Введение
ST 506 и ST 412 (иногда записываются как ST506 и ST412) были одними из первых жестких дисков, представленных компанией Seagate в 1980 и 1981 годах соответственно. Интерфейс ST 412 и его модификации являлись де-факто отраслевым стандартом для жестких дисков персональных компьютеров до появления и широкого распространения интерфейсов IDE или ATA в начале 1990-х годов. Оба интерфейса использовали MFM-кодирование; последующее развитие интерфейса ST 412, интерфейс ST 412HP, использовал RLL-кодирование, что позволило увеличить емкость и скорость передачи данных на 50%.
История
ЖДУ ST506 был первым 5,25-дюймовым жестким диском, представленным в 1980 году компанией Shugart Technology (ныне Seagate Technology). Он хранил до 5 мегабайт после форматирования (153 цилиндра, 4 головки, 26 секторов на трек, 256 байт на сектор) и стоил 1500 долларов США (1500.0 в 1980 году эквивалентно приблизительно <расчетной сумме> в настоящее время). Аналогичный жесткий диск ST412 объемом 10 мегабайт был представлен в конце 1981 года (с 306 цилиндрами). Вскоре после этого был представлен ST225 с 20 мегабайтами и вдвое уменьшенной высотой. Все три использовали кодирование MFM – широко распространенную схему кодирования. Последующее расширение интерфейса ST412, интерфейс ST412HP, использовало кодирование RLL, что позволило увеличить емкость и скорость передачи данных на 50%. Диск ST506 подключался к компьютерной системе через дисковый контроллер. Интерфейс ST506 между контроллером и диском был разработан на основе интерфейса Shugart Associates SA1000, который, в свою очередь, был основан на интерфейсе дисковода, что упрощало проектирование дисковых контроллеров. Это продолжалось вплоть до 1990-х годов. Ограничения интерфейса ST412 включают максимальную скорость 5 миллионов переходов в секунду на линиях данных, 16 головок, 4 устройства и длину кабеля 20 футов (6 м). Стандартный канальный код для ST412 (и ST506) – MFM с одним битом данных на переход, обеспечивающим скорость передачи данных 5 Мбит/с. Вариант RLL ST412HP в среднем обеспечивает 1,5 бита данных на переход, что дает скорость передачи данных 7,5 Мбит/с.
Интерфейс с контроллером
В интерфейсе ST506 привод подключается к карте контроллера двумя ленточными кабелями, передающими сигналы, а третий кабель обеспечивает питание. Два сигнальных кабеля – это широкий 34-контактный кабель управления и узкий 20-контактный кабель данных. Интерфейс кабеля управления очень похож на стандартный интерфейс дискеты Shugart; как и этот интерфейс дискеты, он может поддерживать четыре диска. Кабель данных передает сигналы чтения и записи, оба в виде дифференциальных бинарных сигналов: два состояния сигнала соответствуют двум возможным полярностям дифференциального сигнала. Данные, представленные этими сигналами, имеют формат MFM, поэтому абсолютные состояния сигнала не имеют значения: данные представлены во времени переходов состояний, как в системах с дискетами. Хотя до четырех дисков могут совместно использовать один кабель управления, каждый диск имеет свой собственный выделенный кабель данных, соединяющий его с контроллером жесткого диска (HDC). Большинство HDC поддерживали только два диска. Карта управления преобразует запросы на определенную дорожку и сектор от хост-системы в последовательность команд позиционирования головки, включая установку направления движения головки – ввод или вывод – и отправку отдельных команд "STEP" для перемещения. Четыре контакта кабеля управления, от "HD SLCT 0" до "HD SLCT 3", позволяют выбирать до 16 головок, хотя на двух пластинах ST506 доступно только четыре. Изначальный интерфейс ST506/ST412 определял только две линии HD SLCT, обеспечивая поддержку только четырех головок, но вскоре к конструкции была добавлена третья линия HD SLCT; четвертая была добавлена не намного позже путем переопределения сигнала пониженного тока записи (Reduced Write Current), необходимого только для самых ранних дисков, как HD SLCT 3. После правильного позиционирования головок и выбора нужной головки данные считываются или записываются последовательно через набор контактов в кабеле данных. Ограниченная пропускная способность кабеля данных в то время не была проблемой и не являлась фактором, ограничивающим производительность системы. Однако незаэкранированный кабель иногда может быть восприимчив к высокому уровню шума. Дисковый привод ST412, среди прочих улучшений, добавил в интерфейс возможность буферизованного поиска. В этом режиме контроллер может отправлять импульсы STEP на привод так быстро, как он может их принимать, не дожидаясь, пока механизм стабилизируется. Встроенный микропроцессор в приводе затем перемещает механизм на нужную дорожку как можно быстрее. Дисковый привод ST506 без буферизованного поиска в среднем имеет время доступа 170 мс (аналогично дисководу или современному оптическому приводу), в то время как механически очень похожий дисковый привод ST412 с буферизованным поиском в среднем имеет время доступа 85 мс. К концу 1980-х годов диски с интерфейсом ST412 были способны к среднему времени поиска от 15 до 30 миллисекунд. Перенос части обработки команд с контроллерной карты на сам привод для повышения производительности является распространенной особенностью более поздних схем подключения жестких дисков, в частности SCSI с его богатым набором команд, и систем IDE, ориентированных на хранение данных. IDE, по сути, представляет собой систему расширения компьютерной шины, позволяющую встраивать контроллер интерфейса непосредственно в привод, а не подключать его к задней панели компьютера. Это позволяет одной "контроллерной" карте – фактически просто карте интерфейса – взаимодействовать с несколькими разнородными дисками, а также снижает задержку и шум между контроллером и аппаратным обеспечением диска. По сути, роли меняются местами: вместо того чтобы контроллер выполнял почти всю сложную обработку, а привод просто передавал закодированные данные между магнитными дисками и контроллером, привод выполняет почти всю сложную обработку, а "контроллер" просто передает декодированные данные между приводом и хост-системой. В этих системах операционные детали привода, такие как выбор головки и поиск, полностью скрыты от хоста и обрабатываются внутри выделенного контроллера привода. Они стали известны как "умные" диски, а устройства, подобные ST506, ретроспективно стали известны как "глупые". Хотя интегрированные контроллеры имеют много преимуществ, у них также есть недостаток: механический привод (называемый "сборкой головного диска", или HDA) и контроллер фактически сливаются в монолитный "черный ящик", поэтому, если что-то пойдет не так с приводом, практически невозможно что-либо исправить – данные обычно безвозвратно теряются. В системах с разделенным контроллером и диском, таких как интерфейс ST506, иногда проблему можно решить, подключив дисковый привод, содержащий фактические (возможно, очень важные) данные, к другому совместимому контроллеру. Кроме того, интерфейс в стиле ST506 позволяет не только легко заменить контроллер, не теряя данные, но и получить доступ к аналоговым сигналам данных с диска и обработать их с помощью специальной системы восстановления данных, которая может восстановить данные, которые обычный контроллер не может прочитать. Такие методы восстановления данных гораздо сложнее реализовать на интегрированных дисках, поскольку необходимые аналоговые сигналы с диска недоступны на стандартном интерфейсе, а внутренняя методика записи данных, формат секторов и организация диска практически каждой модели интегрированного диска отличаются и являются секретными.
Совместимые системы и разработки
Многие другие компании быстро представили накопители с использованием тех же разъемов и сигналов, создав стандарт жестких дисков на основе ST506. IBM решила использовать его, приобретя адаптерные платы для PC/XT от Xebec и для PC/AT от Western Digital. Как следствие признания IBM, большинство накопителей в 1980-х годах были основаны на ST506. Однако сложность контроллера и кабельной системы привела к появлению новых решений, таких как SCSI, а затем ATA (IDE). Некоторые ранние SCSI-накопители фактически представляли собой диски ST506 с контроллером SCSI-ST506, установленным на нижней панели. Компания Atari также использовала преобразователь Adaptec ACB 4000A SCSI в ST506 внутри своей линейки внешних ACSI-накопителей SH204/SH205. Подобным образом, некоторые ранние IDE-накопители были просто дисками с интерфейсом ST412, подключенным к плате или чипу контроллера. В конечном итоге, все SCSI и ATA-накопители имели встроенный контроллер, что позволило отказаться от интерфейса ST506/412 в этих моделях.