B4 usb горячее подключение

Обновлено: 25.01.2025

Загрузиться с флешки можно и без изменения настроек BIOS — с помощью Boot Menu или особых вариантов загрузки. Однако эти способы не всегда работают. Поэтому приходится менять приоритет загрузки. Мы собрали варианты для разных моделей материнских плат и версий BIOS, которые помогут загрузиться с флешки при включении компьютера.

Использование Boot Menu

На большинстве материнских платах есть Boot Menu. Оно позволяет выбрать загрузку с флешки без изменения настроек BIOS. Для запуска Boot Menu нужно после включения системы нажимать на определённую клавишу.

Стандартные варианты клавиш — Esc, F11, F12.
На материнских платах ASUS обычно используется клавиша F8.
На ноутбуках и моноблоках Acer — F9 или сочетание клавиш Esc+F9.
На ноутбуках Lenovo — физическая кнопка на корпусе с изображением стрелки.

Часто клавишу для запуска Boot Menu можно увидеть на той же странице, что и кнопку для входа в BIOS. После нажатия правильной кнопки появляется список устройств, с которых можно загрузиться. Для перемещения по нему используем стрелочки, а для выбора флешки — клавишу Enter.

К сожалению, воспользоваться Boot Menu удаётся не всегда. В таком случае приходится менять приоритет загрузки в BIOS. Это точно можно сделать на всех материнских платах.

Изменение приоритета загрузки в BIOS

О том, как заходить в разные версии BIOS, мы рассказывали в подробной статье. В ней указаны разные комбинации клавиш для перехода в интерфейс базовой системы. Здесь мы рассмотрим решение конкретной задачи внутри BIOS — изменение приоритета загрузки.

Phoenix AwardBIOS

Это старая версия BIOS, которая встречается в двух модификациях.

Начнём с первой — у неё преимущественно синий интерфейс. Для навигации используются стрелки и клавиша Enter.

Переходим в раздел «Advanced BIOS Features».
Выбираем пункт «Hard Disk Boot Priority».

Меняем порядок устройств в Hard Disk Boot Priority Меняем порядок устройств в Hard Disk Boot Priority

3. С помощью клавиши «+» перемещаем USB-устройство на первую строчку.

4. Возвращаемся в предыдущее меню с помощью клавиши Esc.

5. В строке «First Boot Device» выбираем значение «USB-HDD». Если такой записи нет, то ставим «USB-FDD» или «USB-CDROM».

6. Для параметра «Second Boot Device» выставляем значение «Hard Disk».

7. Нажимаем клавишу F10 и подтверждаем сохранение конфигурации,

после чего компьютер перезагрузится.

У другой версии Phoenix AwardBIOS интерфейс серого цвета и немного другое меню. Но принцип остаётся прежним:

Переходим в раздел «Advanced».
Выбираем пункт «USB Configuration».
Устанавливаем для параметра «USB Controller» значение «Enabled». Если оно и так стоит, то ничего не трогаем.

4. Возвращаемся в предыдущее меню с помощью клавиши Esc.

5. Открываем вкладку «Boot».

6. Переходим в раздел «Hard Disk Drives».

7. Перемещаем подключенную флешку на первую строчку с помощью клавиши «+».

8. Возвращаемся в предыдущее меню.

9. Открываем раздел «Boot Device Priority».

10. Параметру «1st Boot Device» задаём значение «HardDisk».

На этой версии BIOS иногда работает другой вариант — для загрузки с флешки достаточно зайти в раздел «Boot» и в строке «1st Boot Device» выбрать значение «USB».

Если настройки выставлены правильно, то после перезапуска компьютер загрузится с флешки.

AMI BIOS

Ещё одна версия BIOS, в которой приоритет загрузки настраивается почти так же, как на AwardBIOS.

Открываем раздел «Advanced» и выбираем подраздел «USB Configuration».
Параметру «USB Function» задаём значение «Enabled». Если оно уже стоит, ничего не меняем.
Возвращаемся на стартовое окно и выбираем вкладку «Boot».
Открываем раздел «Removable Drives» (иногда нужно заходить ещё и в раздел «Hard Disk Drives»).

5. Нажимаем на пункт «1st Drive» и выбираем из списка загрузочную флешку.

6. Переходим в раздел «Boot Device Priority».

7. Выбираем в строке «1st Boot Device» загрузочную флешку.

После изменения приоритета загрузки сохраняем конфигурацию и перезагружаем компьютер.

UEFI BIOS Gigabyte

После входа в BIOS выбираем вкладку «BIOS Features». В списке можно сразу выбрать загрузку с флешки, но только в режиме UEFI. Если нужен Legacy, то придётся выполнить дополнительную настройку:

Есть и другой вариант — он подходит, если загрузку с флешки нужно использовать один раз, например, для установки Windows.

Переходим на вкладку «Save & Exit».
В строке «Boot Override» выбираем загрузочную флешку.

По сути, это замена Boot Menu, пусть для её использования и приходится заходить в BIOS.

BIOS на материнских платах ASUS

Здесь есть сразу четыре варианта изменения приоритета загрузки.

Способ первый — в поле «Приоритет загрузки» с помощью мышки перетаскиваем USB-накопитель на первое место в списке (то есть он должен быть слева). После перемещения пункта сохраняем настройки.

Способ второй — после входа в BIOS нажимаем на клавишу F8, чтобы вызвать Boot Menu. Выбираем в нём загрузочную флешку.

В новых версиях BIOS действуют те же способы, хотя интерфейс может незначительно отличаться.

BIOS на материнских платах MSI

В BIOS на платах MSI тоже есть удобный список с устройствами для загрузки, в котором можно менять приоритет простым перетаскиваем пунктов. Ставим флешку на первое место, сохраняем конфигурацию, и в следующий раз загружаемся уже с неё.

Изменяем приоритет простым перетаскиванием устройства Изменяем приоритет простым перетаскиванием устройства

Загрузка с флешки без BIOS

На компьютерах с UEFI BIOS и установленной Windows 10 можно загружаться с флешки без изменения приоритета в BIOS.

Открываем «Параметры».
Переходим в раздел «Обновление и безопасность».
Выбираем вкладку «Восстановление» и в поле «Особые варианты загрузки» нажимаем на кнопку «Перезагрузить сейчас».

После перезагрузки компьютера появится меню «Выбор действия». В нём мы выбираем пункт «Использовать устройство» и указываем флешку. Компьютер ещё раз перезагрузится, после чего отобразится программа, записанная на флешку.

Плюс этого способа в том, что после использования флешки не надо в настройках BIOS обратно переделывать приоритет загрузки, возвращая на первое место диск с установленной ОС. Минус в том, что выполнить его можно только из-под работающей Windows 10.

Возможные проблемы

Одна из распространенных ошибок — пользователи не могут попасть в BIOS. При включении компьютер просто не даёт возможность нажать на кнопку для перехода. Эта проблема появилась после добавления в систему функции «Быстрый запуск». Чтобы получить возможность заходить в BIOS, нужно от неё отказаться — на время или навсегда.

Открываем настройки «Электропитания» в «Панели управления».
Переходим в раздел «Действия кнопок питания» в левом меню.
Нажимаем на ссылку «Изменение параметров, которые сейчас недоступны».
Снимаем отметку с опции «Включить быстрый запуск».

После завершения настройки BIOS можно включить функцию быстрого запуска обратно.

Ещё одна возможная проблема — в BIOS не сохраняются настройки. Например, мы выставляем загрузку с флешки, а после выключения и повторного включения компьютера на первом месте снова стоит диск.

Зачастую пользователи оставляют подключение передней панели при сборке напоследок, уделяя больше внимания основным компонентам ПК. Такой подход резонен, но в свою очередь один неправильно подключенный коннектор панели не позволит включить устройство даже при правильной сборке всех остальных комплектующих. Как этого избежать, рассмотрим в данном материале.

Какие бывают разъемы на передней панели корпуса

Дизайн компьютерных корпусов менялся на протяжении многих лет, эта участь не обошла стороной и панель с разъемами. Различные кард-ридеры и встроенные реобасы уже не так актуальны, как раньше, а спикеры используются далеко не каждым рядовым пользователем. Неизменными остаются органы управления в виде кнопок включения/отключения и перезагрузки, индикации, аудио- и USB-порты.

Кроме этих основных групп разъемов в некоторых современных корпусах можно встретить кнопки управления подсветкой. Подключение подсветки корпуса может быть реализовано разнообразными вариантами в зависимости от производителя. Зачастую это трехпиновый 5В кабель, подключаемый в материнскую плату, и SATA-кабель для подсоединения к блоку питания. Еще один часто встречающийся вариант — подключение к встроенному контроллеру.

При подключении проводов от передней панели желательно следовать общему кабель-менеджменту корпуса. А именно заранее спланировать и подвести кабели до установки материнской платы. Подключение проводов панели является предпоследним шагом перед готовой сборкой ПК. Заключительный шаг — установка видеокарты, так как ее размеры могут создавать неудобства.

Три основные категории разъемов имеют соответствующие коннекторы на материнских платах в специально отведенных местах, которые незначительно меняются в зависимости от конкретного устройства.

Аудио-разъемы

На передних панелях современных корпусов можно встретить два вида реализации аудио0-разъемов:

Раздельный — отдельные разъемы для микрофона и аудиовыхода.
Комбинированный — один разъем, совмещающий в себе оба интерфейса.

Вне зависимости от типа реализации, аудио-разъем подключается к плате при помощи одного стандартизированного коннектора. Аудио-разъем представляет собой коннектор в 9-pin, десятая колодка отсутствует, создавая тем самым специфичную структуру, не позволяющую подключить коннектор неправильно. Как правило, соответствующий разъем на материнской плате находится в ее нижней левой части и обозначен маркировкой HD_Audio. В компактных платах он может быть расположен не в самых удобных местах, а использование процессорных кулеров с горизонтальным расположением может сильно затруднить свободный доступ к разъему.

USB-порты

Разнообразие версий USB-портов не обошло стороной и компьютерные корпуса. В продаже можно встретить корпуса со стандартными USB-портами разных версий, двусторонними Type-C, а также с различными их сочетаниями.

USB 2.0

Этот тип разъема имеет схожий с аудио-разъемом коннектор в 9-pin, но с иным расположением отверстий — отсутствующая колодка находится с краю. Как правило, найти соответствующий разъем на плате можно неподалеку от массивной площадки для подключения кабеля питания в правой части материнской платы. Маркируется он обозначением USB. Зачастую на плате присутствует несколько таких разъемов.

USB 3.0

В отличие от более старой версии 2.0, порты USB 3.0 подключаются массивным кабелем и штекером. Для коннектора с 19-pin имеется отдельная фиксирующая рамка. Для предотвращения неправильного подключения у штекера предусмотрен специальный ключ и вставить его в разъем неправильной стороной попросту не получится. Располагается он также в группе с остальными USB-портами. Массивность коннектора в ряде случаев не позволяет аккуратно скрыть его, и этот фактор напрямую зависит от конкретной платы и корпуса.

USB Type-C

Современный и компактный разъем USB Type-C встречается далеко не во всех материнских платах, и, чтобы пользоваться соответствующим портом в корпусе, стоит заранее предусмотреть этот нюанс. Этот разъем имеет направляющую для плотного соединения коннекторов. Его коннектор кардинально отличается от рассмотренных ранее версий USB. Вместо колодок используются «дорожки» — по десять штук с каждой стороны. Как правило, его можно найти в группе с остальными USB-разъемами под маркировкой USB 3*.

Управление и индикация ПК

Если с подключением раннее рассмотренных коннекторов не должно возникнуть особых проблем, то подключение коннекторов управления и индикации ПК может доставить неопытному пользователю ряд проблем. Виной тому множество отдельных проводов, у которыз нет ни физических направляющих, ни защиты от неправильного подключения.

Как правило, необходимые разъемы находятся в правой нижней части материнской платы и обозначены надписью PANEL или F_PANEL. Коннекторы кнопок и индикаторов разделены на группы и располагаются друг за другом. В зависимости от конкретной платы колодки для подключения могут располагаться в разной последовательности. Поэтому важно иметь под рукой краткое руководство пользователя, где подробно указана распиновка платы. Если же его нет, можно воспользоваться подсказками производителя платы, а именно нанесенными маркировкой обозначениями рядом с колодками. Но стоит учесть, что они не во всех случаях могут быть читаемы.

Стандартная колодка представляет собой 9-pin коннектор, а коннекторы подключаются надписью вниз. Как правило, кнопка включения/выключения Power SW имеет сдвоенный провод и подключается в верхний крайний справа разъем.

Следующий шаг — подключение индикаторов, отображающих включение ПК Power LED. Нужные пины находятся в этом же ряду. Плюс — крайний слева, а минус, соответственно, правее.

На очереди кнопка перезагрузки Reset SW. В данном случае она располагается крайней справа, также, как и кнопка включения/выключения, но в нижнем ряду.

Остается лишь подключить индикацию работы жестких дисков HDD LED. Необходимый коннектор можно найти в нижнем ряду панели F_PANEL. Как и в случае с индикаторами питания ПК, плюсовой разъем находится левее, минусовой правее. В комплекте с материнской платой или корпусом пользователь может обнаружить переходник для подключения озвученных раннее коннекторов. Переходник значительно облегчает частое подключение/отсоединение миниатюрных разъемов.

Сергей Каменских ответил Дмитрию Дмитрий, 10 PEI Core is started.
11 Pre-memory CPU initialization is started.
12

14 Reserved.
15 Pre-memory North-Bridge initialization is started.
16

18 Reserved.
Показать полностью.
19 Pre-memory South-Bridge initialization is started.
1A

2F Memory initialization.
31 Memory installed.
32

36 CPU PEI initialization.
37

3A IOH PEI initialization.
3B

3E PCH PEI initialization.
3F

4F Reserved.
60 DXE Core is started.
61 NVRAM initialization.
62 Installation of the PCH runtime services.
63

67 CPU DXE initialization is started.
68 PCI host bridge initialization is started.
69 IOH DXE initialization.
6A IOH SMM initialization.
6B

6F Reserved.
70 PCH DXE initialization.
71 PCH SMM initialization.
72 PCH devices initialization.
73

77 PCH DXE initialization (PCH module specific).
78 ACPI Core initialization.
79 CSM initialization is started.
7A

7F Reserved for AMI use.
80

8F Reserved for OEM use (OEM DXE
initialization codes).
90 Phase transfer to BDS (Boot Device Selection) from DXE.
91 Issue event to connect drivers.Regular Boot
92 PCI Bus initialization is started.
93 PCI Bus hot plug initialization.
94 PCI Bus enumeration for detecting how many resources are requested.
95 Check PCI device requested resources.
96 Assign PCI device resources.
97 Console Output devices connect(ex.Monitor is lighted).
98 Console input devices connect(ex.PS2/USB keyboard/mouse are activated).
99 Super IO initialization.
9A USB initialization is started.
9B Issue reset during USB initialization process.
9C Detect and install all currently connected USB devices.
9D Activated all currently connected USB devices.
9E

9F Reserved.
A0 IDE initialization is started.
A1 Issue reset during IDE initialization process.
A2 Detect and install all currently connected IDE devices.
A3 Activated all currently connected IDE devices.
A4 SCSI initialization is started.
A5 Issue reset during SCSI initialization process.
A6 Detect and install all currently connected SCSI devices.
A7 Activated all currently connected SCSI devices.
A8 Verify password if needed.
A9 BIOS Setup is started.
AA Reserved.
AB Wait user command in BIOS Setup.
AC Reserved.
AD Issue Ready To Boot event for OS Boot.
AE Boot to Legacy OS.
AF Exit Boot Services.
B0 Runtime AP installation begins.
B1 Runtime AP installation ends.
B2 Legacy Option ROM initialization.
B3 System reset if needed.
B(4,5) USB(PCI) device hot plug-in.
B6 Clean-up of NVRAM.
B7 Reconfigure NVRAM settings.
B8

CF Reserved.
E0 S3 Resume is stared(called from DXE IPL).
E1 Fill boot script data for S3 resume.
E2 Initializes VGA for S3 resume.
E3 OS S3 wake vector call.S3 Resume
F0 Recovery mode will be triggered due to invaild firmware volume detection.
F1 Recovery mode will be triggered by user decision.
F2 Recovery is started.
F(3,4)Recovery firmware image is found(loaded)
F5

F7 Reserved for future AMI progress codes.
50

55 Memory initialization error occurs.
56 Invalid CPU type or speed.
57 CPU mismatch.
58 CPU self test failed or possible CPU cache error.
59 CPU micro-code is not found or micro-code update is failed.
5A Internal CPU error.
5B Reset PPI is failed.
5C

5F Reserved.
D(0,1,2)-(CPU,IOH,PCH) initialization error.
D3 Some of the Architectural Protocols are not
available.
D4 PCI resource allocation error. Out of Resources.
D5 No Space for Legacy Option ROM initialization.
D(6,7) No Console Output(input) Devices are found.
D8 It is an invaild password.
D9

DF Reserved.
E8 S3 resume is failed.
E9 S3 Resume PPI is not found.
EA S3 Resume Boot Script is invaild.
EB S3 OS Wake call is failed.
EC

EF Reserved.
F8 Recovery PPI is invaild.
F9 Recovery capsule is not found.
FA Invalid recovery capsule.
FB

В прошлой части цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков. Вторая часть расскажет про интерфейсы взаимодействия с накопителями.

Общение между процессором и периферийными устройствами происходит в соответствии с заранее определенными соглашениями, называемыми интерфейсами. Эти соглашения регламентируют физический и программный уровень взаимодействия.

Интерфейс — совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.

Физическая реализация интерфейса влияет на следующие параметры:

пропускная способность канала связи;
максимальное количество одновременно подключенных устройств;
количество возникающих ошибок.

Параллельные и последовательные порты

По способу обмена данными порты ввода-вывода делятся на два типа:

Последовательные порты — противоположность параллельным. Отправка данных происходит по одному биту за раз, что сокращает общее количество сигнальных линий, но усложняет контроллер ввода-вывода. Контроллер передатчика получает машинное слово за раз и должен передавать по одному биту, а контроллер приемника в свою очередь должен получать биты и сохранять в том же порядке.

Small Computer Systems Interface (SCSI) появился в далеком 1978 году и был изначально разработан, чтобы объединять устройства различного профиля в единую систему. Спецификация SCSI-1 предусматривала подключение до 8 устройств (вместе с контроллером), таких как:

сканеры;
ленточные накопители (стримеры);
оптические приводы;
дисковые накопители и прочие устройства.

Изначально SCSI имел название Shugart Associates System Interface (SASI), но стандартизирующий комитет не одобрил бы название в честь компании и после дня мозгового штурма появилось название Small Computer Systems Interface (SCSI). «Отец» SCSI, Ларри Баучер (Larry Boucher) подразумевал, что аббревиатура будет произноситься как «sexy», но Дал Аллан (Dal Allan) прочитал «sсuzzy» («скази»). Впоследствии произношение «скази» прочно закрепилось за этим стандартом.

В терминологии SCSI подключаемые устройства делятся на два типа:

Используемая топология «общая шина» накладывает ряд ограничений:

на концах шины необходимы специальные устройства — терминаторы;
пропускная способность шины делится между всеми устройствами;
максимальное количество одновременно подключенных устройств ограничено.

Устройства на шине идентифицируются по уникальному номеру, называемому SCSI Target ID. Каждый SCSI-юнит в системе представлен минимум одним логическим устройством, адресация которого происходит по уникальному в пределах физического устройства номеру Logical Unit Number (LUN).

Команды в SCSI отправляются в виде блоков описания команды (Command Descriptor Block, CDB), состоящих из кода операции и параметров команды. В стандарте описано более 200 команд, разделенных в четыре категории:

Mandatory — должны поддерживаться устройством;
Optional — могут быть реализованы;
Vendor-specific — используются конкретным производителем;
Obsolete — устаревшие команды.

TEST UNIT READY — проверка готовности устройства;
REQUEST SENSE — запрашивает код ошибки предыдущей команды;
INQUIRY — запрос основных характеристик устройства.

Дальнейшее усовершенствование SCSI (спецификации SCSI-2 и Ultra SCSI) расширило список используемых команд и увеличило количество подключаемых устройств до 16-ти, а скорость обмена данными по шине до 640 МБ/c. Так как SCSI — параллельный интерфейс, повышение частоты обмена данными было сопряжено с уменьшением максимальной длины кабеля и приводило к неудобству в использовании.

Начиная со стандарта Ultra-3 SCSI появилась поддержка «горячего подключения» — подключение устройств при включенном питании.

Первым известным SSD диском с интерфейсом SCSI можно считать M-Systems FFD-350, выпущенный в 1995 году. Диск имел высокую стоимость и не имел широкой распространенности.

В настоящее время параллельный SCSI не является популярным интерфейсом подключения дисков, но набор команд до сих пор активно используется в интерфейсах USB и SAS.

ATA / PATA

Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment), так же известный как PATA (Parallel ATA) был разработан компанией Western Digital в 1986 году. Маркетинговое название стандарта IDE (англ. Integrated Drive Electronics — «электроника, встроенная в привод») подчеркивало важное нововведение: контроллер привода был встроен в привод, а не на отдельной плате расширения.

Решение разместить контроллер внутри привода решило сразу несколько проблем. Во-первых, уменьшилось расстояние от накопителя до контроллера, что положительным образом повлияло на характеристики накопителя. Во-вторых, встроенный контроллер был «заточен» только под определенный тип привода и, соответственно, был дешевле.

ATA, как и SCSI, использует параллельный способ ввода-вывода, что отражается на используемых кабелях. Для подключения дисков с использованием интерфейса IDE необходимы 40-жильные кабели, также именуемые шлейфами. В более поздних спецификациях используются 80-жильные шлейфы: более половины из которых — заземления для уменьшения интерференции на высоких частотах.

На шлейфе ATA присутствует от двух до четырех разъемов, один из которых подключается в материнскую плату, а остальные — в накопители. При подключении двух устройств одним шлейфом, одно из них должно быть сконфигурировано как Master, а второе — как Slave. Третье устройство может быть подключено исключительно в режиме «только чтение».

Положение перемычки задает роль конкретного устройства. Термины Master и Slave по отношению к устройствам не совсем корректны, так как относительно контроллера все подключенные устройства — Slaves.

Особенным нововведением в ATA-3 считается появление Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Пять компаний (IBM, Seagate, Quantum, Conner и Western Digital) объединили усилия и стандартизировали технологию оценки состояния накопителей.

Поддержка твердотельных накопителей появилась с четвертой версии стандарта, выпущенной в 1998 году. Эта версия стандарта обеспечивала скорость обмена данными до 33.3 МБ/с.

Стандарт выдвигает жесткие требования к шлейфам ATA:

шлейф обязательно должен быть плоским;
максимальная длина шлейфа 18 дюймов (45.7 сантиметров).

Стандарт Serial ATA (SATA) был представлен 7 января 2003 года и решал проблемы своего предшественника следующими изменениями:

параллельный порт заменен последовательным;
широкий 80-жильный шлейф заменен 7-жильным;
топология «общая шина» заменена на подключение «точка-точка».

Шестнадцать сигнальных линий для передачи данных в ATA были заменены на две витые пары: одна для передачи, вторая для приема. Коннекторы SATA спроектированы для большей устойчивости к множественным переподключениям, а спецификация SATA 1.0 сделала возможным «горячее подключение» (Hot Plug).

Некоторые пины на дисках короче, чем все остальные. Это сделано для поддержки «горячей замены» (Hot Swap). В процессе замены устройство «теряет» и «находит» линии в заранее определенном порядке.

Чуть более, чем через год, в апреле 2004-го, вышла вторая версия спецификации SATA. Помимо ускорения до 3 Гбит/с в SATA 2.0 ввели технологию Native Command Queuing (NCQ). Устройства с поддержкой NCQ способны самостоятельно организовывать порядок выполнения поступивших команд для достижения максимальной производительности.

Последующие три года SATA Working Group работала над улучшением существующей спецификации и в версии 2.6 появились компактные коннекторы Slimline и micro SATA (uSATA). Эти коннекторы являются уменьшенной копией оригинального коннектора SATA и разработаны для оптических приводов и маленьких дисков в ноутбуках.

Несмотря на то, что пропускной способности второго поколения SATA хватало для жестких дисков, твердотельные накопители требовали большего. В мае 2009 года вышла третья версия спецификации SATA с увеличенной до 6 Гбит/с пропускной способностью.

Особое внимание твердотельным накопителям уделили в редакции SATA 3.1. Появился коннектор Mini-SATA (mSATA), предназначенный для подключения твердотельных накопителей в ноутбуках. В отличие от Slimline и uSATA новый коннектор был похож на PCIe Mini, хотя и не был электрически совместим с PCIe. Помимо нового коннектора SATA 3.1 мог похвастаться возможностью ставить команды TRIM в очередь с командами чтения и записи.

Команда TRIM уведомляет твердотельный накопитель о блоках данных, которые не несут полезной нагрузки. До SATA 3.1 выполнение этой команды приводило к сбросу кэшей и приостановке операций ввода-вывода с последующим выполнением команды TRIM. Такой подход ухудшал производительность диска при операциях удаления.

Спецификация SATA не успевала за бурным ростом скорости доступа к твердотельным накопителям, что привело к появлению в 2013 году компромисса под названием SATA Express в стандарте SATA 3.2. Вместо того, чтобы снова удвоить пропускную способность SATA, разработчики задействовали широко распространенную шину PCIe, чья скорость превышает 6 Гбит/с. Диски с поддержкой SATA Express приобрели собственный форм-фактор под названием M.2.

«Конкурирующий» с ATA стандарт SCSI тоже не стоял на месте и всего через год после появления Serial ATA, в 2004, переродился в последовательный интерфейс. Имя новому интерфейсу — Serial Attached SCSI (SAS).

Несмотря на то, что SAS унаследовал набор команд SCSI, изменения были значительные:

последовательный интерфейс;
29-ти жильный кабель с питанием;
подключение «точка-точка»

Максимальное количество одновременно подключенных устройств в SAS-домене по спецификации превышает 16 тысяч, а вместо SCSI ID для адресации используется идентификатор World-Wide Name (WWN).

WWN — уникальный идентификатор длиной 16 байт, аналог MAC-адреса для SAS-устройств.

Несмотря на схожесть разъемов SAS и SATA, эти стандарты не являются полностью совместимыми. Тем не менее, SATA-диск может быть подключен в SAS-коннектор, но не наоборот. Совместимость между SATA-дисками и SAS-доменом обеспечивается при помощи протокола SATA Tunneling Protocol (STP).

Первая версия стандарта SAS-1 имеет пропускную способность 3 Гбит/с, а самая современная, SAS-4, улучшила этот показатель в 7 раз: 22,5 Гбит/с.

Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) — последовательный интерфейс для передачи данных, появившийся в 2002 году. Разработка была начата компанией Intel, а впоследствии передана специальной организации — PCI Special Interest Group.

Последовательный интерфейс PCIe не был исключением и стал логическим продолжением параллельного PCI, который предназначен для подключения карт расширения.

PCI Express значительно отличается от SATA и SAS. Интерфейс PCIe имеет переменное количество линий. Количество линий равно степеням двойки и колеблется в диапазоне от 1 до 16.

Термин «линия» в PCIe обозначает не конкретную сигнальную линию, а отдельный полнодуплексный канал связи, состоящий из следующих сигнальных линий:

прием+ и прием-;
передача+ и передача-;
четыре жилы заземления.

«Аппетиты» твердотельных накопителей растут очень быстро. И SATA, и SAS не успевают увеличивать свою пропускную способность, чтобы «угнаться» за SSD, что привело к появлению SSD-дисков с подключением по PCIe.

Хотя PCIe Add-In карты прикручиваются винтом, PCIe поддерживает «горячую замену». Короткие пины PRSNT (англ. present — присутствовать) позволяют удостовериться, что карта полностью установлена в слот.

Твердотельные накопители, подключаемые по PCIe регламентируются отдельным стандартом Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification и воплощены в множестве форм-факторов, но о них мы расскажем в следующей части.

Удаленные накопители

При создании больших хранилищ данных появилась потребность в протоколах, позволяющих подключить накопители, расположенные вне сервера. Первым решением в этой области был Internet SCSI (iSCSI), разработанный компаниями IBM и Cisco в 1998 году.

Идея протокола iSCSI проста: команды SCSI «оборачиваются» в пакеты TCP/IP и передаются в сеть. Несмотря на удаленное подключение, для клиентов создается иллюзия, что накопитель подключен локально. Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN), основанная на iSCSI, может быть построена на существующей сетевой инфраструктуре. Использование iSCSI значительно снижает затраты на организацию SAN.

У iSCSI существует «премиальный» вариант — Fibre Channel Protocol (FCP). SAN с использованием FCP строится на выделенных волоконно-оптических линиях связи. Такой подход требует дополнительного оптического сетевого оборудования, но отличается стабильностью и высокой пропускной способностью.

Существует множество протоколов для отправки команд SCSI по компьютерным сетям. Тем не менее, есть только один стандарт, решающий противоположную задачу и позволяющий отправлять IP-пакеты по шине SCSI — IP-over-SCSI.

Большинство протоколов для организации SAN используют набор команд SCSI для управления накопителями, но есть и исключения, например, простой ATA over Ethernet (AoE). Протокол AoE отправляет ATA-команды в Ethernet-пакетах, но в системе накопители отображаются как SCSI.

С появлением накопителей NVM Express протоколы iSCSI и FCP перестали удовлетворять быстро растущим требованиям твердотельных накопителей. Появилось два решения:

вынос шины PCI Express за пределы сервера;
создание протокола NVMe over Fabrics.

Протокол NVMe over Fabrics стал хорошей альтернативой iSCSI и FCP. В NVMe-oF используются волоконно-оптическая линии связи и набор команд NVM Express.

Стандарты iSCSI и NVMe-oF решают задачу подключения удаленных дисков как локальные, а компания Intel пошла другой дорогой и максимально приблизила локальный диск к процессору. Выбор пал на DIMM-слоты, в которые подключается оперативная память. Максимальная пропускная способность канала DDR4 составляет 25 ГБ/с, что значительно превышает скорость шины PCIe. Так появился твердотельный накопитель Intel® Optane™ DC Persistent Memory.

Для подключения накопителя в DIMM слоты был изобретен протокол DDR-T, физически и электрически совместимый с DDR4, но требующий специального контроллера, который видит разницу между планкой памяти и накопителем. Скорость доступа к накопителю меньше, чем к оперативной памяти, но больше, чем к NVMe.

Протокол DDR-T доступен только с процессорами Intel® поколения Cascade Lake или новее.

Заключение

Почти все интерфейсы прошли долгий путь развития от последовательного до параллельного способа передачи данных. Скорости твердотельных накопителей стремительно растут, еще вчера твердотельные накопители были в диковинку, а сегодня NVMe уже не вызывает особого удивления.

Читайте также: