ATA

ATA ( Advanced Technology Attachment ) nebo IDE ( Integrated Drive Electronics ) je paralelní  rozhraní pro připojení mechanik ( disketové mechaniky , pevné disky a optické mechaniky ) k počítači . Byl standardem na platformě IBM PC během devadesátých let ; je v současnosti nahrazen svým nástupcem - SATA  - a svým vzhledem byl nazván PATA (Parallel ATA).  

Historie

Předběžný název rozhraní byl PC /AT Attachment , protože bylo zamýšleno pro připojení k 16bitové sběrnici ISA , tehdy známé jako sběrnice AT . V konečné verzi byl název změněn na „AT Attachment“ , aby se předešlo problémům s ochrannou známkou.

Původní verze standardu byla vyvinuta v roce 1986 společností Western Digital az marketingových důvodů byla nazvána IDE ( anglicky  Integrated Drive Electronics  - „elektronika zabudovaná do jednotky“). Zdůraznil důležitou inovaci: řadič disku je umístěn sám o sobě, a nikoli ve formě samostatné rozšiřující desky , jako v předchozím standardu ST-506 a tehdy existujících rozhraních SCSI a ST-412 . To umožnilo zlepšit vlastnosti pohonů (vzhledem ke kratší vzdálenosti od řadiče), zjednodušit jejich správu (protože řadič kanálu IDE abstrahoval od detailů fungování pohonu) a snížit výrobní náklady (řadič pohonu mohl být navržen pouze pro „jeho vlastní“ pohon a ne pro všechny možné; kanálový regulátor se obecně stal standardem). Řadič kanálu IDE se správněji nazývá hostitelský adaptér , protože se přesunul od přímého řízení jednotky ke komunikaci s jednotkou prostřednictvím protokolu.

Standard ATA definuje rozhraní mezi řadičem a diskem a také příkazy přenášené přes něj.

Rozhraní má 8 registrů zabírajících 8 adres v I/O prostoru. Datová sběrnice je široká 16 bitů. Počet kanálů přítomných v systému může být více než 2. Hlavní věc je, že adresy kanálů se nepřekrývají s adresami jiných I/O zařízení. Ke každému kanálu lze připojit 2 zařízení (master a slave), ale současně může pracovat pouze jedno zařízení.

Princip adresování CHS je v názvu. Nejprve je polohovacím zařízením instalován hlavový blok na požadovanou dráhu (Cylinder), poté je vybrána požadovaná hlava (Head) a následně jsou načteny informace z požadovaného sektoru (Sector).

Standard EIDE ( anglicky  Enhanced IDE  - „extended IDE“), který se objevil po IDE, umožňoval použití jednotek s kapacitou přesahující 528 MB (504 MiB ), až do 8,4 GB. Ačkoli tyto zkratky vznikly spíše jako obchodní názvy než oficiální názvy standardu, často se místo ATA používají termíny IDE a EIDE . Po zavedení standardu Serial ATA v roce 2003 se tradiční ATA stalo známým jako Parallel ATA , odkazující na způsob přenosu dat přes paralelní 40- nebo 80-žilový kabel.

Nejprve se toto rozhraní používalo u pevných disků, ale poté byl standard rozšířen i na práci s dalšími zařízeními, především pomocí vyměnitelných médií. Mezi tato zařízení patří jednotky CD-ROM a DVD-ROM , páskové jednotky a vysokokapacitní diskety, jako jsou ZIP a diskety (pomocí laserem naváděných magnetických hlav [1] [2] ) ( LS-120 /240 ). Z konfiguračního souboru jádra FreeBSD navíc můžeme usoudit, že na sběrnici ATAPI byly připojeny i disketové jednotky (diskety). Tento rozšířený standard se nazývá Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), a proto celý název standardu vypadá jako ATA / ATAPI . ATAPI se téměř úplně shoduje s SCSI na příkazové úrovni a ve skutečnosti existuje "SCSI přes ATA kabel".

Zpočátku nebyla rozhraní pro připojení jednotek CD-ROM standardizována a byla proprietárním vývojem výrobců jednotek. V důsledku toho bylo pro připojení CD-ROM nutné nainstalovat samostatnou rozšiřující desku specifickou pro konkrétního výrobce, například Panasonic (existovalo alespoň 5 specifických možností rozhraní pro připojení CD-ROM). Některé varianty zvukových karet, např. Sound Blaster , byly vybaveny právě těmito porty (často byly CD-ROM mechanika a zvuková karta dodávány jako multimediální sada). Nástup ATAPI umožnil standardizovat všechny tyto periferie a umožnil je připojit k libovolnému řadiči, ke kterému lze připojit pevný disk.

Dalším důležitým krokem ve vývoji ATA byl přechod z PIO ( Programovaný vstup/výstup  ) na DMA ( Přímý  přístup do paměti ) .  Při použití PIO bylo čtení dat z disku řízeno centrálním procesorem počítače, což vedlo ke zvýšené zátěži procesoru a zpomalení obecně. Z tohoto důvodu počítače používající rozhraní ATA obvykle prováděly operace související s diskem pomaleji než počítače používající rozhraní SCSI a jiná rozhraní. Zavedení DMA výrazně snížilo náklady na procesorový čas pro diskové operace.  

U této technologie řídí datový tok samotný disk, který načítá data do nebo z paměti téměř bez účasti procesoru, který vydává pouze příkazy k provedení té či oné akce. V tomto případě vydá pevný disk řadiči signál požadavku DMARQ pro operaci DMA. Pokud je operace DMA možná, řadič vydá signál DMACK a pevný disk začne vysílat data do 1. registru (DATA), ze kterého řadič načítá data do paměti bez účasti procesoru.

Provoz DMA je možný, pokud je režim podporován současně BIOSem , řadičem a operačním systémem, jinak je možný pouze režim PIO.

V dalším vývoji standardu (ATA-3) byl zaveden další režim UltraDMA 2 (UDMA 33).

Tento režim má časové charakteristiky režimu DMA 2, ale data jsou přenášena na náběžné i sestupné hraně signálu DIOR/DIOW. Tím se zdvojnásobí rychlost přenosu dat na rozhraní. Byla také zavedena kontrola parity CRC, která zvyšuje spolehlivost přenosu informací.

V historii rozvoje ATA existovala řada bariér spojených s organizací přístupu k datům. Většina těchto překážek byla díky moderním adresovacím systémům a programovacím technikám překonána. Patří mezi ně limity na maximální velikost disku 504 MiB , přibližně 8 GiB , přibližně 32 GiB a 128 GiB. Existovaly další překážky, většinou související s ovladači zařízení a I/O na operačních systémech bez ATA.

Původní specifikace ATA poskytovala 28bitový režim adresování. To umožnilo adresovat 2 28 (268 435 456) sektorů po 512 bajtech, což dává maximální kapacitu 137 GB (128 GiB). Ve standardních počítačích BIOS podporoval až 7,88 GiB (8,46 GB), což umožnilo maximálně 1024 cylindrů, 256 hlav a 63 sektorů. Tento limit válců/hlavy/sektoru CHS (Cyllinder-Head-Sector) v kombinaci se standardem IDE vedl k limitu adresovatelného prostoru 504 MiB (528 MB). K překonání tohoto omezení bylo zavedeno schéma adresování LBA (Logical Block Address) , které umožnilo adresovat až 7,88 GiB. Postupem času bylo toto omezení odstraněno, což umožnilo adresovat nejprve 32 GiB a poté všech 128 GiB s využitím všech 28 bitů (v ATA-4 ) k adresování sektoru. Zápis 28bitového čísla je organizován zápisem jeho částí do odpovídajících registrů mechaniky (od 1 do 8 bitů ve 4. registru, 9-16 v 5., 17-24 v 6. a 25-28 v 7. ).

Adresování registru je organizováno pomocí tří adresních řádků DA0-DA2. První registr na adrese 0 je 16bitový a slouží k přenosu dat mezi diskem a řadičem. Zbývající registry jsou 8bitové a slouží k ovládání.

Nejnovější specifikace ATA předpokládají 48bitové adresování, čímž se možný limit rozšiřuje na 128 PiB (144 petabajtů).

Tato omezení velikosti se mohou projevit tak, že si systém myslí, že kapacita disku je menší než jeho skutečná hodnota, nebo odmítne nabootovat vůbec a zasekne se ve fázi inicializace pevného disku. V některých případech lze problém vyřešit aktualizací systému BIOS. Dalším možným řešením je použití speciálních programů, jako je Ontrack DiskManager, které načtou svůj ovladač do paměti ještě před načtením operačního systému. Nevýhodou takových řešení je, že se používá nestandardní dělení disku, při kterém jsou diskové oddíly nepřístupné, v případě načítání např. z běžné DOSové bootovací diskety. Mnoho moderních operačních systémů (počínaje Windows NT4 SP3) však umí pracovat s většími disky, i když BIOS počítače tuto velikost správně neurčuje.

ATA rozhraní

Pro připojení pevných disků s rozhraním PATA se obvykle používá 40žilový kabel (nazývaný také kabel ) . Každý kabel má obvykle dva nebo tři konektory, z nichž jeden se připojuje ke konektoru ovladače na základní desce (u starších počítačů byl tento ovladač umístěn na samostatné rozšiřující desce) a jeden nebo dva další se připojují k pohonům. V jednom okamžiku P-ATA smyčka přenáší 16 bitů dat. Někdy existují kabely IDE, které umožňují připojení tří jednotek k jednomu kanálu IDE, ale v tomto případě jedna z jednotek pracuje v režimu pouze pro čtení.

Dlouhou dobu obsahoval ATA kabel 40 vodičů, ale s uvedením režimu Ultra DMA/66 ( UDMA4 ) se objevila jeho 80ti drátová verze. Všechny přídavné vodiče jsou zemnicí vodiče střídající se s informačními vodiči. Místo sedmi zemnících vodičů jich tedy bylo 47. Takové střídání vodičů snižuje kapacitní vazbu mezi nimi, a tím snižuje vzájemné rušení. Kapacitní vazba je problém při vysokých přenosových rychlostech, takže tato inovace byla nezbytná pro zajištění správného provozu přenosové rychlosti 66 MB/s (megabajtů za sekundu) specifikované specifikací UDMA4 . Rychlejší režimy UDMA5 a UDMA6 také vyžadují 80žilový kabel.

I když se počet vodičů zdvojnásobil, počet pinů zůstal stejný, stejně jako vzhled konektorů. Vnitřní rozvody jsou samozřejmě jiné. Konektory pro 80vodičový kabel musí spojovat velký počet zemnících vodičů s malým počtem zemnících kolíků, zatímco u 40vodičového kabelu jsou vodiče připojeny každý na svůj vlastní kolík. Na 80žilových kabelech mají konektory obvykle různé barvy (modrá, šedá a černá), na rozdíl od 40žilových kabelů, kde jsou obvykle všechny konektory stejné barvy (obvykle černé).

Standard ATA vždy stanovil maximální délku kabelu 45,7 cm (18 palců). Toto omezení znesnadňuje připojování zařízení ve velkých případech nebo připojení více disků k jednomu počítači a téměř zcela vylučuje možnost použití PATA disků jako externích disků. Přestože jsou komerčně dostupné delší kabely, mějte na paměti, že neodpovídají standardu. Totéž lze říci o „kulatých“ kabelech, které jsou rovněž rozšířené. Standard ATA popisuje pouze ploché kabely se specifickými specifikacemi impedance a kapacity. To samozřejmě neznamená, že jiné kabely nebudou fungovat, ale v každém případě je třeba používat nestandardní kabely opatrně.

Pokud jsou dvě zařízení připojena ke stejné smyčce, jedno z nich se obvykle nazývá master ( anglicky  master ) a druhé - slave ( anglicky  slave ). V seznamu jednotek uvedených v BIOSu počítače nebo operačního systému se obvykle nachází hlavní jednotka před podřízenou jednotkou . Ve starších BIOSech (486 a starší) byly disky často nesprávně označeny písmeny „C“ pro master a „D“ pro slave.

Pokud je ve smyčce pouze jeden pohon, měl by být ve většině případů nakonfigurován jako hlavní. Některé disky (zejména ty vyrobené společností Western Digital ) mají speciální nastavení nazývané single (tj. „jeden disk na kabelu“). Ve většině případů však může jediná mechanika na kabelu fungovat také jako slave (to se často stává při připojení CD-ROM k samostatnému kanálu).

Nastavení nazvané výběr kabelu bylo ve specifikaci ATA-1 popsáno jako volitelné a od ATA-5 se rozšířilo, protože eliminuje potřebu měnit propojky na jednotkách během jakéhokoli přepojování. Pokud je měnič nastaven do režimu výběru kabelu, automaticky se nastaví jako master nebo slave v závislosti na jeho umístění na smyčce. Aby bylo možné určit toto místo, musí být smyčka zapojena kabelem . U takového kabelu není pin 28 (CSEL) zapojen do jednoho z konektorů (šedý, většinou prostřední). Regulátor tento pin uzemní. Pokud měnič zjistí, že je kolík uzemněn (tj. je logická 0), nastaví se jako hlavní, v opačném případě (stav s vysokou impedancí) se nastaví jako podřízený.

V dobách 40vodičových kabelů bylo běžnou praxí instalovat výběr kabelu jednoduchým přeříznutím drátu 28 mezi dvěma konektory, které se připojovaly k pohonům. V tomto případě byl podřízený disk na konci kabelu a hlavní disk byl uprostřed. Toto umístění bylo dokonce standardizováno v pozdějších verzích specifikace. Pokud je na kabelu umístěno pouze jedno zařízení, toto umístění má za následek zbytečný kus kabelu na konci, což je nežádoucí - jak z důvodu pohodlí, tak z důvodu fyzických parametrů: tento kus vede k odrazu signálu, zejména při vysokých frekvencích.

80žilové kabely představené pro UDMA4 tyto nedostatky nemají. Nyní je hlavní zařízení vždy na konci smyčky, takže pokud je připojeno pouze jedno zařízení, nezískáte tento zbytečný kus kabelu. Jejich výběr kabelu je „tovární“ - provede se v samotném konektoru jednoduše vyloučením tohoto kontaktu. Vzhledem k tomu, že 80-drátové smyčky stejně vyžadovaly své vlastní konektory, široké přijetí tohoto nebylo velkým problémem. Norma také vyžaduje použití konektorů různých barev, pro snadnější identifikaci jak výrobcem, tak montérem. Modrý konektor je pro připojení k ovladači, černý - na master, šedý - na slave.

Termíny „master“ a „slave“ byly vypůjčeny z průmyslové elektroniky (kde je tento princip široce používán při interakci uzlů a zařízení), ale v tomto případě jsou nesprávné, a proto se v aktuální verzi ATA nepoužívají. Standard. Správnější je pojmenovat master a slave disky zařízení 0 ( zařízení 0 ) a zařízení 1 ( zařízení 1 ). Existuje obecný mýtus, že hlavní disk řídí přístup disků ke kanálu. Ve skutečnosti je přístup k disku a pořadí provádění příkazů řízeno řadičem (který je zase řízen ovladačem operačního systému). To znamená, že ve skutečnosti jsou obě zařízení ve vztahu k ovladači slave.

• IDE konektor 3,5" pevný disk

• IDE konektor 2,5" pevný disk

• Rozšiřující deska PCI Express s řadiči PATA a SATA a přídavnými konektory pro připojení zařízení IDE a SATA

• IDE ↔ Adaptér CompactFlash

• Adaptér IDE na SATA

Standardní verze ATA, přenosové rychlosti a funkce

V následující tabulce jsou uvedeny názvy standardních verzí ATA a jejich podporované režimy a přenosové rychlosti. Bitová rychlost uvedená pro každý standard (například 66,7 MB/s pro UDMA4, běžně označovaná jako „Ultra-DMA 66“) udává maximální teoreticky možnou rychlost na kabelu (dva bajty krát skutečná frekvence) a předpokládá, že každý cyklus se používá k přenosu uživatelských dat. V praxi je rychlost nižší.

Přetížení sběrnice, ke které je připojen ATA řadič, může také omezit maximální úroveň přenosu. Například maximální šířka pásma 33 MHz PCI sběrnice s 32bitovou šířkou je 133 MB/s a tato rychlost je sdílena mezi všemi zařízeními připojenými ke sběrnici.

Viz také

• SATA

Poznámky

1. ↑ Diskety s ultravysokou hustotou Archivováno 1. února 2014 na Wayback Machine : „V odborné literatuře se příslušné disky nazývají floppyoptic , nebo floppy . ... Informace se zapisují na feromagnetickou vrstvu (stejně jako na běžné diskety) pomocí zapisovacích / čtecích hlav .... počet kolejí byl zvýšen na 755... šířka kolejí byla výrazně snížena. Zde přichází na řadu druhá část technologie – mechanismus optického polohování hlavy. K přesné poloze hlav se používá laserový senzor. … Koncem roku 1996 se na trhu objevily diskety LS-120 s kapacitou 120 MB.
2. ↑ Další rok, další Comdex (pokračování...) Archivováno 1. února 2014. // "Computerra" č. 2 z 13. ledna 1997: "pohon LS-120. ... a moderní 120megabajtová média, ve kterých je magnetická hlava namířena na stopu pomocí laseru, který sleduje kruhové značení aplikované na disk.
3. ↑ ATA-R4C.DOC (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 26. února 2011. Archivováno z originálu 21. března 2012. (neurčitý) 
4. ↑ D0948R4C.DOC (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 26. února 2011. Archivováno z originálu 28. července 2011. (neurčitý) 
5. ↑ Rozhraní AT Attachment-3 (ATA-3) (nepřístupný odkaz) . Získáno 17. listopadu 2018. Archivováno z originálu 22. července 2014. (neurčitý) 
6. ↑ アーカイブされたコピー(nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 30. července 2011. Archivováno z originálu 28. července 2011. (neurčitý) 

Literatura

• Scott Mueller. Upgrading and Repairing PCs = Upgrade and Repairing PCs. - 17. vyd. - M .: Williams , 2007. - S. 573-623. — ISBN 0-7897-3404-4 .

Odkazy

• Pinout konektoru ATA IDE