كيف سيحدث الإصدار المحدث من SATA زيادة سرعات الكمبيوتر
لقد كان SATA أو Serial ATA نجاحًا كبيرًا عندما يتعلق الأمر بتخزين الكمبيوتر. يسمح استخدام الواجهة على الواجهة بسهولة التثبيت والتوافق بين أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التخزين. تكمن المشكلة في أن تصميم الاتصال المتسلسل وصل إلى حدوده مع العديد من محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة التي يتم تغطيتها بواسطة أداء الواجهة بدلاً من محرك الأقراص. ولهذا السبب ، يجب تطوير معايير جديدة للاتصال بين الكمبيوتر ومحركات التخزين . هذا هو المكان الذي تتقدم فيه خدمة SATA Express لملء فجوة الأداء.
SATA أو PCI-Express Communication
كانت مواصفات SATA 3.0 الموجودة تقتصر على عرض النطاق الترددي فقط 6.0 جيجابت في الثانية والذي يترجم إلى 750 ميجابايت / ثانية تقريبًا. الآن مع الحمل للواجهة وجميع ، وهذا يعني أن الأداء الفعال اقتصر على 600MB / ثانية فقط. لقد وصل العديد من الجيل الحالي من محركات الأقراص الصلبة بشكل أساسي إلى هذا الحد ويحتاج إلى شكل من أشكال الواجهة الأسرع. مواصفات SATA 3.2 التي تمثل SATA Expess جزءًا من تقديم وسيلة اتصال جديدة بين الكمبيوتر والأجهزة من خلال السماح للأجهزة باختيار ما إذا كانت تريد استخدام طريقة SATA الموجودة ، أو ضمان التوافق مع الأجهزة القديمة ، أو استخدام PCI الأسرع حافلة اكسبرس .
تم استخدام ناقل PCI-Express تقليديًا للتواصل بين وحدة المعالجة المركزية والأجهزة الطرفية مثل بطاقات الرسومات وواجهات الشبكات ومنافذ USB وما إلى ذلك. وفقًا لمعايير PCI-Express 3.0 الحالية ، يمكن لمسير PCI-Express واحد معالجة سعة تصل إلى 1 جيجابايت / s مما يجعلها أسرع من واجهة SATA الحالية. هذا ما يمكن أن يحققه ممر PCI-Express واحد ولكن يمكن للأجهزة استخدام مسارات متعددة. وفقًا لمواصفات SATA Express ، يمكن لمحرك الأقراص المزود بواجهة جديدة استخدام ممرتي PCI-Express (غالباً ما يتم إرجاعهما إلى x2) للحصول على عرض نطاق محتمل قدره 2 جيجابايت / ثانية مما يجعله ثلاثة أضعاف سرعة سرعات SATA 3.0 السابقة.
موصل SATA Express الجديد
الآن تتطلب الواجهة الجديدة أيضًا موصل جديد. قد يبدو مشابهاً إلى حد ما لأن الموصل يجمع فعلياً بين موصلي بيانات SATA إلى جانب موصل ثالث أصغر قليلاً يتعامل مع الاتصالات القائمة على PCI-Express. موصلا SATA هما في الواقع منافذ SATA 3.0 تعمل بكامل طاقتها. هذا يعني أن موصل SATA Express واحد على جهاز الكمبيوتر يمكن أن يدعم منفذي SATA الأقدم. تأتي المشكلة عندما تريد توصيل محرك أقراص SATA Express أحدث في الموصل. ستستخدم جميع موصلات SATA Express العرض الكامل سواء كان محرك الأقراص يعتمد على اتصالات SATA الأقدم أو على PCI-Express الأحدث. لذا ، يمكن لـ SATA Express واحد معالجة محركي SATA أو محرك SATA Express واحد.
فلماذا لا يستخدم محرك SATA Express القائم على تقنية PCI-Express الموصل الثالث فقط بدلاً من منفذي SATA؟ هذا يتعلق بحقيقة أن محرك أقراص SATA Express يمكن أن يستخدم أيًا من التكنولوجيا ، لذا فإنه يحتاج إلى واجهة مع كليهما. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط العديد من منافذ SATA بمدخل PCI-Express للتواصل مع المعالج. باستخدام تداخل PCI-Express مباشرة مع محرك SATA Express ، تقوم بقطع الاتصال بفعالية إلى المنفذين SATA المرتبطين بهذه الواجهة على أي حال.
حدود واجهة الأوامر
يعد SATA طريقة فعالة لتوصيل البيانات بين الجهاز ووحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر. بالإضافة إلى هذه الطبقة ، توجد طبقة أوامر يتم تشغيلها فوق هذا الأمر لإرسال الأوامر إلى ما يجب كتابته وقراءته من محرك التخزين. لسنوات ، وقد تم التعامل مع هذا من قبل AHCI (المتقدم واجهة تحكم المضيف). لقد كان هذا مقننًا لدرجة أنه تم كتابته بشكل أساسي في كل نظام تشغيل موجود حاليًا في السوق. هذا يجعل SATA بشكل فعال التوصيل والتشغيل. هناك حاجة إلى أي برامج إضافية. في حين أن التكنولوجيا تعمل بشكل جيد مع تقنية أقدم أبطأ مثل محركات الأقراص الصلبة ومحركات أقراص USB المحمولة ، إلا أنها تمنع محركات أقراص SSD بشكل أسرع. المشكلة هي أنه في حين أن قائمة انتظار الأوامر AHCI يمكن أن تعقد 32 أوامر في قائمة الانتظار ، فإنه لا يزال يمكن معالجة أمر واحد فقط في كل مرة لأن هناك قائمة انتظار واحدة فقط.
هذا هو المكان الذي تأتي فيه مجموعة الأوامر NVMe (Non-Volatile Memory Express). فهي تحتوي على ما مجموعه 65،536 قائمة انتظار للأوامر لكل منها القدرة على حمل 65،536 أمرًا في كل قائمة انتظار. بشكل فعال ، هذا يسمح للمعالجة المتوازية لأوامر التخزين إلى محرك الأقراص. هذا ليس مفيدًا لمحرك الأقراص الصلبة لأنه لا يزال مقيدًا بفعالية بأمر واحد نظرًا لرؤوس المحرك ، ولكن بالنسبة إلى محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة مع رقاقات الذاكرة المتعددة الخاصة به ، يمكنه تعزيز عرض النطاق الترددي بشكل فعال عن طريق كتابة أوامر متعددة إلى شرائح وخلايا مختلفة في الوقت نفسه .
قد يبدو هذا رائعا ولكن هناك مشكلة. هذه تقنية جديدة ونتيجة لذلك فهي غير مدمجة في معظم أنظمة التشغيل الموجودة في السوق. في الواقع ، سيحتاج معظمها إلى تثبيت برامج تشغيل إضافية عليها حتى تتمكن محركات الأقراص من استخدام تقنية NVMe الجديدة. وهذا يعني أن نشر أسرع أداء لمحركات أقراص SATA Express قد يستغرق بعض الوقت نظرًا لأن البرامج يجب أن تنضج على غرار مقدمة AHCI الأولى. لحسن الحظ ، يسمح SATA Express لمحركات الأقراص باستخدام أي من الطريقتين حتى تتمكن من استخدام التكنولوجيا الجديدة الآن مع برامج AHCI ومن المحتمل الانتقال إلى معايير NVMe الأحدث لاحقًا من أجل تحسين الأداء ، على الرغم من أنه قد يتطلب إعادة تهيئة محرك الأقراص.
بعض الميزات الأخرى المضافة مع SATA Express عبر SATA 3.2 المواصفات
الآن ، تضيف مواصفات SATA الجديدة أكثر من طرق الاتصال والموصل الجديدة فقط. ويستهدف معظمها أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، ولكن يمكنها أيضًا الاستفادة من أجهزة الكمبيوتر الأخرى غير المحمولة. ميزة حفظ الطاقة الأكثر بروزًا هي وضع DevSleep الجديد. هذا هو أساسًا وضع طاقة جديد يتيح للأنظمة الموجودة في التخزين الإغلاق بالكامل تقريبًا وبالتالي تقليل قوة السحب عند وضع السكون. من المفترض أن يساعد ذلك على تحسين أوقات تشغيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة الخاصة ، بما في ذلك ألترابوكس التي تم تصميمها حول محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة واستهلاك منخفض للطاقة.
كما سيستفيد مستخدمو محركات الأقراص الصلبة المختلطة من نوع (SSHD) من المعايير الجديدة لأنهم وضعوا مجموعة جديدة من التحسينات. في تطبيقات SATA الحالية ، ستحدد وحدة تحكم محرك الأقراص العناصر التي يجب ويجب ألا تكون ذاكرة تخزين مؤقت استنادًا إلى ما تراه يجلب المطلوب. مع الهيكل الجديد ، يمكن لنظام التشغيل أن يخبر جهاز التحكم في القيادة بشكل أساسي عن العناصر التي يجب أن يحتفظ بها في ذاكرة التخزين المؤقت مما يقلل من مقدار الحمل فوق وحدة تحكم المحرك وتحسين الأداء.
وأخيرًا ، هناك وظيفة للاستخدامات مع إعدادات محرك RAID . أحد أغراض RAID هو لتكرار البيانات. في حالة حدوث فشل في محرك الأقراص ، يمكن استبدال محرك الأقراص ثم إعادة بناء البيانات من بيانات المجموع الاختباري. في جوهرها ، قاموا ببناء عملية جديدة في معايير SATA 3.2 التي يمكن أن تساعد في تحسين عملية إعادة البناء من خلال التعرف على البيانات التي تضررت مقابل تلك التي ليست كذلك.
التنفيذ ولماذا لم يتم القبض عليه
لقد كان SATA Express معيارًا رسميًا منذ نهاية عام 2013 ، لكنه لم يبدأ في إدخال طرقه إلى أنظمة الكمبيوتر حتى إصدار شرائح Intel H97 / Z97 في ربيع عام 2014. وحتى مع اللوحات الأم التي تتميز الآن بالواجهة الجديدة ، لا توجد محركات أقراص في وقت الإطلاق قادرة على استخدام الواجهة الجديدة. من المحتمل أن يكون هذا بسبب المشاكل المحيطة بدعم نظام التشغيل لقائمة الانتظار الجديدة للاستفادة الكاملة من SATA Express. على الأقل ، تتيح عمليات التنفيذ الحالية استخدام موصلات SATA Express مع محركات SATA الحالية. من المفترض أن يساعد ذلك في تسهيل تنفيذ تلك التي تحدث لشراء التكنولوجيا الآن بمجرد توفر محركات الأقراص.
السبب في أن الواجهة لم يتم اكتشافها بالفعل تقع على واجهة M.2 . يستخدم هذا بشكل حصري لمحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة التي تستخدم عامل تصميم أصغر يستخدم في أجهزة الكمبيوتر المحمول ولكن أيضًا مع أنظمة سطح المكتب. لا تزال محركات الأقراص الثابتة تواجه صعوبة في تجاوز معايير SATA. تتميز M.2 بقدر أكبر من المرونة لأنها لا تعتمد على محركات الأقراص الأكبر ولكن يمكنها أيضًا استخدام أربعة ممرات PCI-Express مما يعني وجود محركات أقراص أسرع من حارات SATA Express. في هذه المرحلة ، قد لا يرى المستهلكون SATA Express أبداً.