IEEE 1394為儲存裝置帶來一線希望 <文/李視誠>

看板Storage_Zone (儲存裝置)作者KillerLi (新任下士)時間20年前 (2004/03/06 02:13)推噓0(0推 0噓 0→)

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IEEE 1394為儲存裝置帶來一線希望文/李視誠本文由華碩電腦提供，亦刊登於華碩數位狂潮電腦雜誌第6期不斷的升級再升級，似乎已成為電腦族無法逃避的宿命，而我自己的電腦機殼也常常因為要安裝各類的介面卡或是硬碟機而拆拆裝裝，雖然不是什麼大工程，但是身為電腦玩家的我，總希望有一天電腦也可以不用再分各種介面的擴充卡，也不用分各種的連接埠規格，不需使用者設定I/O位址、IRQ等資訊，就連拆裝也能你傻瓜她聰明，就像家電插頭那樣的簡單。如果電腦能夠變成這樣，是不是更吸引人呢？ IEEE 1394的出現將使我們的夢想得以實現，或許您聽過RS-232 、USB（Universal Serial Bus）等，這些都是個人電腦上的串列傳輸介面，而IEEE 1394則是屬於高速的串列傳輸介面，接下來就讓我來為各位介紹這個令人興奮的高速匯流排，並分析其對儲存裝置的影響。 IEEE 1394 的發展沿革 IEEE 1394的起源可以回溯至1986年，當時美國標準化團體IEEE 的為電腦系統委員會（Microcomputer-System Committee）針對產業用電腦的診斷匯流排進行標準化作業，並於1986年9月成立 IEEE 1394委員會，著手進行串列匯流排的規格標準化。 1995年IEEE 1394規格正式訂定，其訂定的資料傳輸速率為100、 200及400Mbps（Mega bits/second），連接距離最大4.5公尺，其後不久又推出修正案IEEE 1394.a，補強了原先IEEE 1394-1995 不足的地方。由於許多家電廠商欲將商品化並且作為下一代數位家電的連接介面，因此想要將家庭中各式各樣的家電甚至是電腦連結起來，「連接距離」的提昇就成了新的課題。於是，1997年 4月1394.b Long Distance WG（Working Group）成立，並分成兩組來制定長距離的傳輸規格，而這兩組針對長距離及高速化等不同訴求的主題，分別選用了不同的傳輸媒體，再長距離傳輸的部分有CAT.5雙絞線、塑膠光纖等低成本的做法，而在高速傳輸（ 800Mbps、1.6Gbps、3.2Gbps）方面則建議使用石英玻璃製多模式光纖，其詳細規格分類請參考圖1。 IEEE 1394的架構 IEEE 1394的網路有三層，分別是實體層(Physical Layer)、連結層(Link Layer)及傳輸層(Transaction Layer)，其架構如圖2所示。實體層定義了傳輸資訊的電子信號及機械的介面，它位於整個傳輸介面的最底層，主要的功能為資料的編碼、解碼與匯流排的仲裁，而其連接器分為四接腳及六接腳兩種規格，四接腳連接器需搭配四蕊的纜線（為兩對雙絞線），六接腳連接器需搭配六蕊的纜線，六蕊纜線由一對單心的電源線和兩對雙絞線組成，其最大輸出電壓規格為直流40伏特，最大輸出電流為1.5安培，因此連接於匯流排上的裝置可以使用上游裝置的電源或使用自備的電源；兩對雙絞線一為資料線、一為控制信號線，並採用差動輸出的方式藉由雙絞線傳遞，如此可以具有較佳的抗雜訊能力及訊號品質。連結層主要功能為封包接收（Packet Receiver）、封包傳送（ Packet Transmitter）與週期控制（Cycle Control）。傳輸層則是定義了要求（Request）及回應（Response）協定，並用以實現讀取（Read）、寫入（Write）及鎖住（Lock）三個基本的傳輸動作。連接方式 IEEE 1394的連接方式一為雛菊鏈（Mode daisy chain）另一為接點分歧的方式，兩者可以混合使用（如圖3），雛菊鏈最多連接16段，各節點可以連接的數目為63台，所以整個IEEE 1394的網路上共可容納1024個裝置，節點間可以做點對點的資料傳輸，當有新裝置加入網路時，此裝置會被自動給予一個識別碼。傳輸模式傳輸的模式可分為等時性（Isochronous）和非同步（Asynchronous）傳輸，等時性傳輸其資料是連續性的，具有CRC檢測，一般為視訊及聲訊方面所應用，而非同步傳輸的資料則是非連續性的，具有CRC檢測，資料有發生錯誤可以再行重送，且接收方必須有相對應的回應（Acknowledge），藉由此種機制來追蹤資料的傳送和接收是否無誤，故其可以應用於硬碟機、光碟機或印表機等裝置上。IEEE 1394的匯流排週期為125μs，每個傳輸週期中等時性的傳輸通道會優先處理，當64個等時性傳輸通道處理完再進行非同步傳輸封包處理。傳輸的定址方式而傳輸的定址方式採用64位元，最前面的10個位元為匯流排的編號，故可以供1024個裝置（1023個連接區段）使用，當此10位元全部為1 時，表示廣播到匯流排上所有的裝置。接著的6個位元用於定址區段上的節點號碼，當此6個位元全部為1時，表示廣播到區段上所有的節點，剩餘的48個位元則是個節點的暫存器區及私有資料區。每當IEEE 1394匯流排上有裝置移除或是加入，都會產生重置（Reset）信號，當重置信號後各個節點會決定自己在網路中所處的連線地位，共可分為根節點（Root）、樹幹節點（Branch）及樹葉節點（Leaf），而各節點的從屬關係則以Parent及Child來標示（在圖3中我以P及C 簡稱之），舉圖3中的例子來說明，如IBM Computer連接了Scanner，故其對Scanner的連接附設定為Child，表示其還有下數得節點，而整個傳輸的許可與否則需要根節點的仲裁，當欲使用匯流排傳輸的裝置向其Parent提出要求時，Parent會在各Child之間仲裁出誰先提要求，將先提要求繼續向樹根部分傳遞，而同屬一個Parent的其他Child此時則被禁止提出要求，藉由此種機制來完成整個匯流排使用權的仲裁，取得使用權的節點於是開始進行傳輸。 IEEE 1394與現行電腦匯流排的比較目前個人電腦內部使用的匯流排主要有：介面卡使用的PCI匯流排，及儲存裝置使用的IDE匯流排，表1即列出其優缺點的比較。 IEEE 1394 PCI、IDE匯流排優點支援隨插即用（Hot Plug and Play）最多可以連接63台周邊裝置可以作為內接或外接的介面支援的周邊裝置及IC多速度快PCI為132 MBytes/sec，ATA-100為100Mbytes/sec 缺點現有可用的裝置和IC較少 1394.a規格速度最高為400Mbps較 PCI、ATA-100為慢（1394.b已將速度提昇至3.2Gbps）不支援熱插拔 IDE最多可以連接四台周邊裝置若欲提昇傳輸頻率，則訊號同步問題不易解決，且匯流排長度受限。僅有內接方式我們可以清楚的觀察到，目前個人電腦所使用的匯流排之所以行之有年，在於其傳輸速率快和使用的成本低，但其便利性則乏善可陳，連接裝置數目有限且安裝並不方便。而對於外接式的高速裝置而言，則除了 SCSI（Small Computer System Interface）介面外，似乎也找不出其他的對手，但SCSI在使用上，其裝置需要獨立的電源且連接需有終端電阻，裝置數目最多只能七台，裝置和介面的使用成本也一直居高不下，故其在個人電腦上並不是十分普及，僅在伺服器等級的電腦上因其容錯和穩定性高的優點而佔有一席之地。相信在眾多上下游廠商投入IEEE 1394的開發行列之後，其使用成本將會越來越為裝置生產廠商所接受，而有更多IEEE 1394周邊裝置可供我們選擇。 IEEE 1394對儲存裝置的影響當電腦核心（CPU）運作時脈越來越高的同時，系統整體執行效能往往取決於匯流排的資料傳遞速度，我們可以看到硬碟機的轉速越來越快，光碟機的倍速越來越高，原因無他，都是為了達到更大的資料傳輸速率，以減少系統花費在I/O上的時間：當IEEE 1394推出的時候，同時也有新的電腦架構Device Bay提出，以IEEE 1394.b 3.2Gbps的傳輸率來計算其相當的資料傳輸量約為160Mbytes/Sec（3.2Gbps/20 = 160 Mbytes），足以應付儲存裝置所需的傳輸速度，而且藉由Device Bay的架構（即儲存裝置都做成向抽取盒的形式，如圖4），安裝任何的儲存裝置將再也不需要關電源，拆機殼，你所需要的只是輕輕地將裝置推入抽取盒中即完成安裝的程序，這樣的電腦或許在不久的將來就會出現在你我的桌上。而以作為外接裝置的介面而言，以目前IEEE 1394.a S400（即400 Mbps）的傳輸速率，也足夠各式的CD-ROM、DVD-ROM及CD-RW等儲存裝置使用，以DVD而言，一倍速的資料傳輸速率為1.352 Mbytes/sec，IEEE 1394.a S400足以提供16倍DVD所需的資料傳輸率，而我們也可以看到日系廠商數款12倍、16倍IEEE 1394介面的DVD-ROM和CD-RW，足以顯示其商品化的可行性，在可預見的未來將會有更多樣的儲存裝置推出IEEE 1394的介面。 IEEE 1394裝置出頭天在個人電腦時代，新的規格要能夠生存下來所要掌握的關鍵在於廠商的支持，IEEE 1394有同樣要接受這樣的考驗，目前我們已經看到許多的產品如數位攝錄影機、Digital VCR、外接適硬碟、DVD-ROM、CD-RW Drive以及MO利用IEEE 1394作為傳輸介面，而在PC端的使用者也可以輕易的升級擁有IEEE 1394介面。個人電腦軟體界的龍頭—微軟公司，也在其作業系統中（Windows 98之後）以WDM（Windows Driver Model）提供裝置驅動程式的通用組合，在連結層則是符合Open HCI（Host Controller Interface Release 1.1）實作以支援IEEE 1394介面。微軟所提出的PC 99（第八章）或是PC 2001（第六章）系統設計要求中，明確的規範了硬體廠商所需符合的IEEE 1394規格，以利所生產的裝置能與作業系統搭配無間，今後我們將會見到越來越多的裝置採用IEEE 1394的規格，真正隨插即用的電腦操作環境正朝著我們直奔而來，就讓我們一同來體驗吧。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 218.175.40.168