در دنیای ذخیرهسازی دادهها، یکی از مهمترین عناصر تعیینکننده عملکرد سیستم، رابط (Interface) بین دستگاه ذخیرهسازی (مثل هارددیسک یا SSD) و کنترلکننده است. این رابط وظیفه دارد دادهها را با کمترین تأخیر، بیشترین کارایی و پایداری منتقل کند. در طی سالها، چندین استاندارد مختلف برای این رابطها ساخته و توسعه یافته اند، از جمله رابط SATA که مقرون به صرفه و رایج تر است، یا رابط SCSI و پس از آن نسخههای سریعتر مبتنی بر سریال مانند SAS.
در ادامه، ابتدا تاریخچه و اصول SCSI را بررسی میکنیم، سپس به تکامل آن به سمت SAS میپردازیم، در نهایت SATA را معرفی کرده و مقایسه ای میان آنها انجام خواهیم داد.
بخش اول: SCSI (Small Computer System Interface)
تاریخچه و پیدایش
پیشنیاز SCSI، پروتکل SASI (Shugart Associates System Interface) بود که از حدود سال ۱۹۷۹ آغاز شد و در سالهای بعدی تحتعنوان یک رابط استاندارد ارائه شد. واژه SASI به مرور توسط کنسرسیوم ANSI به نام SCSI (Small Computer System Interface) تبدیل شد.
در دههٔ 80 میلادی، شرکتهایی مانند Adaptec، Optimem و NCR در توسعه و گسترش SCSI نقش داشتند به طوری که اولین تراشههای کنترلر SCSI برای کامپیوترهای شخصی و سرور، مانند تراشه NCR 5385 در سال ۱۹۸۳ تولید شد.
اصول کارکرد و ساختار
SCSI یک رابط موازی است، یعنی چندین بیت داده به طور همزمان بر روی خطوط موازی منتقل میشوند. برای ارتباط معمولاً از رابط 8 بیتی یا 16 بیتی (در نسخههای پهنتر) استفاده میشد. دستگاهها در یک “باس” مشترک قرار میگرفتند، یعنی چندین دستگاه (مثل چند هارددیسک، درایو نوری و غیره) میتوانستند به یک کنترلر متصل باشند.
برای هر دستگاه باید یک شناسه SCSI (ID) تنظیم میشد (jumper یا پینها) و در انتهای باس لازم بود که “ترمیناتور” (Termination) قرار داده شود تا بازتاب سیگنال کنترل شود. پروتکل SCSI شامل دستورات کنترلی (مانند خواندن، نوشتن، مدیریت خطا) است که به دستگاهها ارسال میشود. این مجموعه دستورها بعدها در رابطهای بعدی (مثل SAS) نیز حفظ شده است.
نسخهها و پیشرفتها
SCSI به مرور نسخههای متعددی داشت که در آنها سرعت و قابلیتها توسعه می یافتند:
SCSI-1: اولین نسخه استاندارد شده.
SCSI-2: افزودن پشتیبانی برای حالتهای پیشرفتهتر، مانند حالت “Fast SCSI” با سرعت بیشتر.
SCSI-3: در این نسخه و نسخههای بعدی، قابلیتهایی مانند “Ultra SCSI”، “Ultra2 SCSI”، “Ultra160” و “Ultra320” به آن اضافه شد.
بعدها، به دلیل چالشهای فنی رابط موازی (مشکلات سیگنال، نویز، محدودیت طول کابل، مشکل همزمانی و تأخیر در خطوط موازی)، توسعه به سمت رابطهای سریال مثل SAS کشیده شد.
مزایا و محدودیتها
مزایا:
امکان اتصال چندین دستگاه به یک کنترلر
مجموعه دستورهای کامل و پشتیبانی از عملیات پیچیده
در کاربردهای حرفهای و سرورها (به خصوص در گذشته) بسیار پایدار و شناخته شده بود
محدودیتها:
نویز و اختلالات سیگنالی در خطوط موازی با افزایش سرعت
محدودیت طول کابل
نیاز به ترمیناتور و تنظیم دستی شناسه دستگاه
مقیاسپذیری محدود (تعداد دستگاه محدود)
پیچیدگی و هزینه بالاتر در سرعتهای زیاد
با همه اینها، SCSI به عنوان یک رابط سطح بالا در سیستمهای ذخیرهسازی کلاس سازمانی (enterprise) برای مدتی طولانی مورد استفاده بود.
بخش دوم: انتقال از SCSI موازی به SAS (Serial Attached SCSI)
با پیشرفت فناوری و نیاز به سرعتهای بیشتر، رابط سریال برای انتقال دادهها جایگزین رابط موازی شد. اینجاست که SAS پا به میدان گذاشت.
تعریف و اصول کار SAS
SAS مخفف Serial Attached SCSI است. در SAS، ارتباط به صورت نقطه به نقطه (point-to-point) برقرار میشود، یعنی هر دستگاه به صورت مجزا به کنترلر متصل میشود. برخلاف SCSI موازی که نیاز به ترمیناتور داشت، در SAS نیازی به ترمیناتور نیست و هر لینک SAS میتواند در هر دو جهت به طور همزمان انتقال دیتا داشته باشد (Full-duplex) یعنی ارسال و دریافت همزمان. SAS از همان مجموعه دستورهای SCSI استفاده میکند، بنابراین دستورات و مدیریت دستگاهها از SCSI به SAS منتقل شدهاند. SAS میتواند از طریق پروتکلی به نام STP (Serial ATA Tunneling Protocol) با دستگاههای SATA تعامل کند، یعنی امکان اتصال SATA به کنترلر SAS وجود دارد اما برعکس آن معمولاً امکان پذیر نیست.
نسخههای SAS و سرعتها
SAS در طول زمان چندین نسل داشته است:
نسل اول : SAS-1 که با سرعت حدود 300 مگابیت بر ثانیه (3 Gbit/s) در سال 2004 معرفی شد.
نسل دوم :SAS-2 هم با سرعت حدود 600 مگابیت بر ثانیه (6 Gbit/s) در سال 2009 معرفی شد.
نسل سوم : SAS-3 نیز با سرعت حدود 1200 مگابیت بر ثانیه (12 Gbit/s) در سال 2013 معرفی شد.
نسل چهارم : SAS-4 که تا به امروز آخرین جدیدترین نسل است سرعتی حدود 2400 مگابیت بر ثانیه (24 Gbit/s) در سال 2017 معرفی شد.
همچنین نقشه راههایی برای نسلی فراتر، در حال بررسی است.
توپولوژی و Expanders
یکی از ویژگیهای مهم SAS، امکان استفاده از Expander است. آنها ها مثل یک سوئیچ عمل میکنند و میتوانند چندین هارد را از طریق یک کابل SAS به کنترلر متصل کنند. با استفاده از expanders و مسیرهای متعدد (multipath)، امکان مقیاسپذیری وسیع و افزونگی (redundancy) بیشتر فراهم میشود.
در توپولوژی SAS، هر دستگاه دارای یک آدرس WWN (World Wide Name) یا آدرس SAS است که منحصر به فرد است.
مزایا و کاربردها
مزایا:
سرعت بالا و مقیاسپذیری . امکان اتصال چندین هارد با استفاده از expander ها
افزونگی و مسیر چندگانه — امکان داشتن مسیرهای متنوع به یک دستگاه برای افزایش تحمل خطا
پشتیبانی از دستگاههای SATA از طریق STP (در کنترلرهای SAS)
پشتیبانی از ویژگیهای مدرن SCSI مثل atomic writes و extended copy و امکانات ویژه برای SSD و فلش
حذف نیاز به ترمیناتور و مشکلات همزمانی خطوط موازی
معایب یا چالشها:
هزینهٔ بالاتر نسبت به SATA
پیچیدگی بیشتر در طراحی زیرساخت مانند مدیریت expander ها
عدم امکان اتصال هاردSAS به کنترلر و رابط SATA
در مواردی که سرعت بالا نیاز نباشد، ممکن است هزینه اضافی داشته باشد
SAS بیشتر در محیطهای سروری، مراکز داده (data centers) و سیستمهای ذخیرهسازی سازمانی استفاده میشود
بخش سوم: SATA (Serial ATA)
پیشینه و هدف
SATA مخفف Serial Advanced Technology Attachment است و جانشین رابط موازی ATA (که اغلب به نام PATA یا IDE مشهور بود) شده است.
هدف اصلی SATA، ارائه یک رابط سریال سادهتر، ارزانتر، با کابلهای نازکتر، که برای کاربران معمولی کامپیوتر مناسب باشد، بود.
اولین نسل SATA در اوایل دههٔ ۲۰۰۰ عرضه شد.
ساختار و عملکرد SATA
SATA نیز مانند SAS از انتقال سریال بهره میبرد، اما معمولاً به صورت نیمهدوبلکس (half-duplex) عمل میکند — یعنی یا ارسال یا دریافت در لحظه، نه هر دو همزمان. کابل SATA باریکتر و سادهتر است، معمولاً هر کابل یک زوج داده و چند خط فرمان کنترلی دارد.SATA از پروتکلی به نام AHCI (Advanced Host Controller Interface) استفاده میکند که قابلیتهایی مانند صفبندی دستورات (NCQ) را فراهم میکند. در نسلهای بعدی بعضی قابلیتها برای سازگاری با SSD و بهبود عملکرد اضافه شدند.
برخلاف SAS که امکان مسیر دوگانه و افزونگی بیشتری دارد ، SATA معمولاً به صورت یک پورت منفرد است.
نسخهها و سرعتها
رابط SATA نیز چند نسل دارد:
SATA I: انتقال داده تا 1.5 Gbit/s
SATA II: انتقال داده تا 3.0 Gbit/s
SATA III: انتقال داده تا 6.0 Gbit/s
امروزه SATA III (6 Gbit/s) استاندارد رایج برای رایانههای دسکتاپ و لپتاپ است.
مزایا و کاربردها
مزایا:
هزینه کم ، SATA برای کاربران معمولی مقرون به صرفه است.
کابل و سوکت سادهتر و کوچکتر
سازگاری گسترده، اکثر مادربردهای بازار دارای پورت SATA هستند
عملکرد کافی برای اکثر کاربردهای دسکتاپ
معایب / محدودیتها:
سرعت پایینتر نسبت به SAS
محدودیت درامکان افزونگی مسیر
معمولاً نیمهدوبلکس بودن انتقال
در محیطهایی که بار I/O بالا وجود دارد، ممکن است به اندازه کافی قوی نباشد
بخش چهارم: مقایسه کلی و جمعبندی
برای اینکه درک بهتری از برتریها و ضعفهای هر رابط داشته باشیم، میتوان جدول مقایسهای ارائه داد:
نکاتی که باید به آنها توجه کرد
ترکیب استفاده از SAS برای عملکرد بالا و SATA برای ذخیرهسازی انبوه با هزینه پایین یکی از راهبردهای معمول در طراحی سیستمهای ذخیرهسازی است.
رابطهای جدیدتر مانند NVMe (Non-Volatile Memory Express) که روی بستر PCIe اجرا میشوند، در بسیاری موارد جایگزینی برای SATA/SAS در محیطهای با کارایی بالا شدهاند.
استانداردهای جدید SCSI مانند SCSI Express (SOP/PQI) در حال تعریف هستند تا پروتکل SCSI را بر روی بستر PCIe منتقل کنند.
در آخر لازم به ذکر است، اگر در مورد موضوع بالا و سرورهای اچ پی سوالی دارید، کارشناسان فنی ما آماده پاسخگویی به شما هستند.
