Параллельный ATA

Параллельный ATA

Слева два разъема для материнской платы ATA, справа - разъем ATA.
Тип	Разъем внутреннего запоминающего устройства
История производства
Дизайнер	Western Digital и Compaq , впоследствии усовершенствованные многими другими
Разработан	1986 г.
Заменено	Последовательный ATA (2003)
Основные Характеристики
Горячее подключение	Нет
Внешний	Нет
Кабель	40- или 80- жильный ленточный кабель
Булавки	40
Данные
Ширина	16 бит
Битрейт	Полудуплекс : максимум 8,3 МБ / с, первоначально позже 33, 66, 100 и 133 МБ / с
Максимум. устройства	Два
Протокол	Параллельный
Закрепить
Контакт 1		Перезагрузить
Контакт 2		Земля
Пин 3		Данные 7
Штырь 4		Данные 8
Штырь 5		Данные 6
Пин 6		Данные 9
Штырь 7		Данные 5
Пин 8		Данные 10
Пин 9		Данные 4
Пин 10		Данные 11
Штырь 11		Данные 3
Штырь 12		Данные 12
Пин 13		Данные 2
Штырь 14		Данные 13
Штырь 15		Данные 1
Штырь 16		Данные 14
Пин 17		Данные 0
Штырь 18		Данные 15
Штырь 19		Земля
Пин 20		Ключ или VCC_in
Штырь 21		DDRQ
Штырь 22		Земля
Штырь 23		Запись ввода / вывода
Штырь 24		Земля
Штырь 25		Чтение ввода / вывода
Пин 26		Земля
Штырь 27		IOCHRDY
Штырь 28		Выбор кабеля
Штырь 29		DDACK
Пин 30		Земля
Пин 31		IRQ
Штырь 32		Нет подключения
Штифт 33		Адрес 1
Штырь 34		GPIO_DMA66_Detect
Штырь 35		Адрес 0
Штырь 36		Адрес 2
Штырь 37		Выбор микросхемы 1P
Штырь 38		Выбор микросхемы 3P
Штырь 39		Мероприятия
Штырь 40		Земля

Параллельный ATA ( PATA ), первоначально AT Attachment , также известный как ATA или IDE, является стандартным интерфейсом для компьютеров IBM . Впервые он был разработан Western Digital и Compaq в 1986 году для совместимых жестких дисков и приводов CD или DVD. Соединение используется для хранения данных устройств , таких как жесткие диски , флоппи - дисков и оптических дисков в компьютерах .

Стандарт поддерживается комитетом X3 / INCITS . ^[1] Он использует базовые стандарты AT Attachment ( ATA ) и AT Attachment Packet Interface ( ATAPI ).

Стандарт Parallel ATA является результатом долгой истории постепенных технических разработок, которые начались с оригинального интерфейса AT Attachment, разработанного для использования в раннем AT- оборудовании ПК . Сам интерфейс ATA в несколько этапов эволюционировал от оригинального интерфейса Integrated Drive Electronics ( IDE ) Western Digital . В результате многие почти синонимы для ATA / ATAPI и его предыдущих воплощений все еще широко используются неформально, в частности, Extended IDE ( EIDE ) и Ultra ATA ( UATA ). После введения Serial ATA (SATA) в 2003 году оригинальный ATA был переименован. на Parallel ATA или сокращенно PATA.

Параллельные кабели ATA имеют максимальную допустимую длину 18 дюймов (457 мм). ^{[2] [3]} Из-за этого ограничения технология обычно отображается как интерфейс внутренней памяти компьютера. На протяжении многих лет ATA предоставляла наиболее распространенный и наименее затратный интерфейс для этого приложения. В более новых системах он в значительной степени заменен на SATA.

История и терминология [ править ]

Стандарт был первоначально задуман как «AT Bus Attachment», официально названный «AT Attachment» и сокращенно «ATA» ^{[4] [5],} поскольку его основной особенностью было прямое соединение с 16-битной шиной ISA, представленной с IBM PC. / AT . ^[6] В оригинальных спецификациях ATA, опубликованных комитетами по стандартам, используется название «AT Attachment». ^{[7] [8] [9]} «AT» в IBM PC / AT означает «Advanced Technology», поэтому ATA также именуется «Advanced Technology Attachment». ^{[10] [4] [11] [12]} Когда в 2003 году был представлен более новый Serial ATA (SATA),исходный ATA был переименован в Parallel ATA, или сокращенно PATA.^[13]

Физические интерфейсы ATA стали стандартным компонентом всех ПК, сначала на адаптерах главной шины, иногда на звуковой карте, но в конечном итоге в виде двух физических интерфейсов, встроенных в микросхему южного моста на материнской плате. Названные «первичным» и «вторичным» интерфейсами ATA, они были назначены базовым адресам 0x1F0 и 0x170 в шинных системах ISA . Их заменили интерфейсы SATA .

IDE и ATA-1 [ править ]

Первая версия того, что сейчас называется интерфейсом ATA / ATAPI, была разработана Western Digital под названием Integrated Drive Electronics (IDE). Совместно с Control Data Corporation (производитель жестких дисков) и Compaq Computer (первоначальный заказчик) они разработали разъем, протоколы передачи сигналов и так далее, чтобы программное обеспечение оставалось совместимым с существующим интерфейсом жесткого диска ST-506 . ^[14] Первые такие диски появились внутри компьютеров Compaq в 1986 году ^{[15] [16]} и впервые были отдельно предложены Conner Peripherals как CP342 в июне 1987 года ^[17].

Термин « Интегрированная приводная электроника» относится не только к определению разъема и интерфейса, но и к тому факту, что контроллер привода интегрирован в привод, в отличие от отдельного контроллера на материнской плате или подключенного к ней . Интерфейсные карты, используемые для подключения параллельного диска ATA, например, к слоту PCI , не являются контроллерами дисковода: они просто мосты между шиной хоста и интерфейсом ATA . Поскольку исходный интерфейс ATA по сути представляет собой всего лишь 16-битную шину ISAзамаскированный мост был особенно простым в случае, когда разъем ATA располагался на интерфейсной карте ISA. Интегрированный контроллер представил диск главному компьютеру как массив 512-байтовых блоков с относительно простым командным интерфейсом. Это избавило материнскую плату и интерфейсные карты в главном компьютере от рутинных операций по перемещению рычага головки диска, перемещению рычага головки внутрь и наружу и т. Д., Как это должно было быть сделано с более ранними ST-506 и ESDI.жесткие диски. Все эти низкоуровневые детали механической работы привода теперь обрабатывались контроллером на самом приводе. Это также устранило необходимость в разработке единого контроллера, который мог бы обрабатывать множество различных типов приводов, поскольку контроллер мог быть уникальным для привода. Хосту нужно только запросить чтение или запись определенного сектора или блока и либо принять данные с диска, либо отправить данные на него.

Интерфейс, используемый этими дисками, был стандартизирован в 1994 году как стандарт ANSI X3.221-1994, AT Attachment Interface для дисководов . После разработки более поздних версий стандарта он стал известен как «ATA-1». ^{[18] [19]}

Недолговечная, редко используемая реализация ATA была создана для IBM XT и аналогичных машин, которые использовали 8-битную версию шины ISA. Он упоминается как «XT-IDE» , «XTA» или «XT Attachment». ^[20]

EIDE и ATA-2 [ править ]

В 1994 году, примерно в то же время, когда был принят стандарт ATA-1, Western Digital представила накопители под новым названием Enhanced IDE (EIDE). Сюда входит большинство функций предстоящей спецификации ATA-2 и несколько дополнительных улучшений. Другие производители представили свои собственные варианты ATA-1, такие как Fast ATA и Fast ATA-2.

Новая версия стандарта ANSI, AT Attachment Interface with Extensions ATA-2 (X3.279-1996), была утверждена в 1996 году. Она включала большинство функций, характерных для вариантов, специфичных для производителя. ^{[21] [22]}

ATA-2 также первым заметил, что к интерфейсу можно подключать устройства, отличные от жестких дисков:

3.1.7 Устройство: Устройство - это периферийное устройство хранения. Традиционно устройством на интерфейсе ATA был жесткий диск, но любая форма устройства хранения может быть размещена на интерфейсе ATA при условии, что оно соответствует этому стандарту.

-  Интерфейс подключения AT с расширениями (ATA-2) , стр. 2 ^[22]

ATAPI [ править ]

Как упоминалось в предыдущих разделах, ATA изначально был разработан и работал только с жесткими дисками и устройствами, которые могли их эмулировать. Внедрение ATAPI (пакетного интерфейса ATA) группой, называемой комитетом по малому форм-фактору (SFF), позволило использовать ATA для множества других устройств, которым требуются функции, помимо тех, которые необходимы для жестких дисков. Например, любому съемному носителю требуется команда «извлечь носитель» и способ для хоста определить, присутствует ли носитель, а они не были предусмотрены в протоколе ATA.

Комитет по малому форм-фактору подошел к этой проблеме, определив ATAPI, «пакетный интерфейс ATA». ATAPI - это фактически протокол, позволяющий интерфейсу ATA передавать команды и ответы SCSI ; следовательно, все устройства ATAPI фактически «говорят на SCSI», кроме электрического интерфейса. Фактически, некоторые ранние устройства ATAPI были просто устройствами SCSI с добавленным преобразователем протокола ATA / ATAPI в SCSI. Команды и ответы SCSI встроены в «пакеты» (отсюда «пакетный интерфейс ATA») для передачи по кабелю ATA. Это позволяет сопрягать любой класс устройств, для которого определен набор команд SCSI, через ATA / ATAPI.

Устройства ATAPI также «говорят на ATA», поскольку физический интерфейс и протокол ATA все еще используются для отправки пакетов. С другой стороны, жесткие диски ATA и твердотельные накопители не используют ATAPI.

ATAPI устройства включают в себя CD-ROM и DVD-ROM диски, ленточные накопители и большой емкости гибких дисков , таких как Zip привода и SuperDisk привода .

Команды и ответы SCSI, используемые каждым классом устройств ATAPI (CD-ROM, магнитная лента и т. Д.), Описаны в других документах или спецификациях, относящихся к этим классам устройств, и не входят в компетенцию ATA / ATAPI или комитета T13 . Один из часто используемых наборов определен в наборе команд MMC SCSI.

ATAPI был принят как часть ATA в INCITS 317-1998, AT Attachment with Packet Interface Extension (ATA / ATAPI-4) . ^{[23] [24] [25]}

UDMA и ATA-4 [ править ]

Стандарт ATA / ATAPI-4 также представил несколько режимов передачи «Ultra DMA». Первоначально они поддерживали скорость от 16 МБ / с до 33 МБ / с. В более поздних версиях были добавлены более быстрые режимы Ultra DMA, требующие новых 80-проводных кабелей для уменьшения перекрестных помех. Последние версии Parallel ATA поддерживают скорость до 133 МБ / с.

Ultra ATA [ править ]

Ultra ATA, сокращенно UATA, - это обозначение, которое в основном использовалось Western Digital для различных улучшений скорости в соответствии со стандартами ATA / ATAPI. Например, в 2000 году Western Digital опубликовала документ, описывающий «Ultra ATA / 100», в котором улучшена производительность для действующего на тот момент стандарта ATA / ATAPI-5 за счет повышения максимальной скорости интерфейса Parallel ATA с 66 до 100 МБ / с. ^[26] Большинство изменений Western Digital, наряду с другими, были включены в стандарт ATA / ATAPI-6 (2002).

Текущая терминология [ править ]

Термины «интегрированная приводная электроника» (IDE), «улучшенная IDE» и «EIDE» стали использоваться взаимозаменяемо с ATA (теперь Parallel ATA или PATA).

Кроме того, было продано несколько поколений накопителей EIDE, совместимых с различными версиями спецификации ATA. Ранний привод EIDE мог быть совместим с ATA-2, а более поздний - с ATA-6.

Тем не менее, запрос диска «IDE» или «EIDE» от поставщика компьютерных комплектующих почти всегда дает диск, который будет работать с большинством интерфейсов Parallel ATA.

Другое распространенное использование - ссылка на версию спецификации по наиболее быстрому поддерживаемому режиму. Например, ATA-4 поддерживает режимы Ultra DMA от 0 до 2, причем последний обеспечивает максимальную скорость передачи 33 мегабайт в секунду. Поэтому диски ATA-4 иногда называют дисками «UDMA-33», а иногда - дисками «ATA-33». Точно так же ATA-6 ввел максимальную скорость передачи 100 мегабайт в секунду, и некоторые диски, соответствующие этой версии стандарта, продаются как диски «PATA / 100».

ограничения размера BIOS x86 [ править ]

Первоначально размер диска ATA сохранялся в BIOS системы x86 с использованием номера типа (от 1 до 45), который предопределял параметры C / H / S ^[27], а также часто зону посадки, в которой припаркованы головки диска. пока не используется. Позже появился «определяемый пользователем» формат ^[27]называемые C / H / S или цилиндры, головки, секторы. Эти числа были важны для более раннего интерфейса ST-506, но в целом не имели смысла для ATA - параметры CHS для более поздних больших дисков ATA часто указывали невероятно большое количество головок или секторов, которые фактически не определяли внутреннюю физическую структуру диска. . С самого начала и до ATA-2 каждый пользователь должен был явно указывать размер каждого подключенного диска. Начиная с ATA-2, была реализована команда «определить привод», которую можно отправить и которая вернет все параметры привода.

Из-за отсутствия предвидения со стороны производителей материнских плат системный BIOS часто затруднялся искусственными ограничениями размеров C / H / S из-за того, что производитель предполагал, что определенные значения никогда не будут превышать определенный числовой максимум.

Первое из этих ограничений BIOS возникло, когда диски ATA достигли размеров, превышающих 504 МБ , поскольку BIOS некоторых материнских плат не допускает значений C / H / S выше 1024 цилиндров, 16 головок и 63 секторов. Умноженное на 512 байтов на сектор, получается 528 482 304 байта, что при делении на 1 048 576 байтов на МиБ составляет 504 МиБ (528 МБ ).

Второе из этих ограничений BIOS имело место для 1024 цилиндров , 256 головок и 63 секторов , а ошибка в MS-DOS и MS-Windows 95 ограничивала количество головок до 255. Это составляет 8 422 686 720 байт (8032,5 МБ ). , обычно называемый барьером в 8,4 гигабайта. Это снова ограничение, налагаемое BIOS x86, а не ограничение, налагаемое интерфейсом ATA.

В конечном итоге было определено, что эти ограничения размера можно преодолеть с помощью крошечной программы, загружаемой при запуске из загрузочного сектора жесткого диска. Некоторые производители жестких дисков, такие как Western Digital, начали включать эти утилиты переопределения в новые большие жесткие диски, чтобы помочь преодолеть эти проблемы. Однако, если компьютер был загружен каким-либо другим способом без загрузки специальной утилиты, будут использованы недопустимые настройки BIOS, и диск может оказаться недоступным или показаться операционной системе поврежденным.

Позже стало доступно расширение дисковых служб BIOS x86 под названием « Enhanced Disk Drive » (EDD), которое позволяет адресовать диски размером до 2 ⁶⁴ секторов. ^[28]

Ограничения размера интерфейса [ править ]

Первый интерфейс дисковода использовал 22-битный режим адресации, в результате чего максимальная емкость диска составляла два гигабайта. Позже первая формализованная спецификация ATA использовала 28-битный режим адресации через LBA28 , что позволило адресовать 2 ²⁸ ( 268 435 456 ) секторов (блоков) по 512 байт каждый, что привело к максимальной емкости 128  ГиБ (137  ГБ ). . ^[29]

ATA-6 представил 48-битную адресацию, увеличив ограничение до 128  ПиБ (144  ПБ ). Как следствие, любой диск ATA емкостью более 137 ГБ должен быть диском ATA-6 или более поздней версии. Подключение такого диска к хосту с интерфейсом ATA-5 или более ранней версии ограничит полезную емкость до максимума интерфейса.

Некоторые операционные системы, включая Windows XP pre-SP1 и Windows 2000 pre-SP3, по умолчанию отключают LBA48 , требуя от пользователя дополнительных действий для использования всей емкости диска ATA размером более 137 гигабайт. ^[30]

Старые операционные системы, такие как Windows 98 , вообще не поддерживают 48-битный LBA. Однако члены сторонней группы MSFN ^[31] модифицировали драйверы дисков Windows 98, добавив неофициальную поддержку 48-битной LBA в Windows 95 OSR2 , Windows 98 , Windows 98 SE и Windows ME .

Некоторые 16-битные и 32-битные операционные системы, поддерживающие LBA48, могут по-прежнему не поддерживать диски размером более 2 ТиБ из-за использования только 32-битной арифметики; ограничение также применяется ко многим загрузочным секторам .

Первенство и устаревание [ править ]

Параллельный ATA (тогда просто ATA или IDE) стал основным интерфейсом устройства хранения для ПК вскоре после его появления. В некоторых системах были предусмотрены третий и четвертый интерфейс материнской платы, что позволяло подключить к материнской плате до восьми устройств ATA. Часто эти дополнительные разъемы реализовывались недорогими RAID- контроллерами.

Вскоре после появления Serial ATA (SATA) в 2003 году использование Parallel ATA сократилось. Первые материнские платы со встроенными интерфейсами SATA обычно имели только один разъем PATA (до двух устройств PATA) вместе с несколькими разъемами SATA. Некоторые ПК и ноутбуки той эпохи имели жесткий диск SATA и оптический привод, подключенный к PATA.

С 2007 года некоторые наборы микросхем ПК , например Intel ICH10, перестали поддерживать PATA. Производители материнских плат, все еще желающие предлагать Parallel ATA с этими наборами микросхем, должны включать дополнительный интерфейсный чип. В более поздних компьютерах интерфейс Parallel ATA редко используется, даже если он присутствует, поскольку на материнской плате обычно имеется четыре или более разъема Serial ATA, а устройства SATA всех типов являются общими.

После ухода Western Digital с рынка PATA жесткие диски с интерфейсом PATA прекратили производство после декабря 2013 года для других целей, кроме специализированных. ^[32]

Параллельный интерфейс ATA [ править ]

Параллельные кабели ATA передают данные по 16 бит за раз. В традиционном кабеле используются 40-контактные разъемы, прикрепленные к 40- или 80-жильному ленточному кабелю . Каждый кабель имеет два или три разъема, один из которых подключается к хост-адаптеру, взаимодействующему с остальной частью компьютерной системы. Остальные разъемы подключаются к устройствам хранения, чаще всего к жестким дискам или оптическим приводам. Каждый разъем имеет 39 физических контактов, расположенных в два ряда, с зазором или ключом на контакте 20.

Круглые параллельные кабели ATA (в отличие от ленточных кабелей) в конечном итоге стали доступны для « моддеров корпусов » из косметических соображений, а также из-за требований об улучшенном охлаждении компьютера и простоте обращения; однако спецификациями ATA поддерживаются только ленточные кабели.

Пин 20

В стандарте ATA контакт 20 определен как механический ключ и не используется. Гнездо этого штыря на гнездовом соединителе часто бывает заблокировано, поэтому необходимо исключить контакт 20 из штыревого кабеля или соединителя привода; таким образом, невозможно подключить его неправильно.

Однако некоторые флеш- накопители могут использовать контакт 20 в качестве VCC_in для питания накопителя без специального кабеля питания; эта функция может использоваться только в том случае, если оборудование поддерживает такое использование контакта 20. ^[33]

Штырь 28

Контакт 28 серого (подчиненного / среднего) разъема 80-жильного кабеля не прикреплен ни к одному из проводов кабеля. Он обычно подключается к черному (со стороны главного привода) и синему (со стороны материнской платы) разъемам. Это включает функцию выбора кабеля .

Штырь 34

Контакт 34 соединен с землей внутри синего разъема 80-жильного кабеля, но не прикреплен к какому-либо проводнику кабеля, что позволяет обнаружить такой кабель. Крепится нормально на серый и черный разъемы. ^[34]

44-контактный вариант [ править ]

44-контактный вариант разъема PATA используется для 2,5-дюймовых дисков внутри ноутбуков. Контакты расположены ближе друг к другу, а разъем физически меньше 40-контактного разъема. Дополнительные контакты несут мощность.

80-проводный вариант [ править ]

Кабели ATA имеют были 40 проводов для большей части своей истории (44 проводников для меньшей версии форм-фактора , используемой для 2,5" дисков-дополнительные четыре для питания), но версия 80-жильный появилась с введением UDMA / 66 режим . Все дополнительные провода в новом кабеле представляют собой заземляющие провода, чередующиеся с ранее определенными проводами, чтобы уменьшить влияние емкостной связи между соседними сигнальными проводами, уменьшая перекрестные помехи . Емкостная связь является большей проблемой при более высоких скоростях передачи, и это изменение было необходимо для обеспечения надежной работы UDMA4 со скоростью передачи 66 мегабайт в секунду (МБ / с) . Более быстрые UDMA5 и UDMA6 для режимов также требуются 80-жильные кабели.

Хотя количество проводов увеличилось вдвое, количество контактов разъема и распиновка остались такими же, как у 40-проводных кабелей, а внешний вид разъемов идентичен. Внутри разъемы разные; разъемы для 80-проводного кабеля подключают большее количество проводов заземления к контактам заземления, а разъемы для 40-проводного кабеля соединяют провода заземления с контактами заземления один к одному. 80-проводные кабели обычно поставляются с тремя разъемами разного цвета (синий, черный и серый для контроллера, главного привода и ведомого привода соответственно), в отличие от одноцветных 40-проводных разъемов кабеля (обычно все серые). К серому разъему на 80-жильных кабелях не подключен контакт 28 CSEL, что делает его подчиненным положением для выбора кабеля, настроенного для приводов.

Различия между соединителями [ править ]

На изображении справа показаны разъемы PATA после снятия устройства снятия натяжения, крышки и кабеля. Первый контакт находится внизу слева от разъемов, контакт 2 - вверху слева и т. Д., За исключением того, что нижнее изображение синего разъема показывает вид с противоположной стороны, а первый контакт - вверху справа.

Соединитель представляет собой соединитель со смещением изоляции - другими словами, каждый контакт содержит пару точек, которые вместе проникают в изоляцию ленточного кабеля с такой точностью, что они соединяются с желаемым проводником, не повреждая изоляцию соседних проводов. Все контакты центрального ряда подключаются к общей шине заземления и присоединяются к проводникам кабеля с нечетными номерами. Верхний ряд контактов - это гнезда разъема с четными номерами (сопрягаемые с контактами розетки с четными номерами), которые присоединяются ко всем остальным проводам кабеля с четными номерами. Нижний ряд контактов - это гнезда с нечетными номерами разъема (сопрягаемые с контактами розетки с нечетными номерами) и присоединяемые к оставшимся четным проводам кабеля.

Обратите внимание на подключения к общей шине заземления от разъемов 2 (вверху слева), 19 (центральный нижний ряд), 22, 24, 26, 30 и 40 на всех разъемах. Также обратите внимание (увеличенная деталь, снизу, если смотреть с противоположной стороны соединителя), что гнездо 34 синего соединителя не контактирует ни с одним проводником, но, в отличие от гнезда 34 двух других соединителей, оно соединяется с общей шиной заземления. На сером разъеме обратите внимание, что разъем 28 полностью отсутствует, поэтому контакт 28 привода, подключенного к серому разъему, будет открыт. На черном разъеме разъемы 28 и 34 полностью нормальные, так что контакты 28 и 34 привода, прикрепленные к черному разъему, будут подключены к кабелю. Контакт 28 черного диска доходит до контакта 28 главной розетки, но не до контакта 28 серого диска,в то время как контакт 34 черного привода достигает контакта 34 серого привода, но не доходит до контакта 34 хоста. Вместо этого заземляется контакт 34 хоста.

Стандарт диктует, что разъемы имеют цветовую маркировку для облегчения идентификации как установщиком, так и производителем кабеля. Все три разъема отличаются друг от друга. Синий (главный) разъем имеет гнездо для контакта 34, подключенного к заземлению внутри разъема, но не подключенного к какому-либо проводнику кабеля. Поскольку старые 40-жильные кабели не заземляют контакт 34, наличие заземления указывает на то, что установлен 80-жильный кабель. Провод для контакта 34 подсоединен нормально к другим типам и не заземлен. Установка кабеля в обратном направлении (с черным разъемом на системной плате, синим разъемом на удаленном устройстве и серым разъемом на центральном устройстве) заземлит контакт 34 удаленного устройства и соединит контакт 34 хоста через контакт 34 центрального устройства. устройство.Серый центральный разъем пропускает соединение с контактом 28, но подключает контакт 34 нормально, в то время как черный концевой разъем обычно соединяет оба контакта 28 и 34.

Несколько устройств на кабеле [ править ]

Если два устройства подключены к одному кабелю, одно должно быть обозначено как Устройство 0 (в прошлом обычно обозначалось как ведущее ), а другое как Устройство 1 (в прошлом обычно обозначалось как ведомое ). Это различие необходимо для того, чтобы оба диска могли использовать один кабель без конфликтов. Устройство 0 привод диск , который обычно появляется «первым» для компьютера BIOS и / или операционной системы . На Intel 486 На большинстве персональных компьютеров диски часто обозначаются буквой «C» для устройства 0 и «D» для устройства 1, относящейся к одному активному первичному разделу на каждом.

Термины « устройство» и « привод» используются в промышленности как синонимы, например, « главный привод» или « главное устройство».

Режим, который должно использовать устройство, часто устанавливается перемычкой на самом устройстве, которая должна быть вручную установлена ​​на Устройство 0 ( Первичный / Главный ) или Устройство 1 ( Вторичное / Ведомое ). Если к кабелю подключено одно устройство, оно должно быть настроено как Устройство 0 . Однако некоторые накопители определенной эпохи имеют специальную настройку под названием Single для этой конфигурации (в частности, Western Digital). Кроме того, в зависимости от доступного оборудования и программного обеспечения, один диск на кабеле часто будет работать надежно, даже если он настроен как Устройство 1. привод (чаще всего встречается там, где оптический привод является единственным устройством на вторичном интерфейсе ATA).

Слова первичный и вторичный обычно относятся к двум кабелям IDE, каждый из которых может иметь по два диска (первичный главный, первичный подчиненный, вторичный главный, вторичный подчиненный).

Выбор кабеля [ редактировать ]

Режим привода, называемый выбором кабеля, был описан как дополнительный в ATA-1 и стал довольно широко использоваться в ATA-5 и более поздних версиях. Диск, установленный на «выбор кабеля», автоматически конфигурируется как Устройство 0 или Устройство 1 в зависимости от своего положения на кабеле. Выбор кабеля контролируется контактом 28. Хост-адаптер заземляет этот контакт; если устройство видит, что контакт заземлен, он становится устройством 0 ; если он видит, что контакт 28 открыт, устройство становится устройством Device 1 .

Эта настройка обычно выбирается установкой перемычки на приводе, называемой «выбор кабеля», обычно обозначаемой CS , которая отличается от настройки устройства 0/1 .

Обратите внимание, что если два привода настроены как Устройство 0 и Устройство 1 вручную, эта конфигурация не обязательно должна соответствовать их положению на кабеле. Контакт 28 используется только для того, чтобы приводы знали свое положение на кабеле; он не используется хостом при связи с приводами.

При использовании 40-жильного кабеля очень часто выбор кабеля реализовывался путем простого обрезания провода с контактом 28 между двумя разъемами устройства; поместите устройство Device 1 на конец кабеля, а устройство 0 на средний разъем. Это расположение в конечном итоге было стандартизировано в более поздних версиях. Если на 2-дисковом кабеле есть только одно устройство, использующее средний разъем, это приводит к неиспользованному отрезку кабеля, что нежелательно по физическим причинам и по электрическим причинам. Шлейф вызывает отражения сигнала , особенно при более высоких скоростях передачи.

Начиная с 80-жильного кабеля, определенного для использования в ATAPI5 / UDMA4, устройство Device 0 подключается к удаленному от хоста конце 18-дюймового (460 мм) кабеля (черный разъем) и к ведомому устройству Device 1. идет на средний разъем - серый, а синий разъем - на хост (например, разъем IDE материнской платы или карту IDE). Таким образом, если есть только одно устройство ( устройство 0 ) на кабеле с двумя приводами, использующее черный разъем, нет кабельного шлейфа, вызывающего отражения. Кроме того, выбор кабеля теперь реализован в разъеме устройства 1 , обычно просто путем исключения контакта из корпуса разъема.

Сериализованные, перекрывающиеся и поставленные в очередь операции [ править ]

Протоколы параллельного ATA вплоть до ATA-3 требуют, чтобы после того, как команда была дана на интерфейсе ATA, она должна быть завершена до того, как может быть дана любая последующая команда. Операции на устройствах должны быть сериализованы - «с одновременным выполнением только одной операции» - «по отношению к интерфейсу хоста ATA. Полезная ментальная модель состоит в том, что ATA-интерфейс хоста занят первым запросом в течение всего своего времени и, следовательно, не может получить информацию о другом запросе, пока не будет выполнен первый. Функция сериализации запросов к интерфейсу обычно выполняется драйвером устройства в операционной системе хоста.

ATA-4 и последующие версии спецификации включали в себя «перекрывающийся набор функций» и «набор функций в очереди» в качестве дополнительных функций, оба получили название « Очередь команд с тегами»."(TCQ), ссылка на набор функций SCSI, которые версия ATA пытается имитировать. Однако их поддержка в реальных параллельных продуктах ATA и драйверах устройств крайне редка, поскольку эти наборы функций были реализованы таким образом, чтобы поддерживать программную совместимость с его наследием, которое изначально являлось расширением шины ISA. Эта реализация привела к чрезмерной загрузке ЦП, что в значительной степени сводило на нет преимущества организации очереди команд. Напротив, перекрывающиеся операции и операции с очередями были обычным явлением в других шинах хранилища; в частности, SCSI Версия организации очереди команд с тегами не нуждалась в совместимости с API, разработанными для ISA, что позволяло ей достигать высокой производительности с низкими накладными расходами на шинах, которые поддерживали DMA первой стороны, например PCI.Это долгое время считалось основным преимуществом SCSI.

Стандарт Serial ATA поддерживает собственную очередь команд (NCQ) с момента его первого выпуска, но это дополнительная функция как для хост-адаптеров, так и для целевых устройств. Многие устаревшие материнские платы ПК не поддерживают NCQ, но современные жесткие диски SATA и твердотельные накопители SATA обычно поддерживают NCQ, что не относится к съемным (CD / DVD) приводам, поскольку набор команд ATAPI, используемый для управления ими, запрещает операции с очередями. .

Два устройства на одном кабеле - скорость воздействия [ править ]

Существует много споров о том, насколько медленное устройство может повлиять на производительность более быстрого устройства, подключенного к тому же кабелю. Эффект есть, но дебаты запутываются из-за размывания двух совершенно разных причин, называемых здесь «Самая низкая скорость» и «Одна операция за раз».

«Самая низкая скорость» [ править ]

На ранних адаптерах хоста ATA передача данных обоих устройств может быть ограничена скоростью более медленного устройства, если два устройства с разными скоростными возможностями подключены к одному кабелю.

Для всех современных хост-адаптеров ATA это не так, поскольку современные хост-адаптеры ATA поддерживают независимую синхронизацию устройства . Это позволяет каждому устройству на кабеле передавать данные с максимальной скоростью. Даже с более ранними адаптерами без независимой синхронизации этот эффект применяется только к фазе передачи данных операции чтения или записи. ^[35]

«По одной операции за раз» [ править ]

Это вызвано тем, что в большинстве параллельных продуктов ATA отсутствуют как перекрывающиеся, так и поставленные в очередь наборы функций. Только одно устройство на кабеле может одновременно выполнять операцию чтения или записи; поэтому быстрое устройство, подключенное к тому же кабелю, что и медленное, при интенсивном использовании обнаружит, что ему нужно дождаться, пока медленное устройство сначала выполнит свою задачу.

Однако большинство современных устройств будут сообщать об операциях записи как завершенных после того, как данные будут сохранены в их встроенной кэш-памяти, прежде чем данные будут записаны в (медленное) магнитное хранилище. Это позволяет отправлять команды на другое устройство по кабелю, уменьшая влияние ограничения «по одной операции за раз».

Влияние этого на производительность системы зависит от приложения. Например, при копировании данных с оптического привода на жесткий диск (например, при установке программного обеспечения) этот эффект, вероятно, не будет иметь значения. Такие работы обязательно ограничиваются скоростью оптического привода, где бы он ни находился. Но если ожидается, что рассматриваемый жесткий диск также будет обеспечивать хорошую пропускную способность для других задач одновременно, он, вероятно, не должен подключаться к тому же кабелю, что и оптический привод.

Пароли и безопасность HDD [ править ]

Устройства ATA могут поддерживать дополнительную функцию безопасности, которая определена в спецификации ATA и, следовательно, не является специфической для какой-либо марки или устройства. Функцию безопасности можно включать и отключать, отправляя накопителю специальные команды ATA. Если устройство заблокировано, оно откажется от доступа, пока оно не будет разблокировано.

Устройство может иметь два пароля: пароль пользователя и мастер-пароль; любой или оба могут быть установлены. Существует функция идентификатора мастер-пароля, которая, если она поддерживается и используется, может идентифицировать текущий мастер-пароль (без его раскрытия).

Устройство может быть заблокировано в двух режимах: режиме повышенной безопасности или режиме максимальной безопасности. Бит 8 в слове 128 ответа IDENTIFY показывает, в каком режиме находится диск: 0 = высокий, 1 = максимальный.

В режиме высокой безопасности устройство может быть разблокировано с помощью пароля пользователя или главного пароля с помощью команды ATA "SECURITY UNLOCK DEVICE". Существует предел попыток, обычно равный 5, после чего диск должен быть выключен и снова выключен или перезагружен, прежде чем можно будет предпринять повторную попытку разблокировки. Также в режиме высокой безопасности команду SECURITY ERASE UNIT можно использовать с пользовательским или главным паролем.

В режиме максимальной безопасности разблокировать устройство можно только с помощью пароля пользователя. Если пароль пользователя недоступен, единственный оставшийся способ вернуть хотя бы голое оборудование в работоспособное состояние - выполнить команду SECURITY ERASE PREPARE, сразу за которой следует SECURITY ERASE UNIT. В режиме максимальной безопасности команда SECURITY ERASE UNIT требует мастер-пароля и полностью стирает все данные на диске. Слово 89 в ответе IDENTIFY указывает, сколько времени займет операция. ^[36]

Хотя предполагается, что блокировку ATA невозможно обойти без действительного пароля, существуют предполагаемые обходные пути для разблокировки устройства. ^{[ необходима цитата ]}

Внешние параллельные устройства ATA [ править ]

Из-за спецификации короткой длины кабеля и проблем с экранированием крайне редко можно найти внешние устройства PATA, которые напрямую используют PATA для подключения к компьютеру. Внешне подключаемое устройство требует дополнительной длины кабеля для образования U-образного изгиба, чтобы внешнее устройство можно было разместить рядом с корпусом компьютера или на нем, а стандартная длина кабеля слишком мала для этого. Для облегчения доступа от материнской платы к устройству разъемы, как правило, располагаются ближе к переднему краю материнских плат для подключения к устройствам, выступающим из передней части корпуса компьютера. Это положение переднего края еще более затрудняет вывод задней части на внешнее устройство. Ленточные кабели плохо экранированы, и стандарт полагается на кабели, которые должны быть проложены внутри экранированного корпуса компьютера, чтобы соответствовать ограничениям на радиочастотное излучение.

Внешние жесткие диски или оптические дисководы, которые имеют внутренний интерфейс PATA, используют некоторые другие интерфейсные технологии для преодоления расстояния между внешним устройством и компьютером. USB - наиболее распространенный внешний интерфейс, за ним следует Firewire. Микросхема моста внутри внешних устройств преобразует интерфейс USB в PATA и обычно поддерживает только одно внешнее устройство без выбора кабеля или ведущего / ведомого устройства.

Интерфейс Compact Flash [ править ]

Compact Flash в режиме IDE по сути представляет собой миниатюрный интерфейс ATA, предназначенный для использования на устройствах, использующих флэш-память. Никаких сопрягающих микросхем или схем не требуется, кроме прямой адаптации меньшего гнезда CF к большему разъему ATA. (Хотя большинство CF-карт поддерживают только режим IDE до PIO4, что делает их намного медленнее в режиме IDE, чем их скорость, поддерживаемая CF ^[37] ).

Спецификация разъема ATA не включает контакты для подачи питания на устройство CF, поэтому питание подается в разъем от отдельного источника. Исключение составляют случаи, когда устройство CF подключено к 44-контактной шине ATA, предназначенной для 2,5-дюймовых жестких дисков, обычно используемых в портативных компьютерах, поскольку эта реализация шины должна обеспечивать питание стандартного жесткого диска.

Устройства CF могут быть обозначены как устройства 0 или 1 на интерфейсе ATA, хотя, поскольку большинство устройств CF предлагают только один сокет, нет необходимости предлагать этот выбор конечным пользователям. Несмотря на то, что CF может допускать « горячую» замену с помощью дополнительных методов проектирования, по умолчанию при подключении напрямую к интерфейсу ATA он не предназначен для «горячей» замены.

Версии стандартов ATA, скорости передачи и функции [ править ]

В следующей таблице показаны названия версий стандартов ATA, а также поддерживаемые ими режимы передачи и скорости. Обратите внимание, что скорость передачи для каждого режима (например, 66,7 МБ / с для UDMA4, обычно называемого «Ultra-DMA 66», определяемого ATA-5) дает максимальную теоретическую скорость передачи по кабелю. Это просто два байта, умноженные на эффективную тактовую частоту, и предполагается, что каждый такт используется для передачи данных конечного пользователя. На практике, конечно, накладные расходы протокола уменьшают это значение.

Перегрузка хост-шины, к которой подключен адаптер ATA, также может ограничивать максимальную скорость пакетной передачи. Например, максимальная скорость передачи данных для обычной шины PCI составляет 133 МБ / с, и она распределяется между всеми активными устройствами на шине.

Кроме того, в 2005 году не существовало жестких дисков ATA, которые могли бы обеспечивать стабильную скорость передачи данных выше 80 МБ / с. Кроме того, тесты устойчивой скорости передачи не дают реалистичных ожиданий пропускной способности для большинства рабочих нагрузок: они используют нагрузки ввода-вывода, специально разработанные для того, чтобы почти не было задержек из-за времени поиска или задержки вращения. Производительность жесткого диска при большинстве рабочих нагрузок ограничивается, во-первых, и во-вторых этими двумя факторами; скорость передачи в автобусе - далекая треть по важности. Следовательно, ограничения скорости передачи выше 66 МБ / с действительно влияют на производительность только тогда, когда жесткий диск может удовлетворить все запросы ввода-вывода путем чтения из своего внутреннего кеша - очень необычная ситуация, особенно учитывая, что такие данные обычно уже буферизированы операционной системой. .

По состоянию на апрель 2010 ^{[Обновить]}года механические жесткие диски могут передавать данные со скоростью до 157 МБ / с ^[38], что превышает возможности спецификации PATA / 133. Высокопроизводительные твердотельные накопители могут передавать данные со скоростью до 308 МБ / с. ^[39]

Только режимы Ultra DMA используют CRC для обнаружения ошибок при передаче данных между контроллером и приводом. Это 16-битная CRC, и она используется только для блоков данных. При передаче блоков команд и состояний не используются методы быстрой передачи сигналов, которые потребовали бы CRC. Для сравнения, в Serial ATA 32-битная CRC используется как для команд, так и для данных. ^[40]

Функции, представленные в каждой версии ATA [ править ]

Скорость определенных режимов передачи [ править ]

Связанные стандарты, функции и предложения [ править ]

Устройство съемного носителя ATAPI (ARMD) [ править ]

Устройства ATAPI со съемными носителями, отличными от приводов CD и DVD, классифицируются как ARMD (устройство съемных носителей ATAPI) и могут отображаться в операционной системе как супер-дискета (несекционированный носитель) или жесткий диск (носитель с разделами). . Они могут быть поддержаны в качестве загрузочных устройств , с помощью БИОС соблюдающих с устройством ATAPI Removable Media BIOS Specification , ^[45] , первоначально разработанный Compaq Computer Corporation и Phoenix Technologies . Он определяет положения в BIOS одного персонального компьютера , чтобы позволить компьютеру быть бутстрапированным от таких устройств, как Zip дисков , Jaz дисков, Дисководы SuperDisk (LS-120) и аналогичные устройства.

Эти устройства имеют съемные носители, такие как дисководы гибких дисков , но емкость более соизмерима с жесткими дисками , а требования к программированию отличаются от них. Из-за ограничений в интерфейсе контроллера гибких дисков большинство этих устройств были устройствами ATAPI , подключенными к одному из интерфейсов ATA главного компьютера, подобно жесткому диску или устройству CD-ROM . Однако существующие стандарты BIOS не поддерживали эти устройства. BIOS, совместимый с ARMD, позволяет загружать эти устройства и использовать их под управлением операционной системы, не требуя кода для конкретного устройства в ОС.

BIOS, реализующий ARMD, позволяет пользователю включать устройства ARMD в порядок поиска загрузки. Обычно устройство ARMD настраивается в порядке загрузки раньше, чем жесткий диск. Аналогично дисководу гибких дисков, если в дисководе ARMD есть загрузочный носитель, BIOS загрузится с него; в противном случае BIOS продолжит поиск, как правило, последним жестким диском.

Есть два варианта ARMD, ARMD-FDD и ARMD-HDD. Первоначально ARMD приводил к тому, что устройства выглядели как своего рода очень большие дисководы для гибких дисков, либо первичное устройство дисковода гибких дисков 00h, либо вторичное устройство 01h. Некоторые операционные системы требовали изменения кода для поддержки гибких дисков с емкостью, намного большей, чем у любого стандартного дисковода гибких дисков. Кроме того, эмуляция стандартного дисковода гибких дисков оказалась неподходящей для некоторых дисководов гибких дисков большой емкости, таких как дисководы Iomega Zip . Позже для решения этих проблем был разработан вариант ARMD-HDD, ARMD - «Устройство жесткого диска». В ARMD-HDD устройство ARMD отображается в BIOS и операционной системе как жесткий диск.

ATA через Ethernet [ править ]

В августе 2004 года Сэм Хопкинс и Брантли Коайл из Coraid определили облегченный протокол ATA over Ethernet для передачи команд ATA через Ethernet вместо прямого подключения их к хост-адаптеру PATA. Это позволило повторно использовать установленный блочный протокол в приложениях сети хранения данных (SAN).

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• CE-ATA рабочая группа