контроллеры ide ata atapi что это такое
IDE ATA/ATAPI контроллеры
Часть 1
Сегодня, уважаемые читатели, я бы хотел поговорить с Вами о том, что такое ATA/ATAPI контроллеры, откуда появился интерфейс IDE и что это такое?
Для начала давайте с Вами усвоим необходимый минимум теории. Когда-то очень давно (еще в прошлом тысячелетии :)) фирма «Western Digital» разработала параллельный интерфейс подключения жестких дисков.
Новым и важным в этом было то, что контроллер (управлявший всеми операциями ввода-вывода) был интегрирован в сам привод, а не вынесен в виде отдельной платы расширения, как раньше. Это позволяло:
При прямом доступе к памяти потоком данных управляет уже сам накопитель, считывая данные в память и обратно без участия процессора. Роль последнего сводится лишь к отдаче команд на выполнение того или иного действия. При этом жесткий диск выдает сигнал запроса на операцию прямого доступа к памяти. Если операция доступа данный момент возможна, контроллер дает «добро» и диск начинает выдавать данные, а контроллер считывает их в оперативную память (без участия CPU).
Вот, к слову, как выглядит плата типичного контроллера, устанавливаемая производителями на свои изделия:
Примечание: Операция прямого доступа к памяти возможна только тогда, когда такой режим работы поддерживается одновременно «BIOS», контроллером и операционной системой. Иначе система будет работать используя предыдущий режим программного ввода-вывода (PIO).
Всю хронологию развития и достижений на пути становления ATA интерфейса можно представить в виде следующей сводной таблицы.
Обратите Ваше внимание на колодки обоих кабелей. У них есть «ключ» (пластмассовый «П» образный выступ), который исключает неправильное подключение к разъему. Мало того, у 80-ти жильного кабеля на интерфейсе отсутствует одно из центральных гнезд (на материнских платах тогда начали устанавливать специальный IDE-разъем без центрального контакта), который также выполняет функцию дополнительного «ключа».
Чтобы более полно осветить тему добавлю, что бывают еще, так называемые, «круглые» ATA шлейфы.
На пути своего развития стандарт ATA преодолел много препятствий, которые были заложены именно «в железе». Сначала это было ограничение, связанное с геометрией накопителя. Стандартный PC BIOS поддерживал жестко определенное предельно возможное число головок, секторов и цилиндров из которых состоят жесткие диски (максимально адресуемый размер пространства равнялся тогда 528 мегабайтам).
И тут, казалось бы, когда все ограничения на объем используемых дисков были так героически преодолены выяснилось, что параллельный интерфейс ATA (в том виде, в котором он существует на данный момент) не подходит для дальнейшего развития стандарта. Попытки увеличить его пропускную способность сводятся на нет возникающими вследствие возросших скоростей наводками в кабеле. Укорачивать сам кабель? Тоже не выход из положения.
Несмотря на то, что последовательный способ передачи медленнее, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах. Отпадает необходимость в синхронизации каналов. Также сам интерфейсный кабель гораздо более помехоустойчив (все его 7 жил отдельно экранированы). Это, в свою очередь, дало возможность довести максимальную длину кабеля до одного метра.
За время своего существования новая спецификация успела сменить несколько ревизий (поколений), которые характеризуются все увеличивающейся пропускной способностью интерфейса.
О чем это мы? Ах, да! О преимуществах сата: надо также помнить, что каждое SATA устройство располагается на отдельном канале (контроллере), поэтому отпадает необходимость в их конфигурировании с помощью перемычек (джамперов).
Хотя, справедливости ради стоит отметить, что на ранних этапах внедрения нового стандарта на SATA жестких дисках можно было обнаружить джамперы, но они использовались редко и то лишь для принудительного перевода накопителя SATA-2 в режим SATA-1 (для совместимости с первым поколением контроллеров).
Вот так друзья, коротко мы разобрали основные понятия, связанные с интерфейсом ATA/ATAPI. Теперь смело нажимайте на ссылку «следующая», переходим к практической части материала.
О том, как правильно подключать кабели передачи данных, смотрите в видео ниже:
Интерфейсы PATA, IDE и SCSI
PATA — Parallel Advanced Technology Attachment — параллельный интерфейс подключения накопителей, фактически другое название для IDE
ATA — Advanced Technology Attachment — интерфейс подключения накопителей
ATAPI — Advanced Technology Attachment Packet Interface — вариант интерфейса для подключения сменных устройств (CD/DVD ROM)
IDE — Integrated Device Electronics — дословно интегрированная электроника устройства — т.е. контроллер встроен в сам привод (см. ниже DMA)
DMA — Direct memory access — прямой доступ к памяти
Теперь подробнее.
Важным этапом в развитии ATA стал переход от PIO (англ. Programmed input/output — программный ввод-вывод) к DMA (англ. Direct memory access — прямой доступ к памяти). При использовании PIO считыванием данных с диска управлял центральный процессор компьютера, что приводило к повышенной нагрузке на процессор и замедлению работы в целом. По причине этого компьютеры, использовавшие интерфейс ATA, обычно выполняли операции, связанные с диском, медленнее, чем компьютеры, использовавшие SCSI и другие интерфейсы. Введение DMA существенно снизило затраты процессорного времени на операции с диском.
Поначалу стандарт работал только с жёсткими дисками, но затем был изменен для работы и с другими устройствами. К таким устройствам относятся приводы CD и DVD-ROM, магнитооптические диски и ленточные накопители. Этот новый (расширенный) стандарт стал называться «Advanced Technology Attachment Packet Interface» (ATAPI), и поэтому полное его название выглядит как — «ATA/ATAPI».
Всю хронологию развития и достижений на пути становления ATA интерфейса можно представить в виде следующей сводной таблицы. 
Скорости обмена данными через интерфейс постоянно увеличивались, что, в свою очередь, на этапе внедрения ревизии «Ultra ATA Mode 4» (он же — Ultra DMA/66 со скоростью передачи 66 мегабайт в секунду) вызвало необходимость внедрения нового интерфейсного кабеля с удвоенным количеством проводников (четвертая колонка в таблице). Раньше все кабели имели именно 40 жил. Но дело в том, что с ростом скоростей передачи данных резко возросла роль взаимных помех и наводок отдельных проводников в кабеле друг на друга.
Именно поэтому был введен новый кабель. Причем все дополнительные двадцать пар его проводов это — проводники заземления (Ground), чередующиеся с проводниками информационными. Такое чередование уменьшает емкостную связь между отдельными жилами и, таким образом, сокращает взаимные наводки. При возросших скоростях передачи данных появляется еще одно ограничение — на максимально допустимую длину кабеля. Стандарт ATA всегда устанавливал эту границу в 46 см. Самих контактов (штырьков) на устройстве осталось все так же 40 (без учета «ключа») — по одному на каждый провод. Последующим (более быстрым режимам) «UDMA5» и «UDMA6» также требовался 80-жильный кабель.
Установка джамперов (перемычек) для дисков IDE и подключение шлейфов
Перед подключением шлейфа IDE необходимо правильно установить джамперы на устройствах. Каждый шлейф поддерживает два устройства, одно должно быть Master, второе — Slave.
Зачем это вообще нужно? ATA стандарт является по своей природе параллельным интерфейсом. Это значит, что каждый канал в любой момент времени может обрабатывать только один запрос к одному (от одного) устройства. Следующий запрос, даже к другому устройству, будет ожидать завершения выполнения текущего обращения. Разные IDE каналы при этом могут работать совершенно автономно. Чтобы контроллер «понимал» от «кого» пришел запрос (DVD или HDD) и нужны перемычки.
Джампер выглядит вот так — это специальная перемычка на два пина: 
Проще всего для оптических накопителей, выбор из 3-х вариантов. 
Иногда производитель вообще не указывает распиновку — но можно легко запомнить.
Ближние пины к колодке подключения IDE — MA (Master), джампер установлен
Средние пины — SL (Slave)
Крайние пины — CS (Cable Select).
Для жестких дисков выбор вариантов больше. 
Мы видим знакомый выбор в первых трех вариантах и два дополнительных варианта:
Master with non-ATA compatible slave — ведущий с несовместимым ведомым (будет работать только Master)
Limit drive capaciti to 32 Gbytes — ограничить емкость диска 32 Гб (для старых материнских плат).
Почему master всегда на конце кабеля?
Если устройство одно, то оно должно быть мастером и быть на конце кабеля. При включении одного устройства к серому разъему — такое размещение приводит к появлению ненужного куска кабеля на конце, что нежелательно. Как из соображений удобства, так и по физическим параметрам: этот кусок приводит к отражению сигнала, особенно на высоких частотах (появляются ошибки, контроллер начинает снижать скорость передачи).
Что такое «Enable cable select», который мы видели при установке перемычек (сокращенно — «Cable select», совсем коротко — «CS»)? Это режим, при котором (в зависимости от расположения на шлейфе) «Master» и «Slave» определяются автоматически. Для его реализации нужен специальный шлейф с кабельной выборкой (разрыв 28 проводника).
Вот картинка для 40-жильного кабеля.
Вот фото реального кабеля с кабельной выборкой.
Таким образом, на одном из устройств контакт 28 оказывается заземленным (режим Master), а на другом — свободным (Slave). Этот режим корректно работает только при наличии двух устройств на кабеле и установленных перемычек в CS. На обычном кабеле этот режим не работает.
Еще есть экзотический вариант кабеля для режима Cable Select. Он симметричный, т.е. если его сложить пополам, то ровно посредине будет разъем. Именно он подключается к материнской плате, а обе оставшиеся крайние «колодки» — к устройствам IDE. Подобный режим не прижился.
Дополнительные метки для правильного подключения кабеля IDE.
На любом (стандартном) ATA кабеле первый пин (провод) всегда помечен (обычно — красным). Производители размещают на материнской плате наглядные подсказки, по которым можно сориентироваться. 
т.е. красный провод должен быть подключен к пину 1. Еще одна подсказка состоит в том, что шлейф данных должен всегда устанавливаться первым (маркированным) пином в сторону разъема питания жесткого диска. 
Зачем все эти сложности и подсказки? Как можно неправильно подключить IDE (ATA) кабель, если он имеет «ключ» на своем разъеме? Дело в том, что в период перехода от интерфейсного кабеля с 40-ка проводниками на 80-ти жильный (с дополнительным заземлением), первый из них не имел этого «ключа» и его можно было подключить в материнскую плату не той стороной. На фото ниже видно оба типа интерфейсного кабеля (слева 80-ти жильный имеет один отсутствующий контакт в середине разъема, справа — старый 40-жильный шлейф). 
Корректное подключение нескольких устройств
Да, можно подключать несколько устройств как удобнее 🙂 Но с точки зрения быстродействия желательно:
— два активных устройства лучше подключить к разным шлефам
— IDE HDD и IDE DVD-ROM лучше подключить к разным шлейфам, т.к. протоколы разные (PATA / ATAPI) и быстродействие оптического привода на порядок ниже HDD
И немного о SCSI.
SCSI — Small Computer System Interface — параллельный интерфейс, в основном для серверных решений.
Существует три стандарта электрической организации параллельного интерфейса SCSI:
Все версии приведены в таблице.
| Наименование | Пропускная способность | Максимальное количество устройств |
|---|---|---|
| SCSI | 5 Мбайт/сек | 8 |
| Fast SCSI | 10 Мбайт/сек | 8 |
| Wide SCSI | 20 Мбайт/сек | 16 |
| Ultra SCSI | 20 Мбайт/сек | 4—8 |
| Ultra Wide SCSI | 40 Мбайт/сек | 4—16 |
| Ultra2 SCSI | 40 Мбайт/сек | 8 |
| Ultra2 Wide SCSI | 80 Мбайт/сек | 16 |
| Ultra3 SCSI | 160 Мбайт/сек | 16 |
| Ultra-320 SCSI | 320 Мбайт/сек | 16 |
| Ultra-640 SCSI | 640 Мбайт/сек | 16 |
Вы можете сохранить ссылку на эту страницу себе на компьютер в виде htm файла
Контроллеры IDE (ATA)
В то время, когда создавался стандарт АТА, в компьютерах главной шиной была 16- разрядная шина ISA, и контроллер, разрабатывавшийся под нее, тоже, естественно, получился 16-разрядным, причем эта разрядность сохранилась и по сей день, несмотря на последующие многочисленные дополнения и улучшения. В скорем времени получилось так, что производители приводов жеских дисков стали делать несовместимые между собой модели. Если такие диски устанавливались в паре master/slave (см. дальше) на один канал IDE, то дисковая подсистема просто не работала. Для устранения этих неприятных явлений был принят стандарт ANSI спецификации АТА.
Первоначально стандарт имел следующие особенности:
Через некоторое время появился АТА-2, обеспечивающий более высокую скорость обмена информацией, который тоже был вскоре стандартизирован ANSI. Сохраняя обратную совместимость со стандартом ATA, ATA-2 содержал несколько новых возможностей:
В 1997 году была принята новая версия стандарта, ATA-3. АТА-3 был в принципе тем же АТА-2, в котором основное внимание уделялось повышению надежности:
Вскоре появился ATA/ATAPI-4. С ним повторилась похожая на АТА-2 ситуация, и новый стандарт стал именоваться UltraATA/33, часто его также называют UltraDMA/33. К счастью, компании на этот раз сумели быстро договориться, и аппаратура, поддерживающая ATA/ATAPI-4, стала выпускаться под официальной маркой UltraATA/33. Вот основные его характеристики:
Как упоминалось в начале статьи, несмотря на многолетние совершенствования IDE-интерфейса, он так и остался 16-разрядным. Однако вы можете встретить информацию о 32-битовой передаче данных между контроллером и шиной. В современных контроллерах это действительно так, однако сам интерфейс все равно 16-разрядный. Просто шина PCI, которая используется сегодня во всех РС, является 32-разрядной, и чтобы попусту не расходовать ее пропускную способность, контроллер формирует из двух 16-битных пакетов данных один 32-битный.
Источник: Энциклопедия компьютерного железа.
Контроллеры ide ata atapi что это такое
Интерфейс Integrated Drive Electronics (IDE, ATA, PATA) – это параллельный интерфейс, который используется для подключения различных накопителей (жестких дисков, оптических приводов CD/ DVD…) к материнской плате компьютера.
Для передачи данных по данному интерфейсу используется 40- или 80-жильный шлейф. Шлейф может иметь два три коннектора (один разъем подключается к контроллеру (primary или secondary) системной платы, два другие используются для подключения устройств).
В случае подключения двух накопителей к шлейфу (другими словами к IDE-контроллеру), один из них является master-устройством (ведущим), а другой slave-устройством. В случае использования только одного накопителя он будет сконфигурирован как ведущий.
На материнской плате имеется два канала IDE-контроллера: primary и secondary (первичный и вторичный). IDE-контроллер является частью южного моста чипсета материнской платы.
Рис. 1 IDE-разьем на материнской плате.
Одновременно одним каналом может пользоваться один накопитель. Это значит, что если к IDE-контроллеру подключено два накопители, то в определенный момент работать может только один из них.
Рис 2. IDE-винчестер.
Устройство, поддерживающее интерфейс ATA, имеет переключатель (перемычку, джампер), с помощью которого определяется, какое из устройств slave, а – master.
Существует несколько способов обмена данными согласно интерфейсу IDE.
PIO (Programmed input/output) – это метод программируемого ввода-вывода, определяет скорость обмена информацией с винчестером IDE. PIO – это метод передачи данных между двумя устройствами, в основе которого лежит использование процессора как часть маршрута данных.
Ide ata atapi контроллеры что это
Часть 1
Сегодня, уважаемые читатели, я бы хотел поговорить с Вами о том, что такое ATA/ATAPI контроллеры, откуда появился интерфейс IDE и что это такое?
Для начала давайте с Вами усвоим необходимый минимум теории. Когда-то очень давно (еще в прошлом тысячелетии :)) фирма «Western Digital» разработала параллельный интерфейс подключения жестких дисков.
Новым и важным в этом было то, что контроллер (управлявший всеми операциями ввода-вывода) был интегрирован в сам привод, а не вынесен в виде отдельной платы расширения, как раньше. Это позволяло:
Давайте сразу разберем основные аббревиатуры, чтобы потом не путаться. Сначала интерфейс получил название «IDE» (Integrated Drive Electronics — «Диск со встроенным контроллером»), но проблема заключалась в том, что это было слишком общее определение, под которое могло подойти много чего, имеющего «диск» и «контроллер». В связи с этим был разработан стандарт, который получил название «ATA» (анг. AT Attachment). После появления устройств SATA, это название было изменено на PATA (Parallel ATA).
Многие компьютерщики иногда говорят IDE вместо ATA или — наоборот. В принципе, это — одно и то же, просто правильнее — ATA 🙂
Поначалу стандарт работал только с жёсткими дисками, но затем был изменен для работы и с другими устройствами. К таким устройствам относятся приводы CD и DVD-ROM, магнитооптические диски и ленточные накопители. Этот новый (расширенный) стандарт стал называться «Advanced Technology Attachment Packet Interface» (ATAPI), и поэтому полное его название выглядит как — «ATA/ATAPI».
Вот как выглядят разъемы этого образца на материнской плате (два нижних, верхний — флоппи диск):
Данный интерфейс развивался во времени и одним из значимых этапов стал переход от программного ввода-вывода данных (PIO — Programmed input-output) к прямому доступу к памяти (DMA — Direct Memory Access). Что это значит? При использовании программного метода ввода-вывода считыванием данных с диска управлял центральный процессор, что приводило к абсолютно лишней на него нагрузке, так как ЦП приходилось заниматься еще и дисковыми операциями.
В то время пальму первенства держал интерфейс обмена данными, носящий название скази («SCSI» — Small Computer System Interface). Он выгодно отличался высокой скоростью передачи и применялся в высокопроизводительных серверных платформах. Поэтому режим DMA для устройств IDE стал мощным толчком для дальнейшего развития стандарта.
При прямом доступе к памяти потоком данных управляет уже сам накопитель, считывая данные в память и обратно без участия процессора. Роль последнего сводится лишь к отдаче команд на выполнение того или иного действия. При этом жесткий диск выдает сигнал запроса на операцию прямого доступа к памяти. Если операция доступа данный момент возможна, контроллер дает «добро» и диск начинает выдавать данные, а контроллер считывает их в оперативную память (без участия CPU).
Вот, к слову, как выглядит плата типичного контроллера, устанавливаемая производителями на свои изделия:
Главный чип здесь — MCU (Microcontroller Unit), он и осуществляет управление всеми операциями ввода-вывода накопителя и контролирует его работу.
Примечание: Операция прямого доступа к памяти возможна только тогда, когда такой режим работы поддерживается одновременно «BIOS», контроллером и операционной системой. Иначе система будет работать используя предыдущий режим программного ввода-вывода (PIO).
Всю хронологию развития и достижений на пути становления ATA интерфейса можно представить в виде следующей сводной таблицы.
Как видите (из второй колонки) скорости обмена данными через интерфейс постоянно увеличивались, что, в свою очередь, на этапе внедрения ревизии «Ultra ATA Mode 4» (он же — Ultra DMA/66 со скоростью передачи 66 мегабайт в секунду) вызвало необходимость внедрения нового интерфейсного кабеля с удвоенным количеством проводников (четвертая колонка в таблице).
Для сравнения — оба кабеля рядом:
На цвет не обращайте внимания 🙂 Кабель слева имеет 80 жил (проводников), справа — 40. Как мы видим из таблицы, раньше все кабели имели именно 40 жил. Но дело в том, что с ростом скоростей передачи данных резко возросла роль взаимных помех и наводок отдельных проводников в кабеле друг на друга.
Именно поэтому был введен новый кабель. Причем все дополнительные двадцать пар его проводов это — проводники заземления (Ground), чередующиеся с проводниками информационными. Такое чередование уменьшает емкостную связь между отдельными жилами и, таким образом, сокращает взаимные наводки. Да и если подумать логически, что там еще может быть, если самих контактов (штырьков) на устройстве осталось все так же 40 (без учета «ключа») — по одному на каждый провод. Последующим (более быстрым режимам) «UDMA5» и «UDMA6» также требовался 80-жильный кабель.
Обратите Ваше внимание на колодки обоих кабелей. У них есть «ключ» (пластмассовый «П» образный выступ), который исключает неправильное подключение к разъему. Мало того, у 80-ти жильного кабеля на интерфейсе отсутствует одно из центральных гнезд (на материнских платах тогда начали устанавливать специальный IDE-разъем без центрального контакта), который также выполняет функцию дополнительного «ключа».
Но, — продолжим, чтобы закончить тему о кабелях. При возросших скоростях передачи данных появляется еще одно ограничение — на максимально допустимую длину кабеля. Стандарт ATA всегда устанавливал эту границу в 46 см. В продаже, к примеру, широко распространены кабели от 44-х до 48-ми сантиметров. Встречаются также изделия откровенно превышающие рекомендованный предел и, как Вы понимаете, их использование вряд ли можно рекомендовать.
Чтобы более полно осветить тему добавлю, что бывают еще, так называемые, «круглые» ATA шлейфы.
На пути своего развития стандарт ATA преодолел много препятствий, которые были заложены именно «в железе». Сначала это было ограничение, связанное с геометрией накопителя. Стандартный PC BIOS поддерживал жестко определенное предельно возможное число головок, секторов и цилиндров из которых состоят жесткие диски (максимально адресуемый размер пространства равнялся тогда 528 мегабайтам).
Это аппаратное ограничение было преодолено введением не физической (как раньше), а логической (условной) адресации, не имеющей уже ничего общего с реальной геометрией накопителя. Появились режимы работы для «больших» дисков «Large» и его преемник — «LBA» (Logical Block Address). Это позволяло адресовать (использовать) уже 8,46 гигабайта дискового пространства.
И тут, казалось бы, когда все ограничения на объем используемых дисков были так героически преодолены выяснилось, что параллельный интерфейс ATA (в том виде, в котором он существует на данный момент) не подходит для дальнейшего развития стандарта. Попытки увеличить его пропускную способность сводятся на нет возникающими вследствие возросших скоростей наводками в кабеле. Укорачивать сам кабель? Тоже не выход из положения.
И вот тут на сцену выходит новый стандарт передачи данных — «SATA» (Serial ATA).
Это — переработанный, и улучшенный вариант предыдущего стандарта. Как Вы помните, АТА — параллельный интерфейс (Parallel), в то время как SATA — последовательный (Serial). В это время и происходит переименование отживающего свое «ATA» в «PATA» (Parallel ATA), однозначно указывая, таким образом, что это — параллельный интерфейс передачи данных.
Несмотря на то, что последовательный способ передачи медленнее, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах. Отпадает необходимость в синхронизации каналов. Также сам интерфейсный кабель гораздо более помехоустойчив (все его 7 жил отдельно экранированы). Это, в свою очередь, дало возможность довести максимальную длину кабеля до одного метра.
В стандарте «SATA» Изменился также сам принцип передачи данных. Он получил название LVDS — низковольтная дифференциальная передача сигналов (англ. low-voltage differential signaling). Повышение скорости передачи и использование самосинхронизирующихся кодов позволяют отправлять больше данных по меньшему количеству проводов, чем в случае параллельной шины.
За время своего существования новая спецификация успела сменить несколько ревизий (поколений), которые характеризуются все увеличивающейся пропускной способностью интерфейса.
Тут надо понять следующее: все эти бешеные скорости это — скорость передачи данных по интерфейсному кабелю (от контроллера, с использованием предварительного кеширования и т.д.). И какая бы большая цифра здесь не была написана, реально нас должна интересовать скорость чтения/записи непосредственно с самих пластин (блинов) жесткого диска. Ведь именно она является узким местом в его быстродействии. Другое дело, что в новых моделях реализованы более совершенные алгоритмы по работе с данными, оптимизирована работа с кеш памятью устройства и т.д.
На данный момент (в стандартных настольных конфигурациях) Вы вряд ли увидите скорость чтения с пластин, превышающую 100-120 мегабайт в секунду. Как видите, эта цифра только сейчас подошла к пределу пропускной способности старого стандарта Ultra ATA 133 (133 мегабайта в секунду). Как мы говорили выше, скорости передачи в SATA достигаются за счет другого, а все эти «300», и «600» мегабайт в секунду (три и шесть гигабит в секунду, соответственно) — работа на перспективу (твердотельные SSD накопители), а при их чрезмерном выпячивании — бессмысленная реклама, сбивающая с толку неподготовленного пользователя.
О чем это мы? Ах, да! О преимуществах сата: надо также помнить, что каждое SATA устройство располагается на отдельном канале (контроллере), поэтому отпадает необходимость в их конфигурировании с помощью перемычек (джамперов).
Хотя, справедливости ради стоит отметить, что на ранних этапах внедрения нового стандарта на SATA жестких дисках можно было обнаружить джамперы, но они использовались редко и то лишь для принудительного перевода накопителя SATA-2 в режим SATA-1 (для совместимости с первым поколением контроллеров).
Вот так друзья, коротко мы разобрали основные понятия, связанные с интерфейсом ATA/ATAPI. Теперь смело нажимайте на ссылку «следующая», переходим к практической части материала.
О том, как правильно подключать кабели передачи данных, смотрите в видео ниже:
_connector_on_a_motherboard_-_34_and_40_pin-_fs_PNr%C2%B00267.jpg/220px-Parallel_ATA_(PATA)_connector_on_a_motherboard_-_34_and_40_pin-_fs_PNr%C2%B00267.jpg "контроллеры ide ata atapi что это такое. Смотреть фото контроллеры ide ata atapi что это такое. Смотреть картинку контроллеры ide ata atapi что это такое. Картинка про контроллеры ide ata atapi что это такое. Фото контроллеры ide ata atapi что это такое")
ATA (англ. Advanced Technology Attachment ) или >Integrated Drive Electronics ) — параллельный интерфейс подключения накопителей (гибких дисков, жёстких дисков и оптических дисководов) к компьютеру. В 1990-е годы был стандартом на платформе IBM PC; в настоящее время вытеснен своим последователем — SATA — и с его появлением получил название PATA (Parallel ATA).
Содержание
История [ править | править код ]
Предварительное название интерфейса было PC/AT Attachment («Соединение с PC/AT»), так как он предназначался для подсоединения к 16-битной шине ISA, известной тогда как шина AT. В окончательной версии название переделали в «AT Attachment» для избежания проблем с торговыми марками.
Первоначальная версия стандарта была разработана в 1986 году фирмой Western Digital и по маркетинговым соображениям получила название >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.
В стандарте АТА определён интерфейс между контроллером и накопителем, а также передаваемые по нему команды.
Интерфейс имеет 8 регистров, занимающих 8 адресов в пространстве ввода-вывода. Ширина шины данных составляет 16 бит. Количество каналов, присутствующих в системе, может быть больше 2. Главное, чтобы адреса каналов не пересекались с адресами других устройств ввода-вывода. К каждому каналу можно подключить 2 устройства (master и slave), но в каждый момент времени может работать лишь одно устройство.
Принцип адресации CHS заложен в названии. Сперва блок головок устанавливается позиционером на требуемую дорожку (Cylinder), после этого выбирается требуемая головка (Head), а затем считывается информация из требуемого сектора (Sector).
Стандарт E >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 флоптические (используют магнитные головки с лазерным наведением [1] [2] ) диски (LS-120/240). Кроме того, из файла конфигурации ядра FreeBSD можно сделать вывод, что на шину ATAPI подключали даже накопители на гибких магнитных дисках (дискета). Этот расширенный стандарт получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), в связи с чем полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI. ATAPI практически полностью совпадает со SCSI на уровне команд и, по сути, есть «SCSI по ATA-кабелю».
Первоначально интерфейсы для подключения приводов CD-ROM не были стандартизованы и являлись проприетарными разработками производителей приводов. В результате для подключения CD-ROM было необходимо устанавливать отдельную плату расширения, специфичную для конкретного производителя, например, для Panasonic (существовало не менее 5 специфичных вариантов интерфейсов, предназначенных для подключения CD-ROM). Некоторые варианты звуковых карт, например, Sound Blaster, оснащались именно такими портами (часто привод CD-ROM и звуковая плата поставлялись в виде мультимедиа-комплекта). Появление ATAPI позволило стандартизировать всю эту периферию и дать возможность подключать её к любому контроллеру, к которому можно подключить жесткий диск.
Другим важным этапом в развитии ATA стал переход от PIO (англ. Programmed input/output — программный ввод-вывод) к DMA (англ. Direct memory access — прямой доступ к памяти). При использовании PIO считыванием данных с диска управлял центральный процессор компьютера, что приводило к повышенной нагрузке на процессор и замедлению работы в целом. По причине этого компьютеры, использовавшие интерфейс ATA, обычно выполняли операции, связанные с диском, медленнее, чем компьютеры, использовавшие SCSI и другие интерфейсы. Введение DMA существенно снизило затраты процессорного времени на операции с диском.
В данной технологии потоком данных управляет сам накопитель, считывая данные в память или из памяти почти без участия процессора, который выдаёт лишь команды на выполнение того или иного действия. При этом жёсткий диск выдаёт сигнал запроса DMARQ на операцию DMA контроллеру. Если операция DMA возможна, контроллер выдаёт сигнал DMACK, и жёсткий диск начинает выдавать данные в 1-й регистр (DATA), с которого контроллер считывает данные в память без участия процессора.
Операция DMA возможна, если режим поддерживается одновременно BIOS, контроллером и операционной системой, в противном случае возможен лишь режим PIO.
В дальнейшем развитии стандарта (АТА-3) был введён дополнительный режим UltraDMA 2 (UDMA 33).
Этот режим имеет временные характеристики DMA Mode 2, однако данные передаются и по переднему, и по заднему фронту сигнала DIOR/DIOW. Это вдвое увеличивает скорость передачи данных по интерфейсу. Также введена проверка на чётность CRC, что повышает надёжность передачи информации.
В истории развития ATA был ряд барьеров, связанных с организацией доступа к данным. Большинство из этих барьеров, благодаря современным системам адресации и технике программирования, были преодолены. К их числу относятся ограничения на максимальный размер диска в 504 МиБ, около 8 ГиБ, около 32 ГиБ, и 128 ГиБ. Существовали и другие барьеры, в основном связанные с драйверами устройств, и организацией ввода-вывода в операционных системах, не соответствующих стандартам ATA.
Оригинальная спецификация АТА предусматривала 28-битный режим адресации. Это позволяло адресовать 2 28 (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 (Cyllinder-Head-Sector) в сочетании со стандартом IDE привело к ограничению адресуемого пространства в 504 МиБ (528 Мб). Для преодоления этого ограничения была введена схема адресации LBA (Logical Block Address), 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. Первый регистр с адресом 0 является 16-разрядным 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).
Эти ограничения на размер могут проявляться в том, что система думает, что объём диска меньше его реального значения, или вовсе отказывается загружаться и виснет на стадии инициализации жёстких дисков. В некоторых случаях проблему удаётся решить обновлением BIOS. Другим возможным решением является использование специальных программ, таких, как Ontrack DiskManager, загружающих в память свой драйвер до загрузки операционной системы. Недостатком таких решений является то, что используется нестандартная разбивка диска, при которой разделы диска оказываются недоступны, в случае загрузки, например, с обычной DOS-овской загрузочной дискеты. Впрочем, многие современные операционные системы (начиная от Windows NT4 SP3) могут работать с дисками большего размера, даже если BIOS компьютера этот размер корректно не определяет.
Интерфейс ATA [ править | править код ]
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. Таким образом вместо семи проводников заземления их стало 47. 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 45,7 см (18 дюймов). 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).
Настройка, именуемая cable select (то есть «выбор, определяемый кабелем», кабельная выборка), была описана как опциональная в спецификации ATA-1 и стала широко распространена начиная с ATA-5, поскольку исключает необходимость переставлять перемычки на дисках при любых переподключениях. Если привод установлен в режим cable select, он автоматически устанавливается как ведущий или ведомый в зависимости от своего местоположения на шлейфе. Для обеспечения возможности определения этого местоположения шлейф должен быть с кабельной выборкой. У такого шлейфа контакт 28 (CSEL) не подключен к одному из разъёмов (серого цвета, обычно средний). Контроллер заземляет этот контакт. Если привод видит, что контакт заземлён (то есть на нём логический 0), он устанавливается как ведущий, в противном случае (высокоимпедансное состояние) — как ведомый.
Во времена использования 40-проводных кабелей широко распространилась практика осуществлять установку cable select путём простого перерезания проводника 28 между двумя разъёмами, подключавшимися к дискам. При этом ведомый привод оказывался на конце кабеля, а ведущий — в середине. Такое размещение в поздних версиях спецификации было даже стандартизировано. Когда на кабеле размещается только одно устройство, такое размещение приводит к появлению ненужного куска кабеля на конце, что нежелательно — как из соображений удобства, так и по физическим параметрам: этот кусок приводит к отражению сигнала, особенно на высоких частотах.
80-проводные кабели, введённые для UDMA4, лишены указанных недостатков. Теперь ведущее устройство всегда находится в конце шлейфа, так что, если подключено только одно устройство, не получается этого ненужного куска кабеля. Кабельная же выборка у них «заводская» — сделанная в самом разъёме просто путём исключения данного контакта. Поскольку для 80-проводных шлейфов в любом случае требовались собственные разъёмы, повсеместное внедрение этого не составило больших проблем. Стандарт также требует использования разъёмов разных цветов, для более простой идентификации их как производителем, так и сборщиком. Синий разъём предназначен для подключения к контроллеру, чёрный — к ведущему устройству, серый — к ведомому.
Термины «ведущий» и «ведомый» были заимствованы из промышленной электроники (где указанный принцип широко используется при взаимодействии узлов и устройств), но в данном случае являются некорректными, и потому не используются в текущей версии стандарта ATA. Более правильно называть ведущий и ведомый диски соответственно device 0 (устройство 0) и device 1 (устройство 1). Существует распространённый миф, что ведущий диск руководит доступом дисков к каналу. На самом деле управление доступом дисков и очерёдностью выполнения команд осуществляет контроллер (которым, в свою очередь, управляет драйвер операционной системы). То есть фактически оба устройства являются ведомыми по отношению к контроллеру.