режим 5 передачи UltraDMA (UDMA), позволяющий передавать данные со скоростью до 100 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/100, UltraATA/100 или просто ATA/100);

количество секторов, приходящихся на каждую команду, увеличилось с 8-разрядных чисел (256 секторов, или 131 Кбайт) до 16-разрядных (65536 секторов, или 33,5 Мбайт), что позволило повысить эффективность передачи файлов большого размера;

расширение адресации LBA с 2 28 до 2 48 (281474976710656) секторов, что позволяет поддерживать диски емкостью до 144,12 Пбайт (1 Пбайт равен 1 квадрильону байтов);

адресация CHS признана устаревшей; дисководы должны использовать только 28- или 48-разрядную адресацию LBA.

Помимо повышения скорости передачи данных до 100 Мбайт/с, ATA-6 весьма своевременно увеличил поддерживаемую емкость диска. ATA-5 и стандарты более ранних версий поддерживают диски емкостью не более 136,9 Гбайт, что ограничивает увеличение емкости производимых дисков. В 2001 году появились первые коммерческие 3,5-дюймовые диски, емкость которых превысила 137 Гбайт. На тот момент существовали только SCSIверсии этих накопителей, что было связано с ограничениями стандартов АТА. При использовании стандарта ATA-6 адресация LBA была расширена с 2 28 до 2 48 секторов. Это означает, что вместо 28-разрядного числа, которое использовалось логическим блоком адресации, в стандарте ATA-6 при необходимости может использоваться 48-разрядное число. Это позволяет при емкости сектора, равной 512 байт, повысить максимальную поддерживаемую емкость накопителей до 144,12 Пбайт (т.е. более 144,12 квадрильона байтов!) Следует отметить, что 48-разрядная адресация является необязательной и используется только для дисководов, емкость которых превышает 137 Гбайт. Дисководы, емкость которых меньше или равна 137 Гбайт, могут использовать как 28-, так и 48-разрядную адресацию.

Стандарт ATA/ATAPI-7

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

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

Добавлен режим 6 Ultra DMA, увеличивающий скорость передачи данных до 133 Мбайт/с. Как и в режиме 5 (100 Мбайт/с) и режиме 4 UDMA (66 Мбайт/с) обязательно использование 80-жильного кабеля.

Добавлена поддержка длинных физических секторов. Это позволяет форматировать устройства так, чтобы один физический сектор содержал несколько логических секторов. Каждый физический сектор хранит поле кода коррекции ошибок (ECC), так что увеличение емкости физического сектора позволило повысить эффективность кодов ECC, которых стало меньше.

Добавлена поддержка длинных логических секторов. Это позволило серверным приложениям в каждом секторе использовать дополнительные байты (520 или 528 байт вместо 512 байт). Устройства, использующие длинные логические секторы, не имеют обратной совместимости с устройствами и приложениями, использующими стандартные 512-байтовые секторы (такими, как стандартные настольные и портативные системы).

В стандарт ATA-7 включены требования к последовательному интерфейсу ATA (SATA).

Документ стандарта ATA-7 разбит на три тома. В первый том вошли набор команд и логические регистры. Второй том посвящен протоколам параллельной передачи данных, а третий том - протоколам последовательной передачи данных.

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

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

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

Стандарт SATA/ATAPI-8

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

Компания Compaq впервые представила в выпускаемых компьютерах специальный шинный адаптер, обеспечивший подключение 98-контактного краевого разъема шины АТ (также известной как ISA), расположенного на системной плате, к меньшему 40-контактному разъему, применяемому для соединения с накопителем. 40-контактного разъема оказалось вполнедостаточно, поскольку контроллеру жесткого диска хватало 40 линий шины ISA. В меньших по размеру 2,5-дюймовых накопителях АТА, применяемых в портативных компьютерах, используется расширенный 44-контактный разъем, содержащий дополнительные контакты питания. Стандартному контроллеру жесткого диска АТ требуются только сигнальные контакты оригинальной шины ISA, поддерживаемые шиной АТА. Например, поскольку первичный контроллер диска АТ задействует лишь линию запроса прерывания 14 (IRQ 14), основной разъем системной платы АТА предоставляет только эту линию запроса, не требуя использования других линий IRQ. Даже в том случае, если интерфейс АТА встроен в такой компонент набора микросхем системной логики, как южный мост или контроллер вводавывода (что типично для современных компьютеров), и работает на высоких тактовых частотах шины данных, схема расположения выводов и функциональное назначение контактов не отличаются от оригинальной конструкции шины ISA.

Примечание!
Многие пользователи полагают, что в компьютерах, в которых разъем IDE установлен на системной плате, контроллер жесткого диска расположен на ней же. На самом деле это не так: контроллер находится в самом жестком диске. Несмотря на то что интегрированные в материнскую плату порты ATA часто называют контроллерами, с технической точки зрения их правильнее было бы называть адаптерами контроллеров (хотя мне никогда не приходилось слышать такой термин), т.е. устройствами, подключающими контроллер к шине.

Через некоторое время 40-контактный разъем и метод построения дискового интерфейса были представлены на рассмотрение в Комитет по стандартам при ANSI. Совместными усилиями этого института и компанийизготовителей были устранены некоторые шероховатости, “подчищены хвосты”, и в марте 1989 года был опубликован стандарт на интерфейсы, известный как CAM ATA. Однако еще до появления этого стандарта многие компании, например Conner Peripherals, вслед за CDC внесли некоторые изменения в первоначальную конструкцию. В результате многие старые накопители ATA очень трудно объединять в двухдисковую конфигурацию, принятую в современных системах. К началу 1990-х годов большинство производителей жестких дисков привели выпускаемые устройства в соответствие официальному стандарту, что решило все проблемы совместимости.

Некоторые разделы стандарта ATA не конкретизированы, и изготовителям предоставлена определенная свобода творчества при введении собственных команд и функций. Кстати, именно поэтому низкоуровневое форматирование накопителей IDE превратилось в столь сложную проблему. Программа форматирования при перезаписи заголовков секторов и создании карты дефектов должна обладать возможностью использования набора команд, разработанного для конкретной модели жесткого диска. К сожалению, при таком подходе размывается само понятие “стандарт”. Большинство производителей жестких дисков публикуют программы низкоуровневого форматирования на своих сайтах поддержки.

Примечание!
Многие путают 16- и 32-разрядные подключения жестких дисков с 16- и 32-разрядными шинами. Подключение к шине PCI позволяет установить 32-разрядное (а в некоторых версиях и 64-разрядное) соединение между шиной и управляющим интерфейсом ATA, который обычно находится в южном мостe или контроллере ввода-вывода набора микросхем системной логики. В то же время параллельный интерфейс PATA между управляющим интерфейсом и самим устройством является 16-разрядным. Таким образом, одновременная передача данных между устройством и управляющим интерфейсом на материнской плате осуществляется всего по 16 каналам. Несмотря на это тактовая частота интерфейса ATA достаточно высока, чтобы обслужить один или два жестких диска при полной утилизации 16-разрядного канала. То же самое справедливо и для интерфейса SATA: несмотря на то что одновременно передается только один бит, этот интерфейс способен обеспечить экстремально высокие скорости передачи данных.

Стандартная шина PАТА представляет собой 16-разрядный параллельный интерфейс, т.е. по интерфейсному кабелю одновременно передается 16 бит данных (разрядов). Интерфейс SATA обеспечивает единовременную передачу по кабелю только одного бита данных, что позволяет уменьшить геометрические размеры используемого кабеля и обеспечить более высокую эффективность его работы, которая достигается за счет повышения циклической частоты передачи информации. На рисунке сравниваются размеры кабелей питания и данных шины SATA с геометрическими параметрами кабелей для параллельного интерфейса АТА (PATA).

Основным преимуществом накопителей АТА по сравнению со старыми интерфейсами, созданными на основе отдельных контроллеров, а также более современными хостинтерфейсами шины данных, к которым относятся SCSI и IEEE-1394 (iLink или FireWire), является их низкая стоимость. Отсутствие отдельных контроллеров или хостадаптеров позволяет упростить структуру кабельного соединения, благодаря чему стоимость накопителей АТА значительно ниже, чем стоимость комбинации стандартного контроллера и накопителя.

В контексте рабочих характеристик накопители АТА являются одними из наиболее эффективных устройств, несмотря на то что могут быть отнесены и к числу довольно низкопроизводительных. Противоречивость этих утверждений стала результатом широкого разнообразия накопителей данного типа. Каждый накопитель посвоему уникален, поэтому сделать какиелибо обобщения практически невозможно. Тем не менее модели высокого класса по своим рабочим характеристикам ничем не уступают накопителям других типов, представленным на рынке однопользовательских однозадачных операционных систем.

IDE (Integrated Device Electronics) - интерфейс устройств со встроенным контроллером. При создании этого интерфейса разработчики ориентировались на подключение дискового накопителя. За счет минимального удаления контролера от диска существенно повышается быстродействие.

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.

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 сантиметров, причем между разъемами должно быть расстояние не менее 15 сантиметров.

• а - кабель параллельного интерфейса ATA/IDE (РАТА);
• б - 40-контактный разъем РАТА;
• в - разъемы РАТА на плате;
• г - последовательный разъем АТА (SATA);
• д - разъемы SATA на плате.

Таблица разъемов параллельного интерфейса АТА

Существует несколько разновидностей интерфейса IDE, совместимых снизу вверх друг с другом.

Спецификация Enhanced IDE

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.

• 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.

Таблица характеристик IDE/ATA интерфейсов

Наконец - интерфейсы Ultra ATA/66, Ultra ATA/100, Ultra AТА/133, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростями 66.100 и 133-150 Мбайт/с соответственно.

Последовательный интерфейс Serial АТА (SATA). Основные преимущества Serial АТА по сравнению с Parallel АТА (РАТА):

• уменьшено количество контактов разъема (до 7 вместо 40);
• снижено напряжение сигнала (до 500 мВ сравнительно с 5 В для РАТА);
• меньший, более удобный для проводки кабель длиной до 1 м;
• улучшены возможности обнаружения и коррекции ошибок.

Первое поколение (известно как SATA/150 или SATA 1) появилось на рынке в середине 2002 года и поддерживало скорость передачи данных до 1.5 Гбит/с. SATA 1 использует схему кодирования 8В/10В на физическом уровне, которая имеет эффективность, равную 80 %, что приводит к реальной скорости в 1.2 Гбит/с или 150 Мбайт/с.

Следующая версия (SATA 3.0 Гбит/с) также использует схему 8В/10В, поэтому максимальная скорость передачи составляет 2.4 Гбит/с или 300 Мбайт/с. Однако сегодняшние устройства НЖМД не поддерживают таких скоростей, поэтому реальное быстродействие системы ограничено возможностями дисковода. Спецификацию 3.0 Гбит/с часто называют «Serial АТА 2» («SATA 2»), а также SATA 3.0 или SATA/300, продолжая линию АТА/100, АТА/133 и SATA/150.

Интерфейс SCSI был разработан в конце 1970-х годов организацией Shugart Associates. Первоначально известный под названием SASI (Shugart Associates System Interface), он после стандартизации в 1986 году уже под именем SCSI (читается «скази») стал одним из промышленных стандартов для подключения периферийных устройств - винчестеров, стримеров, сменных жестких и магнитооптических дисков, сканеров, CD-ROM и CD-R, DVD-ROM и тому подобное К шине SCSI можно подключить до восьми устройств, включая основной контроллер SCSI (или хост-адаптер).

Интерфейс SCSI является параллельным и физически представляет собой плоский кабель с 25-, 50-, 68-контактными Разъемами для подключения периферийных устройств. Шина SCSI содержит восемь линий данных, сопровождаемых линией контроля четности, и девять управляющих линий. Стандарт SCSI определяет два способа передачи сигналов: одно-полярный, или асимметричный (Single ended), и дифференциальный (Differential). В первом случае имеется один провод с нулевым потенциалом («земля»), относительно которого передаются сигналы по линиям данных с уровнями сигналов, соответствующими ТТЛ-логике. При дифференциальной передаче сигнала для каждой линии данных выделено два провода, и сигнал на этой линии получается вычитанием потенциалов на их выходах. При этом достигается лучшая помехозащищенность, что позволяет увеличить длину кабеля.

• а - общая архитектура;
• б - адаптер SCSI.

Для интерфейса SCSI необходимо наличие терминаторов (согласующих сопротивлений, которые поглощают сигналы на концах кабеля и препятствуют образованию эха).

Устройства SCSI также соединяются в виде цепочки (daisy chain), причем каждое устройство SCSI имеет свой адрес (SCSI ID) в диапазоне от 0 до 7 (или от 0 до 15). В качестве адреса платы контроллера обычно используется наибольшее значение SCSI ID - 7(15), адрес загрузочного диска SCSI ID равен 0, а второго диска - 1. Обмен между устройствами на магистрали SCSI определяется нормированным списком команд (Common Command Set, CCS). Программное обеспечение для интерфейса SCSI не оперирует физическими характеристиками накопителя (то есть числом цилиндров, головок и так далее), а имеет дело только с логическими блоками данных, поэтому в одной SCSI-цепочке могут быть размещены, например, сканер, жесткий диск и накопитель CD-R.

Опрос устройств производится контроллером SCSI сразу после включения питания. При этом для устройств SCSI реализовано автоконфигурирование устройств (Plug-and-play) по протоколу SCAM (SCSI Configured AutoMagically), в котором значения SCSI ID выделяются автоматически. Для стандартизированного управления SCSI-устройствами наиболее широко применяется программный интерфейс ASPI (Advanced SCSI Programming Interface).

Характеристики SCSI

Существует более десятка различных версий интерфейса SCSI. Наиболее существенные из них - SCSI-1, Fast SCSI, Fast Wide SCSI, Ultra SCSI, Ultra 2 SCSI.

Основными характеристиками шины SCSI являются:

• ширина - 8 или 16 бит («narrow» или «wide»);
• частота, с которой тактируется шина;
• физический тип интерфейса (однополярный, дифференциальный, оптика).

На скорость влияют в основном два первых параметра. Обычно они записываются в виде приставок к слову SCSI.

Максимальную скорость передачи устройство-контроллер можно подсчитать, взяв частоту шины, а в случае наличия «Wide» умножить ее на 2 (например, FastSCSI - 10 Мбайт/с, Ultra2WideSCSI -80 Мбайт/с).

Последовательные интерфейсы SCSI

Четыре недавние версии SCSI, а именно SSA (Serial Storage Architecture), FC-AL и Serial Attached SCSI (SAS), отошли от традиционного параллельного стандарта SCSI и ориентированы на передачу данных по последовательным коммуникациям. Основные преимущества последовательного интерфейса - большие скорости передачи данных; «горячее» включение-выключение; лучшая помехозащищенность.

Таблица версий (поколения) интерфейса SCSI

Терминаторы, разъемы

По типу сигналов различают линейные (Single Ended) и дифференциальные (Differential) версии SCSI, их кабели и разъемы идентичны, но электрической совместимости устройств между ними нет.

Дифференциальная версия для каждого сигнала использует витую пару проводников и специальные приемопередатчики, при этом становится допустимой большая суммарная длина кабеля, сохраняя высокую частоту обмена. Дифференциальный интерфейс применяется в мощных дисковых системах серверов, но в обычных персональных компьютерах не распространен.

В линейной версии сигнал должен идти по своему одному проводнику, скрученному (или, по крайней мере, отдельному от другого в плоском шлейфе) с нулевым (обратным) проводом.

SCSI устройства соединяются кабелями в цепочку, на крайних Устройствах подключаются терминаторы. Часто одним из крайних устройств является хост-адаптер. Он может иметь для каждого канала как внутренний разъем, так и внешний.

По электрическим свойствам различают следующие типы терминаторов:

• пассивные (SCSI-1) с сопротивлением 132 Ом (обычные резисторы). Эти терминаторы не подходят для высокоскоростных режимов SCSI-2;
• активные (110 Ом) - специальные терминаторы для обеспечения работы на частоте 10 МГц в SCSI-2;
• FPT (Forced Perfect Terminator) - улучшенный вариант активных терминаторов с ограничителями выбросов.

Активные терминаторы требуют питания, для этого имеются специальные линии интерфейса TERMPWR.

Кабели

Ассортимент кабелей SCSI довольно широк. Основные стандартизированные кабели:

• А-кабель: стандартный для 8-битового интерфейса SCSI, 50-проводный внутренний шлейф (разъемы IDC-50) или внешний экранированный (разъемы Centronics-50).
• В-кабель: 16-битовый расширитель SCSI-2, распространения не получил.
• Р-кабель: 16-битовый SCSI-2/3.68-проводный с улучшенными миниатюрными экранированными разъемами, универсальными для внутренних и внешних кабелей 8-, 16- и 32-битовых версий SCSI (в 8-битовом варианте контакты 1-5.31-39.65-68 не используются); разъемы для внешнего подключения выглядят как миниатюрный вариант Centronics с плоскими контактами, внутренние имеют штырьковые контакты.
• Q-кабель: 68-проводное расширение до 32 бит, используется в паре с Р-кабелем.
• Кабель с разъемами D-25P: 8-битовый, стандартный для Macintosh, используется на некоторых внешних устройствах (Iomega ZIP Drive).

Таблица скоростей передачи данных, длина и типы кабелей SCSI-1, SCSI-2

Возможны различные вариации кабелей-переходников.

Назначение контактов разъемов на примере распространенного А-кабеля приведено в таблице.

Таблица разъемов А-кабеля SCSI

Шина . Как и в шине PCI, в шине SCSI предполагается возможность обмена информацией между любой парой устройств. Конечно чаще всего обмен производится между хост-адаптером и периферийными устройствами. Копирование данных между устройствами может производиться без выхода на системную шину компьютера. Здесь большие возможности имеют интеллектуальные хост-адаптеры со встроенной кэш-памятью. В каждом обмене по шине принимает участие его инициатор (Initiator) и целевое устройство (Target). В таблице приводится назначение сигналов шины.

Таблица назначений сигналов шины SCSI

Параметры конфигурирования SCSI-устройств

Все устройства на шине должны быть согласованно сконфигурированы. Для них требуется программно или с помощью перемычек (джамперов) установить следующие основные параметры.

Идентификатор устройства - SCSI ID - адрес 0-7 (или 0-15), уникальный для каждого устройства на шине. Обычно хост-адаптеру, который должен иметь высший приоритет, назначается ID 7. Заводское назначение идентификаторов устройств приведено в таблице, хотя оно и не является обязательным. Устройства адресуются позиционным кодом (хотя ID задается 3-4-битовым кодом), что обеспечивает совместимость адресации 8- и 16-битовых устройств на одной шине. Номер SCSI ID обычно устанавливается с помощью перемычек (хотя в SCSI существуют и новые стандарты, аналогичные Plug-and-Play, не требующие перемычек).

Таблица заводских установов идентификаторов устройств

Контроль паритета - SCSI Parity

Если хотя бы одно устройство на шине не поддерживает контроль паритета, он должен быть отключен на всех устройствах данной шины. Контроль паритета, особенно для дисковых устройств, является средством защиты от искажения данных при передаче.

Включение терминаторов - Termination

Активные терминаторы могут включаться одним джампером или даже управляться программным сигналом. Терминаторы должны быть включены только на крайних устройствах в цепочке.

Питание терминаторов - TerminatorPower

Питание терминаторов джампером или программно должно быть включено хотя бы на одном устройстве, когда используются активные терминаторы.

Согласование скорости синхронного обмена - SCSI Synchronous Negotiation

Режим синхронного обмена, обеспечивающий высокую производительность, включается по взаимному согласованию устройств. Однако, если хоть одно устройство на Шине его не поддерживает, согласование на хост-адаптере необходимо запретить. При этом, если обмен будет инициирован синхронным устройством, хост поддержит этот режим.

Старт по команде - Start on Command, или задержанный старт - Delayed Start

При включении этой опции запуск двигателя Устройства выполняется только по команде от хост-адаптера, что Позволяет снизить пик нагрузки блока питания в момент включения. Хост будет запускать устройства последовательно.

Разрешение отключения - Enable Disconnection

Выбор этой опции позволяет устройствам отключаться от шины при неготовности данных, что весьма эффективно используется в многозадачном режиме при нескольких периферийных устройствах на шине.

Хост-адаптер

Хост-адаптер SCSI является важнейшим узлом интерфейса, определяющим производительность подсистемы SCSI-устройств. Существует широкий спектр адаптеров, начиная от простейших, к которым можно подключать только устройства, не критичные к производительности.

Конфигурирование SCSI хост-адаптеров с точки зрения шины SCSI не отличается от конфигурирования других устройств (смотри ранее). Для современных адаптеров вместо джамперов используется программное конфигурирование. Утилита конфигурирования обычно входит в расширение BIOS (на плате адаптера), и приглашение к ее исполнению выводится на экран при инициализации во время POST.

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

SCSI — Small Computer System Interface — вариант PATA для серверов.

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).

Теперь посмотрим на сам шлейф IDE , он выглядит вот так (на 80 жил):


Синия колодка (у правильных производителей) подключается к материнской плате, противоположный черный разъем к устройству Master и средний серый разъем к устройству Slave. Если цвет у колодок другой (у неправильных производителей) — то ориентируемся на спецификацию. Окончание более длинного отрезка кабеля подключается к материнской плате, а оставшиеся два разъема (на более коротком отрезке) — к устройствам. Причем «Master» находится всегда на конце кабеля , а «Slave» — ближе к середине.

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:

• SE (single-ended ) - асимметричный SCSI, для передачи каждого сигнала используется отдельный проводник.
• LVD (low-voltage-differential ) - интерфейс дифференциальной шины низкого напряжения, сигналы положительной и отрицательной полярности идут по разным физическим проводам - витой паре. На один сигнал приходится по одной витой паре проводников. Используемое напряжение при передаче сигналов ±1,8 В.
• HVD (high-voltage-differential ) - интерфейс дифференциальной шины высокого напряжения, отличается от LVD повышенным напряжением и специальными приёмопередатчиками.

Все версии приведены в таблице.

В терминологии SCSI взаимодействие идет между инициатором и целевым устройством. Инициатор посылает команду целевому устройству, которое затем отправляет ответ инициатору.

Команды SCSI посылаются в виде блоков описания команды (англ. Command Descriptor Block, CDB ). Длина каждого блока может составлять 6, 10, 12 или 16 байт. В последних версиях SCSI блок может иметь переменную длину. Блок состоит из однобайтового кода команды и параметров команды.

После получения команды целевое устройство возвращает значение 00h в случае успешного получения, 02h в случае ошибки или 08h в случае, если устройство занято. В случае, если устройство вернуло ошибку, инициатор обычно посылает команду запроса состояния. Устройство возвращает Key Code Qualifier (KCQ) .

Все команды SCSI делятся на четыре категории: N (non-data) , W (запись данных от инициатора целевым устройством), R (чтение данных) и B ( двусторонний обмен данными). Всего существует порядка 60 различных команд SCSI , из которых наиболее часто используются:

• Test unit ready - проверка готовности устройства, в т.ч. наличия диска в дисководе.
• Inquiry - запрос основных характеристик устройства.
• Send diagnostic - указание устройству провести самодиагностику и вернуть результат.
• Request sense - возвращает код ошибки предыдущей команды.
• Read capacity - возвращает емкость устройства.
• Format Unit
• Read (4 варианта) - чтение.
• Write (4 варианта) - запись.
• Write and verify - запись и проверка.
• Mode select - установка параметров устройства.
• Mode sense - возвращает текущие параметры устройства.

ATA

Спецификация IDE/ ATA была предложена в качестве недорогой альтернативы интерфейсам ESDI и SCSI для персональных компьютеров семейств IBM PC XT/AT . В результате сотрудничества компании Western Digital с Compaq Computer Corporation был разработан интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics), называемый также АТА (AT attachment) . Первые промышленные устройства на базе IDE/ ATA были выпущены в 1986году. Интерфейс был стандартизован (ANSI X3T9.2/90-143 ) в 1990г. как ATA (AT Attachment) . Основным отличием нового интерфейса была реализация большинства функций контроллера непосредственно на плате дискового накопителя. Такой подход упростил и удешевил хост-адаптеры, используемые для подключения винчестеров к компьютеру, и позволил обеспечить высокий уровень совместимости устройств разных фирм.

Используемые устройствами IDE адреса ввода/вывода совпадают с адресами ST506/412 , но функции контроллера перенесены на плату управления приводом диска и головок винчестера. Информация о геометрии диска (число головок, цилиндров и секторов) хранится в самом устройстве. Зачастую в BIOS передаются логические параметры диска, не совпадающие с его физическими параметрами, т.е. используется трансляция, что позволяет устанавливать винчестеры в компьютеры со старыми BIOS , не обеспечивающими возможность произвольной установки параметров устройства (в большинстве современных реализаций BIOS такая возможность поддерживается как тип 47 - User Defined ).

Базовый набор команд интерфейса IDE полностью соответствовал набору команд контроллера WD1002/1003 компании Western Digital , который был использован в компьютере IBM PC AT . При стандартизации интерфейса IDE к 12 базовым командам было добавлено еще столько же. Перенос большинства функций контроллера на плату управления позволяет несколько повысить скорость обмена данными с диском. Как правило диски IDE имеют небольшую встроенную кэш-память (до 256Кб) и позволяют работать с фактором чередования 1:1 (дорожка может быть прочитана целиком за один оборот диска).

Хост-адаптер для подключения дисков IDE зачастую устанавливается на системной плате (Mother board) или совмещается с контроллером дисководов и портами ввода-вывода (последовательными и параллельным) на специальной, вставляемой в гнездо расширения, плате (мультикарте, как ее зачастую называют). Подключение устройств к хост-адаптеру осуществляется с помощью 40-проводного плоского кабеля, к которому можно присоединить два винчестера. Для корректной адресации устройств один из винчестеров должен быть установлен в режим Master (ведущий), другой - в режим Slave (ведомый). Режим работы диска задается с помощью перемычек, расположенных как правило около сигнального разъема винчестера.

Перемычки для установки режима Master/Slave

Современные реализации ATA/IDE

Предложенный в конце 80-х годов интерфейс ATA (AT Attachment) , известный также под названием очень быстро завоевал широкую популярность среди производителей и пользователей персональных компьютеров. Основными причинами быстрого и широкого распространения нового интерфейса послужили невысокая цена устройств, простота их установки и эксплуатации, а также высокий уровень совместимости устройств IDE . Спецификация АТА уступает по скорости обмена с дисками и ряду других параметров интерфейсу SCSI , однако для большинства пользователей производительность играет меньшую роль, по сравнению с совместимостью, простотой и стоимостью устройств.

Ограниченность АТА

Первоначальная версия стандарта IDE обеспечивала возможность подключения к компьютеру четырех винчестеров и позволяла обмениваться данными с диском на скорости до 10Мбайт/сек, однако реальная скорость ограничивалась прежде всего возможностями самого винчестера. Подключение четырех устройств, предусмотренное спецификацией IDE , в компьютерах семейства IBM PC AT , в спецификации ATA /IDE реализовано не было. Кроме того, совместное использование стандарта ATA и программного интерфейса Int 13 BIOS ограничивало размер дисковых устройств 528Мб. Природу этого ограничения, связанную с форматами чисел, используемых для адресации головок, секторов и цилиндров винчестера ( CHS -адрес) в стандарте IDE и BIOS , можно понять из приведенной ниже таблицы и рисунка 3, иллюстрирующего взаимодействие операционной системы с диском IDE .

Взаимодействие диска IDE с операционной системой.

Другим существенным ограничением стандарта IDE/ ATA является невозможность подключения к контроллеру IDE каких-либо устройств, за исключением винчестеров.

Присущие интерфейсу IDE/ ATA ограничения тормозили развитие недорогих компьютерных систем, рассчитанных на массового пользователя, в связи с чем целый ряд фирм предпринял попытки расширения возможностей классического IDE . Наибольших успехов на этом пути добилась компания Western Digital , разработавшая спецификацию Enhanced IDE ( EIDE ) , позволяющую использовать диски, размер которых превышает 528 Мб, и обеспечившую реальную возможность подключения к компьютеру до четырех устройств IDE (не только винчестеров, но и приводов CD-ROM или стриммеров).

Другим интересным вариантом развития интерфейса IDE является технология Fast ATA , разработанная компанией Seagate Technology при поддержке фирмы Quantum . Эта технология направлена в первую очередь на повышение скорости обмена данными с дисковыми устройствами и не поддерживает возможность подключения CD-ROM или стриммеров, но обеспечивает более высокий уровень совместимости за счет соответствия широко распространенным промышленным стандартам.

Enhanced IDE

Технология Enhanced IDE компании Western Digital была разработана в результате анализа потребностей современного рынка ПК. В 1984 году компания Western Digital создала контроллеры дисководов (WD1002 ) и винчестеров (ST506 ), которые были использованы фирмой IBM при разработке компьютера IBM PC AT . Успех архитектуры АТ привел к значительному расширению рынка IBM -совместимых ПК и сделал контроллеры Western Digital стандартом de facto .

В процессе становления рынка персональных компьютеров фирма Western Digital пришла к выводу о необходимости интеграции электроники контроллера АТ и дискового устройства. В результате сотрудничества с Compaq Computer Corporation был разработан интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) , называемый также АТА (AT Bus attachment) . Первые промышленные устройства на базе IDE/ ATA были выпущены в 1986 году.

Продолжая лидировать в сфере IDE -устройств, компания Western Digital предложила расширение интерфейса IDE . Новая спецификация - Enhanced IDE повышает скорость обмена с диском, допускает применение более скоростных дисков и обеспечивает возможность установки в компьютере до четырех устройств IDE . Кроме того, Enhanced IDE позволяет подключать к контроллеру не только винчестеры, но и другие устройства (приводы CD-ROM , стриммеры), поддерживающие спецификацию ATAPI (AT Attachment Packet Interface) . Эта спецификация определяет интерфейс с приводами CD-ROM и другими недисковыми устройствами, позволяющий использовать стандартные контроллеры и кабели. Стандарт ATAPI получил широкую поддержку среди производителей CD-ROM -устройств и разработчиков операционных систем, что еще более расширило сферу распространения интерфейса IDE/ ATA .

Спецификация EIDE позволяет избавиться от целого ряда ограничений, присущих интерфейсу IDE/ ATA . Такое расширение обеспечивает существенный рост возможностей устройств долговременного хранения информации без роста цен, усложнения использования и потери совместимости. Ограничения, присущие IDE , по сравнению с другими интерфейсами (такими, как SCSI ) не угрожают доминированию IDE на современном рынке недорогих систем. Однако повышение производительности процессоров, разработка новых ОС и высокие запросы современных приложений к дисковому пространству привели к тому, что стандарт IDE уже не может удовлетворять всем современным требованиям. Существенно и то, что стандартный интерфейс IDE менее гибок и более ограничен по сравнению со SCSI :

• IDE поддерживает только два винчестера, а SCSI обеспечивает возможность подключения большого количества блочных устройств различных типов (принтеры, CD-ROM , стриммеры и др.);
• размер дисков IDE не может превышать 528Мб, поскольку для доступа к диску используется интерфейс Int 13 BIOS , тогда как SCSI не ограничивает размер диска;
• IDE обеспечивает скорость обмена с диском 2-3 Мб/сек, а SCSI - 10 или 20Мб/сек (Fast/Wide) .

Технология Enhanced IDE позволяет избавиться от основных ограничений стандарта IDE/ATA :

• предельный размер диска 528Мб;
• малая скорость обмена с диском;
BIOS и операционной системы. Винчестер должен поддерживать спецификацию ATA (этому требованию удовлетворяет большинство современных винчестеров). BIOS также должна поддерживать спецификацию ATA ; большинство производителей системных плат и разработчиков BIOS уже поддерживают этот режим. Может потребоваться поддержка работы с большими дисками и со стороны операционной системы. Windows 3.1 не полностью соответствует ATA , поэтому приходится использовать специальные драйверы (Windows "32-bit disk access"), обычно поставляемые вместе с контроллерами EIDE . Большинство 32-разрядных операционных систем (таких, как OS/2) изначально поддерживают работу с большими дисками.
• Ускоренный обмен данными основан на использовании скоростных режимов программируемого ввода-вывода ( PIO mode 3 ) и прямого доступа к памяти (DMA mode 1 ). Эти режимы обеспечивают скорость обмена 11.1 и 13.3 Мб/сек, соответственно. Для реализации скоростного обмена требуется поддержка со стороны винчестера и BIOS. BIOS должна поддерживать один из скоростных режимов обмена с диском ( PIO mode 3 или DMA mode 1 ), как правило это режим PIO . Со стороны дискового устройства также должна обеспечиваться поддержка скоростного обмена. Эту возможность обеспечивает большинство современных винчестеров (в том числе диски Fast ATA ). Скоростные режимы обмена позволяют полнее реализовать возможности дисковых контроллеров, использующих широкополосную локальную шину VESA или PCI .
• Поддержка двух портов ATA . Для обеспечения этой возможности используются зарезервированные для второго контроллера адреса портов ввода-вывода и прерывание IRQ15 . Для реализации этой возможности требуется поддержка со стороны контроллера (хост-адаптера), BIOS и операционной системы. К самим устройствам (винчестерам, приводам CD-ROM или стриммерам) не предъявляется никаких дополнительных требований. Контроллер должен обеспечивать возможность установки адресов второго порта (это реализовано отнюдь не во всех современных моделях). Не все BIOS поддерживают возможность использования четырех устройств IDE , однако современные разработки включают этот режим. Важную роль играет поддержка использования четырех устройств со стороны операционной системы. Эта возможность реализована в большинстве 32-разрядных ОС и в последних версиях DOS .
• Возможность подключения приводов CD-ROM и стримеров . Этот режим является недорогой альтернативой SCSI . Для обеспечения такой возможности требуется требуется поддержка нескольких новых команд. Спецификация ATAPI ( ATA Packet Interface) , находящаяся в стадии разработки, содержит описание новых команд. Для обеспечения возможности подключения к хост-адаптеру недисковых устройств требуется поддержка спецификации ATAPI со стороны BIOS, хост-адаптера, операционной системы и самих периферийных устройств. В настоящее время большинство устройств CD-ROM уже использует интерфейс IDE/ ATAPI для подключения ко второму порту современных контроллеров. Очевидно, что при таком обилии вариантов расширения возможностей IDE отнюдь не все устройства, рекламируемые как "Enhanced", поддерживают все четыре режима, добавленные в спецификацию Enhanced IDE . Не следует забывать также о том, что для обеспечения полной поддержки EIDE , этой спецификации должны удовлетворять BIOS , хост-адаптер, операционная система и, наконец, сами периферийные устройства.