Интерфейс подключения ide. Интерфейсы подключения жестких дисков — IDE, SATA и другие. Максимально поддерживаемый объём диска

Со времени создания персональных компьютеров было разработано несколько типов интерфейсов для подключения жестких дисков. Два первых интерфейса – ST-506/412 (фирмы Seagate Technologies) и ESDI (Enhanced Small Device Interface - усовершенствованный интерфейс малых устройств) в настоящее время не используются. Развитие интерфейсов шло по пути объединения контроллера и накопителя на жестких дисках, что позволило повысить скорость обработки данных, плотность размещения данных на носителе и общее быстродействие системы. Поскольку современные интерфейсы используются для обмена данными не только с жесткими дисками, но и другими устройствами внешней памяти (например, оптическими дисководами или накопителями на магнитной ленте) их правильнее называть интерфейсами внешней памяти.

В настоящее время используются два интерфейса внешней памяти: IDE (ATA) и SCSI.

Наиболее распространенным интерфейсом внешней памяти на IBM-совместимых компьютерах является стандарт IDE (IDE расшифровывается как intelligent drive electronics – интеллектуальная электроника устройства или integrated drive electronics – интегрированная электроника устройства). Другое, официальное, название интерфейса – АТА (AT Attachment – подключение к AT), поскольку этот интерфейс впервые был применен в компьютерах серии IBM PC AT.

Стандарты на интерфейс ATA в настоящее время разрабатываются комитетом T13 Международного комитета по стандартам информационных технологий – INCITS (InterNational Committee on Information Technology Standards), в который в основном входят специалисты из фирм, разрабатывающих и производящих устройства внешней памяти (дисководы жестких и оптических дисков). После разработки стандарты утверждаются Американским национальным институтом стандартов – ANSI (American National Standards Institute), под руководством которого функционирует INCITS.

Интерфейс ATA – это интерфейс системного уровня, в котором контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. Стандарт определяет разъемы и кабели для подключения устройств внешней памяти к материнской плате, характеристики сигналов, набор исполнительных регистров, а также команды и протоколы, используемые в устройстве внешней памяти.

Официально принятым в настоящее время стандартом является шестая версия стандарта ATA – ATA/ATAPI-6 (2002 г.) и седьмая версия стандарта ATA – ATA/ATAPI-7 (2004 г.). В конце 2008 г. принят очередной стандарт ATA – ATA/ATAPI-8.

Начиная с версии ATA-4, в спецификацию ATA включена спецификация ATAPI (АТ Attachment Packet Interface – пакетный интерфейс ATA), ранее являвшаяся отдельной спецификацией. Эта спецификация обеспечивает общий интерфейс не только для жестких дисков, но и других устройств: оптических дисководов и стримеров.

В стандартах определены:

· общие требования к устройству ATA;

· регистры ввода-вывода устройства;

· набор команд устройства;

· протоколы обмена данными между устройством и компьютером.

В спецификации определена также технология анализа и вывода мониторинга – SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), что сделало устройства IDE более надежными. Была добавлена также защита с помощью паролей при доступе к устройствам. Кроме того, предусмотрен режим экономии электроэнергии: двигатель жесткого диска сам останавливается при отсутствии обращения к диску в течение временного интервала, определяемого пользователем системы.

В спецификациях АТА предусмотрено несколько режимов быстрого обмена данными с жесткими дисками, которые называются режимами программного ввода/вывода PIO (Programmed Input/Output) со скоростями передачи данных 3,3-20 Мбайт/с. Эти режимы обеспечивают обмен между оперативной памятью и жесткими дисками с участием процессора.

С появлением процессоров Pentium контроллеры АТА обеспечивают функцию Bus Master. В этом режиме процессор указывает контроллеру АТА, откуда он должен взять данные, и в какую область оперативной памяти их поместить. После этого контроллер захватывает управление шиной PCI и выполняет операции ввода-вывода без участия процессора. Этот режим называется режимом прямого доступа в память – DMA (Direct Memory Access). Особенно заметны преимущества режима Bus Master при одновременной работе нескольких приложений.

Контроллер АТА имеет два канала (primary – первичный и secondary – вторичный), к каждому из которых с помощью одного кабеля можно подключить до двух устройств (всего четыре устройства). Чтобы два устройства могли работать на одном кабеле используется режим «хозяин-слуга» («master-slave»). Устройство на первичном канале – «хозяин» разрешает выполнять обмен данными устройству на вторичном канале – «слуге» только в том случае, если «хозяин» не занят обменом данных, поэтому каждый раз, когда устройству, подключенному к вторичному каналу, необходимо выполнить обмен данными, оно обращается за разрешением к устройству на первичном канале. Подключение двух устройств к одному кабелю и, соответственно, к одному порту ввода-вывода называют параллельным ATA (Parallel ATA – P-ATA). В спецификации ATA/ATAPI-7 определен режим Ultra ATA/133, который обеспечивает режим обмена данными до 133 Мбайт/с.

В спецификации ATA определены два типа кабеля: старый, 40-разрядный и новый, 80-разрядный, обеспечивающий более высокую скорость передачи – в режиме Ultra DMA – до 66,67 Мбайт/с (рис 1.3.7а). В старом и новом кабели используются одинаковые 40-контактные разъемы, однако внутренняя разводка проводников в этих кабелях различна. Электронная схема устройства автоматически определяет, какой тип кабеля подключен, и в соответствии с этим определяет максимальную скорость передачи данных.

Для подключения устройств IDE (ATA) к материнской плате используются два вида кабелей: шинный кабель и круглый кабель. Цвета разъемов в кабелях фиксированы: синий разъём предназначен для подключения к материнской плате, чёрный – к устройству на первичном канале, серый – к устройству на вторичном канале (рис. 1.3.7б). Разъем для подключения кабеля IDE (ATA) на материнской плате приведен на рис. 1.3.7в, а разъем для подключения кабеля IDE (ATA) на устройстве – на рис. 1.3.7г.

Рис. 1.3.7. Интерфейс IDE (ATA): а) сравнение 80-разрядного кабеля (сверху) и 40-разрядного кабеля (снизу); б) подключение шинного и круглого кабеля (1 – к вторичному устройству; 2 – к первичному устройству; 3 – к материнской плате или контроллеру)

в) разъем для подключения кабеля на материнской плате;

г) разъем для подключения кабеля на устройстве

В отличие от интерфейса IDE (ATA), в котором данные передаются параллельно, интерфейс последовательного ATA – SATA (Serial ATA) реализует последовательную передачу данных на двух витых парах. Так же, как в шине PCI Express, этот обмен реализуется с помощью метода LDVS.

Первая версия SATA (SATA I) была определена в 2002 г. в спецификации ATA/ATAPI-7 комитета T13.

В этой версии шина SATA работает на частоте 1,5 ГГц. Реальная пропускная способность шины несколько меньше (из-за используемого метода кодирования данных) и составляет 1,2 Гбит/с или 150 Мбайт/с.

В 2003 г. Рабочая группа Serial ATA (Serial ATA Working Group) комитета T13 начала разработку спецификации SATA II, также называемую SATA 2. На основе этой группы в 2004 г. была создана неприбыльная Международная организация по Serial ATA – SATA-IO (Serial ATA International Organization), которая в настоящее время определяет основные направления и концепции развития интерфейса SATA. Последняя редакция спецификации SATA II – спецификация последовательного ATA редакция 2.6 (Serial ATA Revision 2.6 Specification) была выпущена в 2007 г. Эту спецификацию называют также SATA 2.6.

В SATA II за счет увеличения частоты до 3 ГГц была добавлена скорость передачи данных 300 Мбайт/с. Кроме этого, в качестве необязательного компонента в SATA II была добавлена технология аппаратной установки очередности команд – NCQ (Native Command Queuing). Устройства с поддержкой NCQ могут принимать одновременно несколько запросов на обмен данными, в отличие от параллельного ATA и SATA I. Очередность выполнения запросов определяется с учетом минимизации общего времени доступа к данным, что особенно существенно при одновременном выполнении на компьютере нескольких программ. Необязательной возможностью в SATA II является также «горячее» подключение устройств.

В 2009 г. SATA-IO приняло новую спецификацию SATA – спецификацию последовательного ATA редакции 3.0 (Serial ATA Revision 3.0 Specification), называемую также спецификацией SATA III или спецификацией SATA 3.0. В этой спецификации добавлена скорость передачи данных 600 Мбайт/с (при увеличении частоты до 6 ГГц). Помимо этого, в NCQ добавлен режим изохронной передачи для мультимедийных приложений, улучшено управление электропитанием устройств, добавлены два новых разъема для устройств небольших размеров.

Передача данных в SATA выполняется по 7-проводному кабелю (4 провода витых пар, 2 провода заземления на каждую пару и провод общего заземления). Каждое устройство подключается к материнской плате с помощью своего кабеля и разъемов (рис. ????а). Максимальная длина кабеля SATA – 1 м. За форму, похожую на букву L, разъем SATA иногда называют L-разъемом.

Для передачи данных и подведения электропитания используется 22-проводный кабель SATA (7 проводов для данных и 15 – для электропитания) (рис. ????б).

В редакции SATA 2.6 был введен 16-проводной внутренний разъем Micro SATA для жестких дисков малых размеров (рис. ????в) и 13-проводной внутренний разъем Slimline SATA для оптических дисководов малой толщины типа Slim (тонкий) (рис. ????г).

В настоящее время подавляющее большинство моделей дисководов жестких дисков, твердотельных дисков и оптических дисководов в системном корпусе подключаются к компьютеру с использованием интерфейса SATA.

Рис. ?????. Интерфейсы SATA: а) 7-проводной интерфейс SATA: 1 – кабель; 2 – гнездо на материнской плате; 3 – гнездо в устройстве; б) 22-проводной интерфейс SATA:

1 – кабель; 2 – контакты данных; 3 – контакты электропитания; 4 – гнездо в устройстве;

в) 16-проводной штекер Micro SATA: 1 – контакты данных; 2 – контакты электропитания; 3 – гнездо в устройстве; в) 13-проводной штекер Slimline SATA: 1 – контакты данных;

2 – контакты электропитания; 3 – гнездо в устройстве

Для подключения внешних устройств к компьютеру по интерфейсу SATA организация SATA-IO разработала технологию внешнего SATA – eSATA (external SATA).

В eSATA устройства подключаются к компьютеру по шине PCI или PCI Express через карту расширения eSATA (рис. ????а) , содержащую контроллер eSATA и гнезда для подключения внешних устройств (рис. ????б). Кабель eSATA для подключения устройств (рис. ????в) так же, как кабель SATA, имеет 7 проводов с теми же назначениями. В отличие от кабеля SATA, кабель eSATA экранирован и поэтому максимальное значение длины для него составляет 2 м. Разъемы eSATA (I-разъемы) отличаются от L-разъемов SATA как по форме, так и по размеру.

Количество подключаемых внешних устройств определяется количеством разъемов на карте расширения eSATA. Для подключения большего количества устройств можно использовать либо вторую карту расширения, либо концентраторы eSATA (рис. ????г). Пример подключения внешних устройств к компьютеру при использовании технологии eSATA приведен на (рис. ????д).

Разрабатываемая SATA-IO технология xSATA предусматривает увеличение длины кабеля для подключения устройства до 8 м, что позволит создавать сети SATA.

Рис. ?????. Средства подключения устройств по интерфейсу eSATA: а) кабель eSATA;

б) гнездо подключения устройства eSATA; в) карта расширения eSATA для двух устройств с интерфейсом PCI Express: 1 – гнезда для подключения

внешних устройств; 2 – контроллер eSATA; г) концентратор eSATA: 1 – гнезда для подключения устройств; 2 – гнездо электропитания; 3 – гнездо для подключения к компьютеру; д) пример подключения внешних устройств по интерфейсу eSATA (медиаплеера и, через концентратор, устройства внешней памяти, содержащего два жестких диска с интерфейсом eSATA)

Здравствуйте уважаемые друзья! С Вами Артём Ющенко.

Стандарт SATA1 – имеет скорость передачи до 150мб/c
Стандарт SATA2 – имеет скорость передачи до 300мб/c
Стандарт SATA3 – имеет скорость передачи до 600мб/c
Меня часто спрашивают, почему, когда я тестирую скорость своего диска (а диск, например интерфейс SATA2 и материнская плата имеет порт этого же стандарта), то скорость далека от 300мб/c и, причем не в большую сторону.

На самом деле скорость диска даже стандарта SATA1 не превышает 75Мб/c. Его скорость, как правило, ограничивают механические части. Такие как скорость вращения шпинделя (7200 в минуту для домашних компьютеров), и также количество пластин в диске. Чем их больше, тем больше будут задержки в записи и чтении данных.

Поэтому, по сути, неважно какой интерфейс традиционного жёсткого диска вы используете, скорость не превысит 85 Мб/c.

Однако я не рекомендую использовать в современном компьютеры диски стандарта IDE потому как они уже достаточно медленнее SATA2. Это скажется на производительности записи и чтения данных, а значит, будет дискомфорт в работе с большими объёмами данных.
Недавно появился новый стандарт SATA3, который будет актуален для дисков на основе твердотельной памяти. О них мы ещё с вами поговорим.
Однако ясно одно современные традиционные диски SATA, из за своих механических ограничений ещё даже не выработали стандарт SATA1, а появился уже SATA3. То есть порт то обеспечивает скорость но не диск.
Однако каждый новый стандарт SATA всё же несёт некие доработки, и при больших объёмах информации они дадут о себе знать в хорошем качестве.

Например постоянно дорабатывается функция – Native Command Queuing (NCQ)специальная команда, которая позволяет распараллеливать команды записи чтения, для большей производительности, чем интерфейс SATA1 и IDE похвастать не могут.
Самое примечательно что стандарт SATA, а точнее его версии совместимы друг с другом, что даёт нам денежную экономию. То есть например диск SATA1 можно подключить к материнской плате с разъёмом стандарта SATA2 и SATA3 и наоборот.
Не так давно стал развиваться рынок новых накопителей, так называемых SSD (напомню традиционные жёсткие диски обозначаются как HDD).

SSD – это не что иное как флеш память (не путать с флешками, SSD скоростнее обычных флешек в десятки раз). Эти диски не шумят, мало греются и мало потребляют энергии. Они поддерживают скорость чтения до 270Мб/c и скорость записи до 250-260 Мб/c. Однако они очень дороги. Диск размером 256 Гб может, стоит до 30000 рублей. Однако цены по мере развития рынка флеш памяти будут постепенно падать.
Однако очень приятна перспектива покупки SSD например на 64Гб, ведь он намного быстрее работает чем обычный диск на магнитных пластинах, а значит на него можно установить систему и получить прирост в производительности при загрузке операционной системы и при работе с компьютером. Такой диск стоит порядка 5 – 6 тысяч рублей. Сам задумываюсь о такой покупке.

Вот такие диски полностью раскрывают стандарты SATA2 и новый интерфейс SATA 3 им нужен как воздух, нежели традиционным дискам. В ближайшее пол года диски SSD переберутся на стандарт SATA3 и смогут демонстрировать скорости до 560 мб/c на операциях чтения.
Не так давно мне в руки попал диск стандарта IDE размером 40гб и выпущенным больше 7 и лет назад (не мой, сдавали на ремонт мне) Я протестировал его скоростные характеристики и сравнил их со стандартами SATA1 и SATA2, так как я сам обладаю дисками обоих SATA стандартов.

Замеры проводились с помощь программы Crystal Disk Mark, нескольких версий. Я выяснил, что точность замеров от одной версии программы к другой, практически не зависит. На компьютере установлена 32 битная операционная система Windows 7 Максимальная и процессор Pentium 4 – 3 ГГц. Также тесты были проведены на процессоре уже с двумя ядрами Core 2 Duo E7500 разогнанного до тактовой частоты 3,53 Ггц. (штатная частота 2,93 ГГц). На результаты скорости чтения и записи данных скорость процессора по моим наблюдениям не влияет.

Вот как выглядеть старый добрый диск IDE, диски этого стандарта ещё продаются.

Вот так подключается IDE диск. Широкий шлейф, для передачи данных. Узкий белый – питание.

А вот так выглядит подключение SATA дисков – красные провода передачи данных. И также на фотке виднеется шлейф IDE который подключается к своему разъему.

Результаты скоростей:

Скорость стандарта IDE. Она равна 41 мб для записи и столько же для чтения данных. Далее идут строчки по чтению секторов различного размера в разнооброс.

Скорость чтения и записи SATA1. 50 и 49 мб для скорости чтения и записи соответственно.

Скорость чтения и записи для SATA2. 75 и 74 мб для чтения и записи соответственно.

И ещё на последок покажу результаты тестирования одной из мох флешек на 4 Гб отличнейшей компании Transcend. Для флеш памяти результат неплохой:

Вывод: Интерфейсы SATA1 и SATA2 (занявший первое место по результатам теста) наиболее предпочтительны для использования в настольном домашнем компьютере.

С Уважением Артём Ющенко.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет автоматики и электромеханики

Кафедра «Автоматизированные и вычислительные системы»

Специальность «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

Тема реферата «Внутренние интерфейсы IDE и их разновидности»

Выполнил

ст. гр. ВМ-083 Болдырев Е.В.

Проверил Плотников О.А.

Воронеж 2010

1. Место объекта в ЭВМ и вычислительных системах. Область применения

Первоначальная версия стандарта была разработана в 1986 году фирмой Western Digital и по маркетинговым соображениям получила название IDE (англ. Integrated Drive Electronics - «электроника, встроенная в привод»). Оно подчеркивало важное нововведение: контроллер привода располагается в нём самом, а не в виде отдельной платы расширения, как в предшествующем стандарте ST-506 и существовавших тогда интерфейсах SCSI и ST-412. Это позволило улучшить характеристики накопителей (за счёт меньшего расстояния до контроллера), упростить управление им (так как контроллер канала IDE абстрагировался от деталей работы привода) и удешевить производство (контроллер привода мог быть рассчитан только на «свой» привод, а не на все возможные; контроллер канала же вообще становился стандартным). Следует отметить, что контроллер канала IDE правильнее называть хост-адаптером, поскольку он перешёл от прямого управления приводом к обмену данными с ним по протоколу.

IDE (Integrated Device Electronics) - интерфейс устройств со встроенным контроллером. При создании этого интерфейса разработчики ориентировались на подключение дискового накопителя. Интерфейс EIDE имеет первичный и вторичный каналы, к каждому из которых можно подключить два устройства, то есть всего их может быть четыре. Это может быть жесткий диск, CD-ROM или переключатель дисков.

Фактически он представляет собой связь между системной платой и электроникой или контроллером, встроенными в накопитель. Этот интерфейс постоянно развивается - на сегодняшний день создано несколько модификаций. Интерфейс IDE, широко используемый в запоминающих устройствах современных компьютеров, разрабатывался как интерфейс жесткого диска. Однако сейчас он используется для поддержки не только жестких дисков, но и многих других устройств, например накопителей на магнитной ленте, CD/DVD-ROM, дисководов Zip и др.

Эти устройства должны быть документированы, как:

¾ Enhanced IDE (EIDE)

¾ Fast ATA, Fast ATA-2- это обобщенный термин, который может быть отнесен практически к любому жесткому диску со встроенным контроллером; названия ATA и Serial ATA относятся к определенным типам интерфейсов IDE. Поскольку АТА является наиболее распространенной формой IDE, эти термины довольно часто используются поочередно, что с технической точки зрения неправильно. То, что пользователи обычно называют IDE, правильнее называть интерфейсом ATA.

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

Существует три основные разновидности интерфейса IDE, рассчитанные на взаимодейст вие с тремя стандартными шинами:

¾ Serial AT Attachment (SATA);

¾ параллельный AT Attachment (ATA) IDE (16-разрядная шина ISA);

¾ XT IDE (8-разрядная шина ISA);

¾ MCA IDE (16-разрядная шина MCA).

В настоящее время из всех перечисленных типов используются только версии ATA. Уже появились более быстрые и мощные версии интерфейсов ATA и Serial ATA; в частности, улучшенные варианты ATA получили название ATA-2 и далее. Иногда эти версии называют также EIDE (Enhanced IDE), Fast-ATA, Ultra-ATA или Ultra-DMA. Несмотря на все возможности последней версии ATA-6, в целом интерфейс Serial ATA демонстрирует большую производительность и функциональность.

В большинстве новых компьютеров разъем ATA установлен непосредственно на систем ной плате. Если его нет, то для подключения к компьютеру накопителя ATA IDE можно использовать дополнительную плату адаптера. Обычно на такой переходной плате нет ничего, кроме двух разъемов (98-контактного печатного разъема шины и 40-контактного разъема IDE) и набора проводников. Эти платы не являются контроллерами, так как последние уже встроены в жесткие диски. Правда, на некоторых из них монтируются дополнительные устройства, например специализированная ROM BIOS или кэш-память.

В целях развития возможностей интерфейса IDE компанией Western Digital была предложена его расширенная спецификация Enhanced IDE (синонимы: E-IDE, Fast AТА, АТА-2 и Fast АТА-2), которая обрела затем статус американского стандарта ANSI под названием АТА-2. Она содержит ряд нововведений: поддержку IDE-накопителей 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, стримеров и тому подобное). 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.

Для подключения жёстких дисков с интерфейсом PATA обычно используется 40-проводный кабель (именуемый также шлейфом). Каждый шлейф обычно имеет два или три разъёма, один из которых подключается к разъёму контроллера на материнской плате (в более старых компьютерах этот контроллер размещался на отдельной плате расширения), а один или два других подключаются к дискам. В один момент времени шлейф P-ATA передаёт 16 бит данных. Иногда встречаются шлейфы IDE, позволяющие подключение трёх дисков к одному IDE каналу, но в этом случае один из дисков работает в режиме read-only.

Долгое время шлейф ATA содержал 40 проводников, но с введением режима Ultra DMA/66 (UDMA4) появилась его 80-проводная версия. Все дополнительные проводники - это проводники заземления, чередующиеся с информационными проводниками. Такое чередование проводников уменьшает ёмкостную связь между ними, тем самым сокращая взаимные наводки. Ёмкостная связь является проблемой при высоких скоростях передачи, поэтому данное нововведение было необходимо для обеспечения нормальной работы установленной спецификацией UDMA4 скорости передачи 66 МБ/с (мегабайт в секунду). Более быстрые режимы UDMA5 и UDMA6 также требуют 80-проводного кабеля.

Хотя число проводников удвоилось, число контактов осталось прежним, как и внешний вид разъёмов. Внутренняя же разводка, конечно, другая. Разъёмы для 80-проводного кабеля должны присоединять большое число проводников заземления к небольшому числу контактов заземления, в то время как в 40-проводном кабеле проводники присоединяются каждый к своему контакту. У 80-проводных кабелей разъёмы обычно имеют различную расцветку (синий, серый и чёрный), в отличие от 40-проводных, где обычно все разъёмы одного цвета (чаще чёрные).

Стандарт ATA всегда устанавливал максимальную длину кабеля равной 46 см. Это ограничение затрудняет присоединение устройств в больших корпусах, или подключение нескольких приводов к одному компьютеру, и почти полностью исключает возможность использования дисков PATA в качестве внешних дисков. Хотя в продаже широко распространены кабели большей длины, следует иметь в виду, что они не соответствуют стандарту. То же самое можно сказать и по поводу «круглых» кабелей, которые также широко распространены. Стандарт ATA описывает только плоские кабели с конкретными характеристиками полного и ёмкостного сопротивлений. Это, конечно, не означает, что другие кабели не будут работать, но, в любом случае, к использованию нестандартных кабелей следует относиться с осторожностью.

Если к одному шлейфу подключены два устройства, одно из них обычно называется ведущим (англ. master), а другое ведомым (англ. slave). Обычно ведущее устройство идёт перед ведомым в списке дисков, перечисляемых BIOS’ом компьютера или операционной системы. В старых BIOS’ах (486 и раньше) диски часто неверно обозначались буквами: «C» для ведущего диска и «D» для ведомого.

Если на шлейфе только один привод, он в большинстве случаев должен быть сконфигурирован как ведущий. Некоторые диски (в частности, производства Western Digital) имеют специальную настройку, именуемую single (то есть «один диск на кабеле»). Впрочем, в большинстве случаев единственный привод на кабеле может работать и как ведомый (такое часто встречается при подключении CD-ROM’а на отдельный канал).

2. Назначение, основные характеристики и параметры объекта

Стандарт EIDE (англ. Enhanced IDE - «расширенный IDE»), появившийся вслед за IDE, позволял использование приводов ёмкостью, превышающей 528 Мб (504 МиБ), вплоть до 8,4 Гб. Хотя эти аббревиатуры возникли как торговые, а не официальные названия стандарта, термины IDE и EIDE часто употребляются вместо термина ATA. После введения в 2003 году стандарта Serial ATA («последовательный ATA»), традиционный ATA стали именовать Parallel ATA, имея в виду способ передачи данных по параллельному 40- или 80-жильному кабелю.

Поначалу этот интерфейс использовался с жёсткими дисками, но затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, в основном - использующими сменные носители. К числу таких устройств относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM, ленточные накопители, а также дискеты большой ёмкости, такие, как ZIP и магнитооптические диски (LS-120/240). Кроме того, из файла конфигурации ядра FreeBSD можно сделать вывод, что на шину ATAPI подключали даже FDD (дискета). Этот расширенный стандарт получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), в связи с чем полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI.

Стандарты ATA позволили избавиться от несовместимости и различных проблем между дисководами IDE и шинами ISA/PCI. Спецификации ATA определяют сигналы выводов 40- контактного разъема, их функции и синхронизацию, стандарты кабеля и т.п. В следующем разделе приведены некоторые элементы и функции, определяемые спецификацией АТА. Разъем ввода-вывода ATA Чтобы правильно подключить 40/44-контактный разъем интерфейса ATA, его обычно (но не всегда) снабжают ключом. В данном случае ключом служит срез вывода 20, причем соответствующее отверстие в ответной части отсутствует. Всем изготовителям настоятельно рекомендуется использовать разъемы и кабели с ключами, поскольку при неправильном подключении кабеля IDE можно вывести из строя как контроллер, так и адаптер шины (и это действительно так, хотя при моих многочисленных ошибках дым из микросхем все-таки не шел).

Кроме основной 40-контактной части, которая практически не отличается от стандартного разъема ATA (за исключением уменьшенного рас стояния между выводами), существуют также дополнительные выводы питания и перемычек. Обычно для подключения к разъему используется 44-контактный кабель, передающий силовое напряжение питания и стандартные сигналы ATA. Статус жесткого диска определяется положением имеющейся на нем перемычки или переключателя: первичный (Master), вторичный (Slave) или выбор кабеля (Select Cable).

В стандарте ATA предусмотрен способ организации совместной работы двух последовательно подключенных жестких дисков. Статус жесткого диска (первичный или вторичный) определяется либо путем перестановки имеющейся в нем перемычки или переключателя (с обозначением Master для первичного и Slave для вторичного), либо подачей по одной из линий интерфейса управляющего сигнала CSEL (Cable SELect - выбор кабеля). При установке в системе только одного жесткого диска его контроллер реагирует на все команды, поступающие от компьютера. Если жестких дисков два (а следовательно, и два контроллера), то команды поступают на оба контроллера одновременно. Их надо настраивать так, чтобы каждый жесткий диск реагировал только на адресованные ему команды. Именно для этого и служит перемычка (переключатель) Master/Slave и управляющий сигнал CSEL.

Большинство накопителей IDE можно сконфигурировать следующим образом:

¾ первичный (один накопитель);

¾ первичный (два накопителя);

¾ вторичный (два накопителя);

¾ выбор кабеля.

Каждому из контроллеров двух жестких дисков необходимо сообщить его статус - первичный или вторичный. В большинстве новых накопителей используется только один переключатель (первичный/вторичный), а на некоторых еще и переключатель существования вторичного диска (slave present). Характеристики IDE интерфейса.

Таблица 1 - Характеристики IDE/ATA интерфейсов

Спецификация
Синонимы		EIDE, Fast АТА, Fast IDE, Ultra ATA		АТА-4, UltraATA/33	АТА-5, UltraATA/66	АТА-6, Ultra ATA/100	АТА-7, Ultra ATA/133
Пропускная способность, Мбай/с
Количество соединений				2 на один кабель	2 на один кабель	2 на один кабель	1 на один 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 кабель	48-битовая LBA	SATA 1.0, поддержка длинных логических / физических блоков
Максимальный размер диска	137 Гбайт (128 GiBi)					144 Пбайт (128 PiBi)
Контроль no CRC

Изначально общеупотребительным способом передачи данных через интерфейс IDE/ATA был протокол, называемый Programmed I/O или PIO. Существует пять режимов PIO, различающихся максимальными скоростями пакетной передачи данных (burst transfer rates). Общеупотребительное английское название - PIO modes. Естественно, речь идет о внешней скорости передачи данных и определяет скорость интерфейса, а не диска. До появления режима DMA-33 максимальная скорость передачи данных у режимов PIO и DMA была одинаковой. Главным недостатком режимов PIO является то, что передачей данных управляет процессор, что существенно увеличивает его загрузку. Зато эти режимы не требуют специальных драйверов и идеально подходят для однозадачных операционных систем.

Таблица 2 - скорость передачи данных для интерфейса

Максимально возможная скорость передачи данных для интерфейса IDE(он же ATA)
single word DMA 0

single word DMA 1, multi word DMA 0

Максимально возможная скорость передачи данных для интерфейса EIDE(он же ATA-2)

multi word DMA 1
Максимально возможная скорость передачи данных для интерфейса Ultra-ATA (он же ATA-3)(он же Ultra DMA/33)
multi word DMA 2
Максимально возможная скорость передачи данных для интерфейса Ultra-ATA/66 (он же ATA-4)(он же UltraDMA/66)
multi word DMA 2

Реально максимальная скорость передачи данных для любого диска не превышает 10 MB/s, так как механические характеристики диска обойти невозможно. Большие значения скоростей относятся к работе с внутренним кэшем жесткого диска.

3. Временные диаграммы

Схемы временных диаграмм интерфейсов выглядят следующим образом

Рисунок 1 - Схемы временных диаграмм, (а - АТА 2 и АТА 3; б - Ultra АТА; в - Ultra АТА/66.)

В спецификацию интерфейса Enhanced IDE добавлена поддержка режимов PIO 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 РIO Mode 3 составляет 4.1 Мбайт/с, а в режимах РIO 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/ATA 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 данных 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.

Рисунок 2 - Временные диаграммы циклов обмена на шине IDE

Основной недостаток интерфейса EIDE - отсутствие "интеллекта". Если на одном канале подключены жесткий диск и накопитель CD-ROM, то в случае обращения к CD-ROM процессор будет ожидать завершения операций с CD-ROM, прежде чем сможет обратиться к жесткому диску. Поэтому очевидно, что нельзя к одному каналу EIDE подключать быстрое и медленное устройство одновременно. CD-ROM всегда следует подключать только ко второму каналу. Каналы EIDE в современных контроллерах EIDE, как правило, достаточно независимы друг от друга.

Для повышения производительности EIDE были разработаны и стандартизованы режимы PIO (Programming Input Output - программируемый ввод/вывод), single word DMA (обмен одиночными словами в режиме DMA - Direct Memory Access - прямого доступа к памяти) и multi word DMA (обмен несколькими словами в режиме DMA).интерфейс имеет несколько разновидностей, которые совместимы друг с другом (достаточно иметь пассивные переходники). 8 бит (50-ти контактный разъем) или 16 бит (68-и контактный разъем для Wide SCSI). Частота шины может быть 5 MHz (SCSI 1), 10 MHz (Fast SCSI), 20 MHz (Fast-20 or Ultra SCSI) or 40 MHz (Ultra-2 SCSI). Сейчас стал активно внедряться стандарт Ultra2 SCSI LVD, являющийся разновидностью Ultra2 SCSI. Полное название стандарта - Ultra2 SCSI (LVD) Low Voltage Differential Parallel SCSI Interface, т.е. низковольтный дифференциальный параллельный SCSI интерфейс. Этот вариант SCSI существенно отличается от всех своих предшественников по двум параметрам:

¾ Скорость передачи увеличена до 80 MB/s

¾ Максимальная длина соединительного кабеля может достигать 12 метров

Кроме этого, к одному шлейфу можно подключить до 15 устройств. Обратная совместимость, как это принято для SCSI устройств, также выдерживается и устройство с Ultra2 SCSI LVD можно подключить к обычному контроллеру SCSI. С этим интерфейсом выпускаются только жесткие диски в вариантах с 68-контактным разъемом (Wide) и SCA.

Но и скорость в 80 MB/s, как оказалось, не является предельной на сегодняшний день. Уже начинает внедряться производителями, как контроллеров, так и жестких дисков следующий вариант SCSI, называемый официально как SPI-3 (SCSI Parallel Interface - 3), неофициально Ultra160/m SCSI. Он разработан на базе Ultra2 SCSI LVD и отличается удвоенной скоростью передачи данных. Каким образом это достигнуто, видно из схематичной временной диаграммы.

Рисунок 3 - Временная диаграмма скорости передачи данных

4. Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках

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 (3600, 4200, 5000, 5400, 5900, 7200, 9600, 10 000, 12 000, 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. Шпиндельный двигатель жёсткого диска трехфазный, что обеспечивает стабильность вращения магнитных дисков, смонтированных на оси (шпинделе) двигателя. Статор двигателя содержит три обмотки, включенные звездой с отводом посередине, а ротор - постоянный секционный магнит. Для обеспечения малого биения на высоких оборотах в двигателе используются гидродинамические подшипники.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных неодимовых постоянных магнитов, а также катушки на подвижном блоке головок. Вопреки расхожему мнению, в подавляющем большинстве устройств внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом; а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления (например, в самолёте) и температуры, а также при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр - пылеуловитель.

В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управления шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

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), приёма и обработки сигналов с датчиков устройства (система датчиков может включать в себя одноосный акселерометр, используемый в качестве датчика удара, трёхосный акселерометр, используемый в качестве датчика свободного падения, датчик давления, датчик угловых ускорений, датчик температуры).

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). Для цифровой обработки применяются различные методы, например, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнение принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец, наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

жесткий магнитный диск загрузочный

5. Главная загрузочная запись (master boot record, MBR)

В конце начальной загрузки ROM BIOS считывается и выполняется первый физический сектор гибкого или жесткого диска. Первый сектор жесткого диска называется основной загрузочной записью (иногда употребляют термины «таблица разделов» и «основной загрузочный блок»). В начале этого сектора жесткого диска содержится небольшая программа. Сведения о разделах (таблица разделов) расположены в конце сектора. Программа использует сведения о разделах для определения загрузочного раздела (как правило, это основной раздел DOS) и пытается загрузить из него операционную систему.

Эта программа записывается на диск с помощью команды fdisk /mbr и называется основной загрузочной записью. Обычно программа Fdisk записывает ее на диск только в том случае, если основная загрузочная запись отсутствует.

Главная загрузочная запись (англ. master boot record, MBR) - это код и данные, необходимые для загрузки операционной системы (ОС), расположенные занимает первый сектор жёсткого диска для запуска процедуры загрузки Windows. Она содержит таблицу разделов диска (partition table) и небольшую программу, именуемую «первичный загрузчик» (master boot record), ответственную за размещение активного или загрузочного сектора в таблице разделов. После размещения в таблице загрузочный сектор начинает запуск Windows. Если главная загрузочная запись повреждена, активный сектор не сможет запустить систему.

Цель MBR - ещё не загрузка ОС, а всего лишь выбор, «с какого раздела жёсткого диска следует загружать ОС». На стадии MBR происходит выбор раздела диска и ничего более. Загрузка самой ОС происходит на более поздних этапах.

В процессе запуска компьютера после окончания начального теста (Power On Self Test, POST) MBR загружается базовой системой ввода-вывода (BIOS) в оперативную память (в компьютерах архитектуры IBM PC обычно с адреса 0000:7c00) и передаётся управление находящемуся в MBR загрузочному коду (обычно командой long jump).

6. Технологии записи данных

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод продольной записи

Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей - доменов. При этом вектор намагниченности домена расположен продольно, т.е. параллельно поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи - это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современныхобразцов - 60 Гбит/см².

Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, плотность записи которых 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носителей до 7,75 Тбит/см². Широкого распространения данной технологии следует ожидать в 2011-2012 годах.

7. Геометрия магнитного диска

С целью адресации пространства поверхности пластин диска делятся на дорожки - концентрические кольцевые области. Каждая дорожка делится на равные отрезки - секторы. Адресация CHS предполагает, что все дорожки в заданной зоне диска имеют одинаковое число секторов.

Цилиндр - совокупность дорожек, равноотстоящих от центра, на всех рабочих поверхностях пластин жёсткого диска. Номер головки задает используемую рабочую поверхность (то есть конкретную дорожку из цилиндра), а номер сектора - конкретный сектор на дорожке.

Чтобы использовать адресацию CHS, необходимо знать геометрию используемого диска: общее количество цилиндров, головок и секторов в нем. Первоначально эту информацию требовалось задавать вручную; в стандарте ATA-1 была введена функция автоопределения геометрии (команда Identify Drive).

Особенности геометрии жёстких дисков со встроенными контроллерами

Зонирование

На пластинах современных «винчестеров» дорожки сгруппированы в несколько зон (англ. Zoned Recording). Все дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. Однако, на дорожках внешних зон секторов больше, чем на дорожках внутренних. Это позволяет, используя бо́льшую длину внешних дорожек, добиться более равномерной плотности записи, увеличивая ёмкость пластины при той же технологии производства.

Резервные секторы

Для увеличения срока службы диска на каждой дорожке могут присутствовать дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remapping). Данные, хранившиеся в нём, при этом могут быть потеряны или восстановлены при помощи ECC, а ёмкость диска останется прежней. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая - в процессе эксплуатации. Границы зон, количество секторов на дорожку для каждой зоны и таблицы переназначения секторов хранятся в ЗУ блока электроники.

Логическая геометрия

По мере роста емкости выпускаемых жёстких дисков их физическая геометрия перестала вписываться в ограничения, накладываемые программными и аппаратными интерфейсами (см.: Барьеры размеров жёстких дисков). Кроме того, дорожки с различным количеством секторов несовместимы со способом адресации CHS. В результате контроллеры дисков стали сообщать не реальную, а фиктивную, логическую геометрию, вписывающуюся в ограничения интерфейсов, но не соответствующую реальности. Так, максимальные номера секторов и головок для большинства моделей берутся 63 и 255 (максимально возможные значения в функциях прерывания BIOS INT 13h), а число цилиндров подбирается соответственно ёмкости диска. Сама же физическая геометрия диска не может быть получена в штатном режиме работы и другим частям системы неизвестна.

Рисунок 4 - Диаграмма цилиндров, дорожек и секторов на жестком диске.

8. Адресация данных

Минимальной адресуемой областью данных на жёстком диске является сектор. Размер сектора традиционно равен 512 байт. В 2006 году IDEMA объявила о переходе на размер сектора 4096 байт, который планируется завершить к 2010 году. Western Digitals уже сообщил о начале использования новой технологии форматирования, названой Advanced Format, и выпустил накопитель (WD10EARS-00Y5B1) использующий новую технологию.

В окончательной версии Windows Vista, вышедшей в 2007 году, присутствует ограниченная поддержка дисков с таким размером сектора.

Существует 2 основных способа адресации секторов на диске: цилиндр-головка-сектор (англ. cylinder-head-sector, CHS) и линейная адресация блоков (англ. linear block addressing, LBA).

При этом способе сектор адресуется по его физическому положению на диске 3 координатами - номером цилиндра, номером головки и номером сектора. В современных[когда?] дисках со встроенными контроллерами эти координаты уже не соответствуют физическому положению сектора на диске и являются «логическими координатами» (см. выше).

При этом способе адрес блоков данных на носителе задаётся с помощью логического линейного адреса. LBA-адресация начала внедряться и использоваться в 1994 году совместно со стандартом EIDE (Extended IDE). Стандарты ATA требуют однозначного соответствия между режимами CHS и LBA:

LBA = [ (Cylinder * no of heads + heads) * sectors/track ] + (Sector-1)

Метод LBA соответствует Sector Mapping для SCSI. BIOS SCSI-контроллера выполняет эти задачи автоматически, то есть для SCSI-интерфейса метод логической адресации был характерен изначально.

9. Современные технологии проектирования и производства

К данному моменту времени производство и разработка интерфейса IDE сошло или сходит на нет, ввиду замен его более современными видами интерфейсов. Например SATA (Serial ATA) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).

Данный интерфейс наиболее популярен для современных жестких дисков и оптических приводов домашнего использования. Обеспечивает высокую скорость передачи данных. Также этот интерфейс применяется при подключении внутренних жестких дисков к мультимедиа проигрывателям.

SATA использует 7-контактный разъём вместо 40-контактного разъёма у PATA. SATA-кабель имеет меньшую площадь, за счёт чего уменьшается сопротивление воздуху, обдувающему комплектующие компьютера, упрощается разводка проводов внутри системного блока.

SATA-кабель за счёт своей формы более устойчив к многократному подключению. Питающий шнур SATA также разработан с учётом многократных подключений. Разъём питания SATA подаёт 3 напряжения питания: +12 В, +5 В и +3,3 В; однако современные устройства могут работать без напряжения +3,3 В, что даёт возможность использовать пассивный переходник со стандартного разъёма питания IDE на SATA. Ряд SATA-устройств поставляется с двумя разъёмами питания: SATA и Molex.

Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает проблему невозможности одновременной работы устройств, находящихся на одном кабеле (и возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при использовании нетерминированных PATA-шлейфов.

Стандарт SATA поддерживает функцию очереди команд (NCQ, начиная с SATA Revision 2.x).

Стандарт SATA не предусматривает горячую замену активного устройства (используемого Операционной Системой) (вплоть до SATA Revision 3.x), дополнительно подключенные диски отключать можно постепенно - питание, шлейф, а подключать в обратном порядке - шлейф, питание. После отключения\подключения диска нужно в диспетчере устройств обновить конфигурацию.

SATA Revision 3.x (до 6 Гбит/с)

Спецификация SATA Revision 3.0 предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (практически до 4,8 Гбит/с - 600 МБ/с). В числе улучшений SATA Revision 3.0 по сравнению с предыдущей версией спецификации, помимо более высокой скорости, можно отметить улучшенное управление питанием. Также будет сохранена совместимость, как на уровне разъёмов и кабелей SATA, так и на уровне протоколов обмена. Кстати, консорциум SATA-IO предостерегает от применения для обозначения поколений SATA доморощенных терминов вроде SATA III, SATA 3.0 или SATA Gen 3. Полное правильное название спецификации - SATA Revision 3.0; название интерфейса - SATA 6Gb/s

10. Обзор рынка

Винчестеры с интерфейсом IDE

Винчестеры Seagate. Фирма Seagate в своих новых моделях впервые применила жидкостные подшипники, благодаря чему и подняла скорость вращения шпинделя до 7200 об/мин. Но, к сожалению, последние модели, выпускаемые фирмой Seagate, не отличаются надежностью, хотя и считаются одними из самых быстрых и довольно тихих.

¾ защиту от статического электричества (состоит из пластины, защищающей плату винчестера);

¾ систему слежения за изменениями и исправления мелких ошибок и сбоев.

Винчестеры Barracuda ATA II (еще одна лидирующая серия) стали лучшими. Скорость вращения шпинделя у них составляет 7200 об/мин, а плотность записи 250Гб на пластину. Производители дают этой серии не только гарантированную работоспособность, но и надежность.

Компания Seagate официально представила новую серию жестких дисков бизнес-класса, получившую название Cheetah. Доступны винчестеры следующего объема: 300 ГБ, 450 ГБ, 600 ГБ.

Скорость вращения шпинделя жестких дисков Seagate Cheetah составляет 15000 оборотов в минуту. Они имеют 16 МБ DRAM кеша и два интерфейса на выбор - 4Gbps Fiber Channel или 6Gbps SAS 2.0.

Гарантированное время работы (MTBF) винчестеров Seagate Cheetah составляет 1,6 миллиона часов.

Винчестеры Western Digital

У фирмы Western Digital были и падения, и взлеты, что также сказывалось и на их продукции. Но в итоге винчестеры IDE, работающие на частотном диапазоне от 83 до 133 МГц, заняли достойное место на рынке.

Например, возьмем винчестеры серии Western Digital Caviar, которые в свое время были лучшими. С технической стороны здесь все довольно просто - скорость вращения шпинделя 5400 об/мин, головки магнито-резиновые и интерфейс АТА-66. Но особенностью является система Data Lifeguard. Это система защиты информации от сбоев. Винчестеры этой серии могут быть прекрасным решением для компьютеров начального и среднего уровня.

Компания Western Digital собирается выпустить новый жесткий диск емкостью в 1 Терабайт с плотностью записи 334Гб на одной пластине. Но, уже почти год назад, южнокорейская корпорация Samsung добилась такого же результата.

Когда производители жестких дисков (HDD) пытаются достигнуть все большей плотности записи, от этого выигрывают все вокруг: чем выше плотность записи на пластину - тем меньше жестких дисков необходимо, чтобы достигнуть одинакового объема. А это, в свою очередь означает, что HDD потребляет меньше энергии, и меньше движущихся элементов приводиться в действие для выполнения дисковых операций.Digital потихоньку обновляет свою линейку HDD Caviar GP, дополнив её экземпляром с плотностью записи в 334Гб и емкостью в 1ТВ. Но эти HDD все также будут оснащаться кэш памятью в 16Мб.

Но Western Digital не единственная компания, которая работает над тем, чтобы уместить 334Гб на одной пластине. На этой неделе корпорация Samsung анонсировала новый 1ТВ HDD EcoGreen, который нацелен на аудио-видео приложения, и использует пластины с емкостью в 334Гб. Samsung утверждает, что его диск EcoGreen F1 обеспечивает на 15% меньшее энергопотребление в сравнении с другими энергосберегающими жесткими дисками, и на 50% - по сравнению с традиционными 1TB жесткими дисками, с частотой оборотов шпинделя 7200rpm. Samsung EcoGreen F1 вращается со скоростью 5400rpm, и использует 3Гб/с SATA2 интерфейс. Его цена равняется $199.

В январе 2008 года Western Digital представила 320Гб HDD с одной пластиной, который имел самую высокую плотность, по сравнению с другими HDD компании. Но Samsung запустил в продажу свой 1ТВ HDD с плотностью в 334Гб на пластину еще июне 2007 года.

Список литературы

1. - Интерфейс ATA

. - Интерфейс IDE

А. К. Гультяев. Восстановление данных. Питер, 2006 г., 352с. (83 с.)

Кристофер Негус. Linux. Библия пользователя, 5-е издание. Диалектика, 2006г., 700с. (259с.)

. - разделы для разработчиков, для подписчиков.

. - Главная Загрузочная Запись - Master Boot Record (MBR)

Смирнов Ю. К. - Секреты эксплуатации жестких дисков ПК, BHV - Санкт-Петербург, 2006г.,

. -Интерфейс IDE

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

Обзор интерфейсов жестких дисков ATA (Advanced Technology Attachment) ATA/PATA - параллельный интерфейс для подключения жестких дисков и оптических приводов, созданный во второй половине 80-х годов прошлого века. После появления последовательного интерфейса SATA получил наименование PATA (параллельный ATA). Стандарт непрерывно развивался, и последняя его версия - Ultra ATA/133 - обладает теоретической скоростью передачи данных около 133 Мб/с. Однако жесткие диски PATA, рассчитанные на массовый рынок, достигли только скорости 66 Мб/с. Данный способ передачи данных уже устарел, однако на современных материнских платах все равно устанавливают один разъем PATA. На один разъем PATA можно подключить два устройства (жесткие диски и/или оптические приводы). При этом может возникнуть конфликт устройств. «Разводить» ATA-устройства приходится вручную с помощью установки на них переключателей (джамперов). При правильной установке джамперов компьютер сможет понять, какое из устройств ведущее (master), а какое ведомое (slave). PATA использует 40-проводные или 80-проводные интерфейсные кабели, длина которых по стандартам не должна превышать 46 см. Чем больше в системном блоке устройств ATA, тем сложнее обеспечить их оптимальное взаимодействие. Кроме того, широкие шлейфы препятствуют нормальной циркуляции воздуха в корпусе. Вдобавок их достаточно легко повредить при подключении или отключении кабеля. SATA (Serial ATA) SATA - последовательный интерфейс для подключения накопителей данных. Пришел на смену PATA в начале 2000-х годов. В настоящее время безраздельно властвует на большинстве персональных компьютеров. Первая версия SATA revision 1.x (SATA/150) обладала теоретической скоростью передачи данных до 150 Мб/с, последняя - SATA rev. 3.0 (SATA/600) - обеспечивает пропускную способность до 600 Мб/с. Впрочем, скорость эта пока не востребована, так как средняя скорость самых быстрых моделей для массового рынка колеблется в районе 150 Мб/с. Тем не менее в среднем SATA-диски в два раза быстрее своих предшественников. Три версии последовательного интерфейса часто обозначают как SATA I/SATA II/SATA III, что, по мнению разработчиков, неправильно. В теории разные версии интерфейса обладают обратной совместимостью. То есть SATA rev. 2.x можно подключить к материнской плате с разъемом SATA rev. 1.x. Несмотря на то что разъемы взаимозаменяемы, в реальности разные модели материнских плат с разными моделями жестких дисков могут взаимодействовать по-разному. В SATA, в отличие от PATA, используется 7-контактный интерфейсный кабель с максимальной длиной 1 метр и с небольшой площадью сечения (то есть он гораздо уже кабеля PATA). Также его гораздо сложнее повредить и легче подключать или отключать. Для обладателей старых компьютеров и винчестеров существуют переходники с SATA на PATA и обратно. «Горячая замена» дисков не поддерживается - при включенном системном блоке нельзя отсоединять и присоединять диски SATA (PATA, впрочем, тоже). Подключение шлейфов к винчестерам: PATA (сверху; широкий серый) и SATA (снизу; узкий красный) eSATA (External SATA) Интерфейс для подключения внешних накопителей. Создан в 2004 году. Поддерживает режим «горячей замены», для чего необходима активация в BIOS режима AHCI. Разъемы SATA и eSATA не совместимы. Длина кабеля увеличена до 2 метров. Также разработан разъем Power eSATA, который позволяет объединить интерфейсный кабель и кабель питания. FireWire (IEEE 1394) Последовательный высокоскоростной интерфейс для подключения к ПК различных устройств и создания компьютерной сети. Стандарт IEEE 1394 был принят в 1995 году. С тех пор были разработаны несколько вариантов интерфейсов с различной пропускной способностью (FireWire 800 до 80 Мб/с и FireWire 1600 до 160 Мб/с) и различной конфигурацией разъемов. В FireWire существует возможность «горячего подключения», кроме того, не нужен отдельный кабель для питания. Впервые начал использоваться для захвата фильмов с видеокамер стандарта MiniDV. Чаще применяется для подключения различных мультимедийных устройств, реже - для подключения жестких дисков и массивов RAID. Одно время FireWire планировался на роль замены для ATA. SCSI (Small Computer System Interface) Параллельный интерфейс для подключения различных устройств (от жестких дисков и оптических приводов до сканеров и принтеров). Стандартизирован в 1986 году и с тех пор непрерывно развивался. Версия интерфейса Ultra-320 SCSI обладает пропускной способностью до 320 Мб/с. Для подключения устройств используется 50- и 68-контактный кабель. В последних версиях SCSI используется 80-контактный разъем и поддерживается «горячая замена». Этот интерфейс почти незнаком массовому пользователю из-за высокой стоимости SCSI-дисков. Вследствие этого большинство материнских плат выпускаются без встроенного контроллера. Обычная сфера применения SCSI-дисков - серверы, высокопроизводительные рабочие станции, RAID-массивы. Постепенно уходит в прошлое, так как вытесняется интерфейсом SAS. SAS (Serial Attached SCSI) Последовательный интерфейс, пришедший на смену SCSI. Технически более совершенен и более быстр (до 600 Мб/с). Существует несколько различных вариантов разъемов SAS. Интерфейс SCSI использует общую шину, поэтому с контроллером одновременно может работать только одно устройство. SAS за счет реализации выделенных каналов лишен этого недостатка. Обратно совместим с интерфейсом SATA (к нему можно подключить SATA rev. 2.x и SATA rev. 3.x, но не наоборот). В отличие от SATA более надежен, но стоит существенно дороже и потребляет больше энергии. В отличие от SCSI имеет разъемы меньшего размера, что позволяет использовать накопители типоразмера 2,5 дюйма. USB (Universal Serial Bus) Последовательный интерфейс для передачи данных различных устройств. По одной шине передаются данные и питание. Поддерживается «горячая замена». USB-устройства могут не иметь собственного источника питания: максимальная сила тока - 500 мА для USB 2.0 и 900 мА для USB 3.0. На практике это означает, что внешние жесткие диски типоразмера 1,8 и 2,5 дюйма получают питание по USB-кабелю. 3,5-дюймовые внешние диски уже требуют отдельного блока питания. Несмотря на то что внешний диск подключается через разъем USB и позиционируется как «жесткий диск USB HDD», внутри устройства находятся обычный винчестер SATA и специальный контроллер SATA-USB. USB чрезвычайно распространен. Наиболее распространена версия USB 2.0. В ближайшие годы стандартом станет USB 3.0, но пока на рынке не так много устройств USB 3.0 и материнских плат с соответствующей поддержкой. Скорость обмена данными по сравнению с USB 2.0 возросла в 10 раз до 4,8 Гбит/с. Реальная скорость USB 3.0, как показывают тесты, - до 380 Мб/с. Новый интерфейс использует новые кабели: USB Тип А и USB Тип B. Первый совместим с USB 2.0 Тип А. Thunderbolt (ранее известный как Light Peak) Перспективный интерфейс для подключения периферийных устройств к ПК. Разработан фирмой Intel для замены интерфейсов, таких как USB, SCSI, SATA и FireWire. В мае 2010 года был продемонстрирован первый компьютер с Light Peak, а с февраля этого года к поддержке интерфейса присоединилась Apple. Скорость передачи данных до 10 Гбит/с (в 20 раз быстрее USB 2.0), максимальная длина кабеля 3 метра. Возможны одновременное соединение со множеством устройств, поддержка разных протоколов, «горячее» подключение устройств. Несмотря на отличные показатели скорости передачи данных, пока неизвестно, станет ли интерфейс Thunderbolt стандартом на массовых ПК. Слева направо: кабели USB 2.0, USB 3.0, Thunderbolt Сетевые интерфейсы В последние годы набирают популярность сетевые системы хранения данных. По сути, это отдельный мини-компьютер, выполняющий роль хранилища данных. Называется NAS (англ. Network Attached Storage). Подключается через сетевой кабель, настраивается и управляется с другого ПК через браузер. Некоторые NAS оснащаются дополнительными сервисами (фотогалерея, медиацентр, BitTorrent- и eMule-клиенты, почтовый сервер и т. п.). Покупается для дома в тех случаях, когда необходимо большое дисковое пространство, которым пользуются многие члены семьи (фотографии, видео, аудио). Передача данных от сетевых хранилищ к другим компьютерам сети происходит по кабелю (обычно стандартная гигабитная сеть Ethernet) либо с помощью Wi-Fi. Резюме Итак, если вы среднестатистический пользователь компьютера, то ваш выбор - внутренний диск SATA rev 2.x либо SATA rev 3.x. Разницы в скорости между ними практически нет. PATA уже не продаются и устарели, SCSI и SAS - слишком дороги. Если в вашем доме несколько компьютеров и используются общие ресурсы, то пора подумать о покупке сетевого файлового хранилища. Не нашли ответ на свой вопрос? Посмотрите здесь Проверенный способ быстро настроить роутер tp link – пошагово и на русском Обзор Wi-Fi маршрутизатора Netgear N300: описание, характеристики и отзывы владельцев Архипелаг Лос Рокес: стоит ли туда ехать? Прошивка Explay N1 (планшет) Новое Обновления на телефон сони неправильно Samsung GT-E1200 Секретные коды Коды для телефона самсунг gt e1200m Что делать с ошибкой «Прекращена работа программы Проводник Программа microsoft r html не работает Собираем компьютер своими руками — пошаговая инструкция Загрузить клиент электронной почты The Bat! Настройка вибрации в Android: подробное описание и видеоинструкция Приложение вибро Популярные статьи Простые варианты отключения вибрации на Айфоне Почему возникает ошибка "Использование модальных окон в данном режиме запрещено"? Состав и назначение основных элементов персонального компьютера, их характеристики Наиболее полный перечень основных устройств персонального компьютера Новое на сайте Прибыл в страну назначения - что значит? Команды Скайпа — новые команды в чате Skype Как создать слой в Автокаде? Iframe и Frame — что это такое и как лучше использовать фреймы в Html Как выглядит фрейм Обзор опции «Мир без границ Новое Проверенный способ быстро настроить роутер tp link – пошагово и на русском Обзор Wi-Fi маршрутизатора Netgear N300: описание, характеристики и отзывы владельцев Архипелаг Лос Рокес: стоит ли туда ехать? Сетевое окружение Windows Популярное Обзор модельного ряда кондиционеров PANASONIC и инструкции к ним Кондиционер панасоник инструкция по эксплуатации пульта Прошивка Explay N1 (планшет) Обновления на телефон сони неправильно Samsung GT-E1200 Секретные коды Коды для телефона самсунг gt e1200m Что делать с ошибкой «Прекращена работа программы Проводник Программа microsoft r html не работает Собираем компьютер своими руками — пошаговая инструкция Загрузить клиент электронной почты The Bat! Настройка вибрации в Android: подробное описание и видеоинструкция Приложение вибро Рекомендуем Простые варианты отключения вибрации на Айфоне Почему возникает ошибка "Использование модальных окон в данном режиме запрещено"? Состав и назначение основных элементов персонального компьютера, их характеристики Наиболее полный перечень основных устройств персонального компьютера Прибыл в страну назначения - что значит? Команды Скайпа — новые команды в чате Skype Как создать слой в Автокаде? Iframe и Frame — что это такое и как лучше использовать фреймы в Html Как выглядит фрейм Обзор опции «Мир без границ О сайте О сайте Реклама на сайте Контакты tuseti.ru ru © 2024 Все права защищены Мобильный гид Реклама на проекте ВКонтакте Одноклассники Facebook Twitter