Interfete pentru unitatile de hard disc

Interfete pentru unitatile de hard disc

Astazi exista o mare varietate de interfete pentru hard discuri. Chiar daca au aparut interfete noi, pe piata putem gasi interfete din toate generatiile. Tipul de interfata pentru unitatea de hard disc determina in primul rand durata finala de transfer T a subsistemului disc - interfata - controler. Principala sarcina a unui controler sau interfete de hard - disc este aceea de a transmite si de a primi informatii la si de la unitatea de disc. Parametrul cel mai important este rata (viteza) de transfer a informatiei dintre unitate si sistem (inversul lui T). Cel mai mult timp se pierde pentru scrierea sau citirea datelor, timpul de pozitionare a capetelor in pozitia corecta fiind nesemnificativ la unitatile moderne.

Tipurile de interfete ce pot fi intalnite astazi, in ordinea aparitiilor pe piata, sunt:

- interfata ST - 506/412 (Seagate Technologies)

- interfata ESDI (Enhanced Small Device Interface)

- interfata IDE (Integrated Drive Electronics)

- interfata SCSI (Small Computer System Interface)

Dintre cele 4 interfete doar primele doua sunt cu adevarat interfete intre controler si unitate. Ultimele 2 sunt interfete de sistem bazate pe schemele primelor doua, la care s-au adus o serie de modificari.

1)Interfata ST - 506/412 (Seagate Technologies )

Ca orice interfata, ST - 506/412 se caracterizeaza prin semnalele ce sunt vehiculate prin aceasta. Aceste semnale circula de data aceasta intre unitatea de hard disc si controlerul de hard disc. Interfata a fost analizata astfel incat orice unitate de hard - disc ce respecta standardul ST - 506/412 sa poate fi conectata cu un controler ce respecta acelasi standard.

Caracteristic acestei interfete este folosirea a 2 sau 3 cabluri, functie de existenta unei singure, respectiv a doua unitati de hard disc. In primul rand exista un cablu de comenzi, ce foloseste un conector de 34 de pini si prin care circula comenzile intre controler si unitate. Conectorul cablului de comenzi este prezentat in fig.6.5 pentru controlerul de tip ST - 506/412. Semnificatia semnalelor este cunoscuta de la unitatea de floppy disc.

Daca exista doua unitati de hard - disc, acest cablu de comenzi este legat in lant, iar unitatile sunt selectate de catre controler prin semnalele DS 1 si DS 2 (Drive Select). Fiecare semnal DS selecteaza o unitate. Desi sunt 2 fire de selectie (ar fi putut fi patru unitati posibil de selectat) nu pot fi conectate mai mult de 2 unitati la un acelasi controler.

Functie de numarul de unitati de hard disc existente, pot exista unul sau doua cabluri de date. Acestea cabluri utilizeaza conectoare de 20 pini si sunt prezentate in fig.6.6. Aceste cabluri nu pot fi conectae in cascada, existand doar cate unul pentru fiecare unitate.

Majoritatea controlerelor ST - 506/412 contin pe langa controlerul de hard disc si un controler de floppy disc. Pentru acesta din urma exista un conector de 34 pini suplimentar, conector prin care controlerul comunica cu unitatea de floppy disc. Exista controlere combinate care permit invalidarea portiunii de controler pentru floppy disc cand in sistem exista si un alt controler specializat numai pentru unitatea de floppy disc, in vederea evitarii conflictelor.

La ambele capete, cablul de comenzi in orice unitate de tip ST - 506/412 trebuie sa aiba rezistente terminatoare. La partea dinspre controler ele exista din fabricatie iar la capatul dinspre unitate acestea pot fi validate sau invalidate. Aceste rezistente exista si in legatura (interfata) dintre unitatea de floppy disc si controler. In ambele cazuri rolul acestor rezistente este de a asigura o limitare a semnalelor electrice, astfel incat semnalele de comanda care circula intre unitate si controler sa nu se reflecte (sa se intoarca) spre cel ce le-a emis. Deoarece se lucreaza la frecvente foarte mari, undele reflectate sunt importante si ar putea afecta comenzile transmise mai ales daca cablul este mai lung. Astfel rezistentele terminatoare asigura raportul semnal /zgomot corespunzator unei bune transmisii a comenzilor.

2) Interfata ESDI

Interfata ESDI inseamna in traducere libera, o interfata imbunatatita pentru dispozitive mici. ESDI este o interfata specializata, propusa de firma Maxtor Corporation si standardizata de ANSI (American National Standards Institute). Deosebirea esentiala fata de interfata ST - 506/412 consta in inglobarea codorului si decodorului de transmis date in unitatea de hard disc. Reamintim ca un codor pentru informatia ce se inscrie pe hard - dics are functia de a coda in cod MFM sau RLL secventa de date iar decodorul face operatia inversa

Introducand codecul in unitate se scurteaza cablul pe care circula semnalul codat MFM sau RLL, semnal care este foarte sensibil la zgomotele perturbatoare si care poate fi afectat de zgomotul extern cu atat mai mult cu cat acest cablu este mai lung. Scazand sensibilitatea la zgomotele externe scade si probabilitatea de scriere /citire eronata

Interfata ESDI este foarte asemanatoare cu interfata ST - 506/412 din punct de vedere al conectorilor si semnalelor utilizate, putand sa o inlocuiasca fara probleme. Datorita faptului ca imediat au aparut interfetele IDE, interfataESDI a fost scoasa rapid de pe piata

Interfata IDE

In cazul acestei interfete intreg controlerul este inclus in unitate. Ansamblul unitate hard disc - controler este de obicei conectat la unul din conectoarele de pe magistrala comuna a placii de baza sau printr-o placa adaptoare pentru magistrala. La aceasta interfata nu mai exista cabluri separate de alimentare si nici cabluri pentru semnale logice dintre unitate si controler la care sa avem acces. Se reduce astfel numarul total de componente, lungimea cablurilor pe care circula semnalele este mai scurta si deci legaturile electrice sunt mai putin sensibile la zgomot.

Codarea MFM (RLL) si decodarea se face chiar in unitate unde exista un zgomot extern foarte slab, unitatea fiind bine ecranata. La aceasta interfata semnalele analogice codate MFM (RLL) ce comanda curentii prin bobine la scriere sau semnalele analogice citite de capul de citire si transmise la controler sunt afectate mai putin de campurile electrice pertiurbatoare deoarece traseele pe care circula sunt scurte. Astfel si sincronizarea la citire este mai usor de obtinut, putandu-se astfel apela la codari complexe, la care numarul de simboluri de ceas lipsa este mai mare ( RLL).

Principalele avantaje ale incorporarii controlerului in unitate au fost pretul si fiabilitatea. Cu unitatile IDE se pot obtine astazi cele mai mari performante, dar exista o mare diversitate de interfete IDE pe piata (aproape fiecare firma face un unicat). De aceea e greu de realizat extensii (de exemplu de introdus o noua unitate diferita sau de adaugat o a doua unitate. Mai mult, interfetele IDE accepta numai magistrale din sisteme compatibile IBM (nu pot fi folosite in UNIX sau Apple Macintosh).

Exista trei tipuri principale de interfete IDE:

a)     Interfata ATA - IDE (AT Attachment - adaptare pentru calculatoarele AT a interfetei IDE) - utilizeaza standardul ISA pe 16 biti;

Observatie: Sistemele IBM (sau compatibile) pot fi impartite din punct de vedere hard in sisteme PC/XT si sisteme AT. Calculatoarele XT - PC includ in plus fata de un PC obisnuit cel putin o unitate de hard disc si o unitate de floppy disc. Aceste sisteme au, in general, magistrala ISA (Industry Standard Architecture) pe 8 biti si procesor din familia 8088 pe 8 biti.

Sistemele AT sunt cele mai avansate (Avanced Technology). Sunt construite cu procesoare 286 686 si magistrala poate fi de tip ISA pe 16 biti (la inceput) sau EISA (Enhanced ISA) pe 16 /32 biti sau MCA (Micro Channel /PS/2) pe 16 /32 biti. Apoi au aparut PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) pe 16 biti, VL - BUS (Video Local) pe 16/32/64 biti si PCI (Peripheral Component Interconnect) pe 32/64 biti.

b)     Interfata XT IDE (ISA pe 8 biti);

c)     Interfata MCA IDE (Micro Channel pe 16 biti).

4)Interfata SCSI

Aceasta interfata este deja o interfata la nivelul sistemelor. Astfel, acesta interfata nu se conecteaza la un controler ci este un fel de magistrala pe care se pot conecta pana la 8 echipamente. Unul dintre aceste echipamente este intotdeauna un adaptor pentru sistemul     gazda (host adapter), ce functioneaza ca un circuit de trecere (adaptare) intre magistrala SCSI si magistrala sistemului. La celelalte capete exista unitatile de hard disc cu controler incorporat sau alte periferice (pana la 7), dar magistrala SCSI nu comunica direct cu unitatile (perifericele) ci cu controlerul din ele.

Cele sapte echipamente periferice ce se pot conecta la magistrala SCSI nu este neaparat sa fie unitati de hard disc cu controler incorporat. Ele pot fi si: unitati de banda, unitati CD - ROM, scaner grafic, unitate ZIP, etc. Majoritatea sistemelor actuale pot accepta pana la patru adaptoare SCSI la magistralele sistemului si prin intermediul lor pana la 4 x 7 = 28 echipamente periferice. In acest caz unitatea de hard disc se numeste unitate cu adaptor SCSI incorporat, deoarece interfata SCSI este inclusa in unitatea de hard disc (in acest caz sau adunat in acelasi bloc o unitate de hard - disc, un controler de hard - disc, o magistrala SCSI si un adaptor SCSI).

Aceasta unitate SCSI provine din unitatile IDE la care s-a adaugat adaptorul SCSI. Sistemul nu "discuta" direct cu controlerul de hard disc ci prin intermediul adaptorului SCSI, adaptor ce este instalat pe magistrala comuna a sistemului.

Unitate SCSI

Prezentam in continuare schema bloc a unei unitati de hard disc cu interfata SCSI cu o capacitate de 200 Mocteti (fig.6.7). O unitate SCSI contine inglobat deci in unitatea de hard disc pe langa controlerul de hard disc si adaptorul de magistrala SCSI. Cum totul este la un loc, interfata interna disc - controler - adaptor nu trebuie sa se conformeze nici unui standard, astfel incat producatorii au creat o mare diversitate de integrate speciale fara sa realizeze functiile controlerului si ale adaptorului de magistrala. Aceste circuite specializate sunt bazate, in general, pe cele utilizate la interfetele ST - 506/412 sau ESDI (proiectarea a urmarit in primul rand realizarea functiile lor) dar cu performante sporite. Astazi producatorii pun la dispozitia utilizatorilor unitati ce pot functiona fie ca interfata IDE (ATA - IDE) fie ca interfata SCSI. Diferenta intre cele doua rezumandu-se la un cip suplimentar ce este adaptorul de magistrala si care este necesar numai interfetei SCSI.

In schema unitatii SCSI din fig.6.7 partea principala a placii logice a unitatii o constitue controlerul de disc. El are rolul de a asigura interfata cu unitatea de hard disc. Datele ce trebuie trimise spre a fi scrise pe hard disc trec printr-un separator de date spre HDA - ansamblul de capete si discuri. Datele (semnal numeric) sunt transformate in semnale analogice de comanda a curentului prin bobinele capetelor de scriere/citire in blocul HDA

In momentul in care se realizeaza operatia de citire, tranzitiile in magnetizarea materialului magnetic de pe disc sunt sesizate de capul de scriere/citire si sunt transformate pulsuri analogice de tensiune. Un detector de puls le recunoaste si le formeaza ca date, transmitandu-le controlerului prin separator de date. O alta functie a controlerului este aceea de administrare a memoriei tampon (memorie in care se stocheaza temporar un anumit numar de octeti cititi sau care trebuie scrisi).

Tot in controler are loc codificarea sau decodificarea, MFF sau RLL, a datelor ce trebuie scrise sau citite. De asemenea, controlerul efectuiaza si verificarea codului ciclic CRC de detectarea si corectare de erori. Controlerul de interfata SCSI interfateaza unitatea noastra cu magistrala SCSI. Pe aceasta magistrala pot fi conectate pana la 8 echipamente de acest tip.

Microcontrolerul utilizat pentru functia servo, impreuna cu memoria aferenta in care sunt stocate subrutinele de lucru pentru diferite comenzi servo, asigura executia diverselor comenzi ce privesc miscarea hard discurilor (rotatia) si deplasarea capetelor. Comenzile sunt stabilite prin citirea si prelucrarea servoinformatiilor de pe hard disc, pe baza comenzilor primite de la sistem.

In mod similar, microcontrolerul utilizat pentru interfata cu magistrala microprocesorului, asigura functionarea controlerului de disc pentru diverse tipuri de transferuri de date spre si dinspre unitate inclusiv, negocierea accesului la magistrala SCSI.

O unitate de tip IDE este de fapt identica cu cea prezentata in figura doar ca lipseste adaptorul de magistrala SCSI si, evident, magistrala SCSI. In locul acsteia exista magistrala comuna a sistemului. Accesul unitatii la aceasta magistrala se face prin intermediul controlerului DMA. Din acest punct de vedere, transferarea unui sector se face mai rapid la unitatea IDE (exista doar un DMA care acorda magistrala unitatii pe cand la SCSI se acorda intai magistrala SCSI unitatii si apoi prin adaptor si magistrala comuna a sistemului). Similar si transferul invers, a datelor spre unitate, e mai lung la SCSI decat la IDE.

In cazul interfetei SCSI sistemul negociaza accesul la magistrala SCSI prin adaptorul de magistrala SCSI, selecteaza unitatea conectata pe magistrala SCSI (una din maxim sapte), urmeaza apoi cererea de transfer a informatiei, se incheie transferul datelor din memoria sistemului, pe magistrala in memoria tampon a controlerului hard si apoi se calculeaza pe baza adreselor logice de sector, adresele efective ale cilindrului, capului si sectorului in care se vor scrie datele. Aceste adrese sunt calculate de microcontrolerul de magistrala care le transfera apoi catre microcontrolerului servo pentru pozitionarea in pozitia dorita a capetelor. Se observa o complicare a transferului la magistrala SCSI, din acest punct de vedere interfata IDE fiind mai avantajoasa

Interfata SCSI are insa si o serie de avantaje fata de interfata IDE, in principal legate de arhitectura. Cum fiecare unitate SCSI are un controler incorporat ce poate functiona independent de microprocesorul sistemului, unitatea centrala poate trimite comenzi simultane catre mai multe unitati din sistem (sisteme multitasking). Fiecare unitate poate pastra aceste comenzi intr-o coada de asteptare (in RAM) si le poate executa simultan cu celelalte unitati. Informatiile pot fi pastrate in memoria tampon a unitatii si transferate apoi cu o viteza foarte mare pe magistrala SCSI, folosita in comun de toate echipamentele periferice conectate, cand aceasta magistrala este libera. La interfata IDE nu se poate intampla acelasi lucru desi si ea contine un microprocesor propriu dar are un controler DMA unic, motiv pentru care se poate lucra la un moment dat numai cu o unitate. Mai mult, unitatile CD - ROM, tot mai cerute pe piata pot lucra mai nou cu magistrale SCSI (se asigura cel mai rapid transfer, ceea ce este un real avantaj stiindu-se ca transferurile de pe CD - ROM- uri sunt lente). Viteza de transfer a datelor la interfetele SCSI este limitata doar de HAD.