IEEE 1394为储存装置带来一线希望 文/李视诚 本文由华硕电脑提供，亦刊登於华硕数位狂潮电脑杂志第6期 不断的升级再升级，似乎已成为电脑族无法逃避的宿命，而我 自己的电脑机壳也常常因为要安装各类的介面卡或是硬碟机而 拆拆装装，虽然不是什麽大工程，但是身为电脑玩家的我，总 希望有一天电脑也可以不用再分各种介面的扩充卡，也不用分 各种的连接埠规格，不需使用者设定I/O位址、IRQ等资讯，就 连拆装也能你傻瓜她聪明，就像家电插头那样的简单。如果电 脑能够变成这样，是不是更吸引人呢？ IEEE 1394的出现将使我们的梦想得以实现，或许您听过RS-232 、USB（Universal Serial Bus）等，这些都是个人电脑上的串 列传输介面，而IEEE 1394则是属於高速的串列传输介面，接下 来就让我来为各位介绍这个令人兴奋的高速汇流排，并分析其 对储存装置的影响。 IEEE 1394 的发展沿革 IEEE 1394的起源可以回溯至1986年，当时美国标准化团体IEEE 的为电脑系统委员会（Microcomputer-System Committee）针对 产业用电脑的诊断汇流排进行标准化作业，并於1986年9月成立 IEEE 1394委员会，着手进行串列汇流排的规格标准化。 1995年IEEE 1394规格正式订定，其订定的资料传输速率为100、 200及400Mbps（Mega bits/second），连接距离最大4.5公尺， 其後不久又推出修正案IEEE 1394.a，补强了原先IEEE 1394-1995 不足的地方。由於许多家电厂商欲将商品化并且作为下一代数位 家电的连接介面，因此想要将家庭中各式各样的家电甚至是电脑 连结起来，「连接距离」的提昇就成了新的课题。於是，1997年 4月1394.b Long Distance WG（Working Group）成立，并分成两 组来制定长距离的传输规格，而这两组针对长距离及高速化等不 同诉求的主题，分别选用了不同的传输媒体，再长距离传输的部 分有CAT.5双绞线、塑胶光纤等低成本的做法，而在高速传输（ 800Mbps、1.6Gbps、3.2Gbps）方面则建议使用石英玻璃制多模式 光纤，其详细规格分类请参考图1。 IEEE 1394的架构 IEEE 1394的网路有三层，分别是实体层(Physical Layer)、连结 层(Link Layer)及传输层(Transaction Layer)，其架构如图2所示 。实体层定义了传输资讯的电子信号及机械的介面，它位於整个传 输介面的最底层，主要的功能为资料的编码、解码与汇流排的仲裁 ，而其连接器分为四接脚及六接脚两种规格，四接脚连接器需搭配 四蕊的缆线（为两对双绞线），六接脚连接器需搭配六蕊的缆线， 六蕊缆线由一对单心的电源线和两对双绞线组成，其最大输出电压 规格为直流40伏特，最大输出电流为1.5安培，因此连接於汇流排 上的装置可以使用上游装置的电源或使用自备的电源；两对双绞线 一为资料线、一为控制信号线，并采用差动输出的方式藉由双绞线 传递，如此可以具有较佳的抗杂讯能力及讯号品质。 连结层主要功能为封包接收（Packet Receiver）、封包传送（ Packet Transmitter）与周期控制（Cycle Control）。 传输层则是定义了要求（Request）及回应（Response）协定，并用 以实现读取（Read）、写入（Write）及锁住（Lock）三个基本的传 输动作。 连接方式 IEEE 1394的连接方式一为雏菊链（Mode daisy chain）另一为接点 分歧的方式，两者可以混合使用（如图3），雏菊链最多连接16段， 各节点可以连接的数目为63台，所以整个IEEE 1394的网路上共可容 纳1024个装置，节点间可以做点对点的资料传输，当有新装置加入 网路时，此装置会被自动给予一个识别码。 传输模式 传输的模式可分为等时性（Isochronous）和非同步（Asynchronous） 传输，等时性传输其资料是连续性的，具有CRC检测，一般为视讯及 声讯方面所应用，而非同步传输的资料则是非连续性的，具有CRC检 测，资料有发生错误可以再行重送，且接收方必须有相对应的回应 （Acknowledge），藉由此种机制来追踪资料的传送和接收是否无误 ，故其可以应用於硬碟机、光碟机或印表机等装置上。IEEE 1394的 汇流排周期为125μs，每个传输周期中等时性的传输通道会优先处 理，当64个等时性传输通道处理完再进行非同步传输封包处理。 传输的定址方式 而传输的定址方式采用64位元，最前面的10个位元为汇流排的编号， 故可以供1024个装置（1023个连接区段）使用，当此10位元全部为1 时，表示广播到汇流排上所有的装置。接着的6个位元用於定址区段 上的节点号码，当此6个位元全部为1时，表示广播到区段上所有的节 点，剩余的48个位元则是个节点的暂存器区及私有资料区。 每当IEEE 1394汇流排上有装置移除或是加入，都会产生重置（Reset） 信号，当重置信号後各个节点会决定自己在网路中所处的连线地位 ，共可分为根节点（Root）、树干节点（Branch）及树叶节点（Leaf） ，而各节点的从属关系则以Parent及Child来标示（在图3中我以P及C 简称之），举图3中的例子来说明，如IBM Computer连接了Scanner， 故其对Scanner的连接附设定为Child，表示其还有下数得节点，而整 个传输的许可与否则需要根节点的仲裁，当欲使用汇流排传输的装置 向其Parent提出要求时，Parent会在各Child之间仲裁出谁先提要求， 将先提要求继续向树根部分传递，而同属一个Parent的其他Child此时 则被禁止提出要求，藉由此种机制来完成整个汇流排使用权的仲裁， 取得使用权的节点於是开始进行传输。 IEEE 1394与现行电脑汇流排的比较 目前个人电脑内部使用的汇流排主要有：介面卡使用的PCI汇流排，及 储存装置使用的IDE汇流排，表1即列出其优缺点的比较。 IEEE 1394 PCI、IDE汇流排 优点 支援随插即用（Hot Plug and Play） 最多可以连接63台周边装置 可以作为内接或外接的介面 支援的周边装置及IC多 速度快PCI为132 MBytes/sec，ATA-100为100Mbytes/sec 缺点 现有可用的装置和IC较少 1394.a规格速度最高为400Mbps较 PCI、ATA-100为慢（1394.b已将速度 提昇至3.2Gbps） 不支援热插拔 IDE最多可以连接四台周边装置 若欲提昇传输频率，则讯号同步问题不易解决，且汇流排长度受限。 仅有内接方式 我们可以清楚的观察到，目前个人电脑所使用的汇流排之所以行之有年 ，在於其传输速率快和使用的成本低，但其便利性则乏善可陈，连接装 置数目有限且安装并不方便。而对於外接式的高速装置而言，则除了 SCSI（Small Computer System Interface）介面外，似乎也找不出其他 的对手，但SCSI在使用上，其装置需要独立的电源且连接需有终端电阻 ，装置数目最多只能七台，装置和介面的使用成本也一直居高不下，故 其在个人电脑上并不是十分普及，仅在伺服器等级的电脑上因其容错和 稳定性高的优点而占有一席之地。 相信在众多上下游厂商投入IEEE 1394的开发行列之後，其使用成本将 会越来越为装置生产厂商所接受，而有更多IEEE 1394周边装置可供我 们选择。 IEEE 1394对储存装置的影响 当电脑核心（CPU）运作时脉越来越高的同时，系统整体执行效能往往 取决於汇流排的资料传递速度，我们可以看到硬碟机的转速越来越快， 光碟机的倍速越来越高，原因无他，都是为了达到更大的资料传输速率 ，以减少系统花费在I/O上的时间：当IEEE 1394推出的时候，同时也有 新的电脑架构Device Bay提出，以IEEE 1394.b 3.2Gbps的传输率来计算 其相当的资料传输量约为160Mbytes/Sec（3.2Gbps/20 = 160 Mbytes） ，足以应付储存装置所需的传输速度，而且藉由Device Bay的架构（即 储存装置都做成向抽取盒的形式，如图4），安装任何的储存装置将再也 不需要关电源，拆机壳，你所需要的只是轻轻地将装置推入抽取盒中即 完成安装的程序，这样的电脑或许在不久的将来就会出现在你我的桌上 。 而以作为外接装置的介面而言，以目前IEEE 1394.a S400（即400 Mbps） 的传输速率，也足够各式的CD-ROM、DVD-ROM及CD-RW等储存装置使用， 以DVD而言，一倍速的资料传输速率为1.352 Mbytes/sec，IEEE 1394.a S400足以提供16倍DVD所需的资料传输率，而我们也可以看到日系厂商 数款12倍、16倍IEEE 1394介面的DVD-ROM和CD-RW，足以显示其商品化 的可行性，在可预见的未来将会有更多样的储存装置推出IEEE 1394的 介面。 IEEE 1394装置出头天 在个人电脑时代，新的规格要能够生存下来所要掌握的关键在於厂商的 支持，IEEE 1394有同样要接受这样的考验，目前我们已经看到许多的 产品如数位摄录影机、Digital VCR、外接适硬碟、DVD-ROM、CD-RW Drive以及MO利用IEEE 1394作为传输介面，而在PC端的使用者也可以轻 易的升级拥有IEEE 1394介面。个人电脑软体界的龙头—微软公司，也在 其作业系统中（Windows 98之後）以WDM（Windows Driver Model）提供 装置驱动程式的通用组合，在连结层则是符合Open HCI（Host Controller Interface Release 1.1）实作以支援IEEE 1394介面。微软 所提出的PC 99（第八章）或是PC 2001（第六章）系统设计要求中，明 确的规范了硬体厂商所需符合的IEEE 1394规格，以利所生产的装置能与 作业系统搭配无间，今後我们将会见到越来越多的装置采用IEEE 1394的 规格，真正随插即用的电脑操作环境正朝着我们直奔而来，就让我们一 同来体验吧。 --

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