ATA/IDE

Подробно о стандартах

Подробности: Родительская категория: ATA/IDE

Стандарт ATA-1

Стандарт ATA-1 определяет оригинальный интерфейс AT Attachment (интегрированный интерфейс шины между дисковыми устройствами и адаптером к шине ISA). В спецификации ATA-1 были определены и документированы следующие основные свойства:

40/44-контактный разъем и кабель;
параметры выбора конфигурации диска (ведущий/ведомый);
параметры сигналов для основных режимов PIO (программируемый вводвывод) и DMA (прямой доступ к памяти);
преобразование параметров накопителя CHS (Cylinder Head Sector) и LBA (Large Block Address) для устройств емкостью до 267386880 секторов (136,9 Гбайт).

Хотя интерфейс ATA-1 используется с 1986 года, работа по его превращению в официальный стандарт началась Комитетом CAM (Common Access Method — общий метод доступа) только в 1988 году. Стандарт ATA-1 был завершен и официально опубликован в 1994 году под названием ANSI X3.221 1994, AT Attachment Interface for Disk Drives. Официально его поддержка была прекращена 6 августа 1999 года.

Хотя стандарт ATA-1 теоретически поддерживает диски емкостью до 136,9 Гбайт (2²⁸–2²⁰ = 267386880 секторов), он не позволил обойти ограничения BIOS, изза чего максимальный объем дисков составил 528 Мбайт (102416 × 63 = 1032192 сектора). Ограничения BIOS удалось обойти только в последующих версиях стандарта ATA, поскольку на то время жестких дисков объемом более 528 Мбайт не существовало.

Стандарт ATA-2

Этот стандарт представляет собой расширение первоначального стандарта ATA (IDE); он впервые опубликован в 1996 году. Наиболее существенные дополнения таковы:

возможность работы в режимах быстрого программного вводавывода (Faster PIO) и прямого доступа к памяти (DMA);
поддержка расширенной системы управления питанием;
поддержка съемных устройств;
поддержка устройств PCMCIA (PC Card);
поддержка команды Identify Drive, с помощью которой можно получить дополнительные сведения о диске;
стандарт CHS/LBA, определенный для дисков емкостью до 8,4 Гбайт.

Наиболее важным нововведением в стандарте ATA-2 была поддержка более быстродействующих режимов PIO и DMA, а также накопителей объемом до 8,4 Гбайт на уровне BIOS, поскольку, несмотря на поддержку стандартом ATA-1 дисков объемом до 136,9 Гбайт, первые версии PC BIOS позволяли работать с дисками объемом не более 528 Мбайт. Добавление функции трансляции параметров позволило увеличить объем поддерживаемых BIOS накопителей до 8,4 Гбайт. Подробнее об этом речь идет далее.

Кроме того, ATA-2 вносит некоторые изменения в команду идентификации жесткого диска, в результате чего появляется возможность передавать в систему более подробные сведения о нем. Это особенно важно как для технологии Plug and Play, так и для совместимости с последующими версиями стандарта.

Стандарт ATA-2 иногда называют FastATA или FastATA-2 (компании Seagate/Quantum), а также — EIDE (Enhanced IDE) (компания Western Digital).

Хотя работа над стандартом ATA-2 была начата в 1993 году, впервые он был опубликован в 1996 году под названием ANSI X3.279 1996 AT Attachment Interface with Extensions. Официальная поддержка ATA-2 прекращена в 2001 году.

Стандарт ATA-3

Стандарт ATA-3 предложил незначительные изменения по сравнению со своим предшественником. Среди наиболее заметных нововведений следующие:

исключение 8-разрядного протокола передачи данных по каналам DMA;
технология самоконтроля с анализом S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology) для предсказания снижения быстродействия устройства;
поддержка режима LBA стала обязательной (раньше она таковой не являлась);
добавлен режим Security ATA, позволяющий защитить паролем доступ к устройству;
приведены рекомендации относительно терминаторов шины для обеспечения повышенной помехоустойчивости при высоких скоростях передачи данных.

Стандарт ATA-3 базируется на стандарте ATA-2, но обеспечивает более высокую надежность, особенно при использовании режимов обмена данными PIO Mode 4; однако в нем неопределено ни одного более быстродействующего режима. При этом были добавлены такие функции, как защита паролем, расширенное управление электропитанием, а также поддержка технологии S.M.A.R.T. Это позволяет накопителю контролировать свое состояние и в случае обнаружения проблем сообщать об этом, благодаря чему предотвращается потеря данных. Технология S.M.A.R.T. изначально была разработана компанией IBM.

Работа над стандартом ATA-3 была начата в 1995 году, а опубликован он в 1997 году под названием ANSI X3.298 1997, AT Attachment 3 Interface. Официальная поддержка стандарта ATA-3 прекращена в 2002 году.

Стандарт ATA/ATAPI-4

Спецификация ATA-4 была опубликована в 1998 году. В соответствии с ней пакетный интерфейс ATAPI рассматривается как полноправный, а не вспомогательный интерфейс ATA, причем полностью совместимый с ним. Это позволило подключать к стандартному интерфейсу такие устройства, как приводы оптических дисков CDROM и CDRW, приводы гибких дисков LS-120 SuperDisk, Zipустройства, ленточные накопители и т.д. До этого времени стандарт ATAPI был формально отделен от ATA. Кроме того, ATA-4 поддерживает режимы UltraDMA (называемые также UltraATA) для еще более быстрой передачи данных. Режим с самым высоким эксплуатационным показателем, называемый DMA/33, имеет пропускную способность 33 Мбайт/с.

Основные нововведения стандарта ATA-4 следующие:

режим передачи данных UltraDMA, обеспечивающий скорость до 33 Мбайт/с;
интегрированная поддержка ATAPI;
поддержка расширенного управления питанием;
новый 80-жильный 40-контактный кабель, обладающий повышенной помехозащищенностью;
поддержка защищенной области жесткого диска (HPA);
поддержка Compact Flash Adapter (CFA);
улучшенная BIOS с поддержкой дисков большой емкости (более 9,4 трлн. Гбайт), хотя стандарт ATA попрежнему ограничен максимальным объемом 136,9 Гбайт.

Степень поддержки и скорость интерфейса АТА в системе определяются главным образом набором микросхем используемой системной платы. Большинство микросхем системной логики поставляются с такими компонентами, как микросхемы южного моста или контроллера вводавывода, поддерживающие интерфейс АТА (а также другие функции). Чтобы узнать, поддерживает ли материнская плата режимы АТА/33, АТА/66, АТА/100 и АТА/133, почитайте документацию к системной плате или ее набору микросхем. Можно также запустить программу настройки BIOS, открыть меню с пользовательскими настройками жесткого диска и просмотреть перечисленные режимы UltraDMA (если таковые имеются). Большинство системных плат, выпущенных в 1998 году, поддерживают АТА/33; начиная с 2000 года платы поддерживают режим АТА/66, а с конца 2000 года — режим АТА/100. Системные платы, выпускаемые со средины 2002 года, поддерживают режим АТА/133.

Стандарт ATA-4 ввел поддержку ATAPI в свой состав. Таким образом, ATAPI перестал существовать как отдельный интерфейс, независимый от ATA. Это позволило использовать ATA в качестве интерфейса других устройств. Кроме того, в стандарт ATA-4 была добавлена поддержка высокоскоростных режимов передачи данных UltraDMA. Так, режим UDMA/33 имел пропускную способность 33 Мбайт/с, что вдвое выше, чем у ранее использовавшихся режимов PIO и DMA. Режим UDMA к тому же еще и уменьшал нагрузку на процессор, что позволило добиться еще большего прорыва в производительности.

Необязательный 80-жильный кабель предназначен для передачи данных в режиме UDMA/33. Несмотря на то что в данном случае этот кабель использовать необязательно, в последующих высокоскоростных режимах ATA/55, ATA/100 и ATA/133, введенных стандартом ATA-5, он станет обязательным.

Поддержка защищенной области жесткого диска (HPA) была введена с целью поддержки необязательной команды SET MAX ADDRESS, позволяющей выделять некоторое пространство жесткого диска для программ восстановления.

Также в стандарт была включена поддержка очередей команд, аналогичных SCSI-2. Это позволило лучше обслуживать многозадачные системы, в которых одновременно работающие программы отправляют свои запросы на передачу данных по интерфейсу ATA.

В 1998 году Комитет Т13 утвердил стандарт ANSI NCITS 316 1998 1394 to AT Attacment — Tailgate, описывающий протокол сопряжения между шиной IEEE-1394 (iLink/FireWire) и накопителем АТА. Этот протокол дает возможность обеспечить взаимодействие накопителей АТА с шиной FireWire. Сам шлюз сопряжения представляет собой адаптер (в виде, как правило, небольшой монтажной платы), используемый для преобразования сигналов IEEE-1394 (iLink/FireWire) в АТА, что позволяет подключать накопители АТА к шине FireWire. Это дало возможность производителям быстро начать разработку внешних дисковых накопителей, подключаемых по интерфейсу IEE 1394. В настоящее время практически во всех внешних накопителях FireWire содержатся шлюзовое устройство и стандартный накопитель АТА.

Стандарт ATA/ATAPI-5

Стандарт ATA-5 был представлен в 1998 году и базируется на предыдущем стандарте, ATA-4. Он включает в себя спецификацию UltraATA/66 (также известную как UltraDMA 6 или UDMA/66), в которой скорость пакетной передачи протокола UltraATA удвоена за счет сокращения времени синхронизации и повышения частоты. Последнее привело к увеличению помех при передаче по стандартному 40-жильному кабелю, применяемому в интерфейсах ATA и UltraATA. Для снижения уровня помех был разработан 80-жильный 40-контактный кабель. Он был впервые представлен для интерфейса ATA-4, однако стал обязательным для ATA-5 в случае использования режима UltraATA/66. Этот кабель имеет 40 дополнительных заземляющих проводов между каждой из 40 основных сигнальных и заземляющих линий, что помогает изолировать сигналы от взаимных наводок. Обратите внимание, что этот кабель работает не только с устройствами UltraATA, но и со старыми устройствами, поскольку все 40 контактов имеют тоже назначение, что и раньше.

Работа над стандартом ATA-5 начата в 1998 году, а официально он опубликован в 2000 году под названием ANSI NCITS 340 2000, AT Attachment 5 with Packet Interface.

Этот стандарт был дополнен такими возможностями:

режим передачи UltraDMA (UDMA), рассчитанный на скорость до 66 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/66 или UltraATA/66);
80-жильный кабель, необходимый для работы в режиме UDMA/66;
автоматическое определение кабеля — 40- или 80-жильный;
возможность использования режимов выше UDMA33 (только при наличии 80-жильного кабеля).

Новый 40-контактный 80-жильный кабель может работать в режиме выбора кабеля и имеет особую цветную разметку разъемов. Голубой (концевой) разъем подключается к плате интерфейса ATA (обычно к системной плате). Черный (с другой стороны кабеля) разъем называется мастерразъемом; к нему подключается ведущий диск. Серый (центральный) разъем используется для подключения ведомого устройства.

Чтобы использовать режимы UDMA/33 и UDMA/66, интерфейс ATA, накопитель, BIOS и кабель должны быть совместимы с режимом, который вы желаете применить. Кроме того, операционная система должна поддерживать прямой доступ к памяти. Системы Windows 95 OSR2 и более поздние поддерживают режим прямого доступа к памяти, однако более ранним версиям Windows 95 и Windows NT (до появления пакета обновления Service Pack 3) необходимы дополнительные драйверы этих скоростных режимов. За обновленными версиями драйверов следует обратиться к производителю системы или материнской платы.

Для повышения надежности в режимах UltraDMA используется механизм обнаружения ошибок CRC. Этот алгоритм поиска вычисляет контрольную сумму, используемую для обнаружения ошибок в потоке данных. И контроллер, и диск вычисляют значение CRC для каждой передачи в канале UltraDMA. После пересылки данных диск отдельно рассчитывает значение CRC и сравнивает его со значением, которое присылает контроллер. Если эти значения отличаются, контроллер понижает скорость передачи и повторяет отправку данных.

Стандарт ATA/ATAPI-6

Работа над стандартом ATA-6 была начата в 2000 году; данный стандарт поддерживает спецификацию UltraATA/100 (также известную как UDMA/100), в которой скорость пакетной передачи протокола UltraATA удвоена за счет сокращения времени синхронизации и повышения частоты. Как и в случае использования стандарта ATA-5, для обеспечения скоростных режимов работы необходим 80-жильный кабель. Для обеспечения работоспособности режима UltraATA/100 его должны поддерживать как накопитель, так и системная плата.

Стандарт ATA-6 был официально опубликован в начале 2002 года и дополнен следующими возможностями:

режим 5 передачи UltraDMA (UDMA), позволяющий передавать данные со скоростью до 100 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/100, UltraATA/100 или просто ATA/100);
количество секторов, приходящихся на каждую команду, увеличилось с 8-разрядных чисел (256 секторов, или 131 Кбайт) до 16-разрядных (65536 секторов, или 33,5 Мбайт), что позволило повысить эффективность передачи файлов большого размера;
расширение адресации LBA с 2²⁸ до 2⁴⁸ (281474976710656) секторов, что позволяет поддерживать диски емкостью до 144,12 Пбайт (1 Пбайт равен 1 квадрильону байтов);
адресация CHS признана устаревшей; дисководы должны использовать только 28- или 48-разрядную адресацию LBA.

Помимо повышения скорости передачи данных до 100 Мбайт/с, ATA-6 весьма своевременно увеличил поддерживаемую емкость диска. ATA-5 и стандарты более ранних версий поддерживают диски емкостью не более 136,9 Гбайт, что ограничивает увеличение емкости производимых дисков. В 2001 году появились первые коммерческие 3,5-дюймовые диски, емкость которых превысила 137 Гбайт. На тот момент существовали только SCSIверсии этих накопителей, что было связано с ограничениями стандартов АТА. При использовании стандарта ATA-6 адресация LBA была расширена с 2²⁸ до 2⁴⁸ секторов. Это означает, что вместо 28-разрядного числа, которое использовалось логическим блоком адресации, в стандарте ATA-6 при необходимости может использоваться 48-разрядное число. Это позволяет при емкости сектора, равной 512 байт, повысить максимальную поддерживаемую емкость накопителей до 144,12 Пбайт (т.е. более 144,12 квадрильона байтов!) Следует отметить, что 48-разрядная адресация является необязательной и используется только для дисководов, емкость которых превышает 137 Гбайт. Дисководы, емкость которых меньше или равна 137 Гбайт, могут использовать как 28-, так и 48-разрядную адресацию.

Стандарт ATA/ATAPI-7

Работа над стандартом ATA-7 началась в конце 2001 года, а его окончательная версия была опубликована в 2004 году. Как и все стандарты ATA, он опирается на предыдущую версию, дополняя ее некоторыми возможностями.

Среди основных нововведений в стандарте ATA-7 можно выделить следующие.

Добавлен режим 6 Ultra DMA, увеличивающий скорость передачи данных до 133 Мбайт/с. Как и в режиме 5 (100 Мбайт/с) и режиме 4 UDMA (66 Мбайт/с) обязательно использование 80-жильного кабеля.
Добавлена поддержка длинных физических секторов. Это позволяет форматировать устройства так, чтобы один физический сектор содержал несколько логических секторов. Каждый физический сектор хранит поле кода коррекции ошибок (ECC), так что увеличение емкости физического сектора позволило повысить эффективность кодов ECC, которых стало меньше.
Добавлена поддержка длинных логических секторов. Это позволило серверным приложениям в каждом секторе использовать дополнительные байты (520 или 528 байт вместо 512 байт). Устройства, использующие длинные логические секторы, не имеют обратной совместимости с устройствами и приложениями, использующими стандартные 512-байтовые секторы (такими, как стандартные настольные и портативные системы).
В стандарт ATA-7 включены требования к последовательному интерфейсу ATA (SATA).
Документ стандарта ATA-7 разбит на три тома. В первый том вошли набор команд и логические регистры. Второй том посвящен протоколам параллельной передачи данных, а третий том — протоколам последовательной передачи данных.

Благодаря использованию режимов UDMA пропускная способность интерфейса, соединяющего контроллер, встроенный в накопитель, с системной платой, заметно повысилась. Но, несмотря на это, средняя максимальная скорость передачи при чтении данных в большинстве накопителей ATA, к числу которых относятся дисководы, поддерживающие режим UDMA Mode 6 (133 Мбайт/с), все еще не превышает 60 Мбайт/с. Это означает, что при использовании современных накопителей ATA, позволяющих передавать данные от дисковода к системной плате со скоростью 133 Мбайт/с, фактическая скорость передачи данных, считываемых головками с жестких дисков накопителя, будет примерно вдвое меньше. Исходя из этих соображений, можно заметить, что использование накопителя, поддерживающего режим UDMA Mode 6 (133 Мбайт/с), и системной платы, работающей только в режиме UDMA Mode 5 (100 Мбайт/с), приводит к весьма незначительному снижению фактической скорости передачи данных. Аналогично этому замена хостадаптера ATA, имеющего скорость передачи 100 Мбайт/с, устройством с пропускной способностью 133 Мбайт/с не позволит повысить фактическую скорость передачи данных при использовании накопителя, считывающего данные с жестких дисков примерно с половинной скоростью. При выборе накопителя не забывайте о том, что скорость передачи носителей является более важным показателем, чем скорость передачи интерфейса, так как представляет собой главный ограничивающий фактор.

Режим передачи данных со скоростью 133 Мбайт/с был изначально предложен компанией Maxtor, и только немногие производители впоследствии поддержали его. В среде производителей наборов микросхем системной логики компании VIA, ALi и SiS интегрировали поддержку режима ATA/133 до перехода к интерфейсу Serial ATA; Intel же воздержалась от этого шага. Это значит, что подавляющее большинство систем не имеют поддержки режима ATA/133; в то же время все устройства ATA/133 способны работать и в режиме ATA/100.

Следует заметить, что ATA-7 стал последней версией почтенного стандарта параллельного интерфейса ATA. Будущее стандарта ATA — последовательный интерфейс SATA, который рассматривается далее и который был интегрирован в стандарт ATA-7.

Стандарт SATA/ATAPI-8

В 2004 году была начата работа над стандартом SATA-8, который базируется на стандарте ATA-7 и подразумевает дальнейшее развитие Serial ATA с одновременной полной поддержкой параллельного интерфейса ATA. Основные нововведения стандарта SATA-8 следующие:

замена функций read long/write long;
улучшенное управление защищенной областью диска (HPA).

Ожидается, что в этом стандарте найдут свое отражение предложения, направленные Комитетом SATA-IO, в том числе повышенная скорость передачи данных (3 Гбайт/с). Официальная публикация этого стандарта ожидается в 2008 году.

Компьютерная Энциклопедия

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Мини блог

Самое читаемое