ATA

ATA ( Advanced Technology Attachment ) eller IDE ( Integrated Drive Electronics ) är ett parallellt  gränssnitt för att ansluta enheter ( diskettenheter , hårddiskar och optiska enheter ) till en dator . Var en standard på IBM PC- plattformen under 1990 -talet ; är för närvarande ersatt av sin efterträdare - SATA  - och kallades med sitt utseende PATA (Parallel ATA).  

Historik

Det preliminära namnet för gränssnittet var PC /AT Attachment , eftersom det var tänkt att anslutas till 16-bitars ISA-bussen , då känd som AT-bussen . I den slutliga versionen ändrades namnet till "AT Attachment" för att undvika varumärkesproblem.

Den ursprungliga versionen av standarden utvecklades 1986 av Western Digital och kallades av marknadsföringsskäl IDE ( Eng.  Integrated Drive Electronics  - "elektronik inbyggd i enheten"). Den betonade en viktig innovation: drivenheten är placerad i sig själv och inte i form av ett separat expansionskort , som i den tidigare ST-506- standarden och de då befintliga SCSI- och ST-412- gränssnitten . Detta gjorde det möjligt att förbättra egenskaperna hos enheter (på grund av det kortare avståndet till styrenheten), förenkla deras hantering (eftersom IDE-kanalkontrollern abstraherat från detaljerna i enhetens drift) och minska produktionskostnaden (enhetsstyrenheten kunde endast vara designad för "sin egen" enhet och inte för alla möjliga; kanalkontrollern blev i allmänhet standard). IDE-kanalkontrollern kallas mer korrekt för värdadaptern , eftersom den har gått från direkt styrning av enheten till att kommunicera med den via ett protokoll.

ATA-standarden definierar gränssnittet mellan styrenheten och enheten, såväl som de kommandon som sänds över den.

Gränssnittet har 8 register som upptar 8 adresser i I/O-utrymmet. Databussen är 16 bitar bred. Antalet kanaler som finns i systemet kan vara mer än 2. Huvudsaken är att kanaladresserna inte överlappar adresserna till andra I/O-enheter. 2 enheter (master och slav) kan anslutas till varje kanal, men endast en enhet kan fungera åt gången.

CHS-adresseringsprincipen finns i namnet. Först installeras huvudblocket av lägesställaren på önskat spår (Cylinder), därefter väljs det önskade huvudet (Head) och sedan läses information från den önskade sektorn (Sektor).

EIDE - standarden ( engelsk  Enhanced IDE  - "extended IDE"), som dök upp efter IDE, tillät användning av enheter med en kapacitet som översteg 528 MB (504 MiB ), upp till 8,4 GB. Även om dessa akronymer har sitt ursprung som handelsnamn snarare än officiella namn för standarden, används termerna IDE och EIDE ofta istället för ATA . Efter introduktionen av Serial ATA- standarden 2003, blev den traditionella ATA känd som Parallel ATA , vilket syftar på hur data överförs över en parallell 40- eller 80-ledarkabel.

Till en början användes detta gränssnitt med hårddiskar, men sedan utökades standarden till att fungera med andra enheter, främst med hjälp av flyttbara media. Dessa enheter inkluderar CD-ROM- och DVD-ROM-enheter , bandenheter och högkapacitetsdisketter som ZIP och disketter (med laserstyrda magnethuvuden [1] [2] ) ( LS-120 /240). Dessutom, från FreeBSD -kärnkonfigurationsfilen , kan vi dra slutsatsen att även diskettenheter (disketter) var anslutna till ATAPI-bussen. Denna utökade standard kallas Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), och därför ser det fullständiga namnet på standarden ut som ATA/ATAPI . ATAPI sammanfaller nästan helt med SCSI på kommandonivå och det finns faktiskt "SCSI over ATA-kabel".

Ursprungligen var gränssnitt för att ansluta CD-ROM-enheter inte standardiserade och var proprietära utvecklingar av enhetstillverkarna. Som ett resultat, för att ansluta en CD-ROM, var det nödvändigt att installera ett separat expansionskort specifikt för en viss tillverkare, till exempel Panasonic (det fanns minst 5 specifika gränssnittsalternativ för att ansluta en CD-ROM). Vissa varianter av ljudkort, som Sound Blaster , var utrustade med just sådana portar (ofta levererades CD-ROM-enheten och ljudkortet som ett multimediakit). Tillkomsten av ATAPI gjorde det möjligt att standardisera alla dessa kringutrustningar och göra det möjligt att ansluta dem till vilken kontroll som helst som en hårddisk kan anslutas till.

Ett annat viktigt steg i utvecklingen av ATA var övergången från PIO ( Programmed input/output  ) till DMA ( Direct Memory  Access ) .  Vid användning av PIO styrdes läsningen av data från disken av datorns centrala processor, vilket ledde till ökad belastning på processorn och avmattning i allmänhet. På grund av detta utförde datorer som använder ATA-gränssnittet vanligtvis diskrelaterade operationer långsammare än datorer som använder SCSI och andra gränssnitt. Införandet av DMA har avsevärt minskat kostnaden för processortid för diskoperationer.  

I denna teknik styr själva enheten dataflödet, läser data in i eller ut ur minnet nästan utan deltagande av processorn, som bara utfärdar kommandon för att utföra en eller annan åtgärd. I detta fall avger hårddisken en DMARQ-begäransignal för en DMA-operation till styrenheten. Om DMA-operationen är möjlig avger styrenheten en DMACK-signal och hårddisken börjar mata ut data till det första registret (DATA), från vilket styrenheten läser in data i minnet utan att processorn deltar.

DMA-driften är möjlig om läget stöds samtidigt av BIOS , styrenheten och operativsystemet, annars är bara PIO-läget möjligt.

I vidareutvecklingen av standarden (ATA-3) introducerades ytterligare ett UltraDMA 2-läge (UDMA 33).

Detta läge har timingegenskaperna för DMA-läge 2, men data överförs på både stigande och fallande flanker av DIOR/DIOW-signalen. Detta fördubblar dataöverföringshastigheten på gränssnittet. En CRC-paritetskontroll har också införts, vilket ökar tillförlitligheten i informationsöverföringen.

I historien om utvecklingen av ATA har det funnits ett antal hinder förknippade med organisationen av dataåtkomst. De flesta av dessa barriärer, tack vare moderna adresseringssystem och programmeringstekniker, har övervunnits. Dessa inkluderar gränser för den maximala diskstorleken på 504 MiB , cirka 8 GiB , cirka 32 GiB och 128 GiB. Det fanns andra barriärer, mestadels relaterade till drivrutiner och I/O på icke-ATA-operativsystem.

Den ursprungliga ATA-specifikationen gav ett 28-bitars adresseringsläge. Detta gjorde att 2 28 (268 435 456) sektorer på 512 byte vardera kunde adresseras, vilket gav en maximal kapacitet på 137 GB (128 GiB). I standarddatorer stödde BIOS upp till 7,88 GiB (8,46 GB), vilket tillåter maximalt 1024 cylindrar, 256 huvuden och 63 sektorer. Denna CHS (Cyllinder-Head-Sector) cylinder/huvud/sektorgräns , i kombination med IDE-standarden, resulterade i en adresserbar utrymmesgräns på 504 MiB (528 MB). För att övervinna denna begränsning introducerades adresseringsschemat LBA (Logical Block Address) , vilket gjorde det möjligt att adressera upp till 7,88 GiB. Med tiden togs denna begränsning bort, vilket gjorde det möjligt att adressera först 32 GiB och sedan alla 128 GiB, med alla 28 bitar (i ATA-4 ) för att adressera sektorn. Att skriva ett 28-bitars nummer organiseras genom att skriva dess delar till motsvarande register i enheten (från 1 till 8 bitar i det 4:e registret, 9-16 i det 5:e, 17-24 i det 6:e och 25-28 i det 7:e registret ) .

Registeradresseringen är organiserad med hjälp av tre adresslinjer DA0-DA2. Det första registret på adress 0 är 16-bitars och används för att överföra data mellan disken och styrenheten. De återstående registren är 8-bitars och används för kontroll.

De senaste ATA-specifikationerna förutsätter 48-bitars adressering, vilket utökar den möjliga gränsen till 128 PiB (144 petabyte).

Dessa storleksbegränsningar kan yttra sig i det faktum att systemet tror att diskkapaciteten är mindre än dess verkliga värde, eller vägrar att starta upp alls och hänger sig vid hårddiskinitieringsstadiet. I vissa fall kan problemet lösas genom att uppdatera BIOS. En annan möjlig lösning är att använda specialprogram, som Ontrack DiskManager, som laddar sin drivrutin i minnet innan operativsystemet laddas. Nackdelen med sådana lösningar är att icke-standard diskpartitionering används, där diskpartitioner är otillgängliga, vid laddning, till exempel från en vanlig DOS-startdiskett. Men många moderna operativsystem (med start från Windows NT4 SP3) kan fungera med större diskar, även om datorns BIOS inte bestämmer denna storlek korrekt.

ATA-gränssnitt

För att ansluta hårddiskar med ett PATA-gränssnitt används vanligtvis en 40-ledarkabel (även kallad kabel ) . Varje kabel har vanligtvis två eller tre kontakter, varav en ansluts till kontrollerkontakten på moderkortet (i äldre datorer var denna kontroller placerad på ett separat expansionskort), och en eller två andra är anslutna till enheterna. Vid en tidpunkt sänder P-ATA-slingan 16 bitar av data. Ibland finns det IDE-kablar som gör det möjligt att ansluta tre enheter till en IDE-kanal, men i det här fallet fungerar en av enheterna i skrivskyddat läge.

Länge innehöll ATA-kabeln 40 ledare, men med introduktionen av Ultra DMA/66 ( UDMA4 )-läget dök dess 80-trådsversion upp. Alla ytterligare ledare är jordledare alternerande med informationsledare. I stället för sju jordledare fanns det alltså 47. En sådan växling av ledare minskar den kapacitiva kopplingen mellan dem och minskar därmed ömsesidig interferens. Kapacitiv koppling är ett problem vid höga överföringshastigheter, så denna innovation var nödvändig för att säkerställa korrekt funktion av överföringshastigheten på 66 MB/s (megabyte per sekund) som specificeras av UDMA4- specifikationen. De snabbare UDMA5- och UDMA6-lägena kräver också en 80-ledarkabel.

Även om antalet ledare har fördubblats, har antalet stift förblivit detsamma, liksom utseendet på kontakterna. Intern ledning är naturligtvis annorlunda. Kontaktdon för en 80-ledarkabel måste ansluta ett stort antal jordledare till ett litet antal jordstift, medan i en 40-ledarkabel ansluts ledarna till var sin stift. På 80-ledarkablar har kontakterna vanligtvis olika färger (blå, grå och svart), till skillnad från 40-ledarkablar, där vanligtvis alla kontaktdon är i samma färg (oftast svarta).

ATA-standarden har alltid satt en maximal kabellängd på 45,7 cm (18 tum). Denna begränsning gör det svårt att ansluta enheter i stora fall eller ansluta flera enheter till en enda dator och eliminerar nästan helt möjligheten att använda PATA-enheter som externa enheter. Även om längre kablar finns tillgängliga i handeln, observera att de inte överensstämmer med standarden. Detsamma kan sägas om "runda" kablar, som också är utbredda. ATA-standarden beskriver endast platta kablar med specifika impedans- och kapacitansspecifikationer. Detta betyder naturligtvis inte att andra kablar inte fungerar, men i vilket fall som helst bör användningen av icke-standardiserade kablar användas med försiktighet.

Om två enheter är anslutna till samma slinga kallas en av dem vanligtvis master ( engelsk  master ), och den andra - slaven ( engelsk  slav ). Vanligtvis kommer mastern före slaven i listan över enheter som listas av BIOS för datorn eller operativsystemet . I äldre BIOS (486 och tidigare) var diskar ofta felaktigt märkta med bokstäverna "C" för master och "D" för slav.

Om det bara finns en frekvensomriktare på en slinga bör den i de flesta fall konfigureras som master. Vissa skivor (särskilt de som tillverkats av Western Digital ) har en speciell inställning som kallas singel (det vill säga "en skiva på en kabel"). Men i de flesta fall kan den enda enheten på kabeln också fungera som slav (detta är ofta fallet när en CD-ROM ansluts till en separat kanal).

En inställning som kallas kabelval beskrevs som valfri i ATA-1-specifikationen och har blivit utbredd sedan ATA-5, eftersom den eliminerar behovet av att byta byglar på enheter under eventuella återanslutningar. Om frekvensomriktaren är inställd på kabelvalsläge, ställs den automatiskt in som master eller slav beroende på dess placering i slingan. För att kunna bestämma denna plats måste slingan vara kabeldragen . För en sådan kabel är stift 28 (CSEL) inte ansluten till en av kontakterna (grå, vanligtvis den mellersta). Styrenheten jordar detta stift. Om frekvensomriktaren ser att stiftet är jordat (dvs det är logisk 0) sätts det som master, annars (högimpedanstillstånd) sätts det som slav.

Under tiden med 40-ledarkablar var det vanligt att installera ett kabelval genom att helt enkelt klippa av ledningen 28 mellan de två kontakterna som var anslutna till enheterna. I det här fallet var slavenheten i änden av kabeln och masterenheten var i mitten. Denna placering standardiserades till och med i senare versioner av specifikationen. När endast en enhet placeras på kabeln resulterar denna placering i en onödig kabelbit i änden, vilket är oönskat - både av bekvämlighetsskäl och fysiska parametrar: denna bit leder till signalreflektion, speciellt vid höga frekvenser.

De 80-trådskablar som introduceras för UDMA4 har inte dessa brister. Nu är masterenheten alltid i slutet av slingan, så om bara en enhet är ansluten får du inte denna onödiga kabelbit. Deras kabelval är "fabrik" - tillverkat i själva kontakten genom att helt enkelt utesluta denna kontakt. Eftersom 80-trådsslingor ändå krävde sina egna kontakter, var en utbredd användning av detta inte ett stort problem. Standarden kräver också användning av kontakter i olika färger, för enklare identifiering av både tillverkaren och montören. Den blå kontakten är för anslutning till styrenheten, svart - till mastern, grå - till slaven.

Termerna "master" och "slav" lånades från industriell elektronik (där denna princip används allmänt i samspelet mellan noder och enheter), men i det här fallet är de felaktiga och används därför inte i den nuvarande versionen av ATA standard. Det är mer korrekt att namnge master- och slavdiskarna respektive enhet 0 ( enhet 0 ) och enhet 1 ( enhet 1 ). Det finns en vanlig myt att masterdisken styr åtkomsten av diskarna till kanalen. Faktum är att diskåtkomst och kommandoexekveringsordning kontrolleras av styrenheten (som i sin tur styrs av operativsystemets drivrutin). Det vill säga, i själva verket är båda enheterna slavar i förhållande till styrenheten.

• IDE-kontakt 3,5" hårddisk

• IDE-kontakt 2,5" hårddisk

• PCI Express- expansionskort med PATA- och SATA-kontroller och ytterligare kontakter för anslutning av IDE- och SATA-enheter

• IDE ↔ CompactFlash- adapter

• IDE till SATA-adapter

ATA-standardversioner, baudhastigheter och funktioner

Följande tabell listar namnen på ATA-standardversionerna och deras stödda lägen och baudhastigheter. Bithastigheten som anges för varje standard (till exempel 66,7 MB/s för UDMA4, vanligen kallad "Ultra-DMA 66") indikerar den maximala teoretiskt möjliga hastigheten på kabeln (två byte gånger den faktiska frekvensen), och antar att varje cykel används för att överföra användardata. I praktiken är hastigheten lägre.

En överbelastning på bussen som ATA-styrenheten är ansluten till kan också begränsa den maximala överföringsnivån. Till exempel är den maximala bandbredden för en 33 MHz PCI-buss med en 32-bitars bredd 133 MB/s, och denna hastighet delas mellan alla enheter som är anslutna till bussen.

Se även

• SATA

Anteckningar

1. ↑ Disketter med ultrahög densitet Arkiverad 1 februari 2014 på Wayback Machine : “I den specialiserade litteraturen kallas disketterna i fråga för optiska disketter eller disketter . ... Information skrivs till det ferromagnetiska lagret (liksom till konventionella disketter) med hjälp av skriv-/läshuvuden .... antalet spår har utökats till 755... spårens bredd har minskat avsevärt. Det är här den andra delen av tekniken kommer in i bilden - den optiska huvudpositioneringsmekanismen. En lasersensor används för att korrekt positionera huvudena. … I slutet av 1996 dök LS-120-disketter med en kapacitet på 120 MB upp på marknaden.”
2. ↑ Ännu ett år, ännu ett Comdex (fortsättning...) Arkiverad 1 februari 2014. // "Computerra" nr 2 av 13 januari 1997: "kör LS-120. ... och moderna 120 megabyte media, där magnethuvudet riktas mot spåret med hjälp av en laser som spårar ringmarkeringen på skivan.
3. ↑ ATA-R4C.DOC (inte tillgänglig länk) . Tillträdesdatum: 26 februari 2011. Arkiverad från originalet 21 mars 2012. (obestämd) 
4. ↑ D0948R4C.DOC (inte tillgänglig länk) . Datum för åtkomst: 26 februari 2011. Arkiverad från originalet den 28 juli 2011. (obestämd) 
5. ↑ AT Attachment-3 Interface (ATA-3) (otillgänglig länk) . Hämtad 17 november 2018. Arkiverad från originalet 22 juli 2014. (obestämd) 
6. ↑ アーカイブされたコピー(inte tillgänglig länk) . Datum för åtkomst: 30 juli 2011. Arkiverad från originalet den 28 juli 2011. (obestämd) 

Litteratur

• Scott Mueller. Uppgradera och reparera datorer = Uppgradera och reparera datorer. - 17:e upplagan. - M .: Williams , 2007. - S. 573-623. — ISBN 0-7897-3404-4 .

Länkar

• ATA IDE-kontakt pinout