Historia del desarrollo del disco duro
Conocimiento completo del disco duro
Disco duro, el inglés "hard-disk" se abrevia como HD.
Es un dispositivo con una enorme capacidad de almacenamiento, y su función es almacenar los datos necesarios cuando el ordenador está en funcionamiento.
El principal parámetro que refleja la calidad de un disco duro es la velocidad de transferencia, seguido de la velocidad de rotación, la capacidad del chip único, el tiempo de búsqueda, el caché, el ruido y el S.M.A.R.T.
En 1956 , IBM fabricó el primer disco duro del mundo en una computadora fue 350 RAMAC (Método de contabilidad y control de acceso aleatorio). Sus datos fueron: capacidad de 5 MB, diámetro del disco de 24 pulgadas, número de discos 50 y peso de cientos de kilogramos.
Hay una capa de material magnético en el disco, que gira mediante el eje, y el cabezal magnético se mueve para almacenar datos, logrando un acceso aleatorio.
El nacimiento del disco en 1970
En 1973, IBM fabricó un disco duro de 640 MB, utilizando por primera vez la tecnología "Winchester", lo que supuso el inicio del disco duro actual. , porque el cabezal magnético está suspendido sobre el plato, por lo que el plato recubierto magnéticamente puede girar rápidamente en el disco duro sellado, pero pesa decenas de kilogramos.
En 1975, se produjo la estructura patentada del cabezal de RM de capa suave adyacente (capa de proximidad suave).
En 1979, IBM inventó el cabezal magnético de película delgada, lo que significó que el disco duro El disco podría hacerse más pequeño y más rápido. Puede ser más rápido y el disco duro puede ser más grande en el mismo tamaño.
El IBM 3370 nació en 1979. Fue el primer disco duro que utilizó cabezales de inducción de película delgada y una configuración de codificación Run-Length-Limited (RLL) que reducirá la codificación RLL "2-7". el tamaño del disco duro. Error
En 1986, nació el IBM 9332. Fue el primer disco duro en utilizar el código de longitud de ejecución limitada (RLL) más eficiente.
La primera generación de cabezales magnéticos MR apareció en 1989.
En 1991 apareció el disco duro de cabezal magnético magnetorresistivo MR (Mago Resistive) de IBM.
También aparece un disco duro G.
El cabezal magnetorresistivo es muy sensible a los cambios de señal, por lo que la densidad de almacenamiento del disco se puede aumentar decenas de veces.
Esto significa que se puede aumentar la capacidad del disco duro.
Esto significa que los discos duros han entrado en la era de la clase G.
En 1993, se lanzó GMR (tecnología de cabezal magnetorresistivo gigante), que llevó la densidad de almacenamiento de los discos duros a un nuevo nivel.
Comprende el disco duro
El disco duro es un componente importante del ordenador. El sistema operativo (como: Windows 9x, Windows 2k...) y todo el software de aplicación (. como: Dreamwaver, Flash, Photoshop...), etc. están todos ubicados en el disco duro, ¡tal vez no lo sientas! Pero el disco duro es realmente muy importante. Al menos por ahora, sigue siendo el lugar principal donde almacenamos datos. Entonces, ¿cuánto sabes sobre el disco duro? Quizás no sepas nada sobre ella, pero está bien, mira a continuación.
1. Historia y desarrollo de los discos duros
Desde la aparición del primer disco duro RAMAC hasta el disco duro actual con una capacidad de disco único de más de 15 GB, los discos duros han También experimentó varias generaciones de desarrollo. Lo siguiente es Permítanme presentarles su historia y desarrollo.
1. En septiembre de 1956, un equipo de ingeniería de IBM mostró al mundo el primer sistema de almacenamiento en disco, el IBM 350 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control), cuyos cabezales magnéticos podían moverse directamente a cualquier ubicación. en el disco, logrando así un almacenamiento aleatorio. La capacidad total de este sistema es de sólo 5 MB. Utiliza 50 discos con un diámetro de 24 pulgadas. La superficie de estos discos está recubierta con una capa de material magnético. están apilados y fijados juntos, girando alrededor del mismo eje.
Este RAMAC se utilizó principalmente en los campos de reserva de aviones, banca automática, diagnóstico médico y espacio en ese momento.
2. En 1968, IBM propuso por primera vez la tecnología "Winchester/Winchester" para explorar la posibilidad de una transformación importante de la tecnología del disco duro.
La esencia de la tecnología "Winchester" es: "un disco giratorio sellado, fijo y de alta velocidad, el cabezal magnético se mueve radialmente a lo largo del disco y el cabezal magnético está suspendido sobre el disco giratorio de alta velocidad". "No en contacto directo con el plato", que también es el prototipo de la mayoría de los discos duros modernos.
3. En 1973, IBM fabricó el primer disco duro utilizando la tecnología "Wincher Technology". A partir de entonces, el desarrollo de la tecnología de discos duros tuvo una base estructural correcta.
4. En 1979, IBM inventó nuevamente el cabezal magnético de película delgada, que brindaba la posibilidad de reducir aún más el tamaño del disco duro, aumentar la capacidad y aumentar la velocidad de lectura y escritura.
5. Otra contribución importante hecha por IBM al desarrollo de los discos duros a finales de los años 1980 fue la invención de la resistencia magnética MR (Mago Resistive). Este tipo de cabezal magnético es muy sensible a los cambios de señal durante la lectura. datos, lo que hace que el disco La densidad de almacenamiento se pueda aumentar docenas de veces en comparación con los 20 MB por pulgada anteriores.
6. En 1991, el disco duro de 3,5 pulgadas producido por IBM utilizaba cabezales MR, lo que hizo que la capacidad del disco duro alcanzara 1 GB por primera vez. A partir de entonces, la capacidad del disco duro comenzó a entrar en el mercado. GB orden de magnitud.
7. El 7 de septiembre de 1999, Maxtor anunció el primer disco duro ATA con una capacidad de disco único de hasta 10,2 GB, introduciendo así un nuevo hito en la capacidad del disco duro.
8. El 23 de febrero de 2000, Seagate lanzó los discos duros de la serie Cheetah X15 con una velocidad de hasta 15.000 RPM. Su tiempo de búsqueda promedio es de solo 3,9 ms. Este puede considerarse como el disco duro más rápido. del mundo. Al mismo tiempo, también es el disco duro que gira más rápido hasta la fecha; su rendimiento equivale a leer un libro de Shakespeare completo en 0,15 segundos.
La velocidad de transferencia de datos interna de esta serie de productos llega a 48 MB/s, la caché de datos es de 4 a 16 MB y admite Ultra160/m SCSI y Fibre Channel (canal de fibra), lo que aumenta la velocidad de transferencia de datos externos del disco duro a 160 MB ~ 200 MB/s.
En términos generales, la serie Cheetah X15 de Seagate ("Jaguar") ha mejorado el rendimiento de los discos duros hasta alcanzar un nuevo hito.
9. El 16 de marzo de 2000, se produjo un nuevo avance en el campo de los discos duros. Se lanzaron los primeros "discos duros de vidrio": el Deskstar 75GXP y el Deskstar 40GV, ambos lanzados. de estos discos duros se utiliza vidrio para reemplazar los discos duros tradicionales. Se utiliza aluminio como material del plato, lo que puede aportar mayor suavidad y mayor robustez al disco duro.
Además, los materiales de vidrio tienen mayor estabilidad a altas velocidades.
Además, los productos de la serie Deskstar 75GXP tienen una capacidad máxima de 75 GB, que es actualmente el disco duro de mayor capacidad, mientras que la densidad de almacenamiento de datos del Deskstar 40GV alcanza los 14,3 mil millones de bits de datos por cuadrado. pulgadas, que una vez más bate nuevos récords mundiales de densidad de almacenamiento de datos.
2. Clasificación de los discos duros
Los platos internos de los productos de disco duro actuales son: 5,25, 3,5, 2,5 y 1,8 pulgadas (estos dos últimos se utilizan habitualmente en portátiles y algunos de precisión de bolsillo). instrumentos. Ahora los discos de 3,5 pulgadas se usan comúnmente en computadoras de escritorio); según la interfaz de datos entre el disco duro y la computadora, se pueden dividir en dos categorías: interfaz IDE y campos de disco duro con interfaz SCSI.
3. Especificaciones técnicas
El aspecto de los discos duros en los ordenadores de sobremesa actuales no es muy diferente. Hay varios indicadores importantes en cuanto a especificaciones técnicas:
. 1. El tiempo de búsqueda promedio (tiempo de búsqueda promedio) se refiere al tiempo que tarda el cabezal del disco duro en moverse a la pista donde se encuentran los datos. La unidad es milisegundos (ms).
Preste atención a la diferencia entre este y el tiempo de acceso promedio. Por supuesto, cuanto menor sea el tiempo de búsqueda promedio, mejor. Ahora, al comprar un disco duro, debe elegir un producto con un tiempo de búsqueda promedio. inferior a 9 ms.
2. La latencia promedio se refiere al tiempo en que el cabezal magnético se mueve hacia la pista donde se encuentran los datos y luego espera a que el bloque de datos requerido continúe girando (media vuelta o más o menos) para pasar debajo del cabezal magnético, la unidad es milisegundos (ms).
3. El tiempo de pista a pista (búsqueda de pista única) se refiere al tiempo que tarda el cabezal magnético en moverse de una pista a otra. La unidad es milisegundos (ms).
4. El tiempo de acceso completo (búsqueda completa máxima) se refiere al tiempo total que tarda el cabezal del disco en comenzar a moverse hasta que finalmente encuentra el bloque de datos requerido. La unidad es milisegundos (ms).
5. El tiempo de acceso promedio (acceso promedio) se refiere al tiempo promedio que tarda el cabezal magnético en encontrar los datos especificados, en milisegundos.
Normalmente es la suma del tiempo medio de búsqueda y la latencia media.
Nota: La mayor parte del tiempo promedio de acceso mencionado en muchos anuncios de disco duro se reemplaza por el tiempo promedio de búsqueda.
6. Tasa máxima de transferencia de datos interna (velocidad de transferencia de datos interna), también llamada tasa de transferencia de datos sostenida (velocidad de transferencia sostenida), unidad Mb/S (tenga en cuenta la diferencia con MB/S).
Se refiere a la velocidad máxima de transferencia de datos entre el cabezal magnético y el caché del disco duro, que generalmente depende de la velocidad de rotación del disco duro y de la densidad lineal de datos del disco (refiriéndose al espaciado de datos en el mismo pista).
Tenga en cuenta que en este indicador se utiliza a menudo Mb/S o Mbps, lo que significa megabits/segundo. Si necesita convertirlo a MB/S (megabytes/segundo), debe dividir los datos de Mbps entre. 8 (8 dígitos por byte).
Por ejemplo, la velocidad máxima de transferencia de datos interna dada por el disco duro WD36400 es de 131Mbps, pero si se calcula en MB/S, es de sólo 16,37MB/s (131/8).
7. Tasa de transferencia de datos externos: comúnmente conocida como tasa de transferencia de datos en ráfaga, se refiere a la tasa de lectura de datos del búfer del disco duro. A menudo se reemplaza por la tasa de interfaz de datos en anuncios o funciones del disco duro. tablas, la unidad es MB/S.
Actualmente, los discos duros convencionales generalmente utilizan Ultra ATA/66, y su velocidad máxima de datos externos es de 66,7 MB/s. Los discos duros SCSI utilizan el último estándar de interfaz SCSI Ultra 160/m. alcanzar los 160MB/s, utilizando Fibra Channel, la transmisión máxima de datos externos alcanzará los 200MB/s.
En los anuncios, a veces vemos interfaces SCSI duales Ultra 160/m, lo que teóricamente aumenta la velocidad máxima de transferencia de datos externos a 320 MB/s, pero parece que no existe ninguna interfaz combinada en este momento.
8. Velocidad del eje: se refiere a la velocidad de rotación del eje en el disco duro. En la actualidad, la velocidad del eje del disco duro ATA (IDE) es generalmente de 5400 ~ 7200 rpm, y la velocidad del eje convencional. El disco duro es de 7200 RPM. En cuanto a la velocidad del eje del disco duro SCSI, puede ser generalmente de 7200 ~ 10,000 RPM, y la velocidad más alta del disco duro SCSI es de hasta 15,000 RPM (es decir, la serie Seagate "Jaguar X15". disco duro).
9. Caché de datos: se refiere a la memoria de alta velocidad dentro del disco duro: el caché actual del disco duro es generalmente de 512 KB ~ 2 MB, el caché de datos del disco duro ATA convencional actual debe ser de 2 MB y los datos más altos en el disco duro SCSI. El caché ahora ha alcanzado los 16 MB.
Los discos duros para almacenamiento en caché de big data tienen grandes ventajas a la hora de acceder a archivos dispersos.
10. Temperatura de la superficie del disco duro: Se refiere a la temperatura generada por el disco duro cuando está en funcionamiento, lo que hace que aumente la temperatura de la carcasa de sellado del disco duro.
Este indicador no lo proporciona el fabricante y generalmente solo se puede ver en datos de prueba de diversos medios.
La temperatura excesiva generada cuando el disco duro está funcionando afectará la sensibilidad de lectura de datos de los cabezales de película delgada (incluidos los cabezales GMR). Por lo tanto, los discos duros con temperaturas de superficie de trabajo más bajas tienen una mejor estabilidad de lectura y escritura de datos.
En términos generales, se debe agregar un dispositivo de enfriamiento del disco duro a un disco duro SCSI de alta velocidad, para garantizar la estabilidad de funcionamiento del disco duro.
11. MTBF (tiempo continuo libre de fallas): Se refiere al tiempo más largo desde el inicio de la operación del disco duro hasta la falla, la unidad es de horas.
El MTBF de un disco duro general es de al menos 30.000 o 40.000 horas.
Este indicador no se proporciona en los anuncios generales del producto ni en las tablas de características técnicas comunes. Si es necesario, puede acceder en línea al sitio web de la empresa que produce específicamente el disco duro.
4. Estándares de interfaz
Interfaz ATA, este es el tipo de interfaz comúnmente utilizado en los discos duros de escritorio.
Interfaz ST-506/412:
Esta es una interfaz de disco duro desarrollada por Seagate. Los primeros discos duros que utilizan esta interfaz son los ST-506 y ST-412 de Seagate.
La interfaz ST-506 es bastante fácil de usar, no requiere cables ni conectores especiales, pero la velocidad de transmisión que admite es muy baja, por lo que esta interfaz fue básicamente eliminada alrededor de 1987. La capacidad de la mayoría de los discos duros antiguos que utilizan esta interfaz tienen menos de 200 MB.
El disco duro utilizado por las primeras máquinas IBM PC/XT y PC/AT era el disco duro ST-506/412 o disco duro MFM (Modificación de frecuencia modificada) se refiere a un esquema de codificación.
Interfaz ESDI:
La interfaz (Enhanced Small Drive Interface), que fue desarrollada por Maxtor en 1983.
Su característica es que el códec se coloca en el propio disco duro en lugar de en la tarjeta de control. La velocidad de transmisión teórica es de 2...4 veces mayor que la del ST-506 mencionado anteriormente, y puede en general. alcanza los 10Mbps.
Sin embargo, su costo es relativamente alto y no tiene ninguna ventaja sobre la interfaz IDE posterior, por lo que se eliminó gradualmente después de la década de 1990.
Interfaz IDE y EIDE:
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El significado original de IDE (Integrated Drive Electronics) en realidad se refiere al disco duro que integra el controlador y el cuerpo del disco. La interfaz IDE que a menudo llamamos también se llama interfaz ATA (Advanced Technology Attachment). Hoy en día, las PC La mayoría de los discos duros que se utilizan son compatibles con IDE y solo es necesario utilizar un cable para conectarlos a la placa base o a la tarjeta de interfaz.
La integración del cuerpo del disco y el controlador reduce la cantidad y la longitud de los cables de interfaz del disco duro, mejora la confiabilidad de la transmisión de datos y facilita la fabricación del disco duro porque los fabricantes no necesitan preocuparse por si su disco duro es compatible con controladores producidos por otros fabricantes, también es más conveniente para los usuarios instalar el disco duro.
ATA-1 (IDE):
ATA es el nombre oficial del primer estándar IDE. IDE en realidad se refiere al disco duro conectado a la interfaz del disco duro.
ATA tiene un zócalo en la placa base que admite un dispositivo maestro y un dispositivo esclavo. La capacidad máxima de cada dispositivo es 504 MB. El primer modo PIO-0 (E/S programada) admitido por ATA. es de solo 3,3 MB/s, y ATA-1 originalmente especificaba 3 modos PIO y 4 modos DMA (en realidad no se usan para actualizar a ATA-2, debe instalar una tarjeta adaptadora EIDE).
ATA-2 (EIDE Enhanced IDE/Fast ATA):
Esta es una extensión de ATA-1. Agrega 2 modos PIO y 2 DMA para transferir la velocidad más alta que tiene. se ha aumentado a 16,7 MB/s y se ha introducido el método de traducción de direcciones LBA, superando el límite inherente de 504 MB del antiguo BIOS y admitiendo discos duros de hasta 8,1 GB.
Si su computadora admite ATA-2, puede encontrar la configuración de (LBA, Dirección de bloque lógico) o (CHS, Cilindro, Cabeza, Sector) en la configuración de CMOS.
Sus dos enchufes se pueden conectar a un dispositivo maestro y un dispositivo esclavo respectivamente, admitiendo así cuatro dispositivos. Los dos enchufes también se dividen en enchufes maestros y enchufes esclavos.
Por lo general, el disco duro y el CD-ROM más rápidos se pueden colocar en el zócalo maestro, y los dispositivos menos importantes se colocan en el zócalo esclavo. Esta ubicación es necesaria para las computadoras Pentium 486 y anteriores. permite conectar el zócalo maestro al bus PCI rápido y conectar el zócalo esclavo al bus ISA más lento.
ATA-3 (FastATA-2):
Esta versión soporta PIO-4 y no añade un modo de funcionamiento de mayor velocidad (es decir, sigue siendo 16,7MB/s) , pero presenta Se implementó una solución de seguridad simple protegida por contraseña, se modificó la solución de administración de energía y se introdujo S.M.A.R.T (Tecnología de automonitoreo, análisis e informes)
ATA-4 (UltraATA, UltraDMA, UltraDMA /33, UltraDMA/66):
Este nuevo estándar duplica la velocidad máxima de transferencia de datos bajo PIO-4 a 33 MB/s, o 66 MB/s más.
También introduce nueva tecnología en la ocupación del bus, utilizando el canal DMA del PC para reducir la carga de procesamiento de la CPU.
Para utilizar Ultra-ATA, se requiere una ranura de expansión PCI libre. Si se inserta una tarjeta de disco duro UltraATA en una ranura de expansión ISA, es imposible que el dispositivo alcance su velocidad de transferencia máxima debido a la. Capacidad máxima de datos del bus ISA. La velocidad de transferencia es de sólo 8 MB/s.
Entre ellos, Ultra ATA/66 (es decir, Ultra DMA/66) es el tipo de interfaz que utilizan actualmente los discos duros de escritorio convencionales y admite una velocidad máxima de transferencia de datos externos de 66,7 MB/s.
Serial ATA:
El nuevo Serial ATA (es decir, Serial ATA) es lanzado por Intel Corporation este año en el IDF (Intel Developer Forum, Intel Developer Forum) y será la próxima generación. El tipo de interfaz utilizado en productos periféricos, como su nombre indica, transmite datos de forma serie continua. Solo se transmite 1 bit de datos al mismo tiempo. Este enfoque puede reducir el número de pines de la interfaz, utilizando cuatro. Un solo pin hace todo el trabajo (pin 1 para enviar, pin 2 para recibir, pin 3 para alimentación y pin 4 para tierra).
Este enfoque puede reducir el consumo de energía y la generación de calor.
El último tipo de interfaz de disco duro ATA-100 es Serial ATA, que es la especificación inicial. Admite una velocidad máxima de transferencia de datos externos de 100 MB/s. Los dos IBM Deskstar 75GXP y Deskstar 40GV presentados anteriormente son. el primero. Este es el primer producto que adopta este tipo de interfaz ATA-100.
En el segundo trimestre de 2001, se lanzarán productos estándar Serial ATA 1x, que pueden aumentar la velocidad de transferencia de datos a 150 MB/s.
Para la interfaz Serial ATA, si una computadora está conectada a dos discos duros al mismo tiempo, no hay distinción entre discos maestros y esclavos. Cada dispositivo es el maestro del host de la computadora, por lo que podemos. ahorra mucho.
Interfaz SCSI:
SCSI se refiere a Small puter System Interface (interfaz de sistema de computadora pequeña). Se desarrolló por primera vez en 1979. Originalmente era una tecnología de interfaz desarrollada para minicomputadoras. Con el desarrollo de la tecnología informática, ahora se ha trasplantado por completo a las PC comunes.
El SCSI actual se puede dividir en SCSI-1 y SCSI-2 (SCSI Wide y SCSI Wind Fast. El último es SCSI-3, pero SCSI-2 es actualmente la versión SCSI más popular).
SCSI se utiliza ampliamente en dispositivos como discos duros, unidades de CD-ROM, ZIP, MO, escáneres, unidades de cinta, JAZ, impresoras, grabadoras de CD, etc.
Tiene muchas ventajas, principalmente las siguientes:
1. Amplia adaptabilidad; usando SCSI, puede conectar más de 15 dispositivos, y todos estos dispositivos solo ocupan una IRQ, lo que puede evitar el límite IDE de 15 periféricos externos.
2. Multitarea; a diferencia de IDE, SCSI permite que un dispositivo transmita datos mientras otro dispositivo busca datos en él.
Esto permitirá conseguir un mayor rendimiento en sistemas operativos multitarea como Linux y Windows NT.
3. Amplio ancho de banda; en teoría, el bus SCSI más rápido tiene un ancho de banda de 160 MB/s, es decir, SCSI Ultra 160/s, esto significa que la velocidad de transferencia de su disco duro alcanzará un máximo de 160 MB; /s (Por supuesto, esto es teórico y puede ser menor en aplicaciones prácticas).
4. Bajo uso de CPU
Desde el primer SCSI hasta el actual Ultra 160/m SCSI, la interfaz SCSI tiene las siguientes etapas de desarrollo
1. SCSI -1 - El primer SCSI fue formulado en 1979 por la American Shugart Company (la predecesora de Seagate), y en 1986 fue aprobado por el ANSI (American Standards Institute) como SASI (Shugart Associates System Interface), esto es lo que conocemos ahora. denominado SCSI-1. Sus características son que admite dispositivos periféricos SCSI síncronos y asíncronos; admite 7 dispositivos periféricos de 8 bits con una velocidad máxima de transferencia de datos de 5 MB/S y admite dispositivos periféricos WORM.
2. SCSI-2: a principios de la década de 1990 (específicamente en 1992), SCSI se desarrolló a SCSI-2. El producto SCSI-2 en ese momento (comúnmente conocido como Fast SCSI) podía mejorar el rendimiento de la sincronización. La frecuencia aumentó la velocidad de transferencia de datos a 10 MB/S. La transmisión de datos paralela de 8 bits original se llamó Narrow SCSI; más tarde, apareció la transmisión de datos paralela de 16 bits WideSCSI, aumentando la velocidad de transferencia de datos a 20 MB/S.
3. SCSI-3 - SCSI-3 se lanzó en 1995. Se conoce comúnmente como Ultra SCSI y su nombre completo es SCSI-3 Fast-20 Parallel Interface (velocidad de transferencia de datos 20 M/S). Utiliza transmisión síncrona. La frecuencia del reloj se incrementa a 20 MHZ para mejorar la tecnología de transmisión de datos, por lo que cuando se utiliza el modo amplio de transmisión de 16 bits, la transmisión de datos puede alcanzar 40 MB/s.
La longitud máxima del cable de interfaz permitida es de 1,5 metros.
4. Ultra 2 SCSI (Fast-40) se lanzó en 1997 y adoptó el modo de transmisión LVD (diferencial de bajo voltaje, diferencial de bajo nivel). La transmisión más alta del Ultra2SCSI (LVD) de 16 bits. ) interfaz La velocidad puede alcanzar los 80 MB/S y el cable de interfaz más largo permitido es de 12 metros, lo que aumenta en gran medida la flexibilidad del equipo.
5. En septiembre de 1998, se anunció oficialmente la especificación Ultra160/m SCSI (Fast-80 under Wide) con mayor velocidad de transferencia de datos. Su velocidad máxima de transferencia de datos es de 160 MB/s, lo que proporcionará a las computadoras un sistema. aporta un mayor rendimiento del sistema.
La tecnología de disco duro serie más popular que existe
Con el lanzamiento de la plataforma 915 de INTEL, el último ICH6-M también ha entrado en nuestro campo de visión.
Además de las mejoras en algunas funciones de administración de energía, ICH6 también introdujo oficialmente los conceptos de SATA (Serial ATA, en adelante SATA) y PCI-E.
Para los portátiles, PATA (Parallel ATA, en adelante PATA) se ha utilizado para conectar discos duros desde el día en que nació. La aparición de SATA es sin duda una revolución en las interfaces de discos duros.
Ahora, con la promoción activa de INTEL, los portátiles han comenzado a entrar en el campo de SATA.
En cuanto a las ventajas de SATA, creo que todos lo conocéis.
De hecho, en comparación con PATA, SATA tiene muchas ventajas incomparables, y el autor las analizará a través de detalles técnicos en este artículo.
Creo que comprenderá más profundamente SATA después de leer este artículo.
Además, dado que este artículo está dirigido principalmente a portátiles y equipos de escritorio, tecnologías como RAID no están dentro del alcance de este artículo.
Comunicación en serie y comunicación en paralelo
Antes de continuar con una introducción detallada, primero comprendamos las características de la comunicación en serie y la comunicación en paralelo.
En términos generales, la comunicación en serie generalmente utiliza dos líneas de señal y un cable de tierra para completar la transmisión de información mutua.
Como se muestra en la figura siguiente, vemos que el intercambio de señal entre el dispositivo A y el dispositivo B se completa utilizando solo dos líneas de señal y un cable de tierra.
De esta manera, dentro de un reloj, se transmitirán dos bits de datos (un bit en cada dirección, full duplex). Si la frecuencia del reloj es lo suficientemente alta, entonces la velocidad de transmisión de datos será suficiente. rápido.
Si queremos ahorrar costes, también podemos utilizar solo un cable de señal y un cable de tierra para conectar.
De esta forma solo se transmite un bit en un reloj (semidúplex). También podemos aumentar la frecuencia del reloj para aumentar su velocidad.
La comunicación en paralelo es esencialmente lo mismo que la comunicación en serie.
La única diferencia es que la comunicación paralela se basa en múltiples líneas de datos para transmitir más bits en un ciclo de reloj.
En la imagen siguiente, no hay una o dos líneas de datos, sino varias.
Podemos saber fácilmente que si hay 8 líneas de datos, la cantidad de datos transmitidos en un mismo ciclo de reloj es de 8 bits.
Si disponemos de suficientes líneas de datos, como por ejemplo el bus PCI, se pueden transmitir 32 bits de datos en un ciclo.
Aquí, el autor quisiera recordar a los lectores que, para un producto, utilizar el costo más bajo para satisfacer las necesidades de ancho de banda es un diseño exitoso, independientemente de si se utiliza comunicación en serie o comunicación paralela. ya sea que su tecnología de transmisión sea avanzada o atrasada.
Velocidad de la interfaz PATA
Sabemos que la velocidad de ATA-33 es de 33MB/S y la velocidad de ATA-100 es de 100MB/S.
¿Cómo se calcula esta velocidad?
En primer lugar, necesitamos conocer la frecuencia del reloj en el bus. Por ejemplo, ATA-100 es de 25 MHz y PATA tiene 16 líneas de datos paralelas, que pueden transmitir datos de 16 bits a la vez.
Para reducir la frecuencia del bus en sí en las especificaciones ATA-66 y superiores, PATA está diseñado para transmitir datos tanto en el borde superior como en el inferior del reloj (similar al principio de DDR ), de modo que se pueden transmitir 32 bits en un ciclo de reloj.
De esta forma, podemos concluir fácilmente que la velocidad del ATA-100 es: 25M*16bit*2=800Mbps=100MByte/s.
Limitaciones de PATA
A la misma frecuencia, el bus paralelo es mejor que el bus serie.
A medida que la velocidad de transferencia de datos de los discos duros actuales es cada vez mayor, la interfaz ATA paralela tradicional está exponiendo gradualmente algunos defectos de diseño, el más fatal de los cuales es el problema de interferencia de señal de las líneas paralelas.
Entonces, ¿cómo interfieren las líneas de señal entre sí?
1. El primero es el fenómeno de reflexión de la señal.
La señal PATA enviada desde South Bridge llega al disco duro a través de una línea de señal larga y plana (la interfaz PATA correspondiente en el portátil también va desde South Bridge y está conectada hasta el disco duro). interfaz).
Los lectores que hayan estudiado la comunicación por microondas deben saber que la señal inevitablemente rebotará después de llegar al disco duro PATA, y la señal de rebote se superpondrá a la señal que se está transmitiendo actualmente, lo que resultará en la pérdida de datos durante la transmisión. La integridad se destruye, provocando un error de juicio en el extremo receptor.
Por lo tanto, en el diseño real, se deben diseñar los circuitos correspondientes para garantizar la integridad de la señal.
Hemos visto que la señal PATA enviada desde el Puente Sur generalmente necesita pasar por una exclusión antes de ser enviada al dispositivo PATA.
Debemos añadir al menos 30 resistencias (además de 16 líneas de datos, también hay algunas señales de control) para evitar eficazmente el rebote de la señal.
Dentro del disco duro, el fabricante del disco duro conectará una resistencia terminal en su interior para evitar que las comillas reboten.
Esto no sólo aumenta el coste, sino que también causa problemas en el diseño de la PCB.
Por supuesto, el rebote de la señal se producirá en cualquier circuito de alta velocidad. En SATA también veremos resistencias terminales, pero debido a que SATA tiene muchas menos líneas de datos que PATA y utiliza transmisión de señal diferencial, este es el problema. no sobresaliente.
2. El segundo es el problema del desplazamiento de la señal.
En teoría, la longitud de las líneas de datos del bus paralelo debería ser la misma.
En la práctica, esto es difícil de garantizar.
La inconsistencia en la longitud de la línea de señal hará que una determinada señal llegue al extremo receptor demasiado rápido o demasiado lento, lo que provocará errores de juicio lógicos.
No solo eso, hay muchas razones para el retraso de la señal, como la capacitancia distribuida en la placa de circuito, la reactancia inductiva generada por la línea de señal a altas frecuencias, etc., que causarán un retraso en la señal.
Como se muestra en la figura, los datos que enviamos en el extremo del puente sur a la izquierda son [1, 1, 1, 0]. Durante el proceso de envío al disco duro, la cuarta señal es. retrasado por alguna razón. El extremo receptor aún no ha sido alcanzado en el momento de la sentencia.
De esta forma, el extremo receptor determina que la señal recibida es [1, 1, 1, 1] y se produce un error.
También se puede observar que cuantas más líneas de datos paralelas haya, mayor será la probabilidad de errores.
La siguiente imagen es el cable adaptador de disco duro de SONY Z1. Podemos ver que el diseñador hizo muchas serpientes para cumplir con los requisitos de consistencia de longitud del cable de datos PATA.
Podemos imaginar fácilmente que cuanto más rápido sea el reloj de la señal, más corto será el tiempo que se tardará en juzgar la señal y mayor será la posibilidad de un error de cálculo.
En el bus más lento (arriba), el error de tiempo permitido entre la señal de datos y la señal de juicio es a, mientras que en el bus de alta velocidad (abajo), el error permitido es b.
Cuanto más rápida sea la velocidad, menor será el error permitido.
Esta es también la limitación del aumento de la frecuencia del bus de PATA, y la frecuencia del bus afecta directamente la velocidad de transmisión del disco duro.
3. También hay interferencias entre líneas de señal (interferencias cruzadas)
Esta interferencia existe en casi cualquier circuito.
Al igual que el desplazamiento de la señal, la interferencia cruzada también es un problema común en las comunicaciones paralelas.
Dado que la comunicación paralela requiere que se enruten varias líneas de señal en paralelo (para cumplir con la consistencia de la longitud, la capacitancia distribuida y otros parámetros), en este momento se produce interferencia cruzada.
Dado que la línea de señal cambia constantemente entre 0 y 1 durante la transmisión de datos, el campo magnético a su alrededor cambia muy rápidamente.
Sabemos por la ley de Faraday que cuanto más rápido cambia el campo magnético, mayor será el voltaje en el cable que corta las líneas del campo magnético.
Este voltaje provocará la deformación de la señal. Cuanto mayor sea la frecuencia de la señal, más grave será la interferencia, hasta que no pueda funcionar en absoluto.
Se puede decir que la interferencia cruzada es el factor más adverso que afecta a las líneas PATA paralelas y limita en gran medida la longitud de las líneas.
La recuperación del disco duro se basa principalmente en la copia de seguridad. También existen algunas tecnologías de recuperación más profesionales que deben aprenderse de forma profesional. Sin embargo, no soy un profesional. La más utilizada ahora es GHOST, que puede realizar copias de seguridad. cargue cualquier disco y genere un archivo de respaldo que pueda usarse para restaurar datos cuando sea necesario
Los principales discos duros del mercado actualmente son Mito, Western Digital (WD), Seagate (ST), Samsung, Dongzhi. , Panasonic y el último disco duro confidencial de Yituo
Daoshang