PC World 6/2002

Jaroslav Kasal, TestCentrum IDG

Děrné štítky
Raději se posuneme o mnoho století let dál, tedy až do světa éry výpočetní techniky. V této době se totiž objevuje potřeba uchovávat informace nejen písemně na papíře, ale tak, aby s nimi mohl co nejpohodlněji pracovat i počítač. Což podoba latinky ani azbuky či čínských znaků určitě nebude.
Nejprve se na scéně objevuje vynález nazvaný děrný štítek. Papírový děrný štítek byl sice použit už mnohem dříve, než nastoupily počítače v roce 1801 jej, zřejmě poprvé, použil Joseph-Marie Jacquard pro řízení automatického tkalcovského stavu ale to ještě nebylo úplně plnohodnotné médium, neboť stroj pouze pracoval podle děrného štítku, který připravil manuálně člověk. Ovšem v době počítačů už nastala jiná situace. I v České republice se děrné štítky hojně využívaly, svědčí o tom i vydaná Československá státní norma (ČSN), která předepsala jejich vlastnosti (např. rozměry na 187,4 x 82,5 x 0,18 mm). Data byla zaznamenávána pomocí skutečné perforace papírových štítků v různých částech. S tím, že štítek byl rozdělen do osmdesáti či devadesáti sloupců a dvanácti řad. Data se ukládala nikoliv binárně, ale v systému písmen a číslic, přičemž abeceda byla, na rozdíl od znakové sady např. Windows, silně zredukována na základní písmena a znaky. Klasická kapacita děrného štítku se počítala na 80 znaků, pro jednoduchost řekněme 80 bytů. Což nejprve dostačovalo, ale později se objevilo i efektivnější kódování (160 znaků a podobně).

Děrné pásky
Je zřejmé, že ani zvýšená hustota záznamu na děrném štítku nemohla dlouho postačovat, zvlášť když programy a informace, které tvořily logické celky, zabíraly mnoho děrných štítků a tak jeden program jste si mohli doslova nasypat do krabice od bot. Ještě horší situace nastala, pokud se vám děrné štítky pomíchaly. Mimochodem, nepřipomíná vám to instalaci Windows 95 z disket (s jedinou výhodou, že diskety byly očíslované)? Z těchto logických důvodů vývojáři navrhli děrné pásky. Došlo ke zvýšení přenosové rychlosti jak při zápisu (děrování) na pásku, tak i při čtení perforovaného média. Data se ukládala na pásek v sekvenčním děrování, přičemž se kódovala v systému sedmi až devíti řad. U širších záznamů se používalo i kontroly správnosti dat pomocí paritního bitu. V praxi se využívaly děrné pásky nejen u počítačů, ale uplatnily se i například v oblasti telegrafů a dálnopisu. Nevýhodami však stále zůstávalo snadné poškození papíru a nemožnost jej přepisovat, tedy použít médium pro zápis vícenásobně.

Magnetické štítky a pásky
S objevem magnetických materiálů se situace u záznamových médií, která by dokázala udržet informace i bez napájení, dosti změnila k lepšímu. Doposud používané děrné štítky, vyrobené povětšinou z papíru, se vytrácejí a na jejich místo přicházejí štítky vyrobené z plastů a pokryté magnetickým povrchem. Díky němu se zvyšuje kapacita, teď už ne děrného, ale magnetického štítku mnohonásobně. Dále získal štítek schopnost přepisu a také se zvýšila i rychlost přístupu k datům na médiu bez rizika mechanického poškození, jak tomu bylo dříve v případě štítků vyrobených z papíru.
Magnetické pásky pro změnu vytlačily nejprve papírové datové pásky a později i děrné a magnetické štítky. Magnetické pásky se dokonce rozšířily natolik, že se nezačaly používat jen u velkých sálových počítačů, ale pronikly i do domácností. Známým příkladem jsou audiokazety, které se pro záznam hudby i mluvených projevů používají dodnes. Ovšem audiokazety vhledem k své technické vyspělosti (ve své době) dokázaly upoutat i výrobce domácích počítačů, a tak si jistě i vy vzpomenete na zlaté časy osmibitových počítačů, jejichž nedílnou součástí se staly více či méně obyčejné kazeťáky. Na úplně obyčejné kazety se ukládaly (v audiopodobě) programy i data. Některé počítače, např. modely Atari, využívaly k připojení kazetového magnetofonu, který musel být vybaven již AD a DA převodníkem jiné, například kdysi velmi známé ZX Spectrum převáděly audiosignál až ve svých útrobách.

První pevné disky
Ač se to možná bude zdát neuvěřitelné, první pevný disk spatřil světlo světa už před celými 45 lety, kdy jej zabudovala do svého počítače společnost IBM. Měl tehdy na svou dobu neuvěřitelnou kapacitu 5 MB a rozměrově se blížil více k solidní ledničce než k dnešnímu miniaturnímu hard disku. Naštěstí pro nás uživatele se vývoj nezastavil, a tak se už v osmdesátých letech můžeme setkat s disky o kapacitě až 20 MB a rozměrem i hmotností, umožňujícími integraci do vnitřku počítačové skříně.
Mezi první disky, které se podařilo vtěsnat do počítačů PC, tehdy ještě PC XT, patřily výrobky společnosti Seagate, jež stála u zrodu diskového řadiče ST-506. Systém, známý také pod označením MFM (Modified Frequency Modulation), využíval pevných disků bez jakýchkoliv inteligentních obvodů, takže veškerou řídicí činnost musela provádět přímo karta řadiče. Tento fakt zhoršoval kompatibilitu výrobků od různých výrobců a dosti komplikoval uživatelům život.
Odstranit výše popsaný problém mělo rozhraní ESDI (Enhaced Small Device Interface), jehož posláním, vyjma dalších vylepšení, bylo přenést řídicí obvody přímo na konstrukci pevného disku a odlehčit práci řadiči v PC.

Nástup ATA
Jak je známo, boj a válka byly vždy motorem pokroku, a proto není ani příliš překvapivé, že konkurenční zápas stál za zrodem nového, modernějšího diskového standardu, jehož výhody smetly předchozí disková rozhraní do propadliště dějin. U porodní kolébky specifikace ATA (Advanced Technology Attachment) stály v roce 1986 společnosti Western Digital a Compaq. A jak je vidět, jejich snaha nepřišla vniveč, neboť rozhraní ATA i když ve velmi modifikované verzi je možné vidět v PC dodnes.

Vývoj ATA
Klasické rozhraní ATA nabízí možnost pomocí 40pinového datového kabelu připojit až dva IDE disky, přičemž platí, že jeden z nich musí být řídící (Master) a druhý podřízený (Slave). Standard v té době nabízel teoretickou přenosovou rychlost 8,33 MB/s a již podporoval známé režimy PIO (Programmed Input/Output) a přenos dat s využitím DMA (Direct Memory Acces) přímého přístupu do paměti.
I přes velký přínos rozhraní ATA se vývoj nezastavil, a neuplynula příliš dlouhá doba a rozhraní ATA2 už zaklepalo na dveře. Nemalou měrou k rozšíření ATA2 přispěla i skutečnost, že v režimu ATA1 nedokázal počítač (standardně) pracovat s disky většími než 512 MB. Na tuto neblahou dobu si jistě mnozí uživatelé vzpomenou a ti, kteří museli dokonce využívat služeb ovladačů umožňujících obejít nedostatky ATA1 (např. program OnTrack), si i nostalgicky povzdechnou při vzpomínce na ony zašlé časy. Ještě se však vraťme k ATA2, které umožnilo jak rychlejší režim přenosu dat (16,6 MB/s), tak i nový způsob adresování LBA (Logical Block Addressing), právě díky němuž byla prolomena hranice velkých disků.

ATAPI
Zřejmě pro úspěch ATA a ATA2 se začalo uvažovat o možnosti připojit na toto rozhraní i jiná než disková zařízení. Výsledkem se stal standard ATAPI (ATA Packet Interface), s jehož pomocí se dají připojit na 40pinový (ale i na 80pinový) datový kabel už nejen disky, ale i zařízení jako CD-ROM, CD-RW, páskové i různé jiné mechaniky a produkty.

EIDE
Rozšířené IDE neboli Enhanced IDE, jednoduše psané jako EIDE, vyvinula ve svých laboratořích společnost Western Digital a nasadila jej jako svůj strategický tah oproti konkurenci. Ve své specifikaci přidala řadiči kanál navíc, takže se poprvé v PC objevují dva datové kabely, oproti dřívějšímu jednomu. Každý z kanálů, označovaných jako primární a sekundární, dokáže připojit dvě zařízení, celkově tedy čtyři. Architektura rozdělení připojených mechanik či disků zůstává stejná, stále funguje "switchování", neboli nastavení pro Master/Slave režim, jen s tím rozdílem, že při plném obsazení řadiče existují zařízení označená Primary Master, Primary Slave, Secondary Master a Secondary Slave.

Ultra ATA
Po rozhraní ATA3, které definovalo pár nových vylepšení, např. technologii S.M.A.R.T (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), se objevil poměrně důležitý a významný systém označený jako Ultra ATA/33. Vyvinula jej v roce 1997 tehdy disková velmoc, společnost Quantum, a dodnes je toto rozhraní v PC využíváno. Mezi jinými názvy, pod kterými je také známé, uveďme např. Ultra DMA/33 nebo někdy i ATA4. Jak již sám název napovídá, zvyšuje Ultra ATA/33 propustnost sběrnice z dřívějších 16,6 MB/s na 33,3 MB/s. Není bez zajímavosti, že snad všechny dnešní mechaniky CD-ROM a CD-RW pracují v režimu Ultra DMA/33.

ATA/66, ATA/100 a ATA/133
O rok později, tedy v roce 1998, společnost Quantum a několik dalších předních velmocí, zabývajících se vývojem pevných disků, přijalo specifikaci dvojnásobně rychlého rozhraní s názvem ATA/66. Je vidět, že historie se už úplně postarala o odstranění označení ATA3, ATA4 anebo v tomto případě ATA5, a nastupuje tedy pouze označení ATA/66. Pod ním se skrývá propustnost sběrnice 66 MB/s, a samozřejmě i zpětná kompatibilita se staršími režimy přenosu. Přechod na ATA/66 pro uživatele znamenal nejen to, že režim musí podporovat jak pevný disk, tak BIOS, ale navíc je poprvé potřebný 80žilový datový kabel, oproti předchozímu 40žilovému. To je způsobeno tím, že ke každému z předchozích 40 vodičů přibývá samostatné zemnění, tak aby i při vysokých rychlostech přenosu nedocházelo k chybám.
Logickým krokem k vyšším rychlostem byl počin v podobě zavedení standardu ATA/100, který dovoluje zvýšit propustnost sběrnice až do 100 MB/s, a v poslední době se již objevují první vlaštovky z řad disků umožňujících pracovat v protokolu ATA/133, kde je výkon zcela analogicky zvýšen na 133 MB/s. U posledně zmíněného rozhraní je zatím trochu potíž s malým zastoupení základních desek, které by ATA/133 podporovaly, ale zatím lze předpokládat, že v příštím roce se přeci jen tento standard masivněji rozšíří. V každém případě už dnes lze s jistotou říci, že doba jeho vlády bude krátká, neboť systém Serial ATA už klepe na dveře a s ním se počítá jako se standardem pro další budoucnost.

Další rozhraní
Ještě předtím, než prozradíme něco o nejmodernějším vyvíjeném rozhraní Serial ATA, podívejme se krátce i po alternativních systémech, které byly anebo ještě jsou pro připojování diskových i nediskových zařízení používány.

SCSI
Je rozhodně škoda, že velmi zajímavou sběrnici SCSI (Small Computer System Interface) nemůžeme podrobněji popsat, ale je to z toho důvodu, že SCSI by si zasloužilo místa na vlastní samostatný článek. Tudíž jen krátce: SCSI bylo navrženo v roce 1986 a ihned v první verzi nabídlo uživateli možnost připojit až osm zařízení na jeden řadič. Rychlost přenosu sice nebyla na dnešní dobu nijak převratná, ale postupem času se vývojem jednotlivých SCSI modifikací zvýšila až na dnešních (teoretických) 160 MB/s. Ze známých modifikací SCSI uveďme např. SCSI 1-3, Ultra2 SCSI nebo dnešní Ultra 160 SCSI. Zajímavý je i maximální počet zařízení, současné řadiče dokáží totiž "zaměstnat" až 15 připojených disků.

FireWire
Dalším poměrně zajímavým rozhraním je bezesporu "ohnivý drát", neboli FireWire. U jeho zrodu stála společnost Apple, která jej vyvinula jako vysokorychlostní sériové rozhraní. Jeho výhody jsou dosti značné. Hvězdicová struktura připojení zařízení, schopnost připojovat či odpojovat zařízení za chodu (Hot Plug-In) a rychlost přenosu dat nejprve 50 Mb/s, později 100 a dnes až 400 Mb/s. FireWire je rozhraní známé také pod standardizovaným označením IEEE-1394, nebo pod komerčním názvem společnosti Sony, iLink. Ostatně, zřejmě především díky Sony se rozhraní FireWire dostalo tolik do povědomí uživatelů. V roce 1995 totiž byla poprvé standardem IEEE-1394 osazena digitální kamera, vyrobená právě zmíněnou japonskou společností. Dnes je FireWire uznáván především jako jednoznačný standard připojení digitálních kamer k PC a pro přenos formátu DV, kdy se používá přenosové rychlosti 100 Mb/s. Ovšem bylo by liché odsoudit "ohnivý drát" jen pro účely videa, na trhu naleznete pro tento dosti moderní standard i plno jiných (převážně externích) zařízení. Např. skenery, externí pevné disky, vypalovačky, CD-ROM mechaniky, DVD knihovny, čtečky paměťových karet a podobně.

USB 1.x a 2.0
Specifikace univerzálního sériového rozhraní USB (Universal Serial Bus) pochází z roku 1995, kdy jej ustanovila skupina výrobců hardwaru, v níž nechyběla jména jako Intel, Compaq či Nec. I přes velkou podporu ze stran výrobců se USB rozšířilo v praktickém užívání až dosti později. Dokonce lze říci, že teprve v dnešních dnech se vlastnosti USB využívají naplno. Bohužel nízká průchodnost sběrnice 12 Mb/s (asi 1,5 MB/s) zabraňuje širšímu využití jinak velmi zdařilého systému. Vývoj nikdy nespí, a tak se v současnosti dostává na světlo počítačového světa nová specifikace USB, verze 2.0. Ta nabízí rychlost 480 Mb/s (přibližně 60 MB/s) a možnost vyššího napájecího zatížení. Z toho můžeme předpovídat, že je jen otázkou krátkého času, než se masivně objeví externí disky, vypalovačky a obdobné výrobky pro standard USB 2.0.

Budoucnost je v Serial ATA
Nacházíme se dnes v době velkých změn, a tak lze jen těžko říci, které rozhraní se rozvine v budoucnu více, které méně a za jak dlouho přesto však jednu jistotu máme. Budoucnost diskových rozhraní má jméno SATA, neboli sériové vysokorychlostní rozhraní ATA. Skupina složená z veličin jako jsou Dell, IBM, Intel, Maxtor a Seagate, spojila síly a začala v roce 1999 pracovat na specifikaci nového rozhraní, které by nahradilo stávající paralelní rozhraní ATA. Výsledkem se stalo SATA, tedy sériové ATA, jež má za úkol odstranit současné nedostatky paralelního systému. Změny se nedotknou jen přímého protokolu, ale i technického pozadí. Datový kabel už nebude plochý 40pinový s 80 žilami, ale pouze uzounký, navíc bude moci být až metr dlouhý, oproti dřívějšímu, který mohl dorůstat maximálně 18palcové délky (cca 45 cm). Tím se výrazně zjednoduší jak montáž počítačů, tak i přístup vzduchu, čímž se zlepší tepelné podmínky v celém PC. Jednoduše řečeno, zlepší se proudění vzduchu ve vnitřku počítače, takže nebude tak snadno docházet k přehřívání jednotlivých komponent. Jinak budou vypadat i přípojky napájení, ale napětí zůstane na stejné úrovni, takže při přechodu na SATA bude možné i na starých počítačích využít jednoduché redukce. Ostatně zpětná kompatibilita celé SATA provází takovým způsobem, že připojení starých zařízení (disků) na nové rozhraní by také nemělo být, pomocí redukce, neřešitelné. Pro uživatele ale bude evidentně nejzajímavější výkon. Propustnost sběrnice dosahuje v první verzi Serial ATA 150 MB/s, druhá verze, která přijde v budoucnu, bude pracovat rychlostí až 300 MB/s a zatím naposledy ohlášená, třetí revize, bude moci chrlit data až neuvěřitelným výkonem 600 MB/s. Co říci závěrem snad jen, máme se na co těšit, budoucnost patří Serial ATA.