Disc dur

Un disc dur (HDD en anglès: Hard Disk Drive) és un dispositiu magnètic capaç d'emmagatzemar informació de forma no-volàtil. Sol utilitzar-se com a sistema d'emmagtzemament secundari dels PCs per la quantitat d'informació i la rapidesa d'accés a aquesta.

Interfícies dels disc durs

La interfície és la part del disc dur que ens enllaçarà el hardware de baix nivell (firmware) amb el PC. Veurem 3 tipus d'interfície:

• IDE (Integrated Drive Electronics)
• SATA (Serial Advanced Technology Attachment)
• SCSI (Small Computer System Interface)

Interfície IDE

També coneguda coma P-ATA (Parallel Advanced Technology Attachment), ATAPI, EIDE i Ultra-DMA.

Disposa d'un connector de 40 pins (canal) que pot connectar fins a 2 dispositius (1 master i un slave). Sol tenir un dels pins centrals invalidat i una forma per impedir que no es pugui muntar erròniament, però hi ha alguns connectors que no ho porten i poden provocar errors de connexió. El connector (amb 40 cables interns) té una banda vermella que indica el costat del pin nº1.

Cada placa base sol tenir 2 canals (primari i secundari), el que ens resulta un total de 4 dispositius.

• Canal primari: 2 dispositius (master + slave).
• Canal secundari: 2 dispositus (master + slave).

Els dispositius s'han de configurar (mitjançant els jumpers) perquè funcionin correctament.

Hi ha 3 modes de funcionament pels dispositius:

• master: si només tenim 1 dispositiu s'ha de posar com a master.
• slave: el 2n dispostiu es posarà en aquest mode.
• cable select: en aquest mode, el controlador configura els dispositius sense prefixar el mode, però hem d'estar segurs que el controlador suporta aquest mode.

Si posem dos dispositus en mode master o tots dos en slave el sistema pot donar resultats inesperats, problement no reconeixerà els discs i no arrencarà. De vegades, però, depenent del controlador, poden funcionar, però en el moment més inesperat pot tornar a donar problemes. Per un correcte funcionament cal assegurar-se que un dispositiu està en master i l'altre en slave.

Evolució bus IDE

El bus IDE ha estat el mateix durant molts anys, però els dispositius connectats eren força diferents. Aquests funcionaven en els següents modes (ordenats històricament):

• PIO (Programmed Input/Output): requeria intervenció de la CPU per transferir les dades al PC.
• DMA (Direct Memory Access): la taxa de transferència no va augmentar, però alliberava la CPU de la feina de transferir les dades del HDD a la memòria.
• Ultra-DMA: Millora les taxes de transferències del mode DMA. Hi ha 6 modes, des del Ultra-DMA 0 (16,7 MB/s) al Ultra-DMA 6 (133 MB/s).

Els modes Ultra-DMA tenen compatibilitat endarrera o backward-compatibility, és a dir, un un dispositiu més modern pot funcionar en un mode més antic. Així, controladora i HDD seran compatibles si son Ultra-DMA, però s'adaptaran entre ells per utiltizar el mode de menor ordre.

Serial ATA

Els connectors utilitzats actualment són els Serial ATA (Serial Advanced Technology Attachment), en diferència als P-ATA (Parallel ATA) o IDE (és el mateix).

Les interfícies, de manera genèrica, es poden dividir en sèrie i paral·lel:

• Dispositiu sèrie: envia les dades bit a bit, pel que es necessita establir un protocol per reconstruir la informació (el Byte) en el dispositiu receptor. El cas més conegut és el del USB (Universal Serial Bus) o també els discs durs SATA.
• Dispositiu paral·lel: envia les dades en bloc de bytes sencers o múltiples d'aquests. Això permet enviar un byte de cop (o n bytes de cop). Per exemple, els busos de memòria SDRAM son de 8 bytes (64 bits) i a cada cicle de rellotge envien aquests 8 bytes d'un sol cop.

Podría plantejar-se que un bus sèrie sempre ha de tenir menor amplada de banda que un paral·lel, i que per tant sembla estrany canviar del P-ATA al SATA. Val a dir que la tecnologia de transmissió de dades ha evolucionat prou perquè el coll d'ampolla no sigui la interfície, sinó el dispositiu (és a dir, que amb un interface sèrie en tenim prou pels dispositius del moment). Arribats a aquest punt, s'ha intentat millorar la comoditat del connector, ja que els PATA provoca molts problemes de connexió i de ventilació degut a la seva amplada. El SATA és un connector més còmode, i més si tenim en compte que potser voldrem una versió externa (el eSATA).

En el connector SATA tenim molts menys pins (7) que amb l'anterior P-ATA (40). D'aquest 7 connectors tenim: 1 GND Terra 2 A+ Transmissió + 3 A- Transmissió - 4 GND Terra 5 B- Recepció - 6 B+ Recepció + 7 GND Terra

Hi ha 2 parells de cables per transmetre (A+ i A-), i 2 per recepció (B+ i B-). Això es deu a que és una transmissió balancejada que envia la mateixa senyal pels 2 cables però invertida. A la sortida es resten i la senyal és més gran, però l'interessant és que aconsegueix cancel·lar sorolls i, finalment, reduïr la taxa d'errors de transmissió.

La Serial ATA International Organization regula les especificacions del bus

• SATA-1: 1.5 Gbit/s (Teòricament 187 MB/s però 150 MB/s reals per la codificació). Similar en capacitat als Ultra-DMA 6.
• SATA-2: 3 Gbit/s -> 300 MB/s. Coneguda com a SATA 3G.
• SATA-3: 6 Gbit/s -> 600 MB/s. Encara no es fa servir gaire. Coneguda com a SATA 6G.

Cal anar amb compte en no confondre els SATA-3G (equival a SATA-2) amb els SATA-3, per això sembla que la nomenclatura que s'imposarà serà la darra (3G, 6G) ja que ens indica la velocitat de transmissió (ample de banda).

Els HDD actuals superen de poc la capacitat del SATA-1, però els SSD (Solid State Drives basats en Flash) estan apropant-se a les capacitats del SATA-2 (passant dels 200 MB/s i apropant-se als 300 MB/s en mode ràfega -transitòriament-).

Avantatges SATA (respecte IDE):

• Connector més petit, millora la ventilació i el cost del cable.
• Majors taxes de transferència.
• No cal configuracions master/slave.
• És hot pluggable, és a dir, que es pot endollar i desendollar "en calent" (sense parar primer la màquina). Depenent de si el controlador ho suporta, això pot permetre que el sistema operatiu refresqui l'accés a les dades del disc en temps d'execució.

Interface eSATA

Siginifica "external SATA" i és la versió externa del SATA. Bàsicament és el mateix (ja que les capacitats hot pluggable ja aparèixen en la primera versió, però s'han millorat algunes especificacions elèctriques per millorar la connectivitat externa:

• Major voltatge mínim de transmissió.
• Menor voltatge mínim de recepció.
• Màxim de 2 metres per cable (USB i Firewire milloren aquesta distància).
• Millora del blindatge del cable.

Va entrar el 2004 a competir amb dispositius externs USB 2.0 i Firewire 1394, però el eSATA 3G té una aplada de banda major que aquests, i la propera versió eSATA 6G encara més.

Interface SCSI

SCSI significa Small Computer System Interface i es sol pronunciar "escasi". Va aparèixer el 1986.

SCSI Ha estat una alternativa al interface IDE durant molts anys, adoptada per fabricants com Apple, SGI, Sun, etc. Des del 1999 Apple va deixar d'utilitzar-ho en favor dels IDE pel seu menor cost i les característiques que l'apropaven als rendiments dels SCSI.

Característiques:

• Permet connectar més dispositius (de 8 a 16) per canal.
• Velocitat superior als IDE de la mateixa generació (majors prestacions).
• Sistema utilitzat per sistemes crítics com servidors amb RAIDs, computadores d'alt rendiment matemàtic, aplicacions d'àudio o vídeo, etc.

Hi ha hagut molts tipus de connectors SCSI segons les diferents generacions. Els connectors SCSI tenen una evolució semblant als IDE:

• SPI: SCSI Parallel Interface (el més antic paral·lel). Ha tingut moltes evolucions:
  • SCSI (5 Mhz, 8 bits => 5 MB/s).
  • Wide SCSI (doblava l'amplada del bus, 16 bits => 10 MB/s).
  • Fast SCSI (doblava el clock = 10 MHz, 8 bits => 10 MB/s)
  • Fast Wide SCSI (ajuntava les capacitats anteriors: 10 MHz, 16 bits => 20 MB/s).
  • Ultra SCSI: 20 MB/s.
  • Ultra 2: 40 MB/s
  • Ultra 3: 160 MB/s.
  • Ultra 320: 320 MB/s.
• SAS: Serial Attached SCSI (aparegut l'any 2008). Utiltiza el mateix connector que el SATA.

SATA s'està imposant al mercat desbancant definitivament el SCSI pel seu baix cost i altes prestacions que van en augment.