Интерфейс АТА (IDE)

Интерфейс появился в результате переноса контроллера жесткого диска ближе к накопителю, то есть создания устройств со встроенным контроллером — IDE (Integrated Drive Electronics). Стандартный для AT контроллер жесткого диска был перенесен на плату электроники накопителя с сохранением регистровой модели.

Устройства IDE имеют ряд преимуществ перед устройствами с отдельным контроллером:

1. За счет минимального удаления контроллера от диска удается существенно повысить быстродействие.

2. Снимается проблема совместимости накопителей и контроллеров по физическим форматам записи.

3. Упрощается схемотехника адаптера и подключение устройств к шине компьютера.

В настоящее время в качестве официального названия интерфейса устройств IDE, ориентированного на подключение к шинам ISA и родственным им, применяют аббревиатуру ATA (AT Attachment — средства подключения к компьютеру AT).

Для устройств, логически отличающихся от жестких дисков - оптических, магнитооптических, ленточных и любых других, - в 1996 году была принята спецификация ATAPI. Это пакетное расширение интерфейса, которое позволяет передавать по шине ATA устройству блоки командной информации, структура которых позаимствована из SCSI.

В спецификации АТА фигурируют следующие компоненты:

Хост-адаптер — средства сопряжения интерфейса АТА с системной шиной. Простейший адаптер ATA содержит только буферы сигналов шины дешифратор зоны адресов. Все регистры и схемы кодирования размещены в самом устройстве IDE. Шина ATA требует выделения системных ресурсов – обязательно двух областей портов ввода/вывода и линии прерывания, и дополнительно может использоваться канал DMA. Также адаптеры ATA часто размещают на звуковых картах в качестве легкого средства подключения накопителей CD – ROM.

Кроме “классических” адаптеров подключения устройств с интерфейсом ATA к шине компьютера AT, существуют и гибридные адаптеры для подключения ATA HDD к шинам XT и MCA или, например, к LPT порту. Хостом будем называть компьютер с хост-адаптером интерфейса АТА.

Кабель-шлейф с двумя или тремя IDC-разъемами. В стандартном кабеле одноименные контакты всех разъемов соединяются вместе. Спецификация требует использования плоского многожильного кабеля (Flat cable stranded 28 AWG) типа ЗМ 3365-40 с 40 контактами или эквивалентного, возможно применение и экранированного кабеля (Flat cable stranded 28 AWG ЗМ 3517-40 shielded) с 80 контактами. Длина кабеля не должна превышать 0,46 м (18"), допустимая емкость проводников не более 35 пФ.

Ведущее устройство (Master), в спецификации АТА официально называемое Device-0 (устройство-0).

Ведомое устройство (Slave), в спецификации официально называемое Device-1 (устройство-1).

Если к шине АТА подключено одно устройство, оно должно быть ведущим. Если подключены два устройства, одно должно быть ведущим, другое — ведомым. О своей роли (ведущее или ведомое) устройства обычно «узнают» с помощью предварительно установленных конфигурационных джамперов. В редких случаях, когда применяется «кабельная выборка» CS роль устройства определяется его положением на специальном кабеле-шлейфе.

Оба подключенных устройства воспринимают команды от хост-адаптера одновременно. Однако исполнять команду будет лишь выбранное устройство.

Подключение устройств осуществляется 40- или 80-жильным кабелем, тактовая частота 16.5 МГц (половина частоты PCI), контроллер расположен в южном мосту (в случае ATA-100 может использоваться внешний контроллер).

Соответственно, пропускная способность в режиме PIO Mode 4 - 16.5 Мб/с, в режиме Ultra DMA33 - 33 Мб/с, Ultra DMA66 - 66 Мб/с (работа по обоим фронтам тактирующего сигнала и используется 80-жильный кабель, в котором сигнальные провода экранированы друг от друга заземленными, что позволило существенно улучшить временные параметры сигнала), Ultra DMA100 - 100 Мб/с, UltraDMA133 - до 133 Мбайт/с. Тут, как обычно, максимальная пропускная способность недостижима, и в любом случае скорость передачи ограничивается скоростью линейного чтения с диска. Единственный случай, когда скорость может приближаться к максимальной - если данные берутся непосредственно из буфера винчестера.

Интерфейс АТА (IDE) является самым массовым, у него есть ряд достоинств, но есть и недостатки, в ряде случаев делающие его применение нежелательным.

Плюсы АТА:

• Низкая цена устройств и кабелей, отсутствие потребности в терминаторах.

• Легкость конфигурирования устройства (у современных устройств достаточно указать его положение одним джампером).

• Относительно высокая скорость передачи данных.

• Высокая эффективность в простых конфигурациях (при отсутствии потребности в одновременной работе с двумя устройствами на одной шине).

Минусы АТА:

• Малое количество подключаемых устройств. К одной шине могут подключаться не более двух устройств, типовое количество шин — 2, максимальное — 4 (предел — 8 устройств в компьютере).

• Используется только для подключения внутренних устройств (правда, в их число могут входить и съемные винчестеры).

• Ассортимент устройств меньше, чем для SCSI, правда, все устройства широкого применения (винчестеры, НМОД, Zip, приводы CD и DVD, CD-рекордеры) существуют и с интерфейсом ATA/ATAPI.

• Низкая эффективность использования шины при работе многозадачных систем с несколькими устройствами. На время исполнения команды (до готовности к передаче данных) одно устройство блокирует шину, не позволяя даже дать задание другому. Средства многозадачности, описанные в АТА-4, гораздо слабее, чем в SCSI, и реально практически не используются.

• Незащищенность от ошибок передачи по шине. Контроль передач выполняется только в режимах UltraDMA, его поддержка применяется далеко не всегда (из-за несовершенства драйверов и незнания пользователей).

Новый интерфейс АТА133 имеет максимальную пропускную способность 133 Мбайт/с, но он не поддержан производителями и не стандартизирован.

Конечно, для многих современных дисков интерфейса АТА100 более чем достаточно, чтобы реализовать их скоростные возможности. И в этом смысле может быть не совсем понятно, зачем потребовался интерфейс АТА133. Ответить на этот вопрос можно так: дело здесь не в увеличившейся пропускной способности, а в максимально возможном объеме жесткого диска. Стандарт АТА100 допускает использование максимального объема жесткого диска до 137 Гбайт, что связано с 28-битной адресацией сектора. Современные диски вплотную подошли к этому пределу, поэтому дальнейшее увеличение емкости дисков просто невозможно в стандарте АТА100. В стандарте же АТА133 (и в этом его главное преимущество) используется 48-битная адресация сектора, что позволяет адресовать диски с невероятно большим объемом — 144 Пбайт (петабайт).