Tema 7. Interfaces con los Periféricos de Almacenamiento

Tema 7. Interfaces con los
Periféricos de Almacenamiento
Periféricos e Interfaces
Tema 7/1

Sumario
• Organización de las Interfaces
• Interfaz ATA
• Interfaz SCSI
• Otras interfaces: Canal de Fibra
Tema 7/2

Organización de las interfaces a
los periféricos de almacenamiento
• Adaptadores y controladores
• Tipos de interfaces: punto á punto,
multipunto
• Fases de procesamiento de una operación de
acceso al periférico
Tema 7/3

Organización de las Interfaces
Buffer
Separador de datos
Placa Base
Adaptador de la
interfaz
Puente Sur
Chip Super I/O
Cable
de la
interfaz
Controlador
del periférico
Periférico
Funciones:Buscar pista,
Leer sector, Procesar
señales codificadas,
Separar datos/reloj
Tema 7/4

Tipos de Interfaces
• Paralelo: cinta, disco, impresora, etc.
• Serie: teclado, ratón, etc.
• Punto á punto: RS-232, Centronics
• Multipunto: USB, ATA-IDE, SCSI
Tema 7/5

Fases de ejecución de una
operación de periférico
Tema 7/6
• Procesador envía una petición de E/S al
controlador del periférico a través de un
adaptador situado en la placa base
• Periférico reconoce petición y se pone a la
espera
• Procesador envía/recibe datos a/desde el
periférico
• Controlador de periférico reconoce la
transmisión de los datos

Interfaz ATA
• Tipos
• Nivel físico de la interfaz
• Fases de ejecución y temporización de las
transacciones
• Arquitectura de la interfaz
• Programación
•ATAPI
Tema 7/7

Interfaces de Disco: ATA-IDE
(AT Attachment - Integrated Disk Electronics)
IRQ14
data(15..0)
Interfaz IDE-40p
VCC/GND
Formateador,
buffer de datos
Adaptador de host
Electrónica
de control
Separador
de datos
MicroControlador
Cache de
disco: 2 pist
Controlador Integrado
Discos
Magnéticos
Señales muy cortas entre el controlador y los discos, lo cual
dificulta las interferencias y aumenta el ritmo de transmisión
Tema 7/8
Repertorio de Comandos IDE

Tipos de Interfaces ATA.
Prestaciones
ATA/ATAPI
6
+UDMA5
100/MB/s
2002
ATA/ATAPI
7
+UDMA6
133/MB/s
2002
PIO: método de transferencia estándar para IDE, que se basa en la
realización de encuestas entre procesador y controlador periférico
sin “handshaking”, en el que el procesador es el responsable de la
transferencia
Tema 7/9
PIO max BW: PIO1=383 ns@5.22MB/s, PIO4=120 ns@16.6MB/s

Configuración moderna de
discos con interfaz ATA-IDE
Tema 7/10
Placa Base
Bus PCI del
sistema
Procesador-
Memoria
Adaptador de
bus-EIDE
Conector
IDE (EIDE
primario)
40
Conector
EIDE
secundario
Controlador de
disco Maestro (0)
Controlador de
disco Esclavo (1)
Controlador de
disco Maestro (0)
Controlador de
disco Esclavo (1)
Periféricos,
RLL

Nivel físico de ATA
• Conector de 40 pines, sin
número 20
4 5
• Cable plano de 46-61 cm
• TTL
• Asíncrono: ATA-1
• Síncrono: ATA-2,3,
ATAPI-4,5,6,7
• Detección y corrección de
errores en transacciones
UDMA
Tema 7/11

Señales Relevantes ATA-IDE
• DD(0:15): datos bidireccionales
• DA0, DA1: direcciones del primario y secundario
• #DIOR, #DIOW: indicación del adaptador de operaciones de
lectura/escritura
• IORDY: permite acoplar periféricos lentos de distintos ritmos
de transferencia. El procesador inserta estados de espera
cuando se lo pide el controlador del periférico. En los modos
síncronos PIO, realiza la sincronización
• DMARQ: petición DMA del periférico al procesador a través
del adaptador
• #DMACK: reconocimiento DMA del procesador al periférico
a través del adaptador
• INTR: petición interrupción desde el controlador del periférico
Tema 7/12

Tema 7/13
Señales ATA-IDE

IDE PIO-4
DA0: master
DA1: esclavo
Tema 7/14

Tema 7/15
IDE DMA-2

IDE
MANUFACTURER PART: ASUS # P5A
1x conector de disquetera
ON BOARD IDE
2 x PCI Bus Master IDE Ports (Up to 4
IDE Devices)
Supports PIO Mode 3, 4: 17
MB/Sec.(Max.)
Ultra DMA Mode: 33 MB/Sec.(Max.)
Tema 7/16

Arquitectura ATA-IDE
• ATA= Advanced Technology Attachment, hace
referencia a una interfaz lógica entre el computador y el
controlador del periférico, incluye comandos como leer
sector, escribir sector, etc.
• Basada en la arquitectura del bus E/S ISA
• 2 grupos de registros de 8/16 bits
• Bus de datos de 16 bits
• 5 bits para direccionar registros del controlador
• Primario: Hw Int=14, IO Add=1F0-1F7, 3F6-3F7
• Secundario: Hw Int=15, IO Add=170-177, 376-377
Tema 7/17

Registros ATA-IDE
• Datos de 16 bits (0x1f0)
• Errores (0x1f1)
• Número de Sectores (0x1f2): max=256
• Sector Comienzo/Accedido (0x1f3)
• Número cilindro LSB (0x1f4)
• Número cilindro MSB (0x1f5) : 64 Kcilindros
• Disco Master/Slave y Nº cabeza (0x1f6): 2
discos, 16 cabezas
• Estado (0x1f7)
• Comandos (0x1f8)
Tema 7/18

Fases en la ejecución de comandos
•Fase de Comandos: la CPU prepara los registros y envía el
comando de la operación correspondiente via puertos E/S
•Escribir sector, el controlador activa IRQ14 cuando espera
recibir el sector desde la memoria del computador
•Leer sector, el controlador activa IRQ14 cuando el
procesador puede leer un sector desde la cache de disco
•Otros comandos: formatear, posicionar cabeza, etc., IRQ 14
se activa en la Fase de Resultados
•Fase de Datos: se posiciona la cabeza y se transfieren los datos
a/desde la memoria del computador
Tema 7/19
•Fase de Resultados: el controlador escribe en el registro de
estado el resultado de la operación y envía una interrupción
hardware al procesador (IRQ14, INT 76H). El procesador
desactiva la interrupción leyendo el registro de estado

Técnicas de programación para
implementar la comunicación a
través de la interfaz ATA-IDE
• E/S programada (PIO)
– Instrucciones: REP INS, REP OUTS, se repiten
hasta que el contador alcanza el valor 0
– Mode 0: 3 MB/s; Mode 1: 5 MB/s; Mode 2: 8
MB/s; Mode 3: 11 MB/s; Mode 4: 16 MB/s;
•DMA
– 13.3 - 66 MB/s
Tema 7/20

ATAPI para CD-ROM
• Integra comandos ATA-IDE y nuevos
comandos específicos para CD-ROM
• Comandos de 12 bytes
• Transferencias en modo PIO
• Comando más importantes
– Lectura de paquetes
Tema 7/21

Interfaz SCSI
• Tipos
• Nivel físico de la interfaz
• Fases de ejecución y temporización de las
transacciones
• Arquitectura de la interfaz
• Programación
Tema 7/22

Conexión de Periféricos SCSI
Bus PCI
del sistema
Adpatador
de bus SCSI
Bus
SCSI
Controlador
de disco
Controlador
de cinta
Unidades
SCSI
CD
Disco duro
Cinta
magnética
Tema 7/23
Proc-Mem
Controlador
de
impresora
Impresora

Configuraciones SCSI
Transacciones
SCSI no
involucran al
procesador
Transacciones
entre dos
unidades SCSI
Resistencias de
terminación a
ambos lados
del bus
Tema 7/24

Tipos SCSI
Nombre Bits datos MHz MB/seg metros
SCSI-1 8 5 5 6
Fast SCSI 8 10 10 3
SCSI-2
Wide SCSI 16 10 20 3
Wide Ultra 16 20 40 1,5
Wide Ultra LVDS 16 20 80 12
Ultra 160 SCSI 32 40 160 10
Tema 7/25

Frecuencia de transferencia SCSI
Tema 7/26
IBM 1/2" Fast Access
Linear Tape Cartridge
(3570): 200 MB - 21 GB

Características del bus SCSI-1
• SCSI (Small/Smart Computer Systems Interface): bus independiente del
bus del sistema computador (diferencia con ATA)
• Los dispositivos SCSI son inteligentes; los controladores de las unidades
están siempre integrados en el dispositivo
• SCSI-1 define un bus entre un máximo de 8 unidades controladoras:
initiators (incluido el adaptador del host) o targets
• Dispone de un protocolo de prioridad, para asegurar que 2 iniciadores no
utilicen el bus al mismo tiempo
• A cada unidad controladora SCSI le es asignada una dirección SCSI
(SCSI-ID) establecidas por un switch o por BIOS
• Cada target puede acomodar hasta 8 unidades locales que disponen para
su identificación de un número de unidad lógica: LUN (Logical Unit
Number).
• Se realizan transferencias de bloques desde 256 bytes hasta 1024
gigabytes
• Transferencia de datos por el bus SCSI por encima de 1.5 MB/s á 4 MB/s
(protocolo asíncrono) y 10 MB/s (protocolo síncrono)
Tema 7/27

Características del bus SCSI-1
• El bus SCSI-1 consta de 18 señales activas a nivel bajo:
• Señales diferenciales +/- 1.5 v
• Bus paralelo de 9 bits (8 bits de datos más 1 de paridad) (SCSI-1)
• Protocolo handshaking realizado con las señales: I/O, REQ y
(ACK).
• Existen otras 9 señales de control
• La interfaz utiliza un conector de 50 pines con pares de cables
cruzados con líneas de tierra
• Existen 8 fases lógicas: arbitraje, selección, reselección,
comandos, datos, estado, mensajes, desconexión
• Utiliza lógica negativa: señal activa con voltaje negativo, señal
no activa con voltaje positivo
• El bus SCSI está restringido a un longitud de 6 m
Tema 7/28

Asignación del cable de 50
pines de la interfaz SCSI
Señal Pin Significado Señal Pin Significado
G N D 1 tierra T E R M P W R 26 term in ación
/D B (0 ) 2 bit d e datos 0 G N D 27 tierra
G N D 3 tierra G N D 28 tierra
/D B (1 ) 4 bit d e datos 1 G N D 29 tierra
G N D 5 tierra G N D 30 tierra
/D B (2 ) 6 bit d e datos 2 G N D 31 tierra
G N D 7 tierra /A T N 32 aten ción
/D B (3 ) 8 bit d e datos 3 G N D 33 tierra
G N D 9 tierra G N D 34 tierra
/D B (4 ) 1 0 bit d e datos 4 G N D 35 tierra
GN D 11 tierra /BSY 36 ocupado
/D B (5 ) 1 2 bit d e datos 5 G N D 37 tierra
G N D 13 tierra /A C K 38 reconocim iento
/D B (6 ) 1 4 bit d e datos 6 G N D 39 tierra
G N D 1 5 tierra /R S T 40 reset
/D B (7 ) 1 6 bit d e datos 7 G N D 41 tierra
G N D 17 tierra /M S G 42 m en saje
/D B (P ) 1 8 bit d e paridad G N D 43 tierra
G N D 19 tierra /SE L 44 selección
G N D 2 0 tierra G N D 45 tierra
G N D 2 1 tierra /C /D 46 com an d o/dato
G N D 2 2 tierra G N D 47 tierra
G N D 2 3 tierra /R E Q 48 p etición
G N D 2 4 tierra G N D 49 tierra
1) 2 5 n o con ex ión /I/O 50 en trada/salida
Tabla 1: Asignación del cable del interface SCSI
Tema 7/29

Señales de Control
Tema 7/30
• /BSY (Busy): la señal indica si el bus está ocupado actualmente
• /SEL ( Select): utilizada por el iniciador para seleccionar el dispositivo target;
el target utiliza SEL para restablecer la conexión al iniciador después de una
liberación temporal del control del bus.
• /C/D (Comando/Dato): controlada por el target, e indica qué tipo de
información, control o datos, está presente en el bus SCSI.
• /I/O (input/output): controlada por el target; indica la dirección del flujo de
datos en el bus de datos relativa al iniciador.
• /MSG (message): activada por el target durante la fase de mensaje.
• /REQ (request) activada por la unidad target para indicar el handshake de
petición durante el curso de una transferencia de datos /REQ-/ACK
• /ACK (acknowledge): activada por el iniciador para indicar el handshake de
reconocimiento de una transferencia de datos.
• /ATN: (attention): activada por el iniciador, indica la condición de atención
• /RST: (reset): activa resetea todos los dispositivos SCSI conectados.

Transferencia Lógica de Datos:
Fases de bus
Maestro
Esclavo
Petición de
función
Initiator
Control
SCSI
Target
Control
Ejecución
Función
Activadas
por
Iniciador
Activadas
por Target
Tema 7/31
• Fase de bus libre: BSY=SEL=0
• Fase de arbitraje: iniciador envía su SCSI-ID
• Fase de selección: SCSI-ID (ini) OR SCSI-ID (target)
• Fase de reselección
• Fase de comando: C/D=1, I/O=X, REQ-ACK
• Fase de datos: C/D=0, I/O=0, REQ-ACK
• Fase de estado : C/D=1, I/O=1, REQ-ACK
• Fase de mensaje: C/D=1, I/O=X, REQ-ACK

Tema 7/32
Diagrama de tiempos

Tema 7/33
Comandos
SCSI define “Clases de Periféricos”. Para cada uno
de ellos existe un conjunto de comandos
determinados
Discos Duros: 8 grupos de bytes de descripción de
comandos de alto nivel (CDBs)
– Grupos 0, 1 y 5: son para instrucciones de propósito
general.
– Grupos 2, 3 y 4: están reservados para la oficina
nacional de estándares.
– Grupos 6 y 7: están especificados por el fabricante.

El paquete de comando del
Tema 7/34
Byte
Grupo 0 (6 bytes)
0 código de grupo (3 bits), código de
operación (5 bits)
1 LUN (Logical Unit Number) + 5 bits
MSB de la dirección lógica del bloque
de datos del disco
2 Dirección de bloque lógica
3 Dirección de bloque lógica (LSB)
4 Nº de bloques a ser transferidos
5 Fabricante + flag + link

Programación SCSI con ASPI
• Advanced SCSI Programming Interface es un
manejador de periféricos SCSI que introduce una
API
• Se inserta en la pila de la memoria 8086 toda la
información para acceder al periférico
• Luego se realiza un “far call” al manejador SCSI
Tema 7/35

Canal de Fibra
• Fiber Channel Tutorial:
http://www.iol.unh.edu/knowledgeBase/trai
ning/files/fc/fc_tutorial.html
• Fibre Channel Overview:
http://hsi.web.cern.ch/HSI/fcs/spec/overvie
w.htm
Tema 7/36