dolphin
ATA/100 fejlesztések
Mióta az Intel nemrégiben útnak indította az új, ATA/100-at is támogató i815E és i820E chipsetjeit, az egész világ érdeklődése e felé fordult. Sok vállalat készít az ATA/100-at támogató kártyákat, mint például a HighPoint és a Promise. Emellett majdnem minden merevlemez gyártó máris bejelentette új, az ATA/100-at is támogató modelljét. Az érdeklődés egyre nő eziránt az új csatolófelület iránt, ezért úgy döntöttünk úgy, hogy részletesebb leírást készítünk róla.
Mielőtt valójában elkezdjük, szeretnénk az adatátvitel csatolófelületek fejlődésének történetét tömören összefoglalni. Biztos mindenki több ezerszer találkozott a következő három mágikus betűvel: IDE. Az IDE a rövidítése az Intelligent Drive Electronics (Intelligens Meghajtó Elektronika) és egyben az Integrated Drive Electronics-nak (Integrált Meghajtó Elektronika) is egyszerre, attól függ kit kérdezel. Az IDE a nagy tárolóeszközök csatolófelülete, melyekben a csatoló integrálva van a merevlemezbe vagy a CD-ROM meghajtóba. Jóllehet ez valóban egy egyedi technológia, a legtöbb ember az ATA szabvánnyal köti össze (Advanced Technology Attachment), mely ezt a technológiát használja. Ez az egyike a legidősebb PC szabványoknak, melyet 1989-ben fejlesztett ki három vállalat: Imprimus (a Control Data Corp. egy részlege), Western Digital, és a Compaq. A Compaqnak nagy szüksége volt egy olcsó megoldásra, amivel csatlakoztathatja a merevlemezeket a számítógépeikhez, az Imprimus egy nagy merevlemez gyártó cég volt, a Western Digital pedig 1984 óta (először az IBM-nek) merevlemez irányító chipekkel foglalkozott.
Mivel az Imprimus nem gyártott olyan 3.5" merevlemezeket, amilyeneket a Compaq keresett, a Conner Peripheralstól kellett rendelnie. A Conner merevlemezek kiskereskedelmi forgalmazása az ATA felület népszerűvé válásának egyik első lépésének tekinthető. 1989-ben a CDC eladta az Imprimust a Seagatenek és 6 évvel később a Seagate felvásárolta a Conner Peripheralst. Ezalatt a Western Digital is nagy sikereket ért el, nagy merevlemezgyártó céggé lépett elő. A többi kisebb fejlesztő egyenként csatlakozott a merevlemezgyártókhoz saját új termékeivel.
Az első ATA szabvány IDE néven vált ismertté. 1994-ben jelentette be az NCITS (National Committee for Informational Technology Standards), pontosabban mondva ennek egy része, a T13, melyet külön az ATA szabvány miatt hoztak létre. Ez a protokoll egy vagy két merevlemezt és 16-bites kezelőfelületet támogatott. 1999-ben a T13 javaslatára kiszedték az ANSI listából.
Azonban az ATA kezelőfelület még mindig népszerű egy fontos tulajdonsága miatt: minden IDE merevlemeznek van egy egyesítő tulajdonsága. Ha elég idős vagy, emlékezhetsz, hogy a 90-es évek elején két más gyártótól származó IDE winchester csak akkor működött rendesen, ha az egyik volt a master, a másik a slave. És bármikor megpróbáltad felcserélni a szerepeket, az egész rendszer egyszerűen nem működött. A hivatalos szabvány segített megoldani a merevlemez inkompatibilitás problémákat.
Két évvel később, 1996-ban, az ATA felületet felújították hogy nagyobb sebességeket lehessen elérni. Más szavakkal, a világ megismerhette az ATA-2 kezelőfelületet (AT Attachment with Extensions). Ezeknek a kiegészítéseknek az egyike az LBA (logical block addressing) és a blokkátvitel (a kérések egy csoportja csak egy IRQ-t használ). Emellett az új rendszerben a merevlemezeket már sokkal könnyebben és pontosabban felismerte a gép. Támogatta a gyorsabb PIO módokat (3 és 4) és a multiword DMA módokat (1 és 2).
Ezután kezdődtek el a legérdekesebb dolgok. A PC szoftvere a legtöbb esetben úgy volt megtervezve, hogy egy winchester maximum 528 megabyte-os lehet. A Western Digital bemutatta az új, továbbfejlesztett BIOS-át, melyben már ki van javítva ez a probléma, és még sok új tulajdonsága van, mint például a két ATA port támogatása. A felfejlesztett BIOS-t és az ATA-2-t együtt Enhanced IDE-nek nevezték, vagy egyszerűen EIDE-nek. Szóval hivatalosan csak a Western Digital merevlemezek lehetnének IDE-sek. Bár az ATA-2 csak 1996-ban lett szabványnak elfogadva, hosszú élete volt. Ez a nagy adathordozóegység felület támogatta az adatátvitel sebességeket 4-től egészen 16.6MB/sec-ig, mely három-négyszer gyorsabb a régi IDE szabványnál. Emellett 8.4GB-ig támogatta a merevlemezeket, ami lényeges előrelépés az előző szabvány 528MB-ához képest. A kedvező árai miatt az EIDE felváltotta az SCSI-t sok területen.
A Seagate és a Quantum marketing részlegének válasza hamar megérkezett. Megszületett a Fast ATA (vagy Fast IDE) és a Fast ATA-2, mely az ATA-2 szabványnak felel meg, és a Seagate Technologies fejlesztette ki. Mindkét vállalat belerakta merevlemezeikbe az ATA-2 támogatást, annak ellenére, hogy a Fast ATA-nak bit korlátolt az adatátvitel módja: maximum a PIO mode 3-at és a multiword DMA mode 1-et támogatta. A 90-es évek végére a legtöbb vállalat már nem szeretné a felhasználókat az ugyanazon dologra vonatkozó több névvel megzavarni, de a Western Digital zárkózott maradt, és visszatartotta a szabvány nevének egységesítését, miközben a szabványt minden évben kicsit változtatta (például az elején nem volt PIO mode 4 támogatás). Így amikor a 8.4 GB-ot átlépték, az Ultra ATA/100 már nagyon előtérbe került, csak a Western Digital még mindig az EIDE szabvánnyal erősködött, habár nem sok köze volt már az eredetihez. 1997-ben megjelent az ATA-3. Talán jobb lett volna ATA-2.5-nek hívni, mert csak apró változtatások voltak benne az ATA-2-höz képest. Valójában, a lényeges újítások az ATA-3-ban a S.M.A.R.T és egy kicsit nagyobb megbízhatóság volt. Emiatt gyakorlatilag nem volt hardver a piacon, ami támogatta ezt a szabványt, ezért a következő, az ATA/ATAPI-4 hamar követte - 1998-ban jelentették be. Eredetileg az IDE/ATA felületet arra találták ki, hogy merevlemezekkel működjön. a CD-ROM-ok, szalagos meghajtók vagy saját megoldást alkalmaztak, vagy pedig a lassú és nehézkes floppymeghajtó interfészét. Egyértelművé vált, hogy hatalmas előnyei lennének, ha a szabvány IDE/ATA kezelőfelület támogatná a merevlemezeken kívül a többi eszközt is, a magas teljesítménye, egyszerűsége, és univerzális lehetőségei miatt. Azonban az ATA parancsok lehetetlenné tették, hogy ne csak a merevlemezeket csatlakozassuk az IDE felülethez. Ezért a CD-ROM gyártók egy csoportja Western Digital és az Oak Technology segítségével kifejlesztett egy speciális protokollt, amit ATA Packet Interface-nek hívnak (ATAPI) (azért "packet interface", mert a parancsokat az ATAPI eszközöknek packetnek nevezett csoportokban küldik). Az ATAPI szabvány támogatta az olyan eszközöket, mint a CD-ROM meghajtók és szalagos meghajtók. Ez megengedte, hogy sima IDE kábellel csatlakoztassuk őket, és master/slave-nek bekonfiguráljuk, stb., mintha merevlemezek lennének. Ennek eredményképpen semmilyen speciális vezérlőre nem volt szükség.
Belül azonban az ATAPI protokoll nem azonos a merevlemezek által használt szabvány ATA (ATA-2, stb.) parancsokkal. Egy speciális ATAPI drivert használtak az ezekkel az eszközökkel való kommunikáláshoz, s ezt be kellett tölteni a memóriába, mielőtt az eszközt elérhettük volna. Sőt, az ATA-ból kiszedtek néhány használhatatlan és idejemúlt parancsot, és pár új, de nagyon fontosat kapott helyette. És végre megjelent egy új adatátviteli protokoll jelent meg: multiword DMA mode 3, melyet UltraDMA-nak hívnak, mellyel sokkal nagyobb ATA teljesítményt lehetett elérni (max. 33MB/sec) és biztosította az adat eredetiségét (egy új ellenőrzésfajta segítségével). Az UltraATA hagyományos 40 tűs kábellel működik.
Újra az előzőhez egy nagyon hasonló szituáció jött létre: a vállalatok marketing részlegei szerencsére megegyeztek, és ezután minden merevlemez, ami támogatta ezt a szabványt UltraATA/33 szabványnéven került a piacra. Most a T13 dolgozik az ATA/ATAPI-5 szabványon, ami az ATA-3-ból fog kiindulni, és az ATA/ATAPI-4 és ATA/ATAPI-6 közötti átmenet lesz. Ez a szabvány semmi nagyon nagy változtatásokat nem fog magával hozni, két új adatátviteli módot fog megengedni: UltraDMA (ATA) 44MB/sec-el, és UltraDMA (ATA) 66MB/sec átviteli sebességgel - az ATA új verziójának kifejlesztését a Quantum Corporation indítványozta, és az Intel támogatja.
Az adatátviteli sebesség növelése olyan jól sikerült, hogy a 40 tűs kábel nem tudta a megfelelő sávszélességet nyújtani, mert eredetileg kb. olyan 5MB/sec-re lett tervezve. Így a fejlesztőknek 40 újabb vezetéket kellett a kábelhez, hogy a rendszer stabilabb legyen, és védettebb a külső behatásoktól.
A merevlemez gyártó cégek marketing részlege az ATA/ATAPI-5 merevlemez útnak indítása után "UltraATA/66"-nak hívta őket. Ezt a szabvány állítólag ebben az évben lesz elfogadva. Meglátjuk. Ezalatt a T13 az ATA/ATAPI-6-on is dolgozik 1999 vége óta. Ez sok dolgot fog pótolni, melyek az előzőekből hiányoztak. Névlegesen az LBA-t 28 bitről 64 bitre emelik, és újabb gyorsabb UltraDMA módok lesznek benne, melyekkel akár 100MB/sec sebességet is el lehet érni, merevlemez hangtompítás lesz bennük, és új parancsok az audio/video lejátszás sebességének, folyamatosságának javítására, melyet a Quantum, a Western Digital és a Philips javasolt.
Az utóbbi időkben remek lehetőségünk volt arra, hogy megfigyelhessük a számítógép alkatrészek felgyorsult fejlődését. Teljesítményük iszonyú nagy sebességgel fejlődik, így nehéz állandóan fejleszteni a gépünk összes részét. A gyönyörű játékoknak, nagy hang- és videó fájloknak sokkal fontosabb szerepe lett, és már majdnem minden PC-n ezek foglalják le a tárolókapacitás legnagyobb részét. A kapcsolatnak a vezérlőegység és az adathordozó között lépést kell tartania minden fejlesztéssel, hogy ne fogja vissza a rendszert. A merevlemez meghajtók belső adatátviteli sebességének nem szabad nagyobbnak lennie a kifelé irányuló maximális sebességkorlátnál, mert ekkor "torlódás" lép elő. Eredményképpen az adat a merevlemez bufferjébe fog várakozni, ezzel csökkentve a rendszer teljesítményét. Az egyik lehetőség ennek a problémának a megoldására a merevlemez buffer memóriának növelése, hogy az adat ott állhasson amíg a többi adatátvitel be nem fejeződik. Akárhogyan is, a problémát nem lehet örökre megoldani, mert minél gyorsabb lesz a merevlemezek belső adatátviteli sebessége, annál több buffer memória kell majd a várakozások elkerüléséhez. És ennek így sose szakad vége.
Azonban megközelíthetjük ezt a feladatot egy másik szemszögből is: fejleszteni kell a közvetítő egység sávszélességét, ami a merevlemez és a vezérlőegység között van, így több adat tud egyszerre közlekedni. Más szavakkal, az adat nem marad sok ideig a merevlemez buffer memóriájában, hanem átmegy a gyorsabb közvetítőegységen, majdnem rögtön amikor odaér. Ezért nem lesz szükség nagy buffer memóriára és a merevlemez gyártóknak nem kell erre is külön pénzt fordítaniuk. Mindet összefoglalva, a Quantum kifejlesztette az új ATA/100-as nagyobb sebességű csatolófelületet, mellyel akár 100MB/sec-al mehet az adat a merevlemez és a vezérlőegység között, így a merevlemez Buffer memóriája kiürül. Ez az új csatolófelület magába foglalja az összes újítást, amit benne van az ATA/66 támogatott kábelekben és csatlakozókban. Mint már említettük, az ATA/100 csatolófelülethez a jól ismert 40 tűs IDE kábel kell, amit az ATA/66-hoz is használnak. Mivel a kifelé menő adatforgalom megnőtt, nagyobb védelem kell a szálak közti "áthallást" és elektromágneses zaj interferencia ellen. Erre a konkrét esetre még 40 szálat kötöttek egybe, és ezek pajzsként működnek a szálak között, melyek valóban adatot szállítanak. Mindet összegezve az ATA/100 kábel 80 vezetőből áll. Azonban a fejlesztők meg szerettek volna maradni a hagyományos 40 tűs csatlakozónál, hogy biztosítsák a kompatibilitást a régebbi meghajtókkal és rendszerekkel. Más szavakkal, az ATA/100-nak van egy másik értékes tulajdonsága: visszafelé kompatibilis az ATA/33 és ATA/66 eszközökkel, mint a merevlemezek, cserélhető lemezes meghajtók (mint pl. ZIP, JAZ), CD-ROM meghatók, CD írók, ATA szalagos meghajtók és DVD meghajtók. Az új csatolófelület, az ATA/100 szintén tartalmazza a CRC ellenőrzést, mellyel lehet ellenőrizni, hogy a beérkezett adat az eredeti-e, és így észre lehet venni az adatátviteli hibákat. A CRC egy nagyon hatásos de egyszerűen kivitelezett technika, amivel meggyőződhetünk adataink eredetiségéről. Frame-nek hívott adatblokkok védésére alkalmazzák. Ezzel a technikával, az adó hozzáfűz egy extra n-bit számsort minden frame-hez, ezt Frame Check Squence-nek, azaz FCS-nek hívjuk. Ez a hitelesítő kódot a küldő és a fogadó fél is létrehozza, és elraktározza a CRC tárolójába. Az FCS bőséges információt tárol a frame-ről, amivel észre lehet venni a hibákat az elküldött adatban, minden frame kezdeti és megérkezett CRC kód-ját összehasonlítják. Ha nem egyeznek meg, akkor ez eljárás megismétlődik, újra és újra automatikusan, amíg a kód meg nem egyezik. Ez a technika azért lett népszerű, mert három előnye van:
Ha nagyon megtetszett a dolog a sok ígéretes tulajdonság miatt, feltétlenül ki kell próbálni a gyakorlatban. A rendszernek el kell érnie a követelményeket, különben nem fog jól működni a dolog. Ezek a következők:
A vezérlő az alaplapon integrálva lehet az alaplap "magjához" vagy egyszerűen oda van forrasztva az alaplapra. Az elsőre nincs sok példa egyelőre, azonban az idő multával sorra fognak megjelenni az ilyen alaplapok. Az egyik legnagyobb chipset gyártó, az Intel bejelentette, hogy az i820E és az i815E chipsetjeik támogatni fogják az ATA/100 felületet. Csak azokban lesz ATA/100 támogatás, melyekben ez az "E" betű is szerepel! Ezért nagyon elővigyázatosnak kell lenni, mert lehet, hogy egy i815-öt sikerül beszerezni, mely az i815E-vel ellentétben csak az ATA/66-ot támogatja. A különbség a "South Bridge" chipsetben van. Az eredeti i815-ben 82801AA chip van, mialatt a felfejlesztettben 82801BA, mely támogatja az ATA-100-at. Ugyanez igaz az i820 és i820E-re is. Június 27.-én a VIA is bejelentette első alaplapjait melyek ATA/100 kompatibilisek. Az első a VT82C686B, melynek csatlakozása kompatibilis a régi 686A-val. A két másik South Bridge teljesen új: VT8231 (value) és a VT8233.
Az ATA/100 szabványt párhuzamos ATA-nak sorolják be, mert az adatot párhuzamosan szállítja. Más szavakkal, egyszerre sok adatbitet szállít. De ennek a módszernek sok hátránya van. Először is, a 80 tűs kábel meglehetősen drága. Emellett ez a kábel nagyon sok helyet elfoglal a PC házában, így rontja a levegő körforgását is, azaz a PC belsejének hűtését. Elég nagy az esély rá, hogy az ATA/100 lesz az utolsó szabvány ebből a típusból, mert elég nehéz lenne ezt ilyen formában úgy továbbfejleszteni, hogy 100-133MB/sec-nál nagyobb teljesítménye legyen. Ettől eltekintve az ATA/100 nagy előrelépés, még akkor is, ha az olyan fejlesztők, mint az Intel, IBM, Maxtor, Seagate, Western Digital, Quantum, Dell és még számos nagy vállalat már teljesen új csatolófelület kifejlesztésén dolgozik, mely egy új időszakot nyithat eddig nem látott átviteli sebességekkel és új kivitelezéssel. Ezt az új csatolófelületet Serial ATA (soros ATA) néven emlegetik. Hogy mi ennek a lényege? A név magáért beszél. A Serial ATA sorosan közvetíti az adatot, egyszerre egy bitet. A legfőbb előnye ennek a szabványnak az, hogy a csatlakozó sokkal kisebb, a kábel pedig vékonyabb lehet és a hatásfok megmarad. Lehet, hogy meglepődsz, de csak 4 jeladó tű van és csak pár másik, ami az áramért és a földelésért felel.
A következő ígért tulajdonságai vannak a soros ATA-nak:
Mode |
Maximális adatátviteli sebesség, MB/sec |
|---|---|
PIO 0 |
3.3 |
PIO 1 |
5.2 |
PIO 2 |
8.3 |
PIO 3 |
11.1 |
PIO 4 |
16.6 |
DMA Single Word 0 |
2.1 |
DMA Single Word 1 |
4.2 |
DMA Single Word 2 |
8.3 |
DMA Multiword 0 |
4.2 |
DMA Multiword 1 |
13.3 |
DMA Multiword 2 |
16.6 |
DMA Multiword 3 |
33.3 |
DMA Multiword 4 |
66.7 |
DMA Multiword 5 |
100 |
Nagyon bíztatóan hangzik. Még ha elég közeli is, ez még mindig csak a jövő. Most, hogy az összes elméleti dolgot megtárgyaltuk, pihenjünk egy kicsit, és nézzük meg ezt gyakorlatban. Úgy döntöttünk, kipróbáljuk, hogy az új ATA/100 felület valóban megérdemli-e mindezt az izgalmat, és kipróbáltunk egy merevlemez meghajtót három felületen: ATA/33, ATA/66 és ATA/100. A teszteket két különböző platformon végeztük. Az első i815-ön alaplapon (a teszteket mindhárom protokollon elvégeztük), a másodikat pedig VIA Apollo Pro133-on végeztük (csak ATA/33ban és ATA/66-ban). A merevlemez, amit kiválasztottunk e célra, egy 46.1 GB-os IBM DTLA-307045 winchester volt, mely 7200rpm sebességű, 8.5msec átlagos elérésű, és 2MB-os a bufferje.
A tesztjeink alatt a protokollokat az IBMATASW (1.40) váltogattuk, melyet itt lehet letölteni. A tesztgép így nézett ki:
Ezeket az eredményeket kaptuk a WinBench 99-el.
Ahogyan láthatod a grafikonon, ATA/66-ban a winchester jobban teljesített az i815E alaplappal. Ugyanez igaz az ATA/33-ra, melyen szintén jobban teljesített i815-el egy kicsit. Lehetséges, hogy a vezérlő miatt volt, de szerintünk sokkal inkább a kezdeti driverek játszanak közre. Azonban, amikor az ATA/100-hoz értünk, a teljesítménynövekedés nem látszott túlzottan, pedig igenis ATA/100-ban ment. Most lássuk a merevlemez meghajtó teljesítményeket a következő irodai alkalmazásokban:
Az eredmények megint csak minket igazolnak. De meg akartuk vizsgálni az ATA/100 felület befolyását az egész rendszer teljesítményében, így leteszteltük a rendszereket Content Creation Winstone2000-el. A teszt gyakorlatilag az összes rendszeren ugyanazt produkálta. A legnagyobb különbség 0.1 volt, ezért inkább nem hosszabbítjuk meg a cikket egy képpel, ami telivan ugyanakkora oszlopokkal. :)
Hogy megmutassuk, hogyan befolyásolja a lineáris adatolvasás a merevlemez teljesítményét, vessünk egy pillantást a különböző csatolófelületekkel tesztelt winchester kezdeti és végső adatátviteli sebességére. A diagram egyértelműen megmutatja, hogy mivel az olvasási sebesség nagyobb a csatoló sávszélességénél, ATA/33-at használva nem elég a sávszélesség. Valószínűleg észrevetted hogy nincs különbség a lineáris olvasási sebesség között az ATA/66 és ATA/100 esetében. Ez azt jelenti, hogy az ATA/66 már megfelelő a lineáris olvasáshoz. Azonban ha a többi tesztet is figyelembe vesszük, van köztük különbség. Gyakorlatban, amikor a merevlemeznek több kérést kell tejesítenie, az adat leolvasható a bufferjéből és magáról a lemezről is. Ha az adatot a gyors merevlemez bufferből olvassák, a busz sávszélessége lesz, ami visszafogja a rendszert, és az ATA/100 kétségtelenül előnyös.
Összefoglalás
Mint láthatod nincs ok aggódni, még ha ATA/33-as felületed van, és nem dolgozol óriási hang és video fájlokkal. Az ATA/66 szintén megfelel a mostani elvárásoknak. Ami az ATA/100-at illeti, természetesen van egy bizonyos gyorsulás az ATA/66-hoz képest. Azonban a mostani merevlemezek még túl lassúak ahhoz, hogy jelentős sebességnövekedést lehessen elérni az ATA/100-al. Azonban a legtöbb fejlesztés mindig a jövőre tekintve történik, nem a jelenre. Minden folyamatosan fejlődik, és nem sokára megjelenhetnek 10,000rpm-es merevlemezek, vagy esetleg még gyorsabbak. Ekkor már hasznos lesz az új csatolófelület.
Még valami, be kell vallanunk az IDE vezérlő az i815E-ben jobbnak mutatkozott a VIA-nál. Lehet, hogy csak a driverek miatt volt "sikeres" ez a teszt, lehet hogy egyszerűen a hardware minősége miatt. Azonban várjuk meg az ígért ATA/100 támogatást a VIA South Bridge-ben. Akkor majd meglátjuk, melyik a legjobb.