Внешние жесткие диски

1.2 Основные интерфейсы  жестких дисков, сравнение интерфейсов

    Интерфейс eSATA

    Возрастание интереса пользователей к внешним  жестким дискам специалисты связывают  прежде всего с развитием возможностей современных ПК в области обработки  мультимедиа-данных.

    Каждый  уважающий себя пользователь ПК имеет  свою постоянно пополняемую коллекцию музыкальных, графических и видеофайлов. Чем более высокое качество имеют файлы в коллекции, тем больше требуется им места на диске. Все острее встает вопрос, где хранить коллекцию и как ее безопасно пополнять, не рискуя своим  винчестером при обмене файлами с другими пользователями. Домашние медиа-серверы и сетевые хранилища данных пока многим не по карману, широкополосный Интернет и домашние локальные сети не всегда могут справиться с огромными объемами данных. Внешний винчестер в данном случае – неплохой вариант: он компактен, имеет большую емкость, легко подключается к любому компьютеру.

    Раньше  обработкой звука и видео можно  было серьезно заниматься только в  условиях специализированных студий, оснащенных рабочими станциями; производительности стандартных компьютеров для этих целей было недостаточно. Сегодня же на сравнительно недорогом домашнем ПК можно заниматься сведением музыкальных треков и нелинейным монтажом видео практически на профессиональном уровне. А исходные материалы и промежуточные результаты работы требуют огромного дискового пространства. Внешний жесткий диск большого объема идеально подходит и для хранения данных во время работы над проектом, и для обмена исходным и готовым материалом с коллегами и заказчиками.

    Задача  архивирования и резервного копирования тоже может решаться с помощью внешнего винчестера. Приобретать дорогие специализированные системы резервирования данных на магнитной ленте или жестких дисках – роскошь не всегда оправданная, а обновлять целую стопку оптических дисков слишком долго и неудобно. Скорость копирования на внешний винчестер максимальна по сравнению с другими способами архивирования, а надежность исключительно высока, поэтому его можно с успехом применять для резервирования важных данных.

    Собственно, eSATA – это дополнительные требования, предъявляемые к физическому и электрическому уровням интерфейса Serial ATA, которые гарантируют надежное подключение внешних винчестеров. Для программного обеспечения и операционной системы винчестеры, подключенные по eSATA, не отличаются от винчестеров, установленных внутри системы. А значит, не нужны специальные драйверы и утилиты. Скорость работы, соответственно, сохраняется на том же уровне: 1.5 Гбит/с (около 150 Мб/с) для первой реализации Serial ATA и 3 Гбит/с (300 Мб/с) для нового поколения устройств и контроллеров.

    Обычные контроллеры и кабели Serial ATA для  внешнего подключения применять, в  принципе, тоже можно. Но тут есть три  нюанса:

    Интерфейс Serial ATA требует, чтобы длина стандартного шлейфа была не более 1 м. Чаще всего этого будет недостаточно, чтобы удобно подключить внешний винчестер.

    Стандартные разъемы – как на кабеле, так  и на плате контроллера (материнской  плате) – не обеспечивают надежного  соединения и не рассчитаны на большое  количество рассоединений (по стандарту – не более 50 раз).

    В стандартном кабеле экранированы только две сигнальные пары, а коннектеры не имеют металлических экранов. Нет экранов и на розетках, защелки  – только пластиковые. Ввиду этого  устойчивость к внешним излучениям у кабеля невысокая, он и сам способен вносить помехи в работу внешних устройств.

    В последнее время все чаще можно  встретить модифицированные защелки  на стандартных платах и кабелях, которые решают проблему ненадежного  крепления. Но и только.

    Интерфейс eSATA вводит новый тип кабеля и разъемов. Добавлен дополнительный слой экранирования, увеличена глубина вилки и розетки, обеспечено их экранирование и надежное зацепление с помощью пружинных защелок. Чтобы не допустить случайного подключения стандартного кабеля в разъем eSATA и наоборот, изменена форма, ширина разъема, добавлен ключ (защита "от дурака").

    Новый разъем рассчитан уже на 5 тысяч  рассоединений и обеспечивает должную  защиту от помех и электростатических разрядов.

    Некоторые изменения, связанные с увеличением допустимой длины подключения с 1 до 2 метров, внесены в электрический интерфейс. Диапазоны чувствительности приемников и передатчиков были увеличены, чтобы компенсировать потери сигнала в кабеле. Так, стандартный высокий уровень для Serial ATA составляет 400-600 мВ для передатчика и 325-600 мВ для приемника; в eSATA эти цифры изменены на 500-600 мВ и 250-600 мВ соответственно. По этой причине многие стандартные контроллеры и устройства могут не удовлетворять требованиям, предъявляемым к eSATA. Для адаптации к условиям внешнего подключения может быть применен преобразователь уровней – и на стороне винчестера, и на стороне контроллера; заметных задержек в работу интерфейса он вносить не должен. Впрочем, многие производители контроллеров выпустили новые версии чипов, в которых программным путем (через BIOS-подобную утилиту или драйвер) можно включить режим совместимости с eSATA.

    Увы, питание винчестера по интерфейсу eSATA не предусмотрено, хотя мысль об этом напрашивается сама собой. Некоторые  производители разработали собственный формат кабеля, добавив шину питания, но это уже отступления от стандарта.

    Найти корзину с интерфейсом eSATA вполне реально. Но покупка готового внешнего винчестера будет более надежным вариантом, так как у него и  конструкция получше, и соответствие требованиям eSATA гарантируется. Однако сегодня на рынке практически не представлены винчестеры с поддержкой eSATA[1, стр. 66-68].

    Интерфейс USB

    USB (англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Символом USB являются четыре геометрические фигуры: большой круг, малый круг, треугольник, квадрат.

    Разработка  спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB.

    Для подключения периферийных устройств  к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).

    К одному контроллеру шины USB можно  подсоединить до 127 устройств по топологии  «звезда», в том числе и концентраторы. На одной шине USB может быть до 127 устройств и до 5 уровней каскадирования хабов, не считая корневого.

    В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Ведётся внедрение в производство устройств спецификации USB 3.0.

    В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта физически  и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, плюс и ноль питания. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет пять новых линий (в результате чего кабель стал гораздо толще), однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Теперь можно будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с — что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. 
Версия 3.0 может похвастаться не только более высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Отныне пользователь может не только подпитывать от одного хаба гораздо большее количество устройств, но и само аппаратное обеспечение избавится от ранее поставлявшихся отдельных блоков питания.

    Финальная спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году, а оборудование, поддерживающее новую  спецификацию, также уже существует.

    Компания Asus выпустила материнскую плату P6X58 Premium, у которой есть два USB 3.0 порта.

    Сегодня внешние жесткие диски, а также  отдельные корзины для их сборки подключаются с помощью одного из двух стандартных интерфейсов – USB или FireWire. Интерфейс USB более универсален – он поддерживается всеми современными компьютерами и операционными системами без исключений, к нему легко подобрать подходящий кабель; при необходимости, если портов недостаточно, можно использовать разветвитель (хаб). Интерфейс FireWire в стандартное оснащение ПК пока не входит, хотя у ноутбуков имеется практически всегда; как правило, он обеспечивает более скоростное подключение, нежели USB. Однако использование стандартных интерфейсов для подключения именно внешних жестких дисков нельзя назвать оптимальным решением.

    Интерфейс USB рассчитан на подключение большого количества периферийных устройств, управляемых со стороны компьютера. Предполагается, что все устройства должны работать одновременно, не мешая друг другу. Они либо обмениваются информацией периодически, либо обеспечивают постоянный поток данных, но ограниченной плотности. Один корневой хаб обслуживает несколько портов – 2 или 3, иногда – и все порты в системе (если устройства работают на скорости HighSpeed). Поэтому, даже несмотря на высокую частоту и теоретическую скорость обмена данными (до 480 Мбит/с для USB 2.0), пропускной способности шины USB для жесткого диска не всегда достаточно.

    Интерфейс FireWire (IEEE1394) образует более сложную топологию устройств – древовидную, он лучше подходит для подключения устройств с интенсивным обменом данными. Но при этом этот интерфейс намного дороже в реализации. Кроме того, его теоретическая пропускная способность составляет всего 400 Мбит/с, или около 40 Мб/с. Да, уже появились примеры реализации нового, более быстродействующего варианта этого интерфейса – IEEE1394b, который, используя бета-режим, может обеспечить устройству канал с пропускной способностью 800 Мбит/с. Но если внешний винчестер с поддержкой 1394b найти еще можно, то на материнских платах и в серийных компьютерах он до сих пор практически не встречается.

    Кроме того, необходимость преобразования сигналов между "родным" интерфейсом  жесткого диска, установленного внутри внешней корзины, и интерфейсом  подключения к компьютеру, неизбежно приводит к появлению лишних задержек и внедрению в поток данных дополнительной служебной информации. Свою лепту в снижение производительности вносит и операционная система, которая в случае подключения винчестера по интерфейсу USB или FireWire работает через дополнительные драйверы.

    Конечно, лучше всего подключать внешний  винчестер по тому же интерфейсу, что  и внутренний. Тогда и скорость не будет страдать, и возможности  обслуживания не будут ограничены (например, станет возможным применение низкоуровневых утилит). Однако интерфейс жестких дисков (речь идет о стандартных настольных моделях для ПК и ноутбуков) изначально не приспособлен к условиям внешнего подключения.

    Интерфейс ATA – не для внешних винчестеров

    Интерфейс ATA, неформально часто называемый IDE – это первый массовый интерфейс для жестких дисков, ныне уходящий с рынка. Этот интерфейс по определению не подходит для подключения внешних винчестеров.

    Достаточно  серьезные ограничения имеются  как на логическом, так и на физическом уровнях. Начнем с того, что интерфейс ATA не предусматривает возможности "горячего" подключения/отключения и автоматического опознавания новых устройств по время работы. Механизм сигнализации о появлении нового устройства в нем отсутствует, схема идентификации и согласования работы нескольких устройств примитивна. Количество устройств, подключаемых к одному порту, равно двум, и увеличить его никак нельзя. С точки зрения физического уровня имеются ограничения на длину соединительного шлейфа (не более 46 см) и его размер (40 или 80 проводников одинаковой длины). Возможности противодействия помехам появились, начиная с версии ATA/ATAPI-4 (режимы "Ultra"), но их явно недостаточно, чтобы справиться с помехами вне корпуса ПК. Максимум, что удалось сделать на базе ATA – это корзина типа "Mobile Rack", которая устанавливается в 5-дюймовый отсек корпуса и допускает "горячее" подключение и отключение стандартного винчестера. Но и в этом случае гарантировать надежность работы и сохранность данных на винчестере, естественно, никто не берется, так как сама концепция "Mobile Rack" противоречит принципам интерфейса ATA.

    Интерфейс Serial ATA, с другой стороны, благодаря  последовательному принципу передачи данных по умолчанию является более  гибким, расширяемым и универсальным. Наращивать количество подключаемых устройств и длину соединительных кабелей он позволяет, а необходимые механизмы для поддержки "горячего" подключения в него были заложены с самого начала. Однако в большинстве устройств, контроллеров и материнских плат он реализован только как интерфейс для внутреннего подключения, так как это дешевле и проще. Для внешнего применения Serial ATA было разработано специальное расширение – External Serial ATA (eSATA, иногда называется также "SATA on the go"), к реализации которого производители недавно приступили.