`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Эра последовательных интерфейсов стремительно приближается

0 
 

Уже около десяти лет основным тормозом в повышении производительности вычислительных систем остается медленный обмен информацией между центральным процессором и накопителями, а также другими периферийными устройствами. Однако ситуация меняется, и современные методы повышения скорости передачи информации выходят на арену массового производства.

Некоторые специалисты предрекают «кровавую бойню» к 2000 г. И кроме проблемы дат, есть и другие причины для беспокойства - это периферийные интерфейсы. Интерфейс SCSI, и даже Ultra SCS 140 MBps, значительно отстает от быстро растущей производительности остальных компонентов вычислительной системы, и промышленность не желает останавливаться на достигнутом. Проблема не в том, что отсутствуют альтернативные технологии, а в том, что их чересчур много: универсальная последовательная шина USB (Universal Serial Bus), архитектура SSA (Serial Storage Architecture), FireWire и оптоволоконная FC-AL (Fibre Channel-Arbitrated Loop). Каждая имеет свои достоинства, но они не взаимозаменяемы.

USB в действительности слишком медленна для чего-то более быстродействующего, чем клавиатура, мышь, принтер или модем. Система FireWire несколько быстрее, но она ориентирована в основном на цифровые фотои видеокамеры и другие подобные устройства. Архитектура SSA достаточно производительная, однако могут возникнуть некоторые сложности в связи с тем, что ее, скорее всего, можно будет приобрести только у IBM. И, вероятно, системы, подобные FC-AL, будут осуществлять соединения с высокоскоростными накопителями.

Почему последовательные?

Ответ кроется в проблемах взаимодействия контроллеров SCSI и шины PCI. До выхода на сцену PCI-шины интерфейс SCSI казался очень быстрым. Но по сравнению с 33-мегагерцевой PCI со скоростью обмена 132 MBps или ее 66-мегагерцевым вариантом с производительностью до 524 MBps SCSI-1 (и даже SCSI-2) с его жалкими 5 MBps выглядят весьма бледно.

Почему же нельзя увеличить быстродействие SCSI? Можно ли поддержать приемлемый уровень совместимости? Нет проблем: вы можете получить 80 MBps с помощью сдвоенного ультраширокого SCSI-адаптера фирмы Adaptec. Не за горами широкое распространение стандартов Ultra SCSI-2 (80 MBps) и Ultra SCSI-3 (160 MBps).

Однако рано или поздно мы столкнемся с ограничениями, связанными с определенными законами физики. И вот почему. Существуют два пути повышения скорости обмена интерфейсов: можно увеличивать либо количество проводников в параллельных системах, либо скорость передачи в существующих системах. Но если увеличивать количество проводников, то мы получим неудобный толстый кабель (например, стандартный кабель SCSI уже имеет 50 проводников, а широкий - 68). Если увеличивать скорость передачи информации за счет повышения тактовой частоты канала, то придем к проблеме определения, в какой момент кончается один бит и начинается следующий, а также столкнемся с ограничениями, связанными с конечной полосой пропускания канала. Приемлемые допуски для ошибок уменьшаются по мере того, как интерфейс становится быстрее, а биты «короче». При параллельном интерфейсе с повышением частоты повышается вероятность перекрестных наводок между проводниками. С повышением скорости обмена проблемы для SCSI-интерфейса появляются гораздо быстрее, чем достоинства.

По мнению Санди Сандареш (Sundi Sundaresh), вице-президента и главного менеджера отделения PC I/O фирмы Adaptec, «будущее I/O принадлежит последовательным интерфейсам. Как долго продлится эра параллельных технологий, выяснится после 2000 г.».

Известно, что любые радикальные новшества требуют многолетних исследований, прежде чем достигнут уровня промышленных применений. Инженеры начали поиски систем с более перспективным потенциалом для развития, чем SCSI. По-видимому, такой может стать система последовательной передачи. Последовательные интерфейсы передают только один бит за один такт по одной линии (дуплексный последовательный интерфейс передает один бит за один такт в каждом направлении, но по двум отдельным линиям). Кроме того, последовательный интерфейс ограничивает возможные помехи между линиями, так как тактовая последовательность одинакова для всех данных. Он требует минимального количества проводников для подсоединения периферии к компьютеру - всего два для каждой линии. Следовательно, дуплексная связь реализуется всего по четырем проводам.

Итак, подводя итоги, можно сказать, что последовательный интерфейс может быть быстрым, а кабель для него - тонким. Инженеры полагают, что с его помощью можно будет найти радикальные решения разнообразных задач.

USB заменяет параллельный интерфейс

Хотя USB медленнее, имея пропускную способность 12 Mbps (1,5 MBps), чем SCSI, она предлагает высокоскоростные и Plug-and-Play возможности для такой периферии, в которой традиционно используются последовательный, параллельный или специальный порт, например, клавиатура, мышь или монитор. USB также подходит для небольших периферийных устройств типа сканеров, в которых ранее применялись специализированные адаптеры или SCSI-контроллеры. Для периферии, не использующей SCSI-контроллеры, USB предлагает оборудование примерно в 100 раз более быстрое, чем, например, традиционные последовательные порты с максимальной скоростью передачи 115 Kbps. Параллельные порты со скоростью обмена до 2 Mbps работают примерно в шесть раз медленнее, чем USB. Вдобавок один USB-порт может обслуживать до 126 периферийных устройств без каких-либо дополнительных компьютерных ресурсов, таких как IRQ. Сегодняшние последовательные или параллельные порты для клавиатуры или монитора обычно могут обслужить только одно устройство. Более того, мало потребляющий USB-KOHтроллер обеспечивает электропитание всех устройств, подключенных к его шине, уменьшив тем самым количество розеток на стене либо распределительных щитков (однако устройства, потребляющие относительно много энергии, такие как сканеры, нуждаются в дополнительных розетках).

USB также предоставляет так называемый режим hot swapping - возможность подсоединять и переключать внешние устройства без выключения компьютера. Такие устройства, как клавиатура или мышь с двухсторонним обменом, не могут сегодня переключаться в режиме hot swapping. И наконец, USB-KOHтроллер имеет один стандартный кабель для любых периферийных устройств, что обеспечивает легкость подключения и снижение стоимости систем.

Первые USB-чипы производства компаний Intel и National Semiconductor стали доступны в конце 1996 г., и это, пожалуй, основной фактор для широкого производства USB-устройств. Но не менее важна доступность драйверов от Microsoft - class drivers, программных модулей для поддержки в среде Windows всех типов USB-ycтройств. Microsoft уже начала разработку соответствующих драйверов для Windows 95, и одним из первых будет выпущен драйвер для цифровых камер. Что касается Windows NT, то class drivers для нее ожидаются после выхода версии 5.0, завершение которой запланировано на конец нынешнего года.

USB сконструирована для устройств с относительно малой и средней скоростью обмена - мониторы, клавиатуры, мыши, модемы и сканеры. Для перемещаемых дисковых и ленточных накопителей пока что могут быть использованы обычные параллельные порты. В действительности USB просто не предназначена для высокоскоростного периферийного оборудования или приложений. Для таких применений разработаны SSA, FireWire и оптоволоконная FC-AL.

SSA - контр-игра IBM

SSA - единственная доступная сегодня технология, позволяющая перейти от desktop-парадигмы к модели распределенных рабочих групп.

Это стандарт архитектуры системы последовательного обмена (Serial Storage Architecture), очередной шаг в эволюции технологии обмена информацией между CPU и HDD. Это первая технология, действительно дающая так давно обещанную высокую скорость обмена и представляющая собой реальную альтернативу SCSI. Технология развита компанией IBM, которая создала и кристалл контроллера, и совместимый механизм обмена. IBM внедрила SSA на рынке AIX благодаря своим машинам IBM RISC System/6000 (RS/6000).

Кажется, совсем недавно, в середине 1995 г., IBM добилась успехов в продвижении SSA как альтернативы SCSI. Основные торговые преимущества SSA по отношению к SCSI были скорость и легкость подключения: скорость обмена в двух дуплексных каналах SSA достигла 20 MBps в каждом направлении, при этом полная максимальная скорость составляла 80 MBps - вдвое больше, чем Ultra SCSI. Кабель SSA содержит всего четыре провода - две витые пары, по одной на каждый канал. Чипы производит сама IBM, а фирма Pathlight Technology выпускает SSA-адаптеры для OEM-производителей. Conner Peripherals разработала контроллеры on-board для поддержки интерфейса своих дисковых накопителей.

В действительности обещания, что SSA станет наиболее полной технологией для OEM-распространения, не будут выполнены. Проблема связана с необходимым количеством линий DMA. Для обмена со скоростью 80 MBps предполагается, что данные передаются по четырем линиям DMA со скоростью 20 MBps. Но если включить четыре SCSI-адаптера (что потребует также четырех линий DMA), можно получить 160 MBps. К тому же контроллер SSA с четырьмя линиями DMA стоит дороже, чем четыре адаптера SCSI.

В октябре 1995 г. компания Seagate приобрела Conner. Seagate, которая была сторонницей FC-AL, тихо «похоронила» SSA (официальное заявление о том, что Seagate прекратила развитие SSA, было сделано только в феврале 1996 г.). Многие производители устройств массовой памяти, увидев, что технология SSA не пользуется поддержкой большинства мировых производителей, также отказались от нее.

Однако IBM не унывает и все еще твердо стоит на позициях SSA, планируя выпустить следующую генерацию к 1998 г. с удвоенной скоростью связи - до 160 MBps. Тем не менее, SSA - технология с ограниченным временем жизни, но она будет основой для следующей генерации Fibre Channel.

Оптоволоконные каналы - 100 MBps и более

Использование Fibre Channel-Arbitrated Loop существенно улучшает полосу пропускания по сравнению со SCSI. Базовая скорость обмена FC-AL составляет 100 MBps. Однако многие устройства имеют двухпортовую конструкцию и полную скорость обмена 200 MBps. Такая конструкция имеет также повышенную помехоустойчивость, предоставляя некоторую избыточность доступа к каждому устройству. В ближайшие годы ожидается увеличение скорости передачи данных до 200, 400, 800 MBps и более. Короче, система FC-AL только стартует и, по-видимому, всегда будет вдвое быстрее самого скоростного варианта SCSI. Если этого недостаточно, то есть еще три причины, чтобы обратить серьезное внимание на FCAL. Первая: FC-AL самоконфигурируется и допускает оперативное (hot-plug) включение. Вторая: большинство хостов уже поддерживает FC-AL в режиме включения host-to-host. Третья: FC-AL может работать с коаксиальным кабелем длиной более 30 м и с оптоволоконным до 10 км. Уже доступна продукция на витой паре, такая как линия адаптеров FiberNet и дисковые массивы компании Transoft, поддерживающие связь на расстоянии до 25 м. FC-AL поддерживает основные протоколы периферийных интерфейсов, включая SCSI-3, HIPPI (High Performance Periferal Interface) и IPI-3 (Intelligent Periferal Interface), минимизируя тем самым необходимость программных изменений, в то время как SCSI поддерживает только один протокол - свой собственный. К одному порту FC-AL можно подключить до 126 устройств, а к SCSI - только 15.

FC-AL в основном ориентирован на серверные приложения уровня high-end, где необходимо иметь быстрый доступ к ресурсам и где высокая помехоустойчивость - одно из важнейших преимуществ. Сверхдлинные кабели также важны для этой области приложений, так как зеркальные диски обычно располагаются в разных зданиях для надежной защиты от непредвиденных ситуаций.

Существуют также три причины, почему FC-AL не будет фаворитом для специализированных desktop-приложений (видеоредактирование, например). Во-первых, однопользовательские desktop-приложения, работающие со стандартной электроникой Intel, пока не могут воспользоваться преимуществом в скорости FC-AL (исследуя эволюцию платформ, эксперты полагают, что FC-AL можно будет увидеть в десктопах не ранее 2000 г.). Во-вторых, высокая помехозащищенность и защита от непредвиденных ситуаций не являются критичными для рынка настольных компьютеров. Наконец, весьма значительный сегмент рынка персональных компьютеров и большая часть покупателей очень чувствительны к ценам, а системы FC-AL обещают иметь высокую стоимость.

FCL: FC-AL + SSA

В сентябре 1996 г. три компании - производитель контроллеров Adaptec, Storage Systems Division (филиал IBM) и Seagate - объявили, что на основе FC-AL и SSA они будут разрабатывать спецификации новой системы Fibre Channel Loop - FCL (первоначальное название Fibre Channel Enhanced Loop). В связи с этим IBM полагала, что FCL нанесет поражение SSA. Но разработка спецификаций FCL находится еще в начальной стадии, и на ее завершение понадобятся годы. Трудно сказать, как много времени потребуется для начала производства, но определенно можно утверждать, что технология FCL будет магистральной после 2000 г. FCL, в принципе, ближе к FC-AL, чем к SSA. Например, FCL имеет базовую скорость обмена 100 MBps - такую же, как и FC-AL. Предложения по стандартизации FCL были направлены в Комитет ANSI ХЗТ11, который рассматривает и Fibre Channel. Совместимость FCL с FC-AL определяется возможностью работы в двух режимах, когда один и тот же интерфейс автоматически адаптируется к FC-AL или FCL. Следует заметить, что SSA не может прямо подключаться к интерфейсу FCL. Совместимость достигается только комбинацией адаптеров типа шлюзов, которые имеют оба интерфейса.

FireWire - новые возможности мультимедиа

FireWire (IEEE 1394) - один из стандартов организации последовательной передачи информации из цифровых аудиои видеоприборов в персональные компьютеры. Это индустриальный стандарт, предложенный компанией Apple (разработки начались еще в 1986 г.) для цифровых систем ввода/ вывода и зарегистрировавшей товарный знак FireWire. Он начал свою жизнь как альтернатива запутанной системе кабелей для подключения к PC принтеров, модемов, внешних накопителей, сканеров, цифровой аудио- и видеоэлектроники. IEEE 1394 обеспечивает широкополосную связь высококачественной цифровой видеои аудиоаппаратуры с помощью простого, дешевого кабеля. Стандарт был утвержден в декабре 1995 г. Институтом электро- и радиоинженеров (Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE), его официальное название - IEEE 1394-1995 Standard for a High Performance Serial Bus.

Корпорация Sony анонсировала торговую марку DigitalLink для своих изделий в стандарте IEEE 1394, в частности, для серии цифровых видеокамер Digital Handycam. Торговая Ассоциация производителей цифровой периферии 1394ТА (1394 High Performance Serial Bus Trade Association) использует для мультимедиа-продуктов торговый знак MultiMedia Connection, однако стандарт IEEE 1394 наиболее известен под названием FireWire.

Основные преимущества стандарта 1394
Многофункциональность. FireWire выполняет прямую цифровую связь между устройствами (до 63) без применения какого-либо дополнительного оборудования. Цифровые видеокамеры, сканеры, принтеры - любая цифровая периферия по стандартной шине может общаться не только с компьютером, но и между собой. FireWire - наиболее вероятный кандидат для реализации «Ноте Network» — домашней компьютерной сети, спецификации которой предложены ассоциацией VESA (Video Electronic Standards Association).
Высокая скорость. IEEE 1394 допускает обмен со скоростью до 200 Mbps, а будущие версии - до 1,2 Gbps. Изохронная передача данных даже для низкоскоростных устройств поддерживает одновременно два канала видеофильмов (30 фреймов в секунду), профессионального качества видео и аудио.
Низкая стоимость. Стоимость интегральной схемы и соединителей часто ниже, чем обычных портов. В FireWire используются эластичный шестипроводный кабель и разъемы типа Gameboy от Nintendo. Применение стандарта для бытовой цифровой видео- и аудиотехники открывает огромный рынок для PCI-адаптеров и материнских плат на основе технологии FireWire.

Простота инсталляции и работы. FireWire реализует возможности Plug and Play. Если подключается новое оборудование, система автоматически идентифицирует его и соответственно реконфигурирует себя.

Стандартный кабель FireWire поддерживает в цепях независимого питания постоянный ток до 1,5 А, что позволяет находиться удаленному устройству в рабочем состоянии, даже если его собственное питание отключено. Более того, вообще можно не использовать компьютер, например, VCR может действовать как FireWire-контроллер для цифровых видеокамер, телевизоров, радиоприемников, усилителей и других компонентов домашнего театра.

FireWire предлагает также производителям разрушить, наконец, «Вавилонскую башню коннекторов», коих существует сейчас великое множество.

В январе 1996 г. Microsoft в содружестве с Sony, Adaptec и другими производителями объявила о намерении интегрировать систему поддержки IEEE 1394 High Performance Serial Bus в будущие версии Windows.

Фирма Symbios Logic анонсировала в апреле 1997 г. недорогой контроллер IEEE 1394 для ATA/ATAPI, выполненный на одном кристалле. Новый контроллер открывает широкие возможности для OEM-рынка в ценовой области драйверов АТА/ATAPI, подобных HDD, ленточным накопителям и CD-ROM. В отличие от других систем, он обеспечивает одновременное функционирование двух устройств АТА/ATAPI и удовлетворяет потребности пользователей в быстрой и недорогой связи между компьютерами и цифровой видеои аудиопериферии. При скорости обмена от 100 до 400 Mbps он поддерживает протоколы IEEE 1394, ATA/ATAPI-4, SBP-2 (transport protocol), а для системной связи требует PIO Mode 0-4, DMA Mode 0-2 или Ultra DMA/33 0-2.

При поставках большими партиями стоимость контроллера SYM13FW500 не превысит $10.
Если отставить все технические разговоры, то повсеместный переход от 100 к 400 Mbps FireWire приведет к небывалым возможностям:
• домашние аудиои видеоцентры смогут в реальном времени воспроизводить цифровые записи профессионального качества при очень низкой цене аппаратуры;
• потоки мультимедийных данных смогут приниматься недорогими цифровыми системами в реальном времени;
• наконец, домашние системы получат 10 MBps Internet-модемы, что позволит выйти в WWW так же просто, как смотреть программы по кабельному TV: все богатства WWW можно будет увидеть на плоских цифровых, 34или 60-дюймовых TV-экранах.

В результате в недалеком будущем высококачественное телевидение перейдет в компетенцию персональных компьютеров. Но рассчитывать на скорое окончание «войны стандартов», пожалуй, преждевременно. Apple уже анонсировала свои планы: к 1998 г. система FireWire будет интегрирована на всех ее материнских платах как для десктопов, так и ноутбуков. И если такое направление развития PC окажется магистральным, a FireWire достигнет обещанной скорости 1,2 Gbps, то это будет означать начало конца эры PCI.

Хотя стандарт FireWire предлагает некоторые возможности FC-AL, такие как hot-plug и тонкий кабель, но IEEE 1394 значительно медленнее, чем FC-AL. Действующий стандарт 1394-1995 поддерживает скорость обмена 100, 200, 400 Mbps. FireWire «младше по чину» по отношению к FC-AL и по другим параметрам. Например, он может обслуживать только 63 устройства, подключенные к одной шине, а длина кабеля между ними около 5 м. С другой стороны, FireWire имеет характеристики, более привлекательные для определенных приложений (цифровая обработка изображений, например), чем FC-AL. Это не удивительно - стандарт FireWire и разрабатывался именно для таких приложений.

Во второй половине 1996 г. IBM выпустила в продажу трансивер FireWire - кристалл со скоростью обмена 200 Mbps, а фирмы Adaptec и Skipstone начали производство FireWire-плат для рынка OEM. Adaptec будет поставлять эти платы для шины PCI примерно по той же цене, что и high-end платы SCSI. В то же время, по сообщению Adaptec, платы FC-AL будут стоить не менее $1000 (правда, фирма QLogic продемонстрировала адаптер Fibre Channel, стоимость которого не превысит $500). Adaptec и Skipstone анонсировали совместно с фирмами, торгующими цифровой видеотехникой, продукты FireWire 400 Mbps, намеченные к выпуску в конце текущего года. Compaq, Intel и Microsoft поддерживают FireWire как стратегически важный интерфейс. Большинство наблюдателей ожидает появления FireWire на материнских платах Intel уже в 1998 г. Весной 1996 г. разрозненные группы FireWire объединились и образовали исследовательскую группу 1394 .2. Основная их задача - разработать версию 1394 для оптоволоконного кабеля, которая могла бы поддерживать скорость обмена от 100 до 400 MBps. Apple, Intel и Sun стали инициаторами создания новой спецификации.

К сожалению, 1394.2 не совместима с существующей версией FireWire на уровне физического интерфейса. Если вы хотите иметь устройства (цифровую видеокамеру, например) с портом 1394-1995, вам понадобится мост для подключения его к микрокомпьютеру с портом 1394.2. Компании, которые связывают свои надежды со стандартом 1394-1995 (он также известен под названиями 1394а или 1394.0), не радует перспектива физической несовместимости нового стандарта, так как это приведет к повышению цен, что весьма опасно на столь чувствительном к ценам рынке. Они постоянно ищут пути повышения скорости обмена до 800 и даже 1600 Mbps (что равно или превосходит возможности 1394.2) при сохранении физической совместимости. Однако 1394.2 более подходит для приложений, выполняемых на связке сервер-рабочая станция, включая кластеризацию, чем для РС-приложений. В промышленности мнения по этому вопросу разделились - стандарт 1394.2 не получил широкого распространения среди производителей как стандарт материнской платы. Относительно накопительных устройств есть основания ожидать массовой поддержки при уверенности, что решится вопрос совместимости.

SCSI не умер ...еще

Конечно, нечто, называемое SCSI, не исчезнет сразу. Некоторое время SCSI будет удерживать основную часть своего рынка - дисковые накопители малой и средней емкости. Последовательные интерфейсы будут делить жизненное пространство так: USB получит приземленные вещи (мышь, клавиатура, модем и т. п.), FC-AL будет обслуживать дисковые накопители для серверов класса high-end и рабочих станций, a FireWire достанутся «деликатесы» (цифровые видеокамеры, DVD-проигрыватели и т. п.). Наконец, FireWire или Fibre Channel (или оба) вытеснят SCSI. Стандарт FireWire приобретет ускорение, если получит выход на материнские платы - особенно, если это будет версия со скоростью 800 Mbps. Однако это не означает, что цена Fibre Channel снизится настолько, что он сможет разделить рынок со SCSI, по крайней мере, до 2000 г.

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT