Аппаратные средства персональных компьютеров

RAID

RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) - матрица  независимых дисковых накопителей  с избыточностью. RAID используется  для увеличения надежности и  увеличения скорости. Основные способы  использования: RAID 0, 1, и 0+1. RAID 0 использует  два жестких диска одновременно, осуществляет чтение и запись  одновременно с обоих дисков. При этом возрастает производительность. RAID 1 тоже использует два диска,  но данные из первого дика просто дублируются на втором через секунду. Это обеспечивает высокую надежность системы, ведь при повреждении одного диска, второй остается рабочим, и данные не теряются. RAID 0+1 использует четыре диска, первые два работают как и RAID 0, вторые - как RAID 1, т.е. дублируют. Существуют и другие варианты использования RAID, различным образом увеличивая надежность, к примеру, сравнение данных на дисках для проверки их сохранности.

Для машины, ориентированной  на домашнее или рабочее пользование  со средней производительностью, жесткий  диск - 7200rpm с 2Мб кэша и ATA/66 или более  быстрым интерфейсом даст неплохую производительность за сравнительно небольшие  деньги. Вы, конечно можете сэкономить на диске с 5400 оборотами, но могу сказать  с уверенностью - вы от этого не выиграете. Диски со SCSI интерфейсом дадут  больше производительности, но, опять  же, обойдутся гораздо дороже, нежели ATA.

Размер

40 ГБ будет более чем  достаточно для обычного домашнего  пользователя, как минимум на  несколько лет вперед. Если вы  коллекционируете MP3'шки, видео, или  другие файлы, которые периодически  скачиваются вами из Интернета,  то вам лучше поискать диск  емкостью 60-120ГБ. Если же занимаетесь  сложным, многоступенчатым редактированием  видео, то вам не помешает  приобрести второй диск большой  емкостью, как правило у него меньше оборотов, чем у ведущего диска. Если же ничего сверхъестественного с видео вы не делаете, то вам понадобится как минимум диск 120ГБ, а идеальным приобретением будет диск емкостью 160-200ГБ, которые значительно облегчит работу и условия работы.

Serial ATA

Причины перехода с IDE/ATA на SerialATA

Всем 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, а шлейфы бывают всегда слишком коротки  и слишком ненадежны.

Вот как описал причину  перехода с IDE/ATA на SerialATA один из специалистов (Vlady, http://admin.vlady.ru) в конференции talk.ru.comp.admin 23.09.2003 (широко используется профессиональный жаргон):

Именно технологические и "технические в железе" проблемы породили переход с параллельного на последовательный интерфейс.

Очень трудно передавать по нескольким шинам одновременно согласованный по времени сигнал. Гораздо проще нарастить скорость до заоблачной в одной свитой паре проводников.

Нет желания рисовать графики, поэтому я попробую объяснить  физику процессов на пальцах. Ты поймешь, если будешь внимателен.

Рассмотрим обычный параллельный шлейф.

Сигнал просто передается по нескольким параллельным линиям, в  каждой линии - свой сигнал, втупую означающий "0" или "1" передаваемой информации в этой линии.

Для понимания давай примем одно условие: мы планируем передавать по 8 (например) параллельным линиям одно двоичное число в секунду.

Тогда получается, что для  того, чтобы передать двоичное число "00100000", надо изначально на всех линиях иметь 00000000 (то есть на всех физических жилах иметь 0 вольт), потом на одну секунду на третьей линии поднять  сигнал в "единицу", подержать  его 1 секунду, а потом снова вернуть  на все линии "нули". То есть, физически, изначально имеем на всех линиях "ноль" вольт, потом подать на третью по счету  линию 1 вольт (на остальных - так и  остается "ноль"), подержать его  целую секунду, и потом снова  вернуть на все линии "ноль" вольт.

Допустим, мы хотим передавать больше информации, чем одно двоичное число в секунду. Тогда нам  надо увеличивать скорость в каждой линии - два, три, пятьсот, миллион переключений из нуля в единицу и обратно  в ноль в секунду. Но есть предел (не теоретический, а практический) увеличения скорости для проводника длиной 40см - когда скорость переключения в нем сильно возрастёт (то "есть частота переключения" из состояния "нуля" в "единицу" и потом обратно в "ноль" - понимаешь? то есть частота - запомнил? а где есть частота, там есть "длина волны", которая составляет "единицу делёную на частоту") и длина волны в каждом проводнике начнет приближаться к длине самого проводника (то есть к длине шлейфа), то возникают уже "радиоэффекты":

а) отражения сигнала от конца проводника ("стоячая волна”), которые сильно искажают сигнал вплоть до его полного исчезновения;

б) потери на излучение (то есть каждый проводник в шлейфе становится самой настоящей антенной, и энергия  просто уходит в окружающее пространство с него;

в) и тому подобное (чтоб голову тебе не забивать).

И мы упрёмся, НАПРИМЕР, в  миллион переключений в секунду  в каждой жиле. То есть для восьми жил в параллельном шлейфе мы уткнемся в миллион двоичных чисел в  секунду.

А в реале мы бы уткнулись  в PIO4 (MW-0).

Но мы ж ненасытные, нам  этого мало.

И тогда мы начинаем хитрить (вот где нужны графики!).

Но для рассмотрения нашей "хитрости" давай снова вернемся в скорость в шлейфе "одно двоичное число в секунду".

Мы не станем возвращать "единицу" в "ноль" в конце  секунды!

Мы примем, что для ВТОРОЙ секунды "нулевым" состоянием в  шлейфе является состояние 00100000! И сразу  подадим нужное двоичное число, например, 00000010, но откорректировав его соответственно "исходному для второй секунды" "нулю". То есть в шлейфе окажется состояние линий 00100010.

"Ну и?" - скажет невнимательный  читатель, - "Чего мы добились? За две секунды мы передали  два двоичных числа, плюс получили  головную боль с расчетом состояния  для второй секунды".

"Э-э-э-э " - подняв  палец, скажу я, - "Мы добились  того, что перешли из "физических" переключений в "логические" - состояние ТРЕТЬЕЙ линии за  две секунды не изменилось, то  есть мы не упрёмся в миллион  физических переключений в секунду  в этой (и в каждой из остальных!) линии и ПОКА не создадим  радиоэффектов".

Внимательный читатель спросит: "А зачем нам ждать начала второй секунды, чтобы перевести  шлейф во второе состояние? чего мы тянем с отправкой второго  двоичного числа? давай сделаем  это сразу, как только ЗАФИКСИРУЕТСЯ  состояние "единицы" в третьей  линии, то есть СРАЗУ, как только будет  передано первое двоичное число?!"

"Правильно," - скажу я. Но синхронизацию давай всё же оставим – просто разделим секунду на миллион частей. Состояние третьей линии ЗАФИКСИРОВАЛОСЬ в "единице"? Следующее состояние не требует изменения состояния в третьей линии в "ноль"? “ВременнАя метка” разрешает дальнейшую передачу? Тогда передаем дальше – переводим седьмую линию в "единицу"!

Таким образом мы сможем колоссально поднять скорость в шлейфе.

Но не до беспредела.

Ввиду того, что из положения "ноль вольт" в положение "1 вольт" (и обратно) линия переходит НЕ МГНОВЕННО, а с небольшой задержкой, то существует время на ФИКСАЦИЮ состояния  линии. Задержка обусловлена паразитными  параметрами сигнальной линии - емкостями  и индуктивностями не только самой  линии, но и "передающего транзистора", и "принимающего транзистора". То есть при переходе из "нуля" в "единицу" сигнал выглядит как взлёт фейерверка - сначала быстро, но потом всё  медленней и медленней. А при  переходе из "единицы" в "ноль" сигнал КАК БЫ похож на падение  метеорита - сначала быстро влетает  в атмосферу, а потом всё больше и больше тормозится в ней; то есть полезный сигнал "вязнет" в паразитных параметрах. Разумеется, можно БЕСКОНЕЧНО ПЫТАТЬСЯ снизить паразитные параметры транзисторов . а что делать с медными проводниками линий? Да хоть с золотыми?! Кроме того, мы же снова приблизимся к состоянию, когда рядом расположенные проводники/линии будут превращаться в антенны друг для друга, и тем самым искажать сигнал друг другу. Разумеется, мы снова всех обхитрим - сделаем не 40-жильный провод с рядом расположенными "дельными" проводниками, а 80-жильный, где каждый "дельный" проводник отделен от соседнего "дельного" проводника "земляным" проводником - это намного снизит влияние соседних "дельных" проводников друг на друга.

Всеми этими ухищрениями  мы сможем перейти с АТА-33 до АТА-133.

Но дальше - НЕКУДА.

"Стоп!" - скажет нетехнологичный  читатель, - "Почему некуда? Давайте  расширим сигнальную шину с  8 проводников до 16, или сразу до 64 линий. Давайте не просто проложим между каждыми "дельными" проводниками "земляной" проводник, а сделаем из каждого "дельного" и "земляного" провода свивку (витую пару) - для уменьшения наводок между "дельными" проводниками!".

А я у него спрошу: "А  тебе хватит месячной зарплаты, чтобы  купить хотя бы один ТАКОЙ шлейф? А  два ТАКИХ шлейфа?".

.

Переход на последовательную шину - благо для технологии.

Потому что требует  гораздо меньших затрат: оптимизировать "передающий" и "принимающий" транзисторы, хорошенько свить и  экранировать пару проводов (строго говоря – две пары). Никаких тебе взаимных помех. Максимальная скорость в витой  паре теоретически и в реале обусловлена  гораздо более простыми правилами, чем для шлейфа в 40 проводников.

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.

Что нового в стандарте

Прежде всего, кабель у  нового интерфейса принципиально отличается от прежнего 40- или 80-жильного широкого плоского: количество сигнальных проводов кабеля сокращено до четырех (есть еще  и земля), и до метра увеличена  его допустимая длина. Это способствует более компактной упаковке и лучшим условиям охлаждения внутри корпуса  компьютера, удешевляет конструкцию. Тут  компактные семиконтактные разъемы  соединяются узким уплощенным кабелем  шириной примерно 8 мм и толщиной около 2 мм. Внутри кабеля Serial ATA находятся 2 пары сигнальных проводов (одна пара на прием, другая - на передачу), отделенных тремя жилами общего провода ("земли"). На разъеме, расположенном на дисках и материнских платах, три "земляных" контакта выступают чуть дальше сигнальных контактов, чтобы облегчить "горячее" подключение (предусмотрено "горячее" подключение накопителей по Serial ATA без специальных адаптеров).

Еще одно преимущество Serial ATA - бОльшая полоса пропускания, чем  у Parallel ATA. Первая версия интерфейса Serial ATA обладает пропускной способностью до 1,5 Гбит/с (это около 150 Мбайт/с для  полезных данных против 100-130 Мбайт/с у параллельного интерфейса). Однако в дальнейшем второе и третье поколение Serial ATA (примерно через 3 и 6 лет) увеличат скорость до 3 и 6 Гбит/с соответственно.

Кроме того, поскольку к  каждому кабелю Serial ATA может быть подключен только один накопитель (к  параллельным можно подключать два  накопителя одновременно), то запас  скорости интерфейса сейчас кажется  очень большим. Действительно, если нынешние IDE-винчестеры со скоростью чтения полезных данных с пластин до 50 Мбайт/с практически насытили интерфейс UltraATA/100 (два таких диска на одном IDE-шлейфе уже не могут сосуществовать без теоретической потери скорости, поскольку реально UltraATA/100 дает примерно 90 Мбайт/с потоковой пропускной способности) и подступили вплотную к пределу интерфейса UltraATA/133, то добираться до 150 Мбайт/с одиночным дискам придется еще очень долго (по прикидкам - примерно лет 5, а то и больше), то есть даже первой версии Serial ATA обеспечена долгая жизнь. К тому же соседство на одном шлейфе больше не будет мешать дискам в силу устранения латентностей шины IDE на переключение между соседними устройствами, что также должно повысить скорость работы дисков в компьютерах при грамотной реализации контроллеров на системных платах.

Улучшено и электрическое  обрамление интерфейса: теперь вместо более 20 пятивольтовых линий (а пятивольтовые  сигналы в современных системах нередко требуют усложнения и  удорожания схемотехники, поскольку  большинство нынешних цифровых микросхем  уже работают при более низких напряжениях питания) используются всего две дифференциальные линии  с перепадом уровня всего 0,5 вольт, а это отлично согласуется  с современными интегрированными решениями.

Еще одной важной особенностью Serial ATA является то, что изменения  архитектуры интерфейса лежат только в области физического интерфейса, а по регистрам и программному обеспечению он будет полностью  совместим с нынешним параллельным ATA. Поэтому не будет необходимости кардинально менять драйверы. Более того, в некоторых случай новых драйверов для Serial ATA вообще не потребуется(!): архитектура Serial ATA прозрачна для BIOS и операционной системы. Кроме того, Serial ATA (в отличие от параллельных ATA) обладает средствами исправления ошибок (по ECC), и целостность передаваемых по кабелю данных будет гарантироваться.

Обратная совместимость  последовательного ATA с параллельным будет реализовываться двумя способами: объединением чипсетов, поддерживающих параллельный ATA-интерфейс, с дискретными компонентами, реализующими Serial ATA физически, и применением адаптеров (dongles), превращающих параллельную шину АТА в последовательную, и наоборот.