高达100MB/秒。 UltraDMA/66/100专用的硬盘连接线和一般的40芯连接线有所不同。Quantum在制定UltraATA/66的同时,在旧有IDE排线的规格上略作修改。除沿用40芯的IDE接头外,排线更换成80芯,在原有40芯排线的每条线芯之间,都多加一条线来相隔,并将这40条新线跟原先40芯排线之中原有的7条地线相连,把构成Crosstalk现象的电磁波滤走而增加了数据传输的稳定性(在高速的电子讯号传输时,当一大堆带着高频讯号的电线互相靠近一起的时候,讯号线上发出的电磁波便会互相干扰,这就是所谓的“Crosstalk”现象)。UltraATA/66/100排线的基本规格是徘线全长不超过18英寸。也就是说要真正发挥UltraDMA/66的高速传输是需硬盘、排线的配合的,当然如果搭配一般的40芯排线,UltraDMA/66接口的硬盘依然能够以向下兼容的方式工作,只不过无法使用UltraDMA/66罢了。 硬盘的传输模式进入UltraATA/100的时代。目前,硬盘的传输模式已由最早的PIOMode4(传输速率为16.6MB/秒)进入UltraATA/100的时代。提醒DIY朋友注意,所选购的硬盘不仅要本身支持Ultra ATA/100,而所选购的主板的芯片组也要支持UltraATA/100,这样才能真正达到100MB/秒的传输速度。如果你现在使用的主板不支持UltraATA/1OO,只要购买一块i815E的主板或支持UltraATA/100的硬盘控制卡就行了。 SerialATA:(即串行ATA),是英特尔公司在2000年IDF(IntelDeveloperForum,英特尔开发者论坛)上发布的将于下一代外设产品中采用的接口类型,就如其名所示,它以连续串行的方式传送资料,在同一时间点内只会有1位数据传输,此做法能减小接口的针脚数目,用四个针就完成了所有的工作(第1针发出、2针接收、3针供电、4针地线)。这样做法能降低电力消耗,减小发热量。目前市面也有了部份支持此接口的硬盘,如希捷公司推出的新款硬盘就支持串行ATA,不过非常少见。 1.3小结 ATA接口优点: 价格低廉 兼容性非常好 ATA接口缺点: 速度慢 只能内置使用 对接口电缆的长度有很严格的限制

{{分页}}2、SCSI 2.1概述 SCSI直译为小型计算机系统专用接口(SmallComputerSystemInterface)是一种连结主机和外围设备的接口,支持包括磁盘驱动器、磁带机、光驱、扫描仪在内的多种设备。它由SCSI控制器进行数据操作,SCSI控制器相当于一块小型CPU,有自己的命令集和缓存。要了解SCSI,必须先了解它的类型,以下是STA(SCSITradeAssociation,SCSI同业公会)的标准分类。 2.2SCSI接口类型 SCSI连接器分为内置和外置两种,内置数据线的外型和IDE数据线一样,只是针数和规格稍有差别,主要用于连接光驱和硬盘。40针IDE线有40根导线,40针ATA66有80根导线,SCSI内置则分为50针、68针和80针。至于SCSI外置数据线,就有以下几种规格,它们的密度均不相同,千万别弄错了。 ?AppleSCSI,共有25针,分为两排,8位,常用于Mac机和旧式Sun工作站。 ?Centronics,共有50针,分为两排,8位,有点像并行口,它可以连接的设备数目最多。 ?SCSI-2,共有50针,分为两排,8位。 ?SunMicrosystem的DD-50SA,共有50针,分为三排。 ?SCSI-3和WideSCSI-2,共有68针,分为两排,16位。旧式DEC单终结SCSI使用68针高密接口。 ?SCA,共有80针,分为两排。 2.3SCSIID 相信许多SCSI用户都有这种经历,插上设备之后,操作系统怎样也不认,后来检查总线,才发现是终结和ID没有设置好。ID(identify)作为SCSI设备在SCSI总线的唯一识别符,绝对不允许重复,可选范围从0到15,SCSI主控制器通常占用id7,即是说我们可以用在设备上的ID号共有15个。 在SCSI总线中,控制器也算一个设备,即实际最大可连接设备数目=理论最大支持设备数目-1。 2.4总线终结器 总线终结器能告诉SCSI主控制器整条总线在何处终结,并发出一个反射信号给控制器,必须在两个物理终端作一个终结信号才能使用SCSI总线。常见的错误是把终结设置在ID号最高或最低的地方,而不是设置在物理终端的SCSI设备上。其实,SCSI设备总是以链形来连接的,按顺序就能分辨出哪一个是终结设备。 终结的方式有三种:自终结设备、物理总线终结器和自终结电缆。大多数新型SCSI设备都有自终结跳线,只要把非终结设备的自终结跳线设置成OFF即可避免冲突问题;物理总线终结器是一种硬件接头,又分为主动型和被动型两种,主动型使用电压调整器来进行操作,被动型利用总线上的能源信号来操作,被动型比主动型更为精确;自终结电缆可以代替物理总线终结器,也是一种硬件,它的价格非常昂贵,常用于两个主机连接同一个物理设备,如:两个服务器存取同一个物理SCSI硬盘。 通过检查SCSIID和总线终结器,我们可以找出大多数冲突现象的解决方法,这是SCSI设备用户必须重视的一点。 2.5SCSI规格公用的几个标准术语解释: 2.5.1SCSI-1:它是最早SCSI,特点是:支持同步和异步SCSI外围设备,支持7台8位的外围设备,使用8位的通道宽度,传输速率为4MB/s,这现在通常是扫描仪在用的。 2.5.2SCSI-2:类似SCSI-1,但是可以支持同时连接7个装置,传输速率为10-20MB/s,目前有CD-R、CD-ROM在使用。 2.5.3FastSCSI:8位的通道宽度,使用双倍的频率,传输速率为10MB/s。 2.5.4WideSCSI:16位的通道宽度,传输速率为20MB/s。 2.5.5ULTRASCSI:8位的通道宽度,传输速率为20MB/s,其允许接口电缆的最大长度为1.5米。 2.5.6UltraWideSCSI:16位的通道宽度,传输速率为40MB/s,其允许接口电缆的最大长度为1.5米。 2.5.7ULTRA2SCSI:8位的通道宽度,其采用了LVD(LowVoltageDifferential,低电平微分)传输模式,传输速率为40MB/s,允许接口电缆的最长为12米,大大增加了设备的灵活性,支持同时挂接15个装置。 2.5.8WIDEULTRA2SCSI:它跟Ultra2SCSI差不多,也是采用LVD传输模式,允许最长接口电缆为12米,可同时挂接15个装置,不同于Ultra2SCSI,它有16位的通道宽度,因此传输速度为80MB/s。 2.5.9Ultra160/mSCSI:支持最高数据传输率为160MB/s。 2.5.10Ultra320SCSI:支持最高数据传输达到了320MB/s,是目前最新的SCSI接口类型。 2.5.11SingleEnded(单终结):许多旧式设备都是单终结设备,它们限制于SCSI-1协议的6米长度。注意:此距离包括设备内部电缆的距离。 2.5.12Differential(分差动):SCSI总线和设备可借助它来沿长传输的距离,附加线的最大长度为25米。缺点是与单终结设备不兼容。 STA术语最大总线速度MB/秒总线宽度单位:bit最大总线长度单位(米)最大支持设备设备数目 单终结LVDHVD SCSI-1586-258 FastSCSI1083-258 FastWideSCSI20163-2516 UltraSCSI2081.5-258 UltraSCSI2083--4 WideUltraSCSI4016--2516 WideUltraSCSI40161.5--8 WideUltraSCSI40163--4 Ultra2SCSI408-12258 WideUltra2SCSI8016-122516 Ultra3SCSI16016-12-16 2.6小结 SCSI接口优点: 适应面广,在一块SCSI控制卡上就可以同时挂接15个设备 高性能(具有很多任务、宽带宽及少CPU占用率等特点) 具有外置和内置两种 SCSI接口缺点: 价格昂贵 安装复杂

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3、FibreChannel(光纤通道) 光纤通道是一种跟SCSI或IDE有很大不同的接口,它很像以太网的转换开头。以前它是专为网络设计得,后来随着存储器对高带宽的需求,慢慢移植到现在的存储系统上来了。光纤通道通常用于连接一个SCSIRAID(或其它一些比较常用的RAID类型),以满足高端工作或服务器对高数据传输率的要求。 光纤现在能提供100MBps的实际带宽,而它的理论极限值为1.06GBps。不过现在有一些公司开始推出2.12Gbps的产品,它支持下一代的光纤通道(即FibreChannelII)。不过为了能得到更高的数据传输率,市面的光纤产品有时是使用多光纤通道来达到更高的带宽。 不像SCSI,光纤通道的配线非常柔韧。如果带有光纤光学电缆(FiberOpticCabling),它支持最长的长度超过了10公里,所以可以说SCSI在接口电缆长度的限制上跟光纤是没法比得,因为SCSI最长接口电缆不得超过12米。 FeaturesFibreChannelSCSI NodetoNode100m20m ticalDistance10,000m12m CurrentSpeed200MB/s160MB/s FutureSpeed400MB/s320MB/s nnections126(loop)16million(sw)15 PeripheralsSupportedAllLimitedtypes CostComparedtoSCSIHigherbutdecreasing SerialConnectivityYesNo ProtocolSupportedUniversalSCSI ANSIStandardYesYes DualPortedOperationYesNo Nomenclature(术语表) Speed–Media–Distance–Transmitter Speed:Media: 400400MB/s200200MB/s100100MB/s5050MB/s2525MB/s12.512.5MB/sSMSingleModeFibreM550/125MultiModeFibreM662.5/125MultiModeFibreMIMiniatureCable-CopperTVVideoCable-CopperTPTwistedPair-CopperTWTwiax–Copper Distance:Transmitter: LLong:>2KMIIntermediate:100mto200mSShort:

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