Eine sehr ausführliche Einführung in den Festplattencontroller

Festplatten-Controller – Funktionsweise

Modell

Der Festplatten-Controller, auch als Adapter des Festplattentreibers bekannt, ist das Schnittstellengerät zwischen Computer und Festplattentreiber. Der Festplattencontroller empfängt und interpretiert den Computerbefehl und sendet dann verschiedene Steuersignale an den Festplattenadapter. Außerdem erkennt er den Status des Festplattentreibers. Die Daten werden vom Festplatten-Controller entsprechend dem Datenformat der Festplatte auf die Festplatte geschrieben und von der Festplatte gelesen.

Es gibt viele Arten von Festplatten Controllern, aber die grundlegenden Komponenten und das Funktionsprinzip sind ungefähr gleich. Er besteht aus einem logischen Steuerkreis, der an den Bus des Computersystems angeschlossen ist, einem Mikroprozessor, einem Dekodier- und Kodierschaltkreis, der die Trennung der eingelesenen Daten und die Kompensation der eingeschriebenen Daten vornimmt, einem Schaltkreis zur Erkennung und Korrektur von Datenfehlern, einem logischen Schaltkreis zur Steuerung der Datenübertragung, der seriellen und parallelen Konvertierung sowie der Formatierung gemäß den Anweisungen des Computers, einem Festwertspeicher zur Speicherung des grundlegenden Eingabe- und Ausgabeprogramms der Festplatte und einem Puffer für den Datenaustausch usw.

Festplatten-Controller – IDE-Controller

Serieller Anschluss

Der IDE-Controller ist normalerweise in der Hauptplatine eingebaut. Er kann bis zu 4 Festplatten unterstützen. Die maximale Geschwindigkeit des IDE-Controllers beträgt 66 Megabyte (MB) pro Sekunde, aber viele IDE-Controller können nur 33 Megabyte pro Sekunde erreichen. IDE-Controller gibt es in verschiedenen Varianten, die häufigste ist ATA (Advanced Technology Attachment). Der von IBM erfundene ATA-Controller ist der zweite Controller, der in Festplatten eingebaut wird, und er hat die Datenübertragungsgeschwindigkeit erheblich gesteigert. ATA-3 und ATA-4, deren Leistung weiter verbessert wurde, werden häufig von Audio-Workstations verwendet. Wenn Sie nicht wissen, welche Art von Controller in Ihrem Computer verbaut wurde, können Sie dies in den Handbüchern des Mainboards und der Tastatur nachschlagen.

ATA kann in folgende Typen unterteilt werden.

1. ATA-1: ATA-1 ist der ursprüngliche Festplatten-Controller. Er ist mit IDE identisch.
2. ATA-2: ATA-2 wird oft als schnelles ATA ( FASTATA ) oder erweitertes IDE ( EIDE ) bezeichnet. EIDE, das zuerst von Western Digital eingeführt wurde, verwendet ein neues BIOS und ermöglicht es dem Computer, Festplatten mit einer Kapazität von über 504 MB zu verwalten. FastATA, gleichzeitig von Quantum und Seagate eingeführt, unterstützt Festplatten mit einer Kapazität von mehr als 504 MB und überträgt Daten noch schneller. Vier Geräte können daran angeschlossen werden, einschließlich CD-ROM und Bandlaufwerk.
3. ATA-3: ATA-3 wurde nach der Einführung von ATA-2 herausgebracht. Aber es gibt nicht viele Verbesserungen in der Leistung. Normalerweise ist ATA-3 gleichwertig mit EIDE oder FastATA.
4. ATA-4: ATA-4, auch bekannt als UltraTAT oder UltraDMA, umfasst ATAPI4 Regelungen. ATAPI, kurz für Advanced Technology Attachment with Packet Interface, ermöglicht es CD-ROM und Bandlaufwerken, den ATA-Bus mit ATA-Festplatten zu teilen. ATA-4 ist heutzutage der am häufigsten verwendete Controller in Computern.
5. ATA-5: ATA-5 ist eine sich entwickelnde Regelung, die eine Übertragungsgeschwindigkeit von über 66 MB unterstützt und die Zuverlässigkeit durch verbesserte interne Algorithmen erhöht. ATA-5 erfordert neue UDMA80-Kabel und neue Mainboards werden ATA-5 unterstützen.
6. Apple-ATA: Viele Macintosh-Computer wie G3 und G4 führen auch IDE, EIDE oder UDMA Regelungen aus, die es dem Benutzer ermöglichen, jede Standard-PC-Festplatte zu verwenden, nachdem sie neu formatiert wurde.

Datenverarbeitungskapazität

Die Spezifikationen für die Speicherkapazität ergeben sich aus der Einführung verschiedener ATA-Spezifikationen.

ATA/66

Die maximale Datenübertragungskapazität beträgt 66 MB/s.

ATA/100 ist ähnlich wie ATA/66, aber die maximale Datenverarbeitungskapazität beträgt 100 MB/s. Mainboard und Festplatte müssen ATA/100 gleichzeitig unterstützen. Einige PCI-Karten von Drittanbietern können Computern helfen, ATA/100-Laufwerke zu betreiben.

Festplatten-Controller – SCSI-Controller

SCSI Controller 

SCSI (ausgesprochen wie scuzzy) ist ein sehr fortschrittlicher Festplattencontroller, der aber wegen seines hohen Preises nur schwer an Beliebtheit errreichte. SCSI unterstützt Geräte wie Multi-Festplatten, CD-ROM und Scanner und kann bis zu 30 Geräte und Peripheriegeräte per Durchschleifen verbinden. Er eignet sich am besten für Studios, die eine große Kapazität benötigen. Der SCSI-Controller, der traditionell schneller als IDE ist, kann eine Geschwindigkeit von 160MN/s erreichen, und der neue Controller, der gerade entwickelt wird, kann sogar 320MB/s erreichen. Genau wie bei IDE und SCSI gibt es auch hier unterschiedliche Versionen. SCSI ist die erste Wahl, wenn Ihre DAW die beste Leistung, Spezifikation von 24bit/96Khz oder 24bit/192KHz und Massenspeicherung von Daten benötigt.

Für die Verwendung von SCSI im System werden zwei Geräte benötigt: Ein SCSI-Controller, der normalerweise als PCI-Karte in Betrieb, und SCSI-Geräte wie Festplatten und CD-ROM. Sie benötigen SCSI-Kabel zum Anschluss. Die endgültige Wahl hängt von Ihrem Budget und der Art der Arbeit ab.

Die relevanten SCSI-Regelungen

SCSI-1: SCSI-1 ist die ursprüngliche Regelung und der erste SCSI-Standard von 1986. Es ist erlaubt, bis zu 7 Geräte anzuschließen, und die maximale Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 5 MB/s. Dies war für die damalige Zeit epochal.

SCSI-2: SCSI-2, auch Fast SCSI genannt, wurde auf der Grundlage von SCSI-1 stark verbessert und hat sich erst ab 1994 weit verbreitet. SCSI-2 strafft einige unsinnige Optionen und erhöht die Zuverlässigkeit. Die Übertragungsgeschwindigkeit wurde auf 10 MB/s erhöht.

Fast Wide SCSI: Fast Wide SCSI ist eine Variante von SCSI-2. Seine Busbreite wurde auf 16 Bit verdoppelt und die maximale Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 20 MB/s. An diese Art von Controller können 14 Geräte angeschlossen werden.

Ultra SCSI: Ultra SCSI, ebenfalls ein Typ von SCSI-2, nutzt den ursprünglichen 8-Bit-Bus. Die maximale Übertragungsgeschwindigkeit beträgt hier 20 MB/s, und die Anzahl der Geräte, die an einen einzigen Controller angeschlossen werden können, beträgt immer noch 7.

Ultra Wide SCSI: Ultra Wide SCSI ist auch als Wide Ultra SCSI bekannt. Genau wie Fast Wide SCSI verwendet es einen 16-Bit-Bus und die maximale Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 20 MB/s. An einen Controller können 14 Geräte angeschlossen werden.

Ultra2 SCSI: Ultra2 SCSI arbeitet mit einem 8-Bit-Bus. Die interne Taktrate wurde jedoch verdoppelt, und die maximale Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 40 MB/s. Die Anzahl der Geräte, die an einen einzelnen Controller angeschlossen werden können, beträgt weiterhin 7.

Wide Ultra2 SCSI: Wide Ultra2 SCSI ist das schnellste SCSI seit langem. Es verwendet einen 16-Bit-Bus. Die interne Taktrate wurde verdoppelt und die maximale Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 80 MB/s. An solch einen Controller können 7 Geräte angeschlossen werden.

Ultra3 SCSI: Ultra3 SCSI, auch bekannt als SCSI160, ist ein ziemlich schneller SCSI-Standard. Die maximale Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 80 MB/s, wenn ein 32-Bit PCI Slot Controller verwendet wird, und die maximale Übertragungsgeschwindigkeit kann 160 MB/s erreichen, wenn ein 64-Bit PCI Slot Controller verwendet wird. An einen Controller können 14 Geräte angeschlossen werden.

Ultra320 SCSI: Ultra320 SCSI ist der neue SCSI-Standard, der gerade erst zur Anwendung kommt. Die maximale Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 160 MB/s bei Verwendung eines 32-Bit-PCI-Slot-Controllers, und die maximale Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 320 MB/s bei Verwendung eines 64-Bit-PCI-Slot-Controllers. SCSI320 verwendet einen 16-Bit-Bus und kann mit SCSI160 kompatibel sein.

Festplatten-Controller – SAS-Technologie

Integrierter SATA Festplattencontroller

SAS (Serial Attached SCSI) ist eine neue Technologie der Festplattenanbindung. Sie kombiniert die Vorteile der aktuellen parallelen SCSI- und seriellen Anschlusstechnologie (wie Fibre Channel, SSA, IEEE1394 und InfiniBand), setzt die serielle Kommunikation als Protokollinfrastruktur ein, übernimmt den erweiterten SCSI-3-Befehlssatz und ist mit SATA-Geräten kompatibel. Es handelt sich um einen mehrstufigen Speichergerätestapel. Die SAS-Festplatte ist eine Festplatte, die diese Schnittstellentechnologie verwendet. Laut Vorhersage der Industrie wird die SAS-Festplatte SCSI ablösen und sehr bald zum wichtigsten Festplattentyp werden.

SAS-Eigenschaften

1. Bessere Leistung

Die Spot-to-Spot Technologie reduziert Adressenkonflikte und die Verlangsamung beim Durchschleifen;

Sie stellt jedem Gerät einen speziellen Signalkanal zur Verfügung, um die maximale Bandbreite zu gewährleisten;

Der Datenbetrieb unter Vollduplex gewährleistet die effektivste Datenverarbeitungskapazität.

2. Einfache Kabelverbindung

Dünneres Kabel passt zu kleinerem Stecker.

3. Bessere Skalierbarkeit

Es können mehr Festplattengeräte gleichzeitig angeschlossen werden.

Da serielles SCSI (SAS) die Spot-to-Spot-Struktur ist, wurde neben der Leistungssteigerung auch die Bandbreite erhöht, da jedes Gerät an einen bestimmten Datenkanal angeschlossen ist. Die SAS-Kabelstruktur ist platzsparend, so dass die Kühl- und Belüftungskapazität von SAS-Festplattenservern verbessert wurde. Im Allgemeinen führen große parallele Kabel zu elektronischen Interferenzen, und die SAS-Kabelstruktur kann dieses Problem lösen. Darüber hinaus hat die SAS-Struktur eine gute Skalierbarkeit. Es können maximal 16384 Festplattengeräte angeschlossen werden.

Serielle SCSI (SAS) Festplatten nutzen die gleiche Schnittstelle wie S-ATA. SAS kann jedoch mehr Signale verwenden und SAS-Festplatten können nicht an S-ATA-Festplattencontroller angeschlossen werden. Da SAS die universelle Schnittstelle ist, kann sie SAS und S-ATA unterstützen. Der SAS-Controller kann SAS- und SATA-Festplatten unterstützen. Der SAS-Controller unterstützt S-ATA-Festplatten, da S-ATA die Signaluntermenge des SAS-Controllers verwendet.

Switch-Schnittstelle

Frühere SAS-Festplatten verwenden ein 2,5-Zoll Gehäuse. Auf diese Weise können Rack-Server mehr Festplatten unterstützen. Einige Hersteller haben 3,5-Zoll SAS-Festplatten auf den Markt gebracht. Die Rotationsgeschwindigkeit der frühen SAS-Festplatten beträgt 10000 U/min, während sich SAS-Festplatten mit einer Geschwindigkeit von 15000 U/min durchgesetzt haben. Im Vergleich zu SCSI-Festplatten mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit bietet eine SAS-Festplatte die gleiche oder eine bessere Leistung. Die serielle Schnittstelle reduziert die Kabelgröße und ermöglicht eine schnellere Übertragungsgeschwindigkeit. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit von SAS-Festplatten kann 3,0 Gbit/s erreichen.

Jedes SAS-Kabel hat 4 Kabel, 2 für den Eingang und 2 für den Ausgang. SAS kann Daten gleichzeitig lesen und schreiben, und der Vollduplexbetrieb erhöht die Datenverarbeitungskapazität.

Als neue Speicherschnittstellentechnologie wird SAS als Ersatz für SCSI angesehen. Dies liegt daran, dass SAS nicht nur funktional mit Fibre Channel vergleichbar, sondern auch mit SATA kompatibel ist. Die Stärken von SAS zeigen sich vor allem in den folgenden Aspekten.

Flexibilität

SAS ist mit SATA kompatibel und spart Kosten für die Benutzer.

Skalierbarkeit

Eine SAS-Domäne kann bis zu 16384 Geräte direkt anschließen.

Ausgezeichnete Leistung

Die Leistung der Spot-to-Spot Struktur wird mit der Erhöhung der Anzahl der Ports verbessert.

Vernünftigeres Kabeldesign

In Umgebungen mit hoher Datendichte kann eine effektivere Kühlung bereitgestellt werden.

Vier grundlegende Indikatoren werden häufig zur Bewertung einer Technologie herangezogen: Leistung, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Kosten. Wenn man sich die Geschichte der Entwicklung der seriellen Festplattentechnologie vergegenwärtigt, von Fibre Channel über SATA bis hin zu SAS, haben verschiedene Technologien ihre eigenen Stärken. Die serielle Speichertechnologie, die erste Technologie des Fibre Channel, kann die Anforderungen an hohe Leistung, hohe Zuverlässigkeit und hohe Skalierbarkeit erfüllen.

Aber ihr Preis ist hoch. Obwohl der Preis der SATA-Festplatte sehr günstig ist, wird sie hauptsächlich für Near-Line-Storage und unkritische Anwendungen verwendet. Schließlich ist ihre Leistung nicht zufriedenstellend. SAS sollte als Allrounder betrachtet werden. Es kann SAS- und SATA-Festplatten unterstützen, um die verschiedenen kostengünstigen Speicheranforderungen zu erfüllen. Und es ist eine Lösung mit hoher Leistung, hoher Zuverlässigkeit und hoher Skalierbarkeit.

Festplatten-Controller – Häufige Fehler

Paralleler Anschluss

Der häufigste Fehler bei Festplatten ist der geführte Fehler, d. h. die Festplatte startet nicht. Wenn ein geführter Fehler auftritt, sendet das System viele Fehlermeldungen. Es kann hilfreich sein, sich mit diesen Hinweisen vertraut zu machen, um Festplattenprobleme zu lösen.

1. Fehlermeldung: HDD-Controller-Fehler

Erklärung: Festplattentreiber-Controller-Fehler

Grund: Wenn Sie den Computer starten, kann der Treiber die Operationen nicht innerhalb einer bestimmten Zeit abschließen, nachdem das POST-Programm (das automatische BIOS-Erkennungsprogramm) einen Suchauftrag an den Treiber gesendet hat. Dies führt zu einem Timeout-Fehler. Wenn dieser Fall eintritt, ist Ihre Festplatte vielleicht beschädigt.

2. Fehlermeldung: HD-Controller-Fehler

Erklärung: Ausfall des Festplatten-Controllers

Grund: Diese Art von Fehler wird als Hardware-Fehler eingestuft. Nachdem das POST-Programm einen Reset-Befehl an den Controller gesendet hat, wird die Interrupt-Antwort vom Controller nicht innerhalb einer bestimmten Zeitspanne ausgegeben. Die Gründe dafür können in einer Beschädigung des Controllers oder einem Fehler beim Einstecken der Kabel liegen. Darüber hinaus ist der Ausfall des Controllers auch für die Gültigkeit der Festplattenparameter relevant.

3. Fehlermeldung: NO ROM BASIC SYSTEM HALT

Erläuterung: kein kurierendes BASIC System und Systemausfall.

Dieser Fehler tritt häufig auf 486er und älteren Computern auf. Nur auf sehr alten Computern wird die Eingabeaufforderung erscheinen. Wenn das System gestartet wird, ist es die Aufgabe des Master-Boot-Programms, aus den vier Einträgen der Partitionstabelle eine aktive Partition (die gestartet werden kann) zu finden. Wenn es keine aktive Partition auf der Festplatte gibt, kann das System keinen Platz finden, um das Betriebssystem zu starten. Daher muss das System den Betrieb einstellen und das im BIOS verankerte BASIC-Programm aufrufen. Und wenn es kein BASIC-Programm gibt, erscheint dieser Fehler. Er kann zum Herunterfahren führen. Daher ist die einfachste Reparaturmethode, eine aktive Partition auf der Festplatte mit FDISK zu erstellen. Wenn der Computer dann kein kurierendes BASIC-Programm hat, wird dieser Fehler nicht mehr auftreten.