Architektura vnějších pamětí

Architektura vnějších pamětí Standardizace rozhraní, SAN-NAS, RAID a jiní,

X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

Obsah přednášky • Rozhraní diskových jednotek. – – – – –

ST 506/412, IDE/ATA, PATA, SATA. SCSI – vývoj rozhraní, SCSI 3.

• Architektura paměťového podsystému. • RAID n. X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Rozhraní diskových jednotek • • • • •

ST 506, zastaralé, sériové, ESDI, inovace, ale dnes také zastaralé, IDE, EIDE, dnes velmi oblíbené paralelní rozhraní, SCSI, dnes oblíbené, nejen pro disky.

X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Obvody rozhraní (k mechanice) I. ST506/412


M. Šnorek

Signály rozhraní ST 506/412


M. Šnorek

Rozhraní – částečné shrnutí


M. Šnorek

I DE terminologie • (I mbedded/I ntegrated/I ntelligent Device/Drive Electronics) – – – –

interfejsmezi diskovou jednotkou a řadičem. 40 vývodů, plochý kabel, obchodní značka WD (Western Digital), jeho inovací jeEI DE.

• ATA- AT Attachement – jeprotokol pro přenos dat, řídicích a stavových informací mezi PCa diskem. X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Architektura a příklad provedení


M. Šnorek

Fyzické provedení Párový konektor na motherboardu pro primární a sekundární IDE/ATA kanál


M. Šnorek

IDE/ATA přenosové režimy a protokoly • Programovaný režim - PIO, • DMA režim, – third party DMA, – first party DMA (bus mastering), • jednoslovní, • víceslovní.

• Ultra DMA režimy. X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Nedostatky ATA • Fyzické provedení interfejsu, IDE, – – – – –

dovolovalo připojit 2 diskové jednotky, 40-ti žilový kabel, velmi jednoduchý řadič na straně počítače, inteligence je v mechanice, maximální disková kapacita byla jen 512 MB.

• Ani zmíněné inovace dnes už nestačí. • Proto …. X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

ATAPI (ATA packet interface) • zvláštní protokol, který se liší od ATA. • Vyžaduje speciální ATAPI driver, používá PIO i DMA, • módy přenosu jako ATA, • příkazy se vysílají v paketech, připomíná to SCSI rozhraní.


M. Šnorek

ATA a Ultra-ATA kabel 80-ti vodičový Ultra-ATA kabel

40-ti vodičový ATA kabel


M. Šnorek

Ultra-ATA/XX Varianta UltraATA ATA/33 ATA/66 ATA/100 ATA/133

Přenosová rychlost 6 [MB/s], M=10 33 66 100 133

Doba cyklu [ns] 120 60 40 30

Kabel 40ti vodičový 80ti 80ti 80ti

Ultra-ATA/133 - zřejměposlední paralelní interfejs ...


M. Šnorek

Ultra ATA • Dnes nejrozšířenější rozhraní pevných disků. • Nesnadno se však připojuje externí disk, na to je lepší – FireWire, nebo – USB (viz dále).


M. Šnorek

Serial ATA (SATA) • Uvedeno na trh v polovině 2002. • Hlavní vývojářské firmy: – Intel, Seagate, Maxtor, Dell, APT Technologies …, – cca 80 firem - členové Serial ATA working group.

• SATA postupně zcela nahradí PATA (Parallel ATA). X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

PATA kabel SATA


M. Šnorek

Serial-ATA – příklad provedení


M. Šnorek

Serial ATA - podporujevšechny ATA a ATAPI zařízení HD(removablei nonremovable), CD(RW), DVD(RW), floppy, zip, tapes, -nemá nahradit rozhraní pro externí zařízení USB2 a I EEE1394 (ala Firewire).


M. Šnorek

SCSI • Historie: 1979, resp. 1981 Shugart, Small Computer SystemI nterface, – – – –

paralelní sběrnice, připojují serůzná zařízení, nezávislá na typu zařízení, logickérozhraní, data zabezpečena paritou, umožňujezřet ězení, optimalizovanépříkazy.

• Max. počet zařízení 8 nebo 16 (vč. řadiče). X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Struktura SCSI podsystému


M. Šnorek

SCSI - Vývoj rychlosti T ype

U ltra 3 2 0 S C S I

S pe e d

H a rd D rive /P e riphe ra l

3 2 0 M B yte /se c

S ta te o fth e a rt h a rd d riv e s

1 6 0 M B yte /se c

H a rd d riv e s

8 0 M B y te /s e c

H a rd d riv e s

4 0 M B y te /s e c

H a rd d riv e s a n d ta p e d riv e s

2 0 M B y te /s e c

C D R , C D R W , ta p e , re m o v a b le

(1 6 b it W id e ) U ltra 1 6 0 S C S I (1 6 b it W id e ) U ltra 2 S C S I (1 6 b it W id e ) U ltra W id e S C S I (1 6 b it W id e ) U ltra S C S I (8 b it N a rro w ) S C S I2 , F a st S C S I (8 b it N a rro w )

s to ra g e (J a z ), a n d D V D d riv e s 1 0 M B y te /s e c

S c a n n e rs , Z ip d riv e s , a n d C D ROM


M. Šnorek

Poznámky k SCSI • Jde o inovaci kanálové architektury. • Zařízení se připojují „za sebou“, • mají značnou vlastní inteligenci (vestavěný řadič), • každé zařízení dva konektory a ukončovací člen.


M. Šnorek

Fáze SCSI • • • • • • • •

Sběrnice volná (Bus Free), Arbitrace (Arbitration), Výběr (Selection), Nový výběr (Reselection), Data (Data), Příkaz (Command), Stav (Status), Zpráva (Message). X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Příklad protokolu na sběrnici SCSI


M. Šnorek

SCSI -3 terminologie • • • • • • •

Ultra SCSI -3, 8 bit ů, 20 MB/s, Ultra2, 8 bit ů, 40 MB/s, WideUltra, 16 bit ů, 40 MB/s, WideUltra2, 16 bit ů, 80 MB/s, Ultra3 nebo Ultra160, 160 MB/s, Ultra320, 320 MB/s, Ultra640, 640 MB/s


2. gen

3. gen 4. gen 5. gen

M. Šnorek

SCSI-3

Jen ilustrativní obrázek ... X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

SCSI-3 architektura


M. Šnorek

Má SCSI-3 budoucnost? • Ano a ta vypadá jednoznačněrůžově. Jen seneví, který fyzický interfejs seprosadí. • V úvahu přicházejí – Serial Attached SCSI , – I EEE 1394, – FibreChannel, – Serial StorageArchitecture.

• Alevšimnětesi: všechny jsou sériové! X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Architektura paměťového podsystému

X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

Rekapitulace a požadavky • Dřívější model: – mainframe prostředí, centralizovaná velkokapacitní paměť.

• Požadavky: – Obhospodařit ostrůvky informace.


M. Šnorek

Současný stav • Síťové prostředí. – Dvě varianty: • NAS (Network Attached Storage). Dost odpovídá dřívějšímu modelu centralizo-vaného úložiště. • SAN (Storage Area Network). Zvláštní síť jen pro paměťový podsystém).


M. Šnorek

Mapování protokolů


M. Šnorek

Zvýšení chybové odolnosti vnějších pamětí • RAID n. • Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks. • Pozn.: ne všechny architektury skutečně obsahují redundantní disky. Některé jsou optimalizovány na rychlost.


M. Šnorek

RAID 0 • Pro zvýšení výkonu systému pevných disků. • “stripping proužkování”.


M. Šnorek

RAID 1 • Pro zvýšení spolehlivosti uložených dat. • Označuje se jako “Mirroring”.


M. Šnorek

RAID 10 • Kombinací obou výše popsaných. • Vytvoří se RAID 0 a ten se pak zrcadlí na RAID 1. Výsledkem jsou vlastně dva RAID 0 obsahující identická data. • RAID 10 zvyšuje jak výkon, tak spolehlivost, musíte ovšem použít nejméně čtyři disky, nejlépe se stejnými parametry.


M. Šnorek

RAID 5 • Oblíbený typ diskového pole. • Ukládá paritní informace, nikoli však na jeden vyhrazený disk. • V degradovaném režimu se musejí data uložená na vadném disku odvodit z dat zbývajících disků a parity.


M. Šnorek

Architektura vnějších pamětí

Recommend Documents