Научная статья на тему 'Интерфейсы внутренних хранителей данных'

Интерфейсы внутренних хранителей данных Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

CC BY
61
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИНТЕРФЕЙС / INTERFACE / ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ / BANDWIDTH / ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ / PERFORMANCE / АДАПТЕР / ADAPTER / КОННЕКТОР / CONNECTOR / КАБЕЛЬ / CABLE / КОНТРОЛЛЕРЫ / CONTROLLERS / ФУНКЦИИ / FUNCTIONS / ГИБКОСТЬ / FLEXIBILITY / СПЕЦИФИКАЦИИ / SPECIFICATIONS

Аннотация научной статьи по прочим технологиям, автор научной работы — Ганжур Марина Александровна, Турчанинов Алексей Сергеевич

Поскольку мир стал свидетелем эволюции «персонального компьютера», компьютеры перешли от крупных специализированных машин к персональным устройствам, которые сделали всё более доступным для пользователя. Но эти периферийные устройства нуждались в высокоскоростных интерфейсах, которые обеспечивали бы связь между ними и внутренней системой. В связи с ростом количества сохраняемой информации и требований к быстродействию, эффективности, современности технологий хранения данных интерфейсы продолжают развиваться, чтобы удовлетворять всем требования во всех сферах деятельности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

AN INTERFACES OF INTERNAL DATA STORERS

Today we are witnessing the evolution of computers that have moved from large specialized machines to personal devices that making all more accessible to a user. But these peripherals needed high-speed interfaces that would provide a link between them and the internal system. Due to the growth in the amount of information stored and the requirements for speed, efficiency, modernity of storage technologies interfaces continue to evolve to meet all requirements in all fields of activity.

Текст научной работы на тему «Интерфейсы внутренних хранителей данных»

ф abcAVI Tag Editor v1.8 1 М 2002-2005 by Alexander Snrkin aka Kibi - □ X

И Й а ? й1 л з ш 1 Ш ©

Краткие сведения об АУ! Файле

Имя Файпа: [1/1] Main.awi Е^ Размер' 747.52 МБ

Длительность: 0 ч 0 мин 420 с заголовок * | Качэство видео: 66521504 зйф.бкт на =:адр 3x4 Щ) |

Формат видео: без смогня<0к00000000>Л 92С«1080, 24бит, 126 кадр., 29,9700 кадр./с, 1491500.507 кбит/с

Формат зву^а: без звука Поток:] LJ

ф AVI тэги | Д Импорт! ИИ Экспорт | Й® Правка] Структура AVI 1 Настройки |

Основное тоги | Титры] Дополнительные) Остальные

Название._| Гийсг и-i Шоушсчка

т Режыгсер-_|

н Авт. права: |

щ Продукт:_ J Датасога.: J 20:8-0402113:21:23.00276

to Жанр:_| фама Жанр 2:<2J Ж

gj Твма:_|

Ш Ключ, слова: | Побег заключежый, тюрьма

§ ■Й Заметки:_| V

Статистика райлов: 1 747,52 МБ 0 чО мин 4,20 с Л

Рисунок 6. Изменение мета-данных

Выводы. Цифровая стеганография является распространённым и достаточно простым способом сокрытия цифровой передачи данных. Для следования основным требованиям стеганографии - надежности и незаметности, необходимо использовать различные устройства, например, декодер, стегодетектор. Стегодетекторы различаются как по собственным функциям, так и по требуемой информации. От последнего зависит класс данной стегосистемы. Также были рассмотрены основные типы ЦВЗ и описаны их характеристики. У каждого типа есть свои преимущества и свои недостатки по определенным параметрам.

Существует множество различных способов реализации цифровой стеганографии. Один из самых распространённых способов данного процесса является изменение мета-данных медиа-файлов. Мы рассмотрели работу с мета-данными изображений и видеофайлов.

Литература:

1. https://ru.bmstu.wiki/ - 02.03.18 - «Сокрытие данных методами стеганографии»

2. Грибунин В. Г., Оков И. Н. «Цифровая стеганография» - М.: Издат. «Солон-Пресс», 2002 - с. 15-73.

3. http://citforum.ru/internet/securities/stegano.shtmI - 02.03.18 - «Основные положения стеганографии»

4. https://habrahabr.ru/post/114597/ - 02.03.18 - «Стеганография»

Педагогика

УДК:378.2

старший преподаватель кафедры «Вычислительные системы и информационная безопасность» Ганжур Марина Александровна

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (г. Ростов-на-Дону); студент Турчанинов Алексей Сергеевич

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (г. Ростов-на-Дону)

ИНТЕРФЕЙСЫ ВНУТРЕННИХ ХРАНИТЕЛЕЙ ДАННЫХ

Аннотация. Поскольку мир стал свидетелем эволюции «персонального компьютера», компьютеры перешли от крупных специализированных машин к персональным устройствам, которые сделали всё более доступным для пользователя. Но эти периферийные устройства нуждались в высокоскоростных интерфейсах, которые обеспечивали бы связь между ними и внутренней системой. В связи с ростом количества сохраняемой информации и требований к быстродействию, эффективности, современности технологий хранения данных - интерфейсы продолжают развиваться, чтобы удовлетворять всем требования во всех сферах деятельности.

Ключевые слова: интерфейс, пропускная способность, производительность, адаптер, коннектор, кабель, контроллеры, функции, гибкость, спецификации.

Annotation. Today we are witnessing the evolution of computers that have moved from large specialized machines to personal devices that making all more accessible to a user. But these peripherals needed high-speed interfaces that would provide a link between them and the internal system. Due to the growth in the amount of information stored and the requirements for speed, efficiency, modernity of storage technologies - interfaces continue to evolve to meet all requirements in all fields of activity.

Keywords: interface, bandwidth, performance, adapter, connector, cable, controllers, functions, flexibility, specifications.

Введение. На протяжении многих лет устройства с механическим хранением были стандартом де-факто для хранения данных на ПК, а покупка вашего желаемого диска была такой же простой, как выбор жесткого диска требуемой емкости.

Простота выбора в сочетании с ростом производительности и снижением стоимости жестких дисков позволила пользователям перешагнуть порог хранимой информации в 1 терабайта, чего прежде не случалось. Объем хранилища стал меньшей проблемой, но осталась одна всё же осталась - пропускная способность интерфейсов, которая служила узким местом для общей производительности системы.

Изложение основного материала статьи. Сегодня для устранения этого узкого места доступно новое поколение решений для хранения данных - твердотельные накопители с абсолютно новыми стандартами интерфейсов, в разы превосходящими стандарты SATA, и обеспечивающими пропускную способность до 3.2 ГБ/с, за счёт использования выделенных линий PCI-Express под слоты M.2 накопителей.

1 Начало истории: интерфейс SCSI

1.1 Параллельный интерфейс

SCSI произошёл от «SASI» - «Shugart Associates System Interface», разработанного около 1978 года и публично раскрытого в 1981 году. Ларри Буше считается «отцом» SASI и SCSI из-за его новаторской работы сначала в Shugart Associates, а затем в Adaptec.

Контроллер SASI обеспечивал мост между низкоуровневым интерфейсом жесткого диска и хост-компьютером, который необходим для чтения блоков данных. Платы контроллера SASI обычно были размером жесткого диска и обычно были физически установлены на шасси привода. SASI, который использовался в мини и микрокомпьютерах, определил интерфейс, используя 50-контактный плоский ленточный соединитель, который был принят в качестве разъема SCSI-1. SASI является полностью совместимым подмножеством SCSI-1, поэтому многие, если не все, существующие контроллеры SASI совместимы с SCSI-1.

До февраля 1982 года ANSI разработала спецификацию как «SASI», однако комитет, документирующий стандарт, не позволил бы назвать его так после компании. Почти весь день был посвящен согласованию названия стандарта «Small Computer System Interface», который Баучер намеревался произнести «sexy», но Дэн Аллан из компании ENDL добавил новый акроним как «scuzzy» и это затормозило процесс.

Ряд компаний, таких как NCR Corporation, Adaptec и Optimem, были ранними сторонниками SCSI. Считается, что отделение NCR в Уичите, штат Канзас, разработал первую в отрасли микросхему контроллера SCSI, запущенную впервые.

Ссылка «Small» в «Small Computer System Interface» является исторической. С середины 1990-х годов SCSI был доступен даже на самых больших компьютерных системах.

С момента его стандартизации в 1986 году SCSI широко используется в компьютерных сетях Amiga, Atari, Apple Macintosh, Sun Microsystems, Oracle Corporation и компьютерных серверных системах. Apple начала использовать менее дорогой Parallel ATA (PATA, также известный как IDE) для своих младших компьютеров с Macintosh Quadra 630 в 1994 году, и добавила его на свои высокопроизводительные настольные компьютеры, начиная с Power Macintosh G3 в 1997 году. Apple полностью отказалась от поддержки SCSI в пользу IDE и FireWire с (Blue & White) Power Mac G3 в 1999 году, в то же время предлагая хост-адаптер PCI SCSI в качестве опции на моделях Power Macintosh G4 (AGP Graphics). Sun переключилась на нижний диапазон до Serial ATA (SATA). Commodore включил SCSI в системы Amiga 3000/3000T, и это было дополнением к предыдущим моделям Amiga 500/2000. Начиная с систем Amiga 600/1200/4000 Commodore переключается на интерфейс IDE. Atari включил SCSI в стандартную комплектацию на своих компьютерах Atari MEGA STE, Atari TT и Atari Falcon. SCSI никогда не пользовался популярностью в мире недорогих компьютеров IBM из-за более низкой стоимости и адекватной производительности стандарта жесткого диска ATA. Однако SCSI-диски и даже SCSI-RAID стали распространяться на рабочих станциях ПК для видео и аудио производства.

1.2 Современный SCSI

Последние физические версии «SCSI-Serial Attached SCSI» (SAS), «SCSI-over-Fibre Channel Protocol» (FCP) и USB Attached SCSI (UAS) - отличаются от традиционной параллельной шины SCSI и выполняют передачу данных посредством последовательной связи «point-to-point». Хотя большая часть документации SCSI говорит о параллельном интерфейсе, все современные разработки используют последовательный интерфейс. Последовательный интерфейс имеет ряд преимуществ по сравнению с параллельным SCSI, включая более высокую скорости передачи данных, упрощенную проводку, более длительный доступ, улучшенную изоляцию от ошибок и полнодуплексную совместимость. Основной причиной перехода на последовательный интерфейс является проблема перекоса в тактовой частоте высокоскоростных параллельных интерфейсов, которая делает более быстрыми варианты параллельного SCSI восприимчивыми к проблемам, вызванными кабелями и терминацией.

«Нефизический iSCSI» сохраняет основную парадигму SCSI, особенно набор команд, практически не изменённый, путем внедрения SCSI-3 через TCP/IP. Поэтому iSCSI использует логические соединения вместо физических ссылок и может работать поверх любой сети, поддерживающей IP. Фактические физические ссылки реализуются на более низких уровнях сети, независимо от iSCSI. В основном используется Ethernet, который также имеет серийный характер.

SCSI популярна на высокопроизводительных рабочих станциях, серверах и устройствах хранения. Почти все подсистемы RAID на серверах уже несколько десятилетий используют жесткие диски SCSI (изначально Parallel SCSI, с недавних пор SAS и Fibre Channel), хотя некоторые производители предлагают подсистемы RAID на базе SATA в качестве более дешёвого варианта. Кроме того, SAS предлагает совместимость с устройствами SATA, создавая гораздо более широкий спектр опций для подсистем RAID, а также наличие

приемопередатчиков SAS (NL-SAS). Вместо SCSI современные настольные компьютеры и ноутбуки обычно используют интерфейсы SATA для внутренних жестких дисков, однако интерфейсы M.2 и PCI-E набирают популярность, поскольку SATA может стать узким местом для современных твердотельных накопителей (SSD).

2 Интерфейс PATA (IDE)

Стандарт изначально был задуман как «AT Bus Attachment», официально называемым «AT Attachment» с аббревиатурой «ATA». Его основной функцией было прямое подключение к 16-разрядной шине ISA, введённой IBM PC/AT. Исходные спецификации ATA, опубликованные комитетами по стандартизации, использовали название «AT Attachment». «AT» в IBM PC/AT относился к современным технологиям -«Advanced Technology», поэтому ATA также упоминался как «Advanced Technology Attachment». Когда в 2003 году был введен новый Serial ATA (SATA), оригинальный ATA был переименован в Parallel ATA (PATA) для простоты различий интерфейсов между собой.

PATA кабели передают данные по 16 бит за раз. В традиционном кабеле используются 40-контактные разъемы, прикрепленные к ленточному кабелю (шлейфу). Каждый кабель имеет два или три разъема, один из которых подключается к адаптеру, взаимодействующему с остальной частью компьютерной системы. Оставшиеся разъемы подключается к устройствам хранения данных, чаще всего к жестким дискам или оптическим дискам.

На протяжении большей части своей истории кабели ATA имели 40 проводов (или 44 провода для более компактной версии с форм-фактором 2,5 дюйма, используемого для дисков - дополнительные 4 были для питания), но появилась также 80-проводная версия с введением режима UDMA/66. Все дополнительные провода в новом кабеле представляли собой провода заземления, чередующиеся с ранее определенными проводами, чтобы уменьшить влияние емкостной связи между соседними сигнальными проводами, уменьшая перекрестные помехи. Емкостная связь представляет собой большую проблему при более высоких скоростях передачи, и это изменение было необходимо для обеспечения надежной скорости передачи данных в мегабайт в секунду (МБ/с) для UDMA4. Более быстрые режимы UDMA5 и UDMA6 также требовали кабели с 80-ю проводами.

Хоть количество проводов и удвоилось, количество контактов разъема и выводов осталось такими же, как и 40-жильные кабели, внешний вид разъемов, также, идентичен. Внутренне разъемы отличались, разъемы для 80-проводного кабеля подключают большее количество проводов заземления к заземляющим контактам, а разъемы для 40-проводного кабеля соединяют провода заземления с заземляющими контактами один с другим. 80-проводные кабели обычно поставляются с тремя разноцветными разъемами: синий, черный и серый - для контроллера, ведущего привода и подчиненного привода, соответственно. Одноцветные 40-проводные разъемы кабелей обычно все серые. Серый разъем на 80-жильных кабелях имеет не подключенные контакты «28 CSEL», что делает его менее предпочтительным при выборе кабеля для построения дисковых конфигураций.

PATA в круглом кабеле, в отличие от ленточных кабелей, были доступны для «корпусных энтузиастов» из косметических соображений, а также утверждения об улучшенном компьютерном охлаждении. Помимо этого, они были более удобными в обращении. Однако, только шлейф-кабели поддерживались спецификациями ATA.

3 Интерфейс SATA

Первые контроллеры и приводы Serial ATA впервые были представлены в конце 2002 года. В отличие от 40-проводного протокола UltraATA (который является параллельной шиной до 100/133 МБ/с), Serial ATA основан на двух низковольтных высокоскоростных сигнальных парах с 8/10-битным кодированием -восьмибитная чистая скорость передачи при общей скорости передачи 10 бит. Для данных используются контакты 2, 3 и 5, а для заземления используются 6, 1, 4 и 7 пины (контакты подключения). Serial ATA/150 обеспечивает максимальную пропускную способность сети 150 МБ/с на основе общей скорости передачи 1,5 Гбит/с. Serial ATA/300 удваивает скорость передачи до 3,0 Гбит/с или 300 Мбайт/с сети. Интерфейс Serial ATA снижает стоимость и обладает высокой масштабируемостью, просто ускоряя скорость связи. Кроме того, кабели SATA просты в обращении и могут достигать до 1 метра в длину, а не 45 сантиметров, как это было с UltraATA. Кабели SATA также не препятствуют воздушному потоку внутри корпуса. Недостатком является несколько повышенное энергопотребление, которое можно наблюдать со всеми видами высокоскоростных последовательных соединений «point-to-point», предусмотренное для PCI Express.

Serial ATA также представила 15-контактный разъем питания с поддержкой «горячей замены» (в процессе работы), обеспечивающий 3.3 V, 5 V и 12 V для жестких дисков с форм-факторами 3.5 дюйма и 2.5 дюйма. Традиционный разъем Molex (4-pin), который вы знаете на жестких дисках или оптических дисках, не имеет мощности 3.3 V, и он не подходит для 2.5-дюймовых жестких дисков. SATA также представила функцию, называемую Native Command Queuing (известная как NCQ), которая позволяет приводу оцифровывать входящие команды, анализировать и обрабатывать их в наиболее эффективном порядке. Это означает, что накопителю не нужно переставлять головки чтения и записи больше, чем это необходимо. Таким образом, количество ускорений и замедлений работы привода может минимизироваться, и диск может потратить большую часть своего времени на эффективное последовательное чтение или запись блоков.

В 2004 году спецификация SATA была пересмотрена для поддержки внешних устройств, которые известны как eSATA. Цель состояла в том, чтобы поддерживать все функции SATA и улучшать гибкость. Напряжения передачи и приема были увеличены, чтобы удвоить длину кабеля до двух метров. В то же время соединители были также переосмыслены, для достижения большей надежности. Как следствие, разъемы eSATA не совместимы с внутрикорпусными кабелями SATA стационарных компьютеров.

4 Интерфейс M.2

Несколько лет назад «PCI Special Interest Group» (PCI-SIG), объединившись с Международной Организацией Serial ATA (SATA-IO), приступила к разработке нового стандарта форм-фактора для замены Mini-PCIe и mSATA, поскольку спецификации обеих этих организаций требовали создания SATA M.2 SSD. Новая схема и интерфейс будут использоваться для приложений, включая Wi-Fi, WWAN, USB, PCI-E и SATA, с применением решений SSD, использующих интерфейсы PCI-E или SATA. Группы решили создать более узкий разъем, который поддерживал бы более высокие скоростя передачи данных, более низкий профиль и платы различной длины для размещения в самых маленьких ноутбуках.

Этот новый форм-фактор также нацелен на поддержку микросерверов и подобных систем с плотным размещением компонентов, позволяя развертывать десятки плат M.2. Шина, выделенная для разъёма M.2 -это PCI Express 3.0, состоящая из 8-ми линий. Уникальные выемки на гранях коннектора, известные как ключи, используются для дифференциации среди широкого спектра продуктов, использующих интерфейс M.2, и предотвращения вставки несовместимых продуктов в неправильный сокет.

Первоначально форм-фактор M.2 назывался «Next Generation Form Factor», или NGFF для краткости. NGFF был разработан для соответствия спецификациям размеров M.2 - другой спецификации от NGFF, которая в то время определялась как «PCI SIG». Вскоре после анонса NGFF, воцарилась путаница между идентичными форм-факторами, что вызвало изменение названия NGFF на M.2. Многие люди в отрасли не спешили применять новое имя «M.2», и вы зачастую могли видеть статьи, описывающие решения M.2, формально известные как NGFF.

Выводы. Технологии создания новых интерфейсов постоянно совершенствуются. На протяжении более 15 лет ведётся разработка хранителей данных следующего поколения, основанных на нанотрубках. Для этих хранителей потребуется, соответственно, разработка и нового интерфейса, обеспечивающего в полной мере весь потенциал грядущей технологии. К тому же, количество перезаписи такой памяти будет неограниченно.

Бит на основе наночастиц демонстрирует значительную стойкость. Например, при плотности информации, которая должна быть до 1012 бит на квадратный дюйм, вы сможете хранить данные с почти 25 DVD-дисков в пространстве почтовой марки. Красота системы заключается в том, что для её стимулирования требуется только пара вольт электрического сигнала.

Когда-нибудь это станет новым рывком в хранении данных и быстродействии работы с ними, но пройдёт ещё довольно длительное время, прежде чем индустрия примет эту технологию и наладит доступное массовое производство.

Литература:

1. https://getprostorage.com/blog/scsi-vs-sata-vs-ide/

2. http://digitalconqurer.com/technology/evolution-storage-drive-interfaces/

3. https://www.seagate.com/files/docs/pdf/evolution-to-sata-6gb-storage-tp610.1-1001us.pdf

4. https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1276137

5. https://www.forbes.com/sites/tomcoughlin/2012/10/23/a-new-age-of-digital-storage-interfaces/#705ab6cf798d

6. https://www.wired.com/2009/06/billion-year-data-storage/

Педагогика

УДК:378.2

доктор технических наук, профессор Ерастов Виктор Васильевич

Новокузнецкий институт (филиал) Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Кемеровский государственный университет» (г. Новокузнецк); кандидат социологических наук, доцент Киселев Виктор Ильич

Новокузнецкий институт (филиал) Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Кемеровский государственный университет» (г. Новокузнецк)

ОБРАЗОВАНИЕ КАК МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ БАЗИС СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ

Аннотация. Статья характеризует образование как отрасль социальной сферы народно-хозяйственного комплекса, называет особенности экономического функционирования данной отрасли.

Ключевые слова: отрасль народного хозяйства, образование как отрасль, элементы экономики образования, значение сферы образования, образовательные услуги, экономические отношения в образовании, экономика образования.

Annotation. The article analyzes education as a branch of national economic complex's social sphere and designates the features of economic functioning of this branch.

Keywords: branch of national economy, education as a branch, elements of economics of education, the meaning of education, educational services, economic relations in education, economics of education.

Введение. В целом, образование есть специфическая область общественных отношений, в которой люди и их объединения целенаправленно реализуют свои жизненно важные интересы, обусловленные потребностью обеспечить единство и целостность своей этнонациональной, культурной, религиозной, экономической, в целом, цивилизационной самости (самоидентичности) конкретного общества. Обеспечение этого единства и целостности в современных условиях не противоречит объективно усиливающимся процессам глобализации и интеграции в мировом и региональных масштабах, поскольку о ликвидации этнических, национальных, культурных и иных особенностей стран и народов речи не идет. Речь идет лишь об определенном и объективном в современных условиях сближении национальных, экономических, политических, в том числе образовательных интересов различных стран, сближении, которое позволит без ущерба своей образовательной самости развиваться в условиях мировой интеграции.

Несмотря на то, что понятие «образование» традиционно рассматривается как однопорядковое с понятием педагогики, оно обладает своим собственным содержанием, причем содержанием сложносоставным, обусловливающим многочисленные трактовки значения одноименного термина. Этим термином, в частности, обозначается целый ряд понятий:

• образование как социальное явление, выступающее атрибутом (т.е. неотъемлемым, сущностным признаком) и неизменным спутником человечества на всем его поступательном пути эволюционного развития;

• образование как социальная ценность для каждого индивида и для социума в целом;

• образование как особая функция общества и его важнейшего института - государства по отношению к своим гражданам (формирование и развитие социально значимых качеств каждого индивида как членов

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.