Главная МТС Банк

Ide порт что. Какие бывают разъемы жестких дисков? Питание терминаторов - TerminatorPower

В этой статье речь пойдет о том, что позволяет подключить жесткий диск к компьютеру, а именно, об интерфейсе жесткого диска. Точнее говорить, об интерфейсах жестких дисков, потому что технологий для подключения этих устройств за все время их существования было изобретено великое множество, и обилие стандартов в данной области может привести в замешательство неискушенного пользователя. Впрочем, обо все по порядку.

Интерфейсы жестких дисков (или строго говоря, интерфейсы внешних накопителей, поскольку в их качестве могут выступать не только , но и другие типы накопителей, например, приводы для оптических дисков) предназначены для обмена информацией между этими устройствами внешней памяти и материнской платой. Интерфейсы жестких дисков, не в меньшей степени, чем физические параметры накопителей, влияют на многие рабочие характеристики накопителей и на их производительность. В частности, интерфейсы накопителей определяют такие их параметры, как скорость обмена данными между жестким диском и материнской платой, количество устройств, которые можно подключить к компьютеру, возможность создания дисковых массивов, возможность горячего подключения, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д. Также от интерфейса жесткого диска зависит, какой кабель, шнур или переходник для его подключения к материнской плате вам потребуется.

SCSI - Small Computer System Interface

Интерфейс SCSI является одним из самых старых интерфейсов, разработанных для подключения накопителей в персональных компьютерах. Появился данный стандарт еще в начале 1980-х гг. Одним из его разработчиков был Алан Шугарт, также известный, как изобретатель дисководов для гибких дисков.

Внешний вид интерфейса SCSI на плате и кабеля подключения к нему

Стандарт SCSI (традиционно данная аббревиатура читается в русской транскрипции как «скази») первоначально предназначался для использования в персональных компьютерах, о чем свидетельствует даже само название формата – Small Computer System Interface, или системный интерфейс для небольших компьютеров. Однако так получилось, что накопители данного типа применялись в основном в персональных компьютерах топ-класса, а впоследствии и в серверах. Связано это было с тем, что, несмотря на удачную архитектуру и широкий набор команд, техническая реализация интерфейса была довольно сложна, и не подходила по стоимости для массовых ПК.

Тем не менее, данный стандарт обладал рядом возможностей, недоступных для прочих типов интерфейсов. Например, шнур для подключения устройств Small Computer System Interface может иметь максимальную длину в 12 м, а скорость передачи данных – 640 МБ/c.

Как и появившийся несколько позже интерфейс IDE, интерфейс SCSI является параллельным. Это означает, что в интерфейсе применяются шины, передающие информацию по нескольким проводникам. Данная особенность являлась одним из сдерживающих факторов для развития стандарта, и поэтому в качестве его замены был разработан более совершенный, последовательный стандарт SAS (от Serial Attached SCSI).

SAS - Serial Attached SCSI

Так выглядит интерфейс SAS серверного диска

Serial Attached SCSI разрабатывался в усовершенствования достаточно старого интерфейса подключения жестких дисков Small Computers System Interface. Несмотря на то, что Serial Attached SCSI использует основные достоинства своего предшественника, тем не менее, у него есть немало преимуществ. Среди них стоит отметить следующие:

Использование общей шины всеми устройствами.
Последовательный протокол передачи данных, используемый SAS, позволяет задействовать меньшее количество сигнальных линий.
Отсутствует необходимость в терминации шины.
Практически неограниченное число подключаемых устройств.
Более высокая пропускная способность (до 12 Гбит/c). В будущих реализациях протокола SAS предполагается поддерживать скорость обмена данными до 24 Гбит/c.
Возможность подключения к контроллеру SAS накопителей с интерфейсом Serial ATA.

Как правило, системы Serial Attached SCSI строятся на основе нескольких компонентов. В число основных компонентов входят:

Целевые устройства. В эту категорию включают собственно накопители или дисковые массивы.
Инициаторы – микросхемы, предназначенные для генерации запросов к целевым устройствам.
Система доставки данных – кабели, соединяющие целевые устройства и инициаторы

Разъемы Serial Attached SCSI могут иметь различную форму и размер, в зависимости от типа (внешний или внутренний) и от версий SAS. Ниже представлены внутренний разъем SFF-8482 и внешний разъем SFF-8644, разработанный для SAS-3:

Слева - внутренний разъём SAS SFF-8482; Справа - внешний разъём SAS SFF-8644 с кабелем.

Несколько примеров внешнего вида шнуров и переходников SAS: шнур HD-Mini SAS и шнур-переходник SAS-Serial ATA.

Слева - шнур HD Mini SAS; Справа - переходной шнур с SAS на Serial ATA

Firewire - IEEE 1394

Сегодня достаточно часто можно встретить жесткие диски с интерфейсом Firewire. Хотя через интерфейс Firewire к компьютеру можно подключить любые типы периферийных устройств, и его нельзя назвать специализированным интерфейсом, предназначенным для подключения исключительно жестких дисков, тем не менее, Firewire имеет ряд особенностей, которые делают его чрезвычайно удобным для этой цели.

FireWire - IEEE 1394 - вид на ноутбуке

Интерфейс Firewire был разработан в середине 1990-х гг. Начало разработке положила небезызвестная фирма Apple, нуждавшаяся в собственной, отличной от USB, шине для подключения периферийного оборудования, прежде всего мультимедийного. Спецификация, описывающая работу шины Firewire, получила название IEEE 1394.

На сегодняшний день Firewire представляет собой один из наиболее часто используемых форматов высокоскоростной последовательной внешней шины. К основным особенностям стандарта можно отнести:

Возможность горячего подключения устройств.
Открытая архитектура шины.
Гибкая топология подключения устройств.
Меняющаяся в широких пределах скорость передачи данных – от 100 до 3200 Мбит/c.
Возможность передачи данных между устройствами без участия компьютера.
Возможность организации локальных сетей при помощи шины.
Передача питания по шине.
Большое количество подключаемых устройств (до 63).

Для подключения винчестеров (обычно посредством внешних корпусов для жестких дисков) через шину Firewire, как правило, используется специальный стандарт SBP-2, использующий набор команд протокола Small Computers System Interface. Существует возможность подключения устройств Firewire к обычному разъему USB, но для этого требуется специальный переходник.

IDE - Integrated Drive Electronics

Аббревиатура IDE, несомненно, известна большинству пользователей персональных компьютеров. Стандарт интерфейса для подключения жестких дисков IDE был разработан известной фирмой, производящей жесткие диски – Western Digital. Преимуществом IDE по сравнению с другими существовавшими в то время интерфейсами, в частности, интерфейсом Small Computers System Interface, а также стандартом ST-506, было отсутствие необходимости устанавливать контроллер жесткого диска на материнскую плату. Стандарт IDE подразумевал установку контроллера привода на корпус самого накопителя, а на материнской плате оставался лишь хост-адаптер интерфейса для подключения приводов IDE.

Интерфейс IDE на материнской плате

Данное нововведение позволило улучшить параметры работы накопителя IDE благодаря тому, что сократилось расстояние между контроллером и самим накопителем. Кроме того, установка контроллера IDE внутрь корпуса жесткого диска позволила несколько упростить как материнские платы, так и производство самих винчестеров, поскольку технология давала свободу производителям в плане оптимальной организации логики работы накопителя.

Новая технология первоначально получила название Integrated Drive Electronics (Встроенная в накопитель электроника). Впоследствии был разработан описывающий ее стандарт, названный ATA. Это название происходит от последней части названия семейства компьютеров PC/AT посредством добавления слова Attachment.

Для подключения жесткого диска или другого устройства, например, накопителя для оптических дисков, поддерживающего технологию Integrated Drive Electronics, к материнской плате, используется специальный кабель IDE. Поскольку ATA относится к параллельным интерфейсам (поэтому его также называют Parallel ATA или PATA), то есть, интерфейсам, предусматривающим одновременную передачу данных по нескольким линиям, то его кабель данных имеет большое количество проводников (обычно 40, а в последних версиях протокола имелась возможность использовать 80-жильный кабель). Обычный кабель данных для данного стандарта имеет плоский и широкий вид, но встречаются и кабели круглого сечения. Кабель питания для накопителей Parallel ATA имеет 4-контактный разъем и подсоединен к блоку питания компьютера.

Ниже приведены примеры кабеля IDE и круглого шнура данных PATA:

Внешний вид интерфейсного кабеля: cлева - плоский, справа в круглой оплетке - PATA или IDE.

Благодаря сравнительной дешевизне накопителей Parallel ATA, простоте реализации интерфейса на материнской плате, а также простоте установки и конфигурации устройств PATA для пользователя, накопители типа Integrated Drive Electronics на длительное время вытеснили с рынка винчестеров для персональных компьютеров бюджетного уровня устройства других типов интерфейса.

Однако стандарт PATA имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ограничение по длине, которую может иметь кабель данных Parallel ATA – не более 0,5 м. Кроме того, параллельная организация интерфейса накладывает ряд ограничений на максимальную скорость передачи данных. Не поддерживает стандарт PATA и многие расширенные возможности, которые имеются у других типов интерфейсов, например, горячее подключение устройств.

SATA - Serial ATA

Вид интерфейса SATA на материнской плате

Интерфейс SATA (Serial ATA), как можно догадаться из названия, является усовершенствованием ATA. Заключается это усовершенствование, прежде всего, в переделке традиционного параллельного ATA (Parallel ATA) в последовательный интерфейс. Однако этим отличия стандарта Serial ATA от традиционного не ограничиваются. Помимо изменения типа передачи данных с параллельного на последовательный, изменились также разъемы для передачи данных и электропитания.

Ниже приведен шнур данных SATA:

Шнур передачи данных для SATA интерфейса

Это позволило использовать шнур значительно большей длины и увеличить скорость передачи данных. Однако минусом стало то обстоятельство, что устройства PATA, которые до появления SATA присутствовали на рынке в огромных количествах, стало невозможно напрямую подключить в новые разъемы. Правда, большинство новых материнских плат все же имеют старые разъемы и поддерживают подключение старых устройств. Однако обратная операция – подключение накопителя нового типа к старой материнской плате обычно вызывает куда больше проблем. Для этой операции пользователю обычно требуется переходник Serial ATA to PATA. Переходник для кабеля питания обычно имеет сравнительно простую конструкцию.

Переходник питания Serial ATA to PATA:

Слева общий вид кабеля; Cправа укрупнено внешний вид коннекторов PATA и Serial ATA

Сложнее, однако, дело обстоит с таким устройством, как переходник для подключения устройства последовательного интерфейса в разъем для параллельного интерфейса. Обычно переходник такого типа выполнен в виде небольшой микросхемы.

Внешний вид универсального двунаправленного переходника между интерфейсами SATA - IDE

В настоящее время интерфейс Serial ATA практически вытеснил Parallel ATA, и накопители PATA можно встретить теперь в основном лишь в достаточно старых компьютерах. Еще одной особенностью нового стандарта, обеспечившей его широкую популярность, стала поддержка .

Вид переходника с IDE на SATA

О технологии NCQ можно рассказать чуть подробнее. Основное преимущество NCQ состоит в том, что она позволяет использовать идеи, которые давно были реализованы в протоколе SCSI. В частности, NCQ поддерживает систему упорядочивания операций чтения/записи, поступающих к нескольким накопителям, установленным в системе. Таким образом, NCQ способна значительно повысить производительность работы накопителей, в особенности массивов жестких дисков.

Вид переходника с SATA на IDE

Для использования NCQ необходима поддержка технологии со стороны жесткого диска, а также хост-адаптера материнской платы. Практически все адаптеры, поддерживающие AHCI, поддерживают и NCQ. Кроме того, NCQ поддерживают и некоторые старые проприетарные адаптеры. Также для работы NCQ требуется ее поддержка со стороны операционной системы.

eSATA - External SATA

Отдельно стоит упомянуть о казавшемся многообещающим в свое время, но так и не получившем широкого распространения формате eSATA (External SATA). Как можно догадаться из названия, eSATA представляет собой разновидность Serial ATA, предназначенную для подключения исключительно внешних накопителей. Стандарт eSATA предлагает для внешних устройств большую часть возможностей стандартного, т.е. внутреннего Serial ATA, в частности, одинаковую систему сигналов и команд и столь же высокую скорость.

Разъем eSATA на ноутбуке

Тем не менее, у eSATA есть и некоторые отличия от породившего его стандарта внутренней шины. В частности, eSATA поддерживает более длинный кабель данных (до 2 м), а также имеет более высокие требования к питанию накопителей. Кроме того, разъемы eSATA несколько отличаются от стандартных разъемов Serial ATA.

По сравнению с другими внешними шинами, такими, как USB и Firewire, eSATA, однако, имеет один существенный недостаток. Если эти шины позволяют осуществлять электропитание устройства через сам кабель шины, то накопитель eSATA требует специальные разъемы для питания. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, eSATA в настоящее время не пользуется большой популярностью в качестве интерфейса для подключения внешних накопителей.

Заключение

Информация, хранящаяся на жестком диске, не может стать полезной для пользователя и доступной для прикладных программ до тех пор, пока к ней не получит доступ центральный процессор компьютера. Интерфейсы жестких дисков представляют собой средство для связи между этими накопителями и материнской платой. На сегодняшний день существует немало различных типов интерфейсов жестких дисков, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и характерные особенности. Надеемся, что приведенная в данной статье информация во многом окажется полезной для читателя, ведь выбор современного жесткого диска во многом определяются не только его внутренними характеристиками, такими, как емкость, объем кэш-памяти, скорость доступа и вращения, но и тем интерфейсом, для которого он был разработан.

Фирмы-разработчики аппаратного обеспечения постоянно совершенствуют внешние устройства и другие узлы персонального компьютера. Постоянно появляются новая периферийная аппаратура и новые модификации уже существующих устройств. Старые устройства наделяются новыми возможностями, новые делают такое, о чем раньше не приходилось и мечтать. И, конечно же, это коснулось устройств накопления информации.
Выпускаемые накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом действия физическими и технически эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением накопителей информации является ее хранение и воспроизведение. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и другими характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/ записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.
Самым дешевым и наибольшим по емкости является жесткий диск. В настоящее время винчестер имеет объем до 2 Тб.

1. Жесткий диск и принцип его работы

Накопитель на жёстких магнитных дисках, жёсткий диск или винчестер, (англ.HardDiskDrive, HDD) – энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Накопитель на жестком диске относится к наиболее совершенным и сложным устройствам современного персонального компьютера. Его диски способны вместить многие гигабайты информации, передаваемой с большой скоростью.
Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники.
Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.
Блок головок – пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.
Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава, хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика – окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство бюджетных устройств содержит 1 или 2 пластины, но существуют модели с большим числом пластин.
Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.
Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило, неодимовых постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.
Блок электроники, интерфейсный блок – обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.
Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка, коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).
Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.
Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.
Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации).
В накопителях на жестких дисках данные записываются и считываются универсальными головками чтения/записи с поверхности вращающихся магнитных дисков, разбитых на дорожки и секторы (512 байт каждый). В накопителях обычно устанавливается несколько дисков, и данные записываются на обеих сторонах каждого из них. В большинстве накопителей есть, по меньшей мере, два или три диска (что позволяет выполнять запись на четырех или шести сторонах), но существуют также устройства, содержащие до 11 и более дисков. Однотипные (одинаково расположенные) дорожки на всех сторонах дисков объединяются в цилиндр. Для каждой стороны диска предусмотрена своя дорожка чтения/записи, но при этом все головки смонтированы на общем стержне, или стойке. Поэтому головки не могут перемещаться независимо друг от друга и двигаются только синхронно.

2. Интерфейс IDE/ATA

ATA (AdvancedTechnologyAttachment) , также называемый IDE (IntegratedDriveElectronics) – стандарт на интерфейс между компьютером (контроллером) и накопителем на жестких магнитных дисках (дисководом, HDD), включая физический уровень (разъёмы, кабели), электрические и логические характеристики сигналов, регистры устройства, команды и протоколы.

2.1 Эволюция интерфейса

Интерфейс ATA – разрабатывался для подключения накопителей на жестких магнитных дисках к компьютерам IBM PC AT с шиной ISA. Интерфейс появился в результате создания устройств со встроенным контроллером – IDE. Контроллер жесткого диска был перенесен на плату электроники накопителя с сохранением регистровой модели.
Из всех сигналов шины ISA выбрали минимальный набор сигналов, часть из которых буферизовали на небольшой плате, устанавливаемой в слот, а часть направили прямо на разъем ленточного кабеля нового интерфейса.
Стандартный контроллер AT позволял подключать до двух накопителей – эту возможность получил и интерфейс ATА. Для взаимодействия пары устройств на шине ввели несколько дополнительных сигналов. Так появился интерфейс ATА для подключения устройств IDE к шине ISA. Позже их стали подключать и к локальным шинам, но набор сигналов интерфейса и протоколы обмена сохранились.
Принятая система команд и регистров, являющаяся частью спецификации ATА, ориентирована на блочный обмен данными с устройствами прямого доступа. Для иных устройств существует спецификация ATAPI, основанная на тех же аппаратных средствах, но позволяющая обмениваться пакетами управляющей информации (PI – PackageInterface).
В спецификации АТА фигурируют следующие компоненты:

О своей роли устройства узнают с помощью предварительно установленных конфигурационных джамперов. Если применяется кабельная выборка, то роль устройства определяется его положением на специальном кабеле-шлейфе.
Оба устройства воспринимают команды от хост-адаптера одновременно. Однако выходные сигналы на шину АТА имеет право выводить только выбранное устройство. Такая система подразумевает, что, начав операцию обмена с одним из устройств, хост-адаптер не может переключиться на обслуживание другого до завершения начатой операции. Параллельно могут работать только устройства IDE, подключаемые к разным шинам (каналам) АТА.
Выполняемая операция и направление обмена данными между устройством и хост- адаптером определяются предварительно записанной командой. Непременным компонентом устройства является буферная память. Ее наличие позволяет выполнять обмен данными в темпе, предлагаемом хост-адаптером (в пределах возможности устройства).

2.2 Адресация устройств

Адресация в АТА тоже имеет «дисковые корни»: для накопителей изначально указывали адрес цилиндра, головки и сектора – так называемая трехмерная адресация CHS (Cyllinder-Head-Sector). Позже по ряду причин стали различать физическую (реальную для накопителя) и логическую (по которой с устройством общается программа) адресацию CHS. При этом одно и то же устройство могло иметь различную логическую геометрию (но, естественно, С?Н?S лог? С?Н?S физ). Преобразование логической адресации в физическую выполняется встроенным контроллером устройства. Позже пришли к линейной адресации логических блоков LBA (LogicalBlockAddressing), где адрес блока (сектора) определяется 28-битным числом.
Оригинальная спецификация АТА предусматривала 28-битный режим адресации. Это позволяло адресовать 228 (268 435 456) секторов по 512 байт каждый, что давало максимальную ёмкость в 137 ГБ (128 ГиБ). В стандартных PC BIOS поддерживал до 7,88 ГиБ (8,46 ГБ), допуская максимум 1024 цилиндра, 256 головок и 63 сектора. Это ограничение на число цилиндров/головок/секторов CHS в сочетании со стандартом IDE привело к ограничению адресуемого пространства в 504 МиБ (528 МБ). Для преодоления этого ограничения была введена схема адресации LBA (LogicalBlockAddress), что позволило адресовать до 7,88 ГиБ. Со временем и это ограничение было снято, что позволило адресовать сначала 32 ГиБ, а затем и все 128 ГиБ, используя все 28 разрядов (в АТА-4) для адресации сектора. Запись 28-битного числа, организована путём записи его частей в соответствующие регистры накопителя (с 1 по 8 бит в 4-й регистр, 9-16 в 5-й, 17-24 в 6-й и 25-28 в 7-й).
Адресация регистров организована при помощи трёх адресных линий DA0-DA2. 1-й регистр с адресом 0 является 16-разрядный, и используется для передачи данных между диском и контроллером. Остальные регистры 8-битные и используются для управления.
Новейшие спецификации ATA предполагают 48-битную адресацию, расширяя таким образом возможный предел до 128 ПиБ (144 петабайт). Однако файловые системы большинства современных операционных систем поддерживают диски объёмом лишь до 2 ТиБ (исключением является, например, файловая система Ext4, поддерживающая размер до 256ПиБ).

2.3 Назначение контактов разъема

Все информационные сигналы интерфейса передаются через 40-контактный разъем, у которого ключом является отсутствующий на вилке и закрытый на розетке контакт № 20. Длина кабеля не должна превышать 0,46 м, допустимая емкость проводников не более 35 пФ.
Терминаторы стандартом не предусматриваются (они имеются в каждом устройстве и хост-адаптере), но если кабель с тремя разъемами (розетками) используют для подключения одного устройства, то и его, и хост-адаптер рекомендуется подключать к противоположным концам кабеля. Все сигналы АТА являются логическими со стандартными ТТЛ-уровнями («0» – до 0,4В, «1» – 2,4-5В).
Устройства и адаптеры, рассчитанные на использование Ultra DMA, должны иметь в сигнальных цепях последовательные согласующие резисторы с сопротивлением для различных цепей 22, 33 или 82 Ом. Спецификация АТА устанавливает 40-контактный сигнальный и 4-контактный разъемы питания (Рисунок 1), но для малогабаритных устройств питание может подаваться по 44-проводному интерфейсному кабелю

Рисунок 1 – Разъемы интерфейса АТА: сигнальный и питания

2.4 Сигналы интерфейса ATA IDE

Типы и виды сигналов интерфейса ATAIDEпредставлены в следующей таблице (Таблица 1):
Таблица 1 – Сигналы интерфейса ATA IDE

Сигнал					Сигнал
RESET	I	1	2	?	GND
DD7	I/OTS	3	4	I/OTS	DD8
DD6	I/OTS	5	6	I/OTS	DD9
DD5	I/OTS	7	8	I/OTS	DD10
DD4	I/OTS	9	10	I/OTS	DD11
DD3	I/OTS	11	12	I/OTS	DD12
DD2	I/OTS	13	14	I/OTS	DD13
DD1	I/OTS	15	16	I/OTS	DD14
DD0	I/OTS	17	18	I/OTS	DD15
GND	?	19	20	?	Ключ
DMARQ	OTS 2	21	22	?	GND
DIOW \| STOP 3	I	23	24	?	GND
DIOR \| HDMARDY \| HSTROBE 3	I	25	26	?	GND
IORDY \| DDMARDY \| DSTROBE 3	OTS 2	27	28	I/O	SPSYNC \| SCEL
DMACK	I	29	30	?	GND
INTRQ	OTS 2	31	32	OOK	IOCS16
DA1	I	33	34	I, O 4	PDIAG \| CBLID 3
DA0	I	35	36	I	DA2
CS0	I	37	38	I	CS1
DASP	I\OOK 5	39	40	?	GND
+5 В	?	41 6	42 6	?	+5 B
GND	?	43 6	44 6	?	Зарезервирован

RESET (Devicereset) – сброс устройства (инвертированный сигнал сброса системной шины). Сигнал длительностью не менее 25 мкс вырабатывается после установления питающих напряжений.
DA (DeviceAddress) – три младших бита системной шины адреса, используемые для выбора регистров устройств.
DD (DeviceData) – двунаправленная 16-битная шина данных между адаптером и устройствами. При 8-битных обменах используются младшие биты D.
DIOR (Device I/O Read) – строб чтения портов ввода/вывода. Данные фиксируются по положительному перепаду сигнала.
DIOW (Device I/O Write) – строб записи портов ввода/вывода. Данные фиксируются по положительному перепаду сигнала.
IORDY (I/O channelready) – готовность устройства завершить цикл обмена. Низким уровнем сигнала во время цикла обмена устройство может ввести такты ожидания шины. Сигнал требуется при обмене в PIO MODE 3 и выше.
IOCS16 – разрешение 16-битных операций. Обращение ко всем регистрам, кроме регистра данных, всегда 8-битное. Для РЮ MODE 0, 1, 2 при активном сигнале обращения 16-битные, при неактивном – 8-битные. Для РЮ MODE 3, 4 и DMA все обмены 16-битные, кроме дополнительных байт (выходящих за границу 512-байтного сектора) «длинного» считывания и записи.
DMARQ (DMA ReQuest) – запрос обмена по каналу DMA (сигнал необязательный). При разрешении обмена сигнал (высокий уровень) вводится устройством по готовности к обмену. Введя сигнал DMARQ, устройство должно дождаться подтверждения от хост-адаптера сигналом DMACK, после чего может снять запрос DMARQ. Для очередной передачи запрос должен быть введен снова. В режиме Multi-Word DMA запрос может удерживаться на время передачи всех данных. Выход должен быть тристабильным, в активном состоянии (0 или 1) он может быть только у выбранного устройства во время работы с DMA. В АТА-1 для этого сигнала мог использоваться как тристабильный, так и стандартный ТТЛ-выход. Работа на одной шине устройств с разнотипными выходами DMARQ может привести к конфликтам.
DMACK (DMA aCKnowledge) – подтверждение DMA. Сигнал вырабатывается хост-адаптером как подтверждение цикла передачи. Передача слова данных управляется сигналами DIOR или DIOW. Во время обмена по каналу DMA сигналы IOCS16, CS0 и CS1 не используются, обмен всегда производится 16-битными словами.
INTRQ (Device interrupt) – запроспрерывания.Выход должен быть тристабильным, активный сигнал (логическую 1) вырабатывает только выбранное устройство, когда у него имеется необслуженный запрос прерывания и его вырабатывание не запрещено битом nIEN в регистре DeviceControl. Запрос сбрасывается по сигналу RESET, установке бита SRST в регистре DeviceControl, записи в регистр команд или чтении регистра состояния. При обменах РЮ запрос устанавливается в начале передачи каждого блока (сектора или группы секторов при многосекторных операциях). Исключения: по командам FormatTrack, WriteSector(S), WriteBuffer и WriteLong в начале передачи первого блока данных запрос прерывания не вырабатывается. При обменах DMA запрос прерывания вырабатывается только по завершении операции.
CSO (ChipSelect 0) – сигнал выбора блока командных регистров (CommandBlockRegisters). Для первого канала он вырабатывается при наличии на системной шине адреса порта ввода/вывода в диапазоне lFOh–lF7h (сигнал также называют CS1FX#).
CS1 (ChipSelect 1) – выбор блока управляющих регистров (ControlBlockRegisters). Для первого канала он вырабатывается при наличии на системной шине адреса порта ввода/вывода в диапазоне 3F6h-3F7h (часто этот сигнал называется CS3FX;.
PDIAG (Passeddiagnostics) – сигнал о прохождении диагностики. Ведущее устройство наблюдает за этим сигналом, который ведомое устройство должно выработать в ответ на сброс или команду диагностики. Если ведомое устройство обнаружено (по сигналу DASP), ведущее устройство ожидает сигнал в течение 31с после сброса и 6 с после команды диагностики. Если за это время сигнал не появился, ведущее устройство отмечает этот факт установкой бита 7 регистра ошибок. Если ведомое устройство не обнаружено, ведущее обнуляет регистр состояния ведомого устройства и сообщает свое состояние сразу после завершения собственной самодиагностики. Сигнал служит только для связи двух устройств и хост-адаптером не используется.
CBUD (Cable assembly type identifier) – идентификациятипакабеля.В 80-проводной сборке контакт 34 на разъеме хост-адаптера соединяется с шиной GND, а контакты 34 разъемов устройств соединяются между собой, но связи с разъемом хост-адаптера не имеют. После прохождения сброса (когда сигнал PDIAG снимается) хост может определить наличие 80-проводного кабеля по низкому" уровню сигнала.
DASP (DeviceActive, SlavePresent) – сигнал двойного назначения: индикатор активности устройства и присутствия ведомого устройства. Устройства имеют выход типа «открытый коллектор» с нагрузочным резистором 10 кОм к шине +5 В. После сброса по сигналу RESET или при инициализации по включении питания оба устройства в течение 1 мс должны деактивировать этот сигнал, после чего не позже чем через 400 мс его вводит ведомое устройство для сообщения о своем присутствии. Ведущее устройство не активирует этот сигнал в течение 450 мс. Сигнал деактивируется ведомым устройством после получения им команды или через 31с автрматически (смотря что произойдет раньше). После этого сигнал может быть введен любым устройством как индикатор активности. Адаптер использует этот сигнал для включения светодиодного индикатора доступа к диску.
SPSYNC/CSEL (SpindleSynchronization/ CableSelect) - синхронизация шпинделя/выборка кабелем. Сигнал двойного назначения, которое должно быть единым для обоих устройств. Сигнал SPSYNC позволяет синхронизировать шпиндели устройств (актуально для RAID-массивов); используется по усмотрению производителя накопителя. Сигнал CSEL позволяет устройствам определять свой адрес по положению на специальном кабеле с разрывом провода 28 между разъемами двух устройств (малораспространенная «кабельная выборка»). Эта линия на хост-адаптере заземлена, и ведущее устройство получает заземленную линию, а ведомое – не подключенную. Состояние сигнала (если он управляется хост-адаптером) должно удерживаться по крайней мере 31с после сигнала RESET.
При использовании режима Ultra DMA четыре линии получают новое назначение сигналов:

2.5 Протокол взаимодействия хоста и устройства

Обычный протокол взаимодействия хоста с устройством выглядит следующим образом:

Для команд, не требующих передачи данных (ND):
Для команд данного типа, кроме шести вышеперечисленных пунктов стандартного взаимодействия хоста и устройства, выполняется ещё одна.

Единичное значение бита BSY может промелькнуть между шагами 6 и 7 так быстро, что хост его не зафиксирует, но для фиксации факта выполнения команды или ее части и предназначен запрос прерывания.

Для команд, требующих чтения данных в режиме PIO (PI):
Для команд данного типа, кроме шести вышеперечисленных пунктов стандартного взаимодействия хоста и устройства, выполняются ещё несколько.

Для операций записи данных после шага 6 для устройства начинается активная фаза записи на носитель, что отмечается установкой бита BSY.

Для команд, требующих записи данных в режиме PIO (PO и P):
Для команд данного типа, кроме шести вышеперечисленных пунктов стандартного взаимодействия хоста и устройства, выполняются ещё несколько.

2.6 Протоколы и режимы передачи данных

Программа общается с устройствами АТА через регистры, используя инструкции ввода/вывода IN и OUT. Для передачи данных с максимальной скоростью применяют программный доступ к регистру данных или DMA. Тип обмена задается командой. Программный доступ обязателен для всех устройств. Команды режима DMA устройствами могут не поддерживаться.
Программный доступ PIO (ProgrammedInput/Output) выполняется в виде следующих друг за другом операций чтения или записи в пространстве ввода/вывода по адресу регистра данных. В отличие от программно-управляемого ввода/вывода, применяемого, например, для общения с LPT-портом, передача блока данных в режиме PIO производится без программного опроса какого-либо бита готовности для передачи каждого слова. Готовность устройства проверяется перед началом передачи блока, после чего хост производит серию операций в определенном темпе. Темп определяется выбранным режимом PIO Mode (Таблица 2).
Для режимов определены допустимые параметры временной диаграммы цикла обмена.
Таблица 2 – Параметры режимов передачи (PIO mode)

Обмен PIO программно реализуется с помощью инструкций ввода/вывода строк REP INS или REP OUTS с занесенным в регистр СХ количеством слов (или байт) в передаваемом блоке. Эти инструкции обеспечивают максимально возможную скорость обмена для данного процессора и системной шины. «Обуздать» процессор в соответствии с выбранным режимом входит в задачу адаптера АТА, который использует для удлинения цикла сигнал готовности шины (для ISA – IOCHRDY). Традиционные режимы 0, 1 и 2 имеют временные параметры, фиксируемые только хост-адаптером. Для прогрессивных режимов АТА-2 (PIO Mode 3 и старше) устройство может затормозить обмен, используя сигнал готовности IORDY. Программный обмен на все время передачи блока занимает и процессор, и системную шину.
Обмен по каналу DMA занимает исключительно шины ввода/ вывода и памяти. Процессору требуется выполнить только процедуру инициализации канала, после чего до прерывания от устройства в конце передачи блока он свободен (этим могут воспользоваться многозадачные системы). Стандартные каналы DMA шины ISA для интерфейса АТА практически не используются из-за низкой пропускной способности.
Высокопроизводительные адаптеры АТА могут иметь собственные более эффективные контроллеры. Режимы обмена по каналу DMA бывают одиночными и множественными.
При одиночном режиме (SingleWord DMA) устройство для передачи каждого слова вырабатывает сигнал запроса DMARQ и сбрасывает его по сигналу DMACK#, подтверждающему цикл обмена.
При множественном режиме (Multiword DMA) на сигнал DMARQ хост отвечает потоком циклов, сопровождаемых сигналами DMACK#. Если устройство не справляется с потоком, оно может приостановить его снятием сигнала DMARQ, a по готовности установить его снова. Множественный режим позволяет развить более высокую скорость передачи.
Новейшее достижение – режим Ultra DMA, позволяющий достигнуть скорости передачи 33 Мбайт/с и обеспечить достоверность передачи, чего не делалось ни в PIO, ни в стандартных режимах DMA. Стандартом АТА-4 определено 3 режима Ultra DMA (0, 1 и 2), выбор режима осуществляется командой SetFeatures.
В режимах Ultra DMA сигналы DMARQ и DACK# сохраняют свое назначение, а вот смысл сигналов DIOR#, DIOW# и IORDY на время передачи пакета (Ultra DMA Burst) существенно меняется.
В пакете данные на шине сопровождаются стробом, генерируемым источником данных, причем для синхронизации используются оба перепада сигналов. Это позволяет повысить пропускную способность шины, не увеличивая частоту переключений сигналов сверх 8,33 с -1 (этот предел для обычного кабеля достигается в режиме РЮ Mode 4 и Multiword DMA Mode 2).
Каждое переданное слово участвует в подсчете CRC-кода, который передается в конце пакета. Подсчет ведется и источником данных, и приемником. При несовпадении принятого и ожидаемого кода фиксируется ошибка передачи.
Передача в пакете может приостанавливаться, если приемник снимет сигнал готовности (DDMARDY или HDMARDY). Передача пакета может прекращаться по инициативе устройства (снятием сигнала) или хоста (сигналом STOP). Противоположная сторона должна подтвердить окончание цикла сигналом STOP или DMARQ соответственно.
Правильный выбор режима обмена обеспечивает надежность и производительность. Все устройства поддерживают режим PIO Mode 0, в котором считывается блок параметров идентификации. В блоке имеются поля, описывающие режим обмена по умолчанию и более эффективные режимы обмена, поддерживаемые устройством. Командой SetFeatures можно изменить параметры режима. Иногда накопитель не обеспечивает надежной передачи данных в заявленном высокоскоростном режиме. Если данные начинают пропадать, первым делом следует понизить режим обмена.
Параметры стандартных режимов обмена по DMA приведены в таблице (Таблица 3).
Таблица 3 – Параметры циклов DMA для интерфейса ATA

и т.д.................

Режим

Минимальное время цикла (нс)

Скорость передачи (Мбайт/с)

Singleword DMA Mode 0

960

2,08

Singleword DMA Mode 1

480

4,16

Singleword DMA Mode 2

240

8,33

Multiword DMA Mode 0

480

4,12

Multiword DMA Mode 1

150

13,3

Multiword DMA Mode 2

В терминологии SCSI взаимодействие идет между инициатором и целевым устройством. Инициатор посылает команду целевому устройству, которое затем отправляет ответ инициатору.

Команды SCSI посылаются в виде блоков описания команды (англ. Command Descriptor Block, CDB ). Длина каждого блока может составлять 6, 10, 12 или 16 байт. В последних версиях SCSI блок может иметь переменную длину. Блок состоит из однобайтового кода команды и параметров команды.

После получения команды целевое устройство возвращает значение 00h в случае успешного получения, 02h в случае ошибки или 08h в случае, если устройство занято. В случае, если устройство вернуло ошибку, инициатор обычно посылает команду запроса состояния. Устройство возвращает Key Code Qualifier (KCQ) .

Все команды SCSI делятся на четыре категории: N (non-data) , W (запись данных от инициатора целевым устройством), R (чтение данных) и B ( двусторонний обмен данными). Всего существует порядка 60 различных команд SCSI , из которых наиболее часто используются:

Test unit ready - проверка готовности устройства, в т.ч. наличия диска в дисководе.
Inquiry - запрос основных характеристик устройства.
Send diagnostic - указание устройству провести самодиагностику и вернуть результат.
Request sense - возвращает код ошибки предыдущей команды.
Read capacity - возвращает емкость устройства.
Format Unit
Read (4 варианта) - чтение.
Write (4 варианта) - запись.
Write and verify - запись и проверка.
Mode select - установка параметров устройства.
Mode sense - возвращает текущие параметры устройства.

ATA

Спецификация IDE/ ATA была предложена в качестве недорогой альтернативы интерфейсам ESDI и SCSI для персональных компьютеров семейств IBM PC XT/AT . В результате сотрудничества компании Western Digital с Compaq Computer Corporation был разработан интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics), называемый также АТА (AT attachment) . Первые промышленные устройства на базе IDE/ ATA были выпущены в 1986году. Интерфейс был стандартизован (ANSI X3T9.2/90-143 ) в 1990г. как ATA (AT Attachment) . Основным отличием нового интерфейса была реализация большинства функций контроллера непосредственно на плате дискового накопителя. Такой подход упростил и удешевил хост-адаптеры, используемые для подключения винчестеров к компьютеру, и позволил обеспечить высокий уровень совместимости устройств разных фирм.

Используемые устройствами IDE адреса ввода/вывода совпадают с адресами ST506/412 , но функции контроллера перенесены на плату управления приводом диска и головок винчестера. Информация о геометрии диска (число головок, цилиндров и секторов) хранится в самом устройстве. Зачастую в BIOS передаются логические параметры диска, не совпадающие с его физическими параметрами, т.е. используется трансляция, что позволяет устанавливать винчестеры в компьютеры со старыми BIOS , не обеспечивающими возможность произвольной установки параметров устройства (в большинстве современных реализаций BIOS такая возможность поддерживается как тип 47 - User Defined ).

Базовый набор команд интерфейса IDE полностью соответствовал набору команд контроллера WD1002/1003 компании Western Digital , который был использован в компьютере IBM PC AT . При стандартизации интерфейса IDE к 12 базовым командам было добавлено еще столько же. Перенос большинства функций контроллера на плату управления позволяет несколько повысить скорость обмена данными с диском. Как правило диски IDE имеют небольшую встроенную кэш-память (до 256Кб) и позволяют работать с фактором чередования 1:1 (дорожка может быть прочитана целиком за один оборот диска).

Хост-адаптер для подключения дисков IDE зачастую устанавливается на системной плате (Mother board) или совмещается с контроллером дисководов и портами ввода-вывода (последовательными и параллельным) на специальной, вставляемой в гнездо расширения, плате (мультикарте, как ее зачастую называют). Подключение устройств к хост-адаптеру осуществляется с помощью 40-проводного плоского кабеля, к которому можно присоединить два винчестера. Для корректной адресации устройств один из винчестеров должен быть установлен в режим Master (ведущий), другой - в режим Slave (ведомый). Режим работы диска задается с помощью перемычек, расположенных как правило около сигнального разъема винчестера.

Разводка Parallel ATA

Контакт	Назначение	Контакт	Назначение
1	Reset	2	Ground
3	Data 7	4	Data 8
5	Data 6	6	Data 9
7	Data 5	8	Data 10
9	Data 4	10	Data 11
11	Data 3	12	Data 12
13	Data 2	14	Data 13
15	Data 1	16	Data 14
17	Data 0	18	Data 15
19	Ground	20	Key
21	DDRQ	22	Ground
23	I/O Write	24	Ground
25	I/O Read	26	Ground
27	IOC HRDY	28	Cable Select
29	DDACK	30	Ground
31	IRQ	32	No Connect
33	Addr 1	34	GPIO DMA66 Detect
35	Addr 0	36	Addr 2
37	Chip Select	38	Chip Select 3P

Перемычки для установки режима Master/Slave

Сравнение дисковых интерфейсов

Параметр	ST506/412 MFM	ST506/412 RLL	ESDI	SCSI	IDE/ ATA
Максимальная скорость обмена	5Мбит/сек	7.5Мбит/сек	10/24Мбит/се к	24/40МБайт /сек	10МБайт/се к
Максимальное количество устройств	4	4	7	56	2
Максимальное количество устройств в DOS	2	2	2	36	2
Подключение других устройств	-	-	-	+	-
Число секторов на дорожке	17	26	32-36	Не определено	Не определено
Все операции ввода -вывода осуществляются с использованием процессора	Частичное использование
Многозадачны й ввод-вывод	-	+	+ -[Современны е расширения IDE/ ATA поддерживают многозадачный ввод-вывод]
Автоматическая коррекция ошибок	-	-	+	+	+
Низкоуровневое форматирование	+	+	+	-

Современные реализации ATA/IDE

Предложенный в конце 80-х годов интерфейс ATA (AT Attachment) , известный также под названием очень быстро завоевал широкую популярность среди производителей и пользователей персональных компьютеров. Основными причинами быстрого и широкого распространения нового интерфейса послужили невысокая цена устройств, простота их установки и эксплуатации, а также высокий уровень совместимости устройств IDE . Спецификация АТА уступает по скорости обмена с дисками и ряду других параметров интерфейсу SCSI , однако для большинства пользователей производительность играет меньшую роль, по сравнению с совместимостью, простотой и стоимостью устройств.

Ограниченность АТА

Первоначальная версия стандарта IDE обеспечивала возможность подключения к компьютеру четырех винчестеров и позволяла обмениваться данными с диском на скорости до 10Мбайт/сек, однако реальная скорость ограничивалась прежде всего возможностями самого винчестера. Подключение четырех устройств, предусмотренное спецификацией IDE , в компьютерах семейства IBM PC AT , в спецификации ATA /IDE реализовано не было. Кроме того, совместное использование стандарта ATA и программного интерфейса Int 13 BIOS ограничивало размер дисковых устройств 528Мб. Природу этого ограничения, связанную с форматами чисел, используемых для адресации головок, секторов и цилиндров винчестера ( CHS -адрес) в стандарте IDE и BIOS , можно понять из приведенной ниже таблицы и рисунка 3, иллюстрирующего взаимодействие операционной системы с диском IDE .

Взаимодействие диска IDE с операционной системой.

Другим существенным ограничением стандарта IDE/ ATA является невозможность подключения к контроллеру IDE каких-либо устройств, за исключением винчестеров.

Присущие интерфейсу IDE/ ATA ограничения тормозили развитие недорогих компьютерных систем, рассчитанных на массового пользователя, в связи с чем целый ряд фирм предпринял попытки расширения возможностей классического IDE . Наибольших успехов на этом пути добилась компания Western Digital , разработавшая спецификацию Enhanced IDE ( EIDE ) , позволяющую использовать диски, размер которых превышает 528 Мб, и обеспечившую реальную возможность подключения к компьютеру до четырех устройств IDE (не только винчестеров, но и приводов CD-ROM или стриммеров).

Другим интересным вариантом развития интерфейса IDE является технология Fast ATA , разработанная компанией Seagate Technology при поддержке фирмы Quantum . Эта технология направлена в первую очередь на повышение скорости обмена данными с дисковыми устройствами и не поддерживает возможность подключения CD-ROM или стриммеров, но обеспечивает более высокий уровень совместимости за счет соответствия широко распространенным промышленным стандартам.

Enhanced IDE

Технология Enhanced IDE компании Western Digital была разработана в результате анализа потребностей современного рынка ПК. В 1984 году компания Western Digital создала контроллеры дисководов (WD1002 ) и винчестеров (ST506 ), которые были использованы фирмой IBM при разработке компьютера IBM PC AT . Успех архитектуры АТ привел к значительному расширению рынка IBM -совместимых ПК и сделал контроллеры Western Digital стандартом de facto .

В процессе становления рынка персональных компьютеров фирма Western Digital пришла к выводу о необходимости интеграции электроники контроллера АТ и дискового устройства. В результате сотрудничества с Compaq Computer Corporation был разработан интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) , называемый также АТА (AT Bus attachment) . Первые промышленные устройства на базе IDE/ ATA были выпущены в 1986 году.

Продолжая лидировать в сфере IDE -устройств, компания Western Digital предложила расширение интерфейса IDE . Новая спецификация - Enhanced IDE повышает скорость обмена с диском, допускает применение более скоростных дисков и обеспечивает возможность установки в компьютере до четырех устройств IDE . Кроме того, Enhanced IDE позволяет подключать к контроллеру не только винчестеры, но и другие устройства (приводы CD-ROM , стриммеры), поддерживающие спецификацию ATAPI (AT Attachment Packet Interface) . Эта спецификация определяет интерфейс с приводами CD-ROM и другими недисковыми устройствами, позволяющий использовать стандартные контроллеры и кабели. Стандарт ATAPI получил широкую поддержку среди производителей CD-ROM -устройств и разработчиков операционных систем, что еще более расширило сферу распространения интерфейса IDE/ ATA .

Спецификация EIDE позволяет избавиться от целого ряда ограничений, присущих интерфейсу IDE/ ATA . Такое расширение обеспечивает существенный рост возможностей устройств долговременного хранения информации без роста цен, усложнения использования и потери совместимости. Ограничения, присущие IDE , по сравнению с другими интерфейсами (такими, как SCSI ) не угрожают доминированию IDE на современном рынке недорогих систем. Однако повышение производительности процессоров, разработка новых ОС и высокие запросы современных приложений к дисковому пространству привели к тому, что стандарт IDE уже не может удовлетворять всем современным требованиям. Существенно и то, что стандартный интерфейс IDE менее гибок и более ограничен по сравнению со SCSI :

IDE поддерживает только два винчестера, а SCSI обеспечивает возможность подключения большого количества блочных устройств различных типов (принтеры, CD-ROM , стриммеры и др.);
размер дисков IDE не может превышать 528Мб, поскольку для доступа к диску используется интерфейс Int 13 BIOS , тогда как SCSI не ограничивает размер диска;
IDE обеспечивает скорость обмена с диском 2-3 Мб/сек, а SCSI - 10 или 20Мб/сек (Fast/Wide) .

Технология Enhanced IDE позволяет избавиться от основных ограничений стандарта IDE/ATA :

предельный размер диска 528Мб;
малая скорость обмена с диском;

ATA

EIDE

Ускоренный обмен данными основан на использовании скоростных режимов программируемого ввода-вывода ( PIO mode 3 ) и прямого доступа к памяти (DMA mode 1 ). Эти режимы обеспечивают скорость обмена 11.1 и 13.3 Мб/сек, соответственно. Для реализации скоростного обмена требуется поддержка со стороны винчестера и BIOS. BIOS должна поддерживать один из скоростных режимов обмена с диском ( PIO mode 3 или DMA mode 1 ), как правило это режим PIO . Со стороны дискового устройства также должна обеспечиваться поддержка скоростного обмена. Эту возможность обеспечивает большинство современных винчестеров (в том числе диски Fast ATA ). Скоростные режимы обмена позволяют полнее реализовать возможности дисковых контроллеров, использующих широкополосную локальную шину VESA или PCI .
Поддержка двух портов ATA . Для обеспечения этой возможности используются зарезервированные для второго контроллера адреса портов ввода-вывода и прерывание IRQ15 . Для реализации этой возможности требуется поддержка со стороны контроллера (хост-адаптера), BIOS и операционной системы. К самим устройствам (винчестерам, приводам CD-ROM или стриммерам) не предъявляется никаких дополнительных требований. Контроллер должен обеспечивать возможность установки адресов второго порта (это реализовано отнюдь не во всех современных моделях). Не все BIOS поддерживают возможность использования четырех устройств IDE , однако современные разработки включают этот режим. Важную роль играет поддержка использования четырех устройств со стороны операционной системы. Эта возможность реализована в большинстве 32-разрядных ОС и в последних версиях DOS .
Возможность подключения приводов CD-ROM и стримеров . Этот режим является недорогой альтернативой SCSI . Для обеспечения такой возможности требуется требуется поддержка нескольких новых команд. Спецификация ATAPI ( ATA Packet Interface) , находящаяся в стадии разработки, содержит описание новых команд. Для обеспечения возможности подключения к хост-адаптеру недисковых устройств требуется поддержка спецификации ATAPI со стороны BIOS, хост-адаптера, операционной системы и самих периферийных устройств. В настоящее время большинство устройств CD-ROM уже использует интерфейс IDE/ ATAPI для подключения ко второму порту современных контроллеров. Очевидно, что при таком обилии вариантов расширения возможностей IDE отнюдь не все устройства, рекламируемые как "Enhanced", поддерживают все четыре режима, добавленные в спецификацию Enhanced IDE . Не следует забывать также о том, что для обеспечения полной поддержки EIDE , этой спецификации должны удовлетворять BIOS , хост-адаптер, операционная система и, наконец, сами периферийные устройства.

Рассмотрим наиболее распространенные интерфейсы периферийных устройств (табл. 4.5).

Таблица 4.5. Интерфейсы внешних устройств

Интерфейс	Модификация	Скорость (Мбайт/с)
PC Floppy Disk Controller		62,5 Кбайт/с

	SATA-150 - SATA-600

	8 бит x 10 МГц
Fast Wide SCSI 2	16 бит х 10 МГц
Ultra Wide SCSI 40	16 бит х 20 МГц
Ultra-2 wide SCSI 80	16 бит х 40 МГц
Ultra-З SCS1160	16 бит х 40 МГц DDR
	16 бит х 80 МГц DDR
	16 бит х 160 МГц DDR
Serial Attached SCSI
Serial Attached SCSI 2	(В разработке)
	1GFC (1,06 ГГц) - 4GFC (4,25 ГГц)

Интерфейс IDE и его разновидности

IDE (Integra?ed Device Electronics) - интерфейс устройств со встроенным контроллером (рис. 4.21, 4.22). При создании этого интерфейса разработчики ориентировались на подключение дискового накопителя. За счет минимального удаления контроллера от диска существенно повышается быстродействие.

Проблема накопитель-компьютер состоит из трех частей. Компьютер должен взаимодействовать с контроллером (и наоборот), контроллер должен оперировать данными и взаимодействовать с дисковым накопителем (и наоборот).

В свое время проблема рассматривалась со всех трех сторон, что заставляло производителей накопителей выполнять всю ра-

Шины EIDE, PCI VL или системная плата ПК

Первичный интерфейс EIDE

Накопитель на МЛ, CD-ROM или НЖМД, совместимый с EIDE совместимый с EIDE

Рис. 4.21. Интерфейс EIDE

Рис. 4.22. Параллельный разъем АТА/1 DE (а , б ); последовательный разъем

АТА (в ); разъемы на плате (г)

боту. Большая часть «интеллекта» для передачи данных между компьютером и дисковым накопителем была сосредоточена на плате контроллера и компьютера, поэтому при установке нового или замене старого накопителя требовалось обеспечить полную совместимость контроллера с новым жестким диском. Контроллеры IDE существенно изменили ситуацию, так как в этом стандарте значительно большую роль стал играть контроллер на плате дисководного накопителя, поэтому фактический интерфейс между накопителем и компьютером стал относительно простым.

Семейство интерфейсов накопителей IDE (Integrated Drive Electronics) пришло на смену интерфейсам ST506 и ESDI, использовавшимся для подключения жестких дисков к соответствующим контроллерам. В IDE впервые введена стандартная шина для обмена с контроллером за счет использования совмещенной с диском специальной электроники для управления диском и этой шиной (отсюда и название интерфейса). Трансляцию логических параметров в физические осуществляет электроника диска. В качестве синонима интерфейса IDE применяется термин АТА (AT Attachment).

Физически интерфейс IDE реализован с помощью плоского 40-жильного кабеля, на котором размещаются разъемы для подключения одного или двух устройств. Общая длина кабеля не должна превышать 45 см, причем расстояние между разъемами должно быть не менее 15 см.

Интерфейс IDE имеет первичный и вторичный каналы, к каждому из которых можно подключить два устройства, т. е. всего их может быть четыре. Это может быть жесткий диск, CD-ROM или переключатель дисков.

Интерфейс IDE поддерживает несколько способов обмена. Сначала основным способом обмена был режим PIO (Programmed Input/Output), при котором обмен данными производился через регистры процессора под его непосредственным управлением. Следствием этого является высокая загрузка процессора при операциях ввода-вывода.

Вторым способом является использование режима прямого доступа к памяти DMA (Direct Memory Access), при котором контроллер интерфейса IDE и контроллер прямого доступа к памяти системной платы пересылают данные между диском и оперативной памятью, не загружая центральный процессор.

Существует несколько разновидностей интерфейса IDE, совместимых снизу вверх друг с другом.

Спецификация Enhanced IDE. В целях развития возможностей интерфейса IDE компанией Western Digital была предложена его расширенная спецификация Enhanced IDE (синонимы: E-IDE, Fast АТА, АТА-2 и Fast АТА-2), которая обрела затем статус американского стандарта ANSI под названием АТА-2 (рис. 4.23, табл. 4.6). Она содержит ряд нововведений: поддержку IDE-на-копителей емкостью свыше 504 Мбайт, поддержку в системе нескольких контроллеров IDE и подключение к одному контроллеру до четырех устройств, а также поддержку периферийных устройств, отличных от жестких дисков (приводов CD-ROM, CD-R и DVD-ROM, накопителей LS-120 и ZIP, магнитооптики,

Таблица 4. 6. Разъем параллельного интерфейса АТА

Назначение	Назначение	Назначение	Назначение





		I/O запись
I/O чтение
			Не используется
	GPIO DMA66 Detect
	Chip Select ЗР

Передача данных как передним, так и задним фронтами импульса

Рис. 4.23. Схемы временных диаграмм интерфейсов АТА-2 и АТА-3 (а );

Ultra АТА (б); Ultra АТА/66 {в)

стримеров и т. п.). Расширение спецификации IDE для поддержки иных типов накопителей с интерфейсом IDE называют также ATAPI (АТА Packed Interface). В Enhanced IDE также введены элементы распараллеливания операций обмена и контроля за целостностью данных при передаче.

В спецификацию интерфейса Enhanced IDE добавлена поддержка режимов РЮ Mode 3 и 4, а также режимы DMA Single Word Mode 2 и Multi Word DMA Mode 1 и 2. Максимальная скорость передачи данных по шине в режиме РЮ Mode 3 составляет 11,1 Мбайт/с, а в режимах РЮ Mode 4 и Single Word DMA Mode 2 - 16,7 Мбайт/с. Режим Multi Word DMA Mode 2 позволяет получить пиковую скорость обмена свыше 20 Мбайт/с.

Следующим шагом в развитии интерфейса IDE/АТА явился стандарт Ultra АТА (он же Ultra DMA, АТА-33, DMA-33, АТА-3). Ultra АТА является стандартом де-факто использования быстрого режима DMA - mode 3, обеспечивающего скорость передачи дан-

Передача данных передним фронтом импульса

Спецификация
Синонимы		EIDE, Fast АТА, Fast IDE,				Ultra АТА/100
Пропускная способность, Мбай/с
Количество соединений				2 на 1 кабель	2 на 1 кабель	2 на 1 кабель	1 на 1 кабель
Характеристики кабеля	40-контактов	40-контактов	40-контактов	40 контактов	40 контактов, 80-жильный	40 контактов, 80-жильный	7 контактов
Новые свойства		28-битовая адресация логических блоков(LBA)		Интерфейс ATAPI, поддержка CD ROM, стримеров и пр.	80-жильный	48-битовая LBA	SATA 1.0, поддержка длинных логических /физических блоков
Максимальный размер диска	137 Гбайт (128 GiBi)					144 Пбайт (128 РІВІ)
Контроль по CRC
Дата выпуска
Стандарт ANSI

362 Глава 4. Интерфейсы

ных 33,3 Мбайт/с. Для обеспечения надежной передачи данных по все тому же кабелю используются специальные схемы контроля и коррекции ошибок, при этом сохраняется обратная совместимость с предыдущими стандартами - АТА и АТА-2.

Наконец, интерфейсы Ultra АТА/66, Ultra АТА/100, Ultra АТА/133, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростями 66, 100 и 133-150 Мбайт/с соответственно.

Последовательный интерфейс Serial АТА (SATA). Основные преимущества Serial АТА сравнительно с Parallel АТА (РАТА) включают:

уменьшено количество контактов разъема (до 7 вместо 40) и снижено напряжение сигнала (до 500 мВ, сравнительно с 5 В для РАТА);
меньший, более удобный для проводки кабель, длиной до 1 м;
улучшены возможности обнаружения и коррекции ошибок.

Первое поколение (известное как SATA/150 или SATA. 1)

появилось на рынке в середине 2002 г. и поддерживало скорость передачи данных до 1,5 Гбит/с. SATA. 1 использует схему кодирования 8В/10В на физическом уровне, которая имеет эффективность, равную 80 %, что приводит к реальной скорости в 1,2 Гбит/с или 150 Мбайт/с.

Следующая версия (SATA, 3,0 Гбит/с) также использует схему 8В/ 10В, поэтому максимальная скорость передачи составляет 2,4 Гбит/с или 300 Мбайт/с. Однако сегодняшние устройства НЖМД не поддерживают таких скоростей, поэтому реальное быстродействие системы ограничено возможностями дисковода. Спецификацию 3,0 Гбит/с часто называют «Serial АТА II» («SATA II»), а также SATA 3.0 или SATA/300, продолжая линию АТА/100, АТА/133 и SATA/150.

Интерфейс ATA (IDE) является одним из самых долгих по времени использования в устройствах (компьютерах), появился он еще в 1986 г (когда первый жесткий диск 30+30 мб был уже в 1973 г) и используется по сей день (постепенно интерфейс IDE вытесняет интерфейс SATA) для подключения жестких дисков или приводов. После появления на рынке SATA, был переименован в PATA - Parallel ATA.

Интерфейс ATA (IDE)

Скорость передачи IDE

Я долгое время использую IDE диски и все никак не могу перейти на SATA, и даже на момент написания этой статьи, я также использую IDE 3.5/40 Gb, а современные обьемы для меня мягко говоря слишком огромные, но думаю все же в скором времени буду использовать диски с SATA интерфейсом.

История интерфейса ATA/PATA (IDE)

Первая версия была разработана в 1986-ом году компанией Western Digital и получали название IDE, что с английского Integrated Drive Electronics - «электроника, встроенная в привод». Этому послужило новшество того времени, контроллер размещался непосредственно в самом приводе, а не в виде отдельной платы как это было в других интерфейсах того времени - к примеру в SCSI. В связи с этим, расстояние до контроллера было уменьшено, за счет чего увеличились характеристики привода. Это позволило удешевить производство, так как контроллер был рассчитан только на родной привод, другого варианта быть не может.

Интерфейс изначально был рассчитан на работу с жесткими дисками, однако со временем стандарт был расширен для использования с такими устройствами как DVD-ROM, CD-ROM, ленточными накопители, дискеты большого обьема (ZIP, флоптические).

Но не сразу стандартизован был интерфейс подключения к CD-ROM, это скорее было проприетарными разработками фирм, выпускавшие приводы. Поэтому для подключения CD-ROM было необходимо сперва установить отдельную плату расширения, которая направлена на работу с определенным производителем. Некоторые звуковые карты были оснащены именно таким разьемом, поэтому обычным делом было когда вместе с CD-ROM приводом в комплекте продавались звонковые карты, так как это было на то время оптимальным решением.

После этого, важным изменением в развитии интерфейса ATA/PATA стало использования вместо PIO - DMA. При использовании PIO процессом считывания с диска управлял центральный процессор, это было заметно на сниженном быстродействии. Поэтому системы, которые использовали интерфейс ATA работали намного медленнее с диском, чем те, которые использовали интерфейс SCSI (или другие). DMA существенно облегчил этот процесс и снизил затраты центрального процессора во время считывания.

Однако были и положительные стороны у режима PIO - не требовались драйвера, поэтому использование этого режима было оптимальных на то время для однозадачных режимов.

При использовании технологии DMA, роль управления потоком данных берет на себя сам накопитель, работа с памятью происходит почти без участия процесса, который в свою очередь выдает только команды на выполнение той или иной задачи.

Последние IDE-диски (то есть относительно современные) «умеют» использовать эту возможность, сочетая с возможностью перехвата управления шиной и в результате полностью управлять процессом передачи данных.

Однако использование DMA возможно только в том случае, когда операционная система, BIOS и контроллер поддерживают этот режим, в остальных случая используется только режим PIO.

Со временем был введен дополнительный режим - UltraDMA 2 (UDMA 33), в этом режиме данные передаются как при переднем так и при заднем фронте сигнала DIOR/DIOW. Это увеличивает скорость вдвое, помимо этого проверяется четность CRC (последовательность бит, которая была получена по определенному алгоритму и при этом основываясь на другой битовой последовательности - исходной), что только повышает надежность передачи.

Интерфейс ATA (IDE)

Вообще «оригинальный» интерфейс АТА не предназначен для подключения каких либо устройств, кроме как жестких дисков и не поддерживает возможности ATAPI, при которых возможно подключение и других устройств а также использование режим передачи block mode и LBA.

Для подключения устройств с разьемом IDE (PATA), обычно применяется 40-жильный проводной кабель (другими словами - шлейф). Такой шлейф может иметь как два, так и три разьема. Один разьем соответственно подключается к материнской плате, а другой к жесткому диску, свободный раздел можно также подключить как к накопителю, так и к оптическому приводу. В материнских платах старого образца, разьем IDE был в виде отдельной платы расширения. Встречаются также IDE шлейфы для подключения трех дисков к одному каналу, но в таком случае один из дисков будет в режиме «только чтение».

Шлейф IDE, как уже писалось выше, представляет собой 40-контактный кабель, однако с появлением Ultra DMA/66 (UDMA 4), появилась еще одна его разновидность - 80-ти жильный кабель. Все дополнительные проводники, ничто иное как элементы заземления, которые чередуются с информационными проводниками. В результате количество проводников заземления с 7-ми увеличилось до 47-ми. Проводники заземления необходимы для уменьшения емкостной связи, что в свою очередь сокращает взаимные наводки. Именно при высоких скоростях, емкостная связь была преградой, поэтому для обеспечения скорости 66 Мб/с стандарта Ultra DMA/66, был применен новый кабель. Другие режимы UDMA также требуют использование такого кабеля (шлейфа).

Длина кабеля всегда составляла не больше 46 см, что затрудняло подключение и правильное расположение жесткого диска в северных корпусах, и исключает использование дисков PATA в роли внешних. На рынке представлены кабели больше стандартной длины, однако это не соответствуют стандарту. Это не означает что они не будут передавать данные должным образом, как и при нестандартном кабеле - не плоском, а «круглом». Стандарт PATA предполагает использование кабелей только определенной длины, с конкретными характеристиками сопротивлений (как полного, так и емкостного). Поэтому нужно необходимо осторожно относится к таким «нестандартным» кабелям.

Если на одном канале (шлейфе) используется не одно IDE-устройство, то в таком случае одно из них должно быть ведущим (master), а второе - ведомым (slave). Обычно в цепочке первым расположен ведущий диск, после которого уже ведомый. Также и в BIOS первым диском в списке выступает ведущий, после которого - ведомый.

При использовании одного устройства на одном шлейфе, то он должен быть ведущим (master). Некоторые диски имеют специальный джампер для такого случая (single). Впрочем на одном кабеле, одно устройство может работать как ведущим так и ведомым.

Также существует настройка cable select, при которой диск сам определяет свой тип. Впервые такая опция была предложена в спецификации ATA-1, но распространенной стала только с выходом ATA-5. Настройка cable select исключает переставление перемычек в любом положении дисков/приводов. Но для работоспособности этой настройки, необходимо чтобы шлейф был с кабельной выборкой.

При использовании 40-контактного кабеля настройку cable select проводили простым способом, а именно перерезанием 28-го контакта между двумя разьемами, что приводило к тому, что устройство на конце кабеля являлось ведомым, а ведущим - то которое идет перед ним. Такое размещение со временем было даже стандартом. Но когда на кабеле располагалось только одно устройство, то это приводило к образованию ненужного куска кабеля, что к тому же могло служить отражателем сигнала и провоцировать помехи.

80-ти проводниковые кабели лишены данных недостатков, так как ведущее устройство всегда находится в конце кабеля, поэтому при подключении одного устройства - нет лишнего куска кабеля. Кабельная выборка у них заводская, то есть в самом разьеме данный контакт исключен. Для удобства разьемы на кабелях отличаются цветом, хотя на это мало кто обращает внимание. Синий предназначен для к контроллера, черный к ведущему, а серый - к ведомому устройству.

Скорость передачи IDE

При использовании жесткого диска IDE (ATA/PATA), скорость определяется в основном по двум параметрам. Внутренняя скорость передачи непосредственно между магнитной составляющей и внутренним буфером диска и определяется плотностью записи, скоростью вращения и другими параметрами, которые зависят в первую очередь не от интерфейса, а от конструкции диска. Также в большой степени на скорость работы диска IDE влияет используемый режим передачи данных. На первых порах использования дисков скорость дисковой подсистемы определялась внутренней скоростью передачи данных, которая была значительно меньшей. Сегодня, когда плотность записи намного выше и за один участок времени или оборота снять/считать ее пропорционально возможно больше, а также с увеличением частоты вращения, в первую очередь рассматривается именно внешняя скорость передачи.

Памятка при конфигурации устройств IDE/ATA

Если вы собрались сконфигурировать IDE-устройства, буд-то жесткий диск или CD-ROM/DVD-ROM, следует учитывать следующие тонкости или рекомендации:

Каждый канал IDE за единицу времени может обработать только одну команду к одному устройству, то есть, если на канале (шлейфе) есть также еще устройства (к примеру два жестких диска), то доступ к другому жесткому диску будет только при условии обработки команды к первому. Именно поэтому рекомендуется использовать при возможности на одно устройство - один канал, именно это и является основным преимуществом SCSI (к примеру использование два жестких диска);

Чипсеты материнских плат, которые оснащены IDE-контроллером, поддерживают разные режимы передачи данных для устройства, тем не менее если устройства имеют значительные отличия по скорости, то лучше их разместить на разных каналах IDE;

Не рекомендуется подключать на одном канале IDE жесткий диск и CD-ROM, так последний использует другую систему команд и это может отразится на работе жесткого диска не в лучшую сторону, во-вторых даже самые быстры ATAPI-устройства не способы даже конкурировать со скоростью IDE, поэтому это также может замедлить скорость работы жесткого диска.

Статьи по теме