Una dintre problemele aparute la sfârsitul acestui mileniu o constituie interfetele dispozitivelor periferice.

Batalia pentru performantă

Mircea Sabau

Confruntata cu noile tehnologii seriale (Universal Serial Bus - USB, Serial Storage Architecture - SSA, FireWire si Fibre Channel-Arbitrated Loop - FC-AL) tehnologia SCSI începe sa se clatine. Spe ci a listii apreciaza ca în scurt timp noile sistemele furnizate vor avea un conector pentru aceste bus-uri.

SCSI impresiona prin rapiditate pâna în momentul aparitiei bus-u lui PCI. Chiar daca deja comitetul ANSI XT 310 discuta de Ultra-SCSI-3 la 160 MBps necazurile nu vor întârzia, din cauza compatibilitatii reduse ce poate fi mentinuta. Exista doua posibili tati pentru a creste rata de transfer a unei interfete: fie adaugam mai multe conexiuni, rezultatul fiind un cablu grosolan, greu de manipulat, fie marim viteza conexi u nilor existente, caz în care vom întâmpi na dificultati serioase de sincronizare a dispozitivelor conectate la bus.

Astfel, proiectan tii au început sa-si în drepte atentia spre teh nologia seriala. Interfetele seriale, pe lânga facilitatea de conectare pe care o ofera (doua sau patru fire pe linie), prin existenta informatiei de sincronizare în acelasi flux cu datele, depasesc problema nesincronizarii între linii. Dar o data stabilite aceste lucruri, solutiile tehnice nu au întârziat sa se diversifice.

USB

Universal Serial Bus (USB): o cale simpla de conectare a perifericelor

USB-ul este un bus destinat dispozitivelor periferice dezvoltat de liderii industriei de calculatoare si telecomunicatii: Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC si Northern Telecom, care ofera dispozitivelor periferice caracteristica Plug and Play, eliminând necesitatea instalarii în sloturile calculatorului a unor interfete dedicate si reconfigurarea sistemului. Calculatoarele personale echipate cu USB permit dispozitivelor periferice sa se configureze automat chiar în momentul realizarii conexiunii fizice, fara a mai fi necesara o operatie de initializare a sistemului ori rularea unui program care sa efectueze anumite setari (setup). Este de remarcat faptul ca dispozitivele USB de mica putere îsi pot obtine alimentarea prin interme diul bus-ului. De asemenea, USB-urile ofera „hot-swapping" - abilitatea de a elimina si înlocui dispozitivele fara a opri calculatorul. În fine, exista un cablu de conectare standard pentru toate dispozi tivele USB, facând înlocuirea mai usoara si mai putin costisitoare.

Interfata USB 12 Mbps (1.5 MBps), pe lânga facilitatea Plug and Play ofera în plus viteze sporite dispozi tivelor periferice traditionale (imprimante, tastaturi, monitoare, mouse-uri si chiar scanner-e). Comparat cu un port serial traditional sau cu unul paralel, USB-ul este de aproximativ 100 de ori respectiv 6 ori mai rapid.

Un port serial, paralel, de tastatura sau monitor, de regu la suporta doar un singur dispozitiv, pe când, prin intermediul hub-urilor USB pot fi înlantuite pâna la 126 dispozitive la un singur port USB. La ora actuala sunt deja disponibile chip-uri USB la Intel si National Semiconductor (de exemplu, controlerul de hub USB Intel 8x930Hx - din familia Intel 8x930, familie preferata de peste 200 de dispozi ti ve periferice ce se dezvolta acum). Pentru a da o mâna de ajutor celor ce dezvolta periferice USB, Intel a furnizat sabloane de class-drivere (module software ce ofera suport în Windows pentru fiecare tip de dispozitiv USB) în concordanta cu modelul de driver Microsoft Windows. Astfel, Microsoft a început lansarea class-driverelor pentru Windows 95, class-driverele pentru Windows NT facându-si aparitia probabil dupa versiunea 5.0.

Pe scurt, dispozitivele periferice care permit conectarea la un calculator personal printr-un USB sunt: telefon, modem, tastatura, mouse, joystick, unitate floppy si de înregistrare pe casete mag ne tice, scanner, imprimanta dar probabil ca, în viitorul apropiat, vor fi preferate dis po zitivele mouse, tastaturile si modem-urile.

USB-urile sunt proiectate pentru dispo zi tive de viteza medie si joasa. Pentru dispo zitivele si aplicatiile de mare viteza se folo sesc Serial Storage Architecture, FireWire si Fibre Channel-Arbitrated Loop.

SSA

Serial Storage Architecture (SSA): o interfata de care avem nevoie pentru viitoarele unitati de disc

SSA este o puternica interfata seriala de înalta viteza proiectata ca o alternativa la SCSI, pentru conectarea dispozitivelor de stocare de mare capacitate, subsisteme, servere si statii de lucru.

SSA reduce considerabil costurile de interfata. Nu necesita nici un fel de receptor sau driver extern, aceste functiuni fiind implementate de un protocol existent într-un chip CMOS. Sunt necesare doar patru fire de semnal spre deosebire de cel mai apropiat SCSI echivalent. În plus, interfetele SSA nu necesita comutatoare de adresa ori terminatoare discrete.

Arhitectura SSA se bazeaza pe doua niveluri de protocol. Nivelul inferior de fi nes te caracteristicile electrice, schemele de codificare si metodele de transmitere a informatiei. Nivelul superior organizeaza comenzile SCSI într-o forma corespunza toa re unei transmisii seriale. Ca rezultat al a cestui lucru, dispozitivele care utilizeaza acum SCSI-2, cu mici schimbari de cod, pot fi adaptate spre SSA.

SSA ofera performante superioare fata de interfetele larg raspândite azi: fiecare legatura SSA este full-duplex (cadrele sunt multiplexate simultan), rezultând rate de transfer de 20 MBps în fiecare directie (în total 80 MBps pe fiecare nod); cablul SSA care consta în doua perechi de fire torsada te, câte o pereche pentru fiecare canal. Apa re însa un inconvenient: rata de transfer de 80 MBps presupune distribuirea datelor la patru linii DMA, iar o cartela SSA cu patru linii DMA este mult mai scumpa decât patru adaptoare SCSI. Din punct de vedere tehnic, în încercarile de a partaja masive de discuri interconectate, apar probleme constând în co ruperea fisierelor. Iar rezolvarea acestora presupune din nou bani în plus (imple men tarea fie a unui modul software de sigu ran ta, fie a unei scheme de comutare hardware).

În privinta SSA, IBM este înca destul de solid, dorind lansarea unei noi generatii care dubleaza viteza legaturilor la 160 MBps. În orice caz, SSA este o tehnologie cu o viata limitata: locul ei va fi luat în urmatoarea generatie de Fibre Channel.

FC-AL

Fibre Channel - Arbitrated Loop (FC-AL): o conexiune de viitor

FC-AL este implementata ca o topologie ce preia logica topologiei comutate si dis tri bu ite pentru toate dispozitivele din bucla. Acest lucru permite fiecarui dispozi tiv sa utili ze ze bucla ca o conexiune punct la punct. FC-AL poate conecta în inel pâna la 126 de dis po zitive. Bucla arbitrata func ti oneaza în ma ni era în care fiecare dispozi tiv cere accesul la bucla, iar atunci când l-a pri mit se creeaza o conexiune dedicata între trans mitator si re cep tor. Largimea de banda dis ponibila în bucla este partajata de toate dis pozitivele. Deoarece nu este necesar nici un comutator pentru a conecta mai multe dis pozitive, costul ce revine unei conexi uni este semnificativ scazut.

Exista câteva motive ce recomanda utili zarea FC-AL: interconectarea unui numar vari abil de dispozitive, pret scazut si înalta largime de banda oferita.

FC-AL a fost înzestrat cu abilitatea de a permite utilizatorilor sa selecta interfata la distanta. Cablul de cupru coaxial se poate întinde pâna la 30 metri (în cazul aplicatii lor pentru arii restrânse), pe când cel optic poate ajunge pâna la 10 km. În privinta vi te zei, FC-AL comparat cu orice interfata se ri ala full-duplex, este de aproximativ 5 ori mai rapida.

FC-AL este înzestrata cu doua bucle, ceea ce ofera mediului o înalta flexibilitate. Daca o bucla nu este disponibila, cealalta conti nua sa lucreze, crescând astfel toleranta la erori prin accesul redundant la fiecare dispozitiv. Conectibilitatea la cald reprezinta o alta caracteristica superioara fata de SSA.

Comparat cu SCSI, FC-AL ofera o îmbunatatire substantiala a largimii de banda, viteza de baza a FC-AL fiind de 100 MBps. De asemenea, FC-AL este net superior în privinta numarului de dispozitive ce se pot conecta pe bus. În plus, suporta majoritatea interfetelor de comanda a perifericelor, incluzând SCSI-3, High Performance Peripheral Interface (HPPI) si Intelligent Peripheral Interface (IPI-3), minimizând nevoia de schimbari software. Pe scurt, FC-AL a început sa apara si probabil va fi întotdeauna de doua ori mai rapid decât cel mai rapid SCSI disponibil.

Caracteristicile FC-AL îl recomanda în aplicatii cum sunt editarile video, multimedia si în general cele care necesita o mare capacitate de stocare si care manipuleaza blocuri mari de date. Folosind o interco nectare cu cabluri optice se pot realiza ap licatii speciale cum ar fi punerea în oglinda a discurilor în doua cladiri separate pentru o protectie în plus a datelor. Scopul principal al FC-AL îl constituie aplicatiile server si în general aplicatiile în care toleranta la erori este un lucru extrem de important.

Dar toleranta la erori si protectia împotri va pierderilor accidentale de date nu reprezinta un lucru critic pe piata de consum, astfel ca FC-AL, datorita pretului destul de ridicat, ar putea avea probleme în tentativa sa de a patrunde pe piata.

FireWire

FireWire: cum sa creezi un bus performant cu fire subtiri

Standardul de bus serial IEEE 1394 (cunoscut sub numele de FireWire) este unul dintre bus-urile generatiei urmatoare ce se vor instala pe piata. La proiectarea lui grupul de lucru IEEE a avut în vedere urmatoarele caracteristici: pret foarte scazut, viteza mare (100, 200 si 400 Mbps), posibilitatea de conectare a dispozitivelor la cald, autoconfigurare, topologie flexibila, management optim al bus-ului, transfer asincron si sincron al datelor, un sistem corect de arbitraj care sa permita un acces echitabil tuturor nodurilor la bus.

Unul dintre cele mai grozave lucruri este ca bus-ul se autoconfigureaza, neavând un comutator ID sau adrese cablate hard. Aceasta înseamna ca utilizatorii nu trebuie sa cunoasca intimitatea sistemului, ci doar Plug and … Play.

Exista trei faze principale pentru configurarea cablului: initializarea bus-ului, identificarea arborelui si autoidentificarea. Pe parcursul configurarii cablului se construieste un arbore corespunzator topologiei, fiecarui nod fiindu-i asociata o informatie specifica de identificare utilizata de nivelul de gestiune al arborelui.

De îndata ce un nod nou se conecteaza pe bus, trimite un semnal care obliga toate nodurile sa intre într-o stare de reinitializare speciala. Astfel întreaga informatie de topologie este stearsa iar apoi reconstruita. Dupa ce bus-ul s-a initializat, procesul de identificare a arborelui translateaza topologia gene ra la a retelei într-un arbore. Urma torul pas consta în faptul ca fiecare nod trebuie sa se lec teze un numar de identificare si sa trimi ta informatia despre el însusi mana gerului de bus. Nodul radacina cedea za controlul nodurilor inferioare si asteapta un semnal pe care-l primeste în momentul când toate no du rile inferioare au un iden tificator, acest proces având loc recursiv. Modalitatea în care fiecare nod îsi alege propriul sau numar de identificare consta în contorizarea nu marului de pachete de iden tificare trimise pe bus si incrementarea unui numarator intern.

FireWire ofera câteva dintre avantajele FC-AL, cum sunt posibilitatea de conectare la cald si utilizarea unor cabluri subtiri, dar este inferior lui FC-AL, atât în privinta ratei de transfer, cât si în privinta numarului de dispozitive ce se pot conecta la un singur bus (doar 63). Din fericire, aceste neajunsuri nu afecteaza aplicatiile monoutilizator.

Exista deja chip-uri transceiver FireWire 200 Mbps (IBM), precum si platforme FireWire 200 Mbps (Adaptec si Skipstone). Adaptec doreste chiar sa lanseze platforme PCI FireWire pentru utilizatori finali la un pret aproximativ acelasi cu al unei platforme SCSI (400$). Multi observatori se asteapta sa apara FireWire pe placile de baza Intel poate chiar în anul urmator.

Ca o diversificare a standardului 1394, a aparut grupul de studiu 1394.2 cu scopul de a atinge 400 MBps utilizând cablu cu fibre optice. Din nefericire, 1394.2 este incompatibila cu versiunea curenta de FireWire la nivel de interfata fizica, lucru deranjant pentru companiile ce s-au orientat spre standardul 1394.

Concluzii

Pentru o vreme, SCSI se va mentine pe piata cu renta (pentru discuri cu performante joa se si medii) chiar daca FireWire sau Fibre Channel tintesc spre locul ocupat de SCSI. USB-urile vor acapara dispozitivele mouse, tas tatura si modem, FC-AL stocarea pe discuri în cazul serverelor si statiilor de lucru, iar FireWire camerele video digitale, player-ele di gitale de video disc. Oricum, lupta între USB, FireWire, Fibre Channel si SSA continu a.

Mircea Sabau este inginer de sistem la Computer Press AGORA si poate fi contactat la msabau@agora.ro

(C) Copyright Computer Press Agora