Параллельный ATA - Parallel ATA

Параллельный ATA

Два ATA материнская плата разъемы слева, а разъем ATA справа.
Тип	Разъем внутреннего запоминающего устройства
История производства
Дизайнер	Western Digital & Compaq, впоследствии усовершенствованный многими другими
Разработан	1986
Заменено	Последовательный ATA (2003)
Основные Характеристики
Горячее подключение	Нет
Внешний	Нет
Кабель	40 или 80 проводов ленточный кабель
Булавки	40
Данные
Ширина	16 бит
Битрейт	Полудуплекс: Изначально максимум 8,3 МБ / с позже 33, 66, 100 и 133 МБ / с
Максимум. устройства	Два (ведущий / ведомый)
Протокол	Параллельный
Закрепить
Контакт 1		Перезагрузить
Контакт 2		Земля
Пин 3		Данные 7
Штырь 4		Данные 8
Штырь 5		Данные 6
Пин 6		Данные 9
Штырь 7		Данные 5
Пин 8		Данные 10
Пин 9		Данные 4
Пин 10		Данные 11
Штырь 11		Данные 3
Штырь 12		Данные 12
Пин 13		Данные 2
Штырь 14		Данные 13
Штырь 15		Данные 1
Штырь 16		Данные 14
Пин 17		Данные 0
Штырь 18		Данные 15
Штырь 19		Земля
Пин 20		Ключ или VCC_in
Штырь 21		DDRQ
Штырь 22		Земля
Штырь 23		Запись ввода / вывода
Штырь 24		Земля
Штырь 25		Чтение ввода / вывода
Пин 26		Земля
Штырь 27		IOCHRDY
Штырь 28		Выбор кабеля
Штырь 29		DDACK
Штырь 30		Земля
Пин 31		IRQ
Штырь 32		Нет подключения
Штифт 33		Адрес 1
Штырь 34		GPIO_DMA66_Detect
Штырь 35		Адрес 0
Штырь 36		Адрес 2
Штырь 37		Выбор микросхемы 1P
Штырь 38		Выбор микросхемы 3P
Штырь 39		Мероприятия
Штырь 40		Земля

Параллельный ATA (PATA), первоначально Вложение, является интерфейс стандарт для подключения место хранения такие устройства, как жесткие диски, дисководы для гибких дисков, и приводы оптических дисков в компьютеры. Стандарт поддерживается X3 /ИНЦИТЫ комитет.^[1] Он использует базовый Вложение (ATA) и Интерфейс AT Attachment Packet (ATAPI ) стандарты.

Стандарт Parallel ATA является результатом долгой истории постепенных технических разработок, которые начались с оригинального интерфейса AT Attachment, разработанного для использования в ПК AT оборудование. Сам интерфейс ATA развивался в несколько этапов из Western Digital оригинальный Встроенная приводная электроника (IDE) интерфейс. В результате многие почти синонимы для ATA / ATAPI и его предыдущих воплощений все еще широко используются неформально, в частности Расширенная IDE (EIDE) и Ультра ATA (UATA). После введения Последовательный ATA (SATA) в 2003 году исходный ATA был переименован на Parallel ATA или сокращенно PATA.

Параллельные кабели ATA имеют максимальную допустимую длину 18 дюймов (457 мм).^[2][3] Из-за этого ограничения технология обычно выглядит как интерфейс внутренней памяти компьютера. На протяжении многих лет ATA предоставляла наиболее распространенный и наименее затратный интерфейс для этого приложения. В более новых системах он в значительной степени заменен на SATA.

История и терминология

Стандарт изначально задумывался как «AT-Bus Attachment», официально назывался «AT-Attachment» и сокращенно «ATA».^[4][5] потому что его основной особенностью было прямое подключение к 16-битной Автобус ISA представлен с IBM PC / AT.^[6] Оригинальные спецификации ATA, опубликованные комитетами по стандартам, носят название «AT Attachment».^[7][8][9] «AT» в IBM PC / AT обозначает «Advanced Technology», поэтому ATA также называется «Advanced Technology Attachment».^{[10][4][11][12]} Когда в 2003 году был представлен более новый Serial ATA (SATA), исходный ATA был переименован в Parallel ATA, или сокращенно PATA.^[13]

Физические интерфейсы ATA стали стандартным компонентом всех ПК, сначала на адаптерах главной шины, иногда на звуковой карте, но в конечном итоге как два физических интерфейса, встроенных в Южный мост чип на материнской плате. Названные «первичным» и «вторичным» интерфейсами ATA, они были назначены базовые адреса 0x1F0 и 0x170 на Автобус ISA системы. Их заменили SATA интерфейсы.

IDE и ATA-1

Пример материнской платы ПК 80386 1992 года, в которой ничего не было встроено, кроме памяти, клавиатуры, процессора, кеш-памяти, часов реального времени и слотов. Такие базовые материнские платы могли быть оснащены либо интерфейсом ST-506, либо интерфейсом ATA, но обычно не обоими. Один интерфейс ATA с двумя дисками и интерфейс гибких дисков были добавлены к этой системе через 16-битную карту ISA.

Первая версия того, что сейчас называется интерфейсом ATA / ATAPI, была разработана Western Digital под именем Встроенная приводная электроника (IDE). Вместе с Корпорация Control Data (производитель жесткого диска) и Compaq Компьютер (первоначальный заказчик), они разработали разъем, протоколы сигнализации и т. д., чтобы сохранить программное обеспечение, совместимое с существующими ST-506 интерфейс жесткого диска.^[14] Первые такие диски появились в ПК Compaq в 1986 году.^[15][16] и впервые были отдельно предложены Коннер Периферийные устройства как CP342 в июне 1987 г.^[17]

Период, термин Встроенная приводная электроника относится не только к определению разъема и интерфейса, но и к тому факту, что контроллер привода интегрирован в привод, в отличие от отдельного контроллера на или подключенного к материнская плата. Интерфейсные карты, используемые для подключения параллельного диска ATA, например, к Слот PCI не контроллеры привода: они просто мосты между хост-шиной и интерфейсом ATA. Поскольку исходный интерфейс ATA по сути всего лишь 16-битный Автобус ISA замаскированный мост был особенно простым в случае, когда разъем ATA располагался на интерфейсной карте ISA. Интегрированный контроллер представил диск главному компьютеру как массив 512-байтовых блоков с относительно простым командным интерфейсом. Это избавило материнскую плату и интерфейсные карты в главном компьютере от рутинных операций по перемещению рычага головки диска, перемещению рычага головки внутрь и наружу и т. ST-506 и ESDI жесткие диски. Все эти низкоуровневые детали механической работы привода теперь обрабатывались контроллером на самом приводе. Это также устранило необходимость в разработке единого контроллера, который мог бы обрабатывать множество различных типов приводов, поскольку контроллер мог быть уникальным для привода. Хосту нужно только запросить чтение или запись определенного сектора или блока и либо принять данные с диска, либо отправить данные на него.

Интерфейс, используемый этими приводами, был стандартизирован в 1994 году как стандарт ANSI X3.221-1994, Интерфейс подключения AT для дисковых накопителей. После разработки более поздних версий стандарта он стал известен как «ATA-1».^[18][19]

Недолговечная, редко используемая реализация ATA была создана для IBM XT и аналогичные машины, которые использовали 8-битную версию шины ISA. Это упоминалось как «XT-IDE», «XTA» или «XT Attachment».^[20]

EIDE и ATA-2

В 1994 году, примерно в то же время, когда был принят стандарт ATA-1, Western Digital представила накопители под новым названием, Улучшенная IDE (ЭИДЕ). Сюда входит большинство функций предстоящей спецификации ATA-2 и несколько дополнительных улучшений. Другие производители представили свои собственные варианты ATA-1, такие как Fast ATA и Fast ATA-2.

Новая версия стандарта ANSI, Интерфейс подключения AT с расширениями ATA-2 (X3.279-1996), был утвержден в 1996 году. Он включал в себя большинство функций конкретных вариантов производителя.^[21][22]

ATA-2 также первым заметил, что к интерфейсу можно подключать устройства, отличные от жестких дисков:

3.1.7 Устройство: Устройство - это периферийное устройство хранения. Традиционно устройством на интерфейсе ATA был жесткий диск, но на интерфейсе ATA можно разместить любое устройство хранения, при условии, что оно соответствует этому стандарту.

— Интерфейс подключения AT с расширениями (ATA-2), страница 2^[22]

ATAPI

Как упоминалось в предыдущих разделах, ATA изначально был разработан и работал только с жесткие диски и устройства, которые могли их подражать. Внедрение ATAPI (пакетный интерфейс ATA) группой под названием Комитет по малому форм-фактору (SFF) позволял использовать ATA для множества других устройств, требующих функций помимо тех, которые необходимы для жестких дисков. Например, для любого съемного носителя требуется команда «извлечь носитель» и способ для хоста определить, присутствует ли носитель, а они не были предусмотрены в протоколе ATA.

Комитет по малому форм-фактору подошел к этой проблеме, определив ATAPI, «пакетный интерфейс ATA». ATAPI - это фактически протокол, позволяющий интерфейсу ATA передавать SCSI команды и ответы; следовательно, все устройства ATAPI фактически «говорят на SCSI», кроме электрического интерфейса. Фактически, некоторые ранние устройства ATAPI были просто устройствами SCSI с добавленным преобразователем протокола ATA / ATAPI в SCSI. Команды и ответы SCSI встроены в «пакеты» (отсюда «пакетный интерфейс ATA») для передачи по кабелю ATA. Это позволяет сопрягать любой класс устройств, для которого определен набор команд SCSI, через ATA / ATAPI.

Устройства ATAPI также «говорят на ATA», поскольку физический интерфейс и протокол ATA все еще используются для отправки пакетов. С другой стороны, жесткие диски ATA и твердотельные накопители не используют ATAPI.

Устройства ATAPI включают CD-ROM и DVD-ROM диски, ленточные накопители, и большой емкости дискета диски, такие как Zip диск и Привод SuperDisk.

Команды и ответы SCSI, используемые каждым классом устройств ATAPI (CD-ROM, магнитная лента и т. Д.), Описаны в других документах или спецификациях, относящихся к этим классам устройств, и не входят в ATA / ATAPI или T13 компетенция комитета. Один из часто используемых наборов определен в MMC Набор команд SCSI.

ATAPI был принят в составе ATA в INCITS 317-1998, Вложение AT с расширением пакетного интерфейса (ATA / ATAPI-4).^[23][24][25]

UDMA и ATA-4

Стандарт ATA / ATAPI-4 также представил несколько режимов передачи «Ultra DMA». Первоначально они поддерживали скорость от 16 МБ / с до 33 МБ / с. В более поздних версиях были добавлены более быстрые режимы Ultra DMA, требующие новых 80-проводных кабелей для уменьшения перекрестных помех. Последние версии Parallel ATA поддерживают скорость до 133 Мбайт / с.

Ультра ATA

Ultra ATA, сокращенно UATA, - это обозначение, которое в основном использовалось Western Digital для различных улучшений скорости по стандартам ATA / ATAPI. Например, в 2000 году Western Digital опубликовала документ, описывающий «Ultra ATA / 100», в котором улучшена производительность для действующего на тот момент стандарта ATA / ATAPI-5 за счет повышения максимальной скорости интерфейса Parallel ATA с 66 до 100 МБ / с.^[26] Большинство изменений Western Digital, наряду с другими, были включены в стандарт ATA / ATAPI-6 (2002).

Текущая терминология

Термины «интегрированная приводная электроника» (IDE), «улучшенная IDE» и «EIDE» стали использоваться взаимозаменяемо с ATA (теперь Parallel ATA или PATA).

Кроме того, было продано несколько поколений накопителей EIDE, совместимых с различными версиями спецификации ATA. Ранний привод EIDE мог быть совместим с ATA-2, а более поздний - с ATA-6.

Тем не менее, запрос диска "IDE" или "EIDE" от поставщика компьютерных комплектующих почти всегда дает диск, который будет работать с большинством интерфейсов Parallel ATA.

Другое распространенное использование - ссылка на версию спецификации по наиболее быстрому поддерживаемому режиму. Например, ATA-4 поддерживает режимы Ultra DMA от 0 до 2, причем последний обеспечивает максимальную скорость передачи 33 мегабайт в секунду. Таким образом, диски ATA-4 иногда называют дисками «UDMA-33», а иногда - дисками «ATA-33». Точно так же ATA-6 ввел максимальную скорость передачи 100 мегабайт в секунду, и некоторые диски, соответствующие этой версии стандарта, продаются как диски «PATA / 100».

ограничения размера BIOS x86

Изначально в системе хранился размер ATA-диска. x86 BIOS с использованием номера типа (от 1 до 45), который предопределил параметры C / H / S ^[27] а также часто зона посадки, в которой приводные головки припаркованы, когда они не используются. Позже формат "определяемый пользователем"^[27] называемые C / H / S или цилиндры, головки, секторы. Эти числа были важны для более раннего интерфейса ST-506, но в целом не имели смысла для ATA - параметры CHS для более поздних больших дисков ATA часто указывали невероятно большое количество головок или секторов, которые фактически не определяли внутреннюю физическую структуру диска. . С самого начала и до ATA-2 каждый пользователь должен был явно указывать размер каждого подключенного диска. Начиная с ATA-2, была реализована команда «определить привод», которую можно отправить и которая вернет все параметры привода.

Из-за отсутствия предвидения со стороны производителей материнских плат системная BIOS часто была затруднена из-за искусственных ограничений размера C / H / S из-за того, что производитель предполагал, что определенные значения никогда не будут превышать определенный числовой максимум.

Первое из этих ограничений BIOS произошло, когда диски ATA достигли размера, превышающего 504 МиБ, потому что некоторые BIOS материнских плат не допускают значений C / H / S выше 1024 цилиндров, 16 головок и 63 секторов. Умноженное на 512 байтов на сектор, получается 528482304 байты, разделенные на 1048576 байтов на МиБ, равно 504 МиБ (528 МБ ).

Второе из этих ограничений BIOS произошло на 1024 цилиндры, 256 головы, и 63 сектора, и ошибка в MS-DOS и MS-Windows 95 ограничили количество голов до 255. Это всего до 8422686720 байтов (8032,5 МиБ ), обычно называемый барьером 8,4 гигабайта. Это снова ограничение, налагаемое BIOS x86, а не ограничение, налагаемое интерфейсом ATA.

В конечном итоге было установлено, что эти ограничения размера можно преодолеть с помощью крошечной программы, загружаемой при запуске из загрузочного сектора жесткого диска. Некоторые производители жестких дисков, такие как Western Digital, начали включать эти служебные программы в новые большие жесткие диски, чтобы помочь преодолеть эти проблемы. Однако, если компьютер был загружен каким-либо другим способом без загрузки специальной утилиты, будут использованы недопустимые настройки BIOS, и диск может оказаться недоступным или показаться операционной системе поврежденным.

Позже расширение для x86 BIOS дисковые услуги называется "Расширенный дисковый накопитель "(EDD) стал доступным, что позволяет адресовать диски размером до 2⁶⁴ секторов.^[28]

Ограничения размера интерфейса

Первый интерфейс дисковода использовал 22-битный режим адресации, в результате чего максимальная емкость диска составляла два гигабайта. Позже первая формализованная спецификация ATA использовала 28-битный режим адресации через LBA28, что позволяет адресовать 2²⁸ (268435456) секторов (блоков) по 512 байт каждый, что дает максимальную емкость 128ГиБ (137 ГБ ).^[29]

ATA-6 представил 48-битную адресацию, увеличив ограничение до 128PiB (144 PB ). Как следствие, любой диск ATA емкостью более 137 ГБ должен быть диском ATA-6 или более поздней версии. Подключение такого диска к хосту с интерфейсом ATA-5 или более ранней версии ограничит полезную емкость до максимума интерфейса.

Некоторые операционные системы, в том числе Windows XP pre-SP1 и Windows 2000 pre-SP3, отключить LBA48 по умолчанию, требуя от пользователя дополнительных действий для использования всей емкости диска ATA размером более 137 гигабайт.^[30]

Старые операционные системы, такие как Windows 98, вообще не поддерживают 48-битный LBA. Однако члены сторонней группы MSFN^[31] изменили драйверы диска Windows 98, чтобы добавить неофициальную поддержку 48-битного LBA в Windows 95 OSR2, Windows 98, Windows 98 SE и Windows ME.

Некоторые 16-разрядные и 32-разрядные операционные системы, поддерживающие LBA48, могут по-прежнему не поддерживать диски размером более 2 TiB за счет использования только 32-битной арифметики; ограничение также распространяется на многие загрузочные секторы.

Первенство и устаревание

Параллельный ATA (тогда просто ATA или IDE) стал основным интерфейсом устройства хранения для ПК вскоре после его появления. В некоторых системах были предусмотрены третий и четвертый интерфейс материнской платы, что позволяло подключить к материнской плате до восьми устройств ATA. Часто эти дополнительные разъемы реализовывались недорогими RAID контроллеры.

Вскоре после введения Последовательный ATA (SATA) в 2003 году использование параллельного ATA сократилось. Первые материнские платы со встроенными интерфейсами SATA обычно имели только один разъем PATA (до двух устройств PATA) вместе с несколькими разъемами SATA. Некоторые ПК и ноутбуки той эпохи имели жесткий диск SATA и оптический привод, подключенный к PATA.

По состоянию на 2007 год некоторые ПК чипсеты, например Intel ICH10, удалила поддержку PATA. Производители материнских плат, все еще желающие предложить Parallel ATA с этими наборами микросхем, должны включать дополнительный интерфейсный чип. В более поздних компьютерах интерфейс Parallel ATA редко используется, даже если он присутствует, поскольку на материнской плате обычно имеется четыре или более разъема Serial ATA, а устройства SATA всех типов являются общими.

С Western Digital После ухода с рынка PATA жесткие диски с интерфейсом PATA прекратили производство после декабря 2013 года для других целей, кроме специализированных.^[32]

Параллельный интерфейс ATA

Параллельные кабели ATA передают данные по 16 бит за раз. В традиционном кабеле используются 40-контактные разъемы, подключенные к 40- или 80-проводному проводнику. ленточный кабель. Каждый кабель имеет два или три разъема, один из которых вставляется в хост-адаптер взаимодействие с остальной частью компьютерной системы. Остальные разъемы подключаются к устройствам хранения, чаще всего к жестким дискам или оптическим приводам. Каждый разъем имеет 39 физических контактов, расположенных в два ряда, с зазором или ключом на контакте 20.

Круглые параллельные кабели ATA (в отличие от ленточных кабелей) в конечном итоге стали доступны для 'моддеры кейсов 'по косметическим причинам, а также в целях улучшения компьютерное охлаждение и с ними было легче обращаться; однако спецификациями ATA поддерживаются только ленточные кабели.

Пин 20

В стандарте ATA контакт 20 определяется как механический ключ и не используется. Гнездо этого штыря на гнездовом соединителе часто бывает заблокировано, поэтому необходимо исключить контакт 20 из штыревого кабеля или соединителя привода; таким образом, невозможно подключить его неправильно.

Однако некоторые флэш-память приводы могут использовать контакт 20 как VCC_in для питания привода без специального кабеля питания; эта функция может использоваться только в том случае, если оборудование поддерживает такое использование контакта 20.^[33]

Штырь 28

Контакт 28 серого (подчиненного / среднего) разъема 80-жильного кабеля не прикреплен ни к одному из проводов кабеля. Обычно он прикрепляется к черному (ведущий конец диска) и синему (конец материнской платы) разъемам. Это позволяет Выбор кабеля функциональность.

Штырь 34

Контакт 34 соединен с землей внутри синего разъема 80-жильного кабеля, но не прикреплен к какому-либо проводнику кабеля, что позволяет обнаружить такой кабель. Крепится нормально на серый и черный разъемы.^[34]

44-контактный вариант

44-контактный вариант разъема PATA используется для 2,5-дюймовых дисков внутри ноутбуков. Контакты расположены ближе друг к другу, а разъем физически меньше 40-контактного разъема. Дополнительные контакты несут мощность.

80-проводный вариант

80-контактный параллельный интерфейс ATA на 1,8-дюймовом жестком диске

Кабели ATA имели 40 проводов на протяжении большей части своей истории (44 провода для версии с меньшим форм-фактором, используемой для 2,5-дюймовых дисков - дополнительные четыре для питания), но 80-проводная версия появилась с появлением UDMA / 66 режим. Все дополнительные провода в новом кабеле земля провода, чередующиеся с ранее определенными проводами, чтобы уменьшить влияние емкостная связь между соседними сигнальными проводами, уменьшая перекрестные помехи. Емкостная связь представляет собой большую проблему при более высоких скоростях передачи, и это изменение было необходимо для обеспечения скорости передачи 66 мегабайт в секунду (МБ / с). UDMA4 работать надежно. Быстрее UDMA5 и UDMA6 для режимов также требуются 80-жильные кабели.

Сравнение кабелей ATA: 40-жильный ленточный кабель (вверху) и 80-жильный ленточный кабель (внизу). В обоих случаях разъем предназначен для 40-контактных устройств.

Хотя количество проводов увеличилось вдвое, количество контактов разъема и распиновка остались такими же, как у 40-проводных кабелей, а внешний вид разъемов идентичен. Внутри разъемы разные; разъемы для 80-проводного кабеля подключают большее количество проводов заземления к контактам заземления, а разъемы для 40-проводного кабеля соединяют провода заземления с контактами заземления один к одному. 80-проводные кабели обычно поставляются с тремя разъемами разного цвета (синий, черный и серый для контроллера, главного привода и ведомого привода соответственно), в отличие от одноцветных 40-проводных разъемов кабеля (обычно все серые). К серому разъему на 80-жильных кабелях не подключен контакт 28 CSEL, что делает его подчиненным положением для выбора кабеля, настроенного для приводов.

Различия между разъемами

Различия между разъемами

На изображении справа показаны разъемы PATA после снятия устройства снятия натяжения, крышки и кабеля. Первый контакт находится внизу слева от разъемов, контакт 2 - вверху слева и т. Д., За исключением того, что нижнее изображение синего разъема показывает вид с противоположной стороны, а первый контакт - вверху справа.

Разъем - это соединитель смещения изоляции - другими словами, каждый контакт содержит пару точек, которые вместе пронизывают изоляцию ленточного кабеля с такой точностью, что они подключаются к нужному проводнику, не повреждая изоляцию соседних проводов. Все контакты центрального ряда подключаются к общей шине заземления и присоединяются к проводникам кабеля с нечетными номерами. Верхний ряд контактов - это гнезда разъема с четными номерами (сопрягаемые с контактами розетки с четными номерами), которые присоединяются ко всем остальным проводам кабеля с четными номерами. Нижний ряд контактов - это гнезда с нечетными номерами разъема (сопрягаемые с контактами розетки с нечетными номерами) и присоединяемые к оставшимся четным проводам кабеля.

Обратите внимание на подключения к общей шине заземления от разъемов 2 (вверху слева), 19 (центральный нижний ряд), 22, 24, 26, 30 и 40 на всех разъемах. Также обратите внимание (увеличенная деталь, снизу, если смотреть с противоположной стороны соединителя), что гнездо 34 синего соединителя не контактирует ни с одним проводником, но, в отличие от гнезда 34 двух других соединителей, оно соединяется с общей шиной заземления. На сером разъеме обратите внимание, что разъем 28 полностью отсутствует, поэтому контакт 28 привода, подключенного к серому разъему, будет открыт. На черном разъеме разъемы 28 и 34 полностью нормальные, так что контакты 28 и 34 привода, прикрепленные к черному разъему, будут подключены к кабелю. Контакт 28 черного привода достигает контакта 28 главной розетки, но не достигает контакта 28 серого диска, в то время как контакт 34 черного диска достигает контакта 34 серого диска, но не контакта 34 главного устройства. Вместо этого заземляется контакт 34 хоста.

Стандарт диктует, что разъемы имеют цветовую маркировку для облегчения идентификации установщиком и производителем кабеля. Все три разъема отличаются друг от друга. Синий (главный) разъем имеет гнездо для контакта 34, подключенного к заземлению внутри разъема, но не подключенного к какому-либо проводнику кабеля. Поскольку старые 40-жильные кабели не заземляют контакт 34, наличие заземления указывает на то, что установлен 80-жильный кабель. Провод для контакта 34 подсоединен нормально к другим типам и не заземлен. Установка кабеля в обратном направлении (с черным разъемом на системной плате, синим разъемом на удаленном устройстве и серым разъемом на центральном устройстве) заземлит контакт 34 удаленного устройства и соединит контакт 34 хоста через контакт 34 центрального устройства. устройство. Серый центральный разъем пропускает соединение с контактом 28, но подключает контакт 34 нормально, в то время как черный концевой разъем обычно соединяет оба контакта 28 и 34.

Несколько устройств на кабеле

Если два устройства подключены к одному кабелю, одно должно быть обозначено как Устройство 0 (в прошлом обычно называли владелец), а другой как Устройство 1 (в прошлом обычно обозначается как раб). Это различие необходимо для того, чтобы оба диска могли использовать один кабель без конфликтов. В Устройство 0 диск - это диск, который обычно появляется "первым" на компьютере BIOS и / или Операционная система. На Intel 486 ПК эпохи и старше, диски часто обозначаются BIOS как "C" для устройство 0 и "D" для устройство 1 следующим образом DOS будет ссылаться на активные первичные разделы на каждом.

Режим, который должен использовать накопитель, часто устанавливается установка перемычки на самом диске, который необходимо вручную установить на Устройство 0 (Начальный/Мастер) или же Устройство 1 (Вторичный/Раб). Если к кабелю подключено одно устройство, его следует настроить как Устройство 0. Однако у некоторых накопителей определенной эпохи есть специальная настройка, называемая Одинокий для этой конфигурации (в частности, Western Digital). Кроме того, в зависимости от доступного оборудования и программного обеспечения Одинокий привод на кабеле часто будет работать надежно, даже если он настроен как Устройство 1 привод (чаще всего встречается там, где оптический привод является единственным устройством на вторичном интерфейсе ATA).

Слова начальный и вторичный обычно относится к двум кабелям IDE, каждый из которых может иметь по два диска (первичный главный, первичный подчиненный, вторичный главный, вторичный подчиненный).

Разъяснение хозяина и раба

Хотя они широко использовались, термины «хозяин» и «раб» больше не появляются в текущих версиях спецификаций ATA или любой текущей документации. Они использовались в более ранних версиях спецификаций до ATA-6 и были полностью удалены в ATA-7. Начиная с текущей версии ATA-2, эти два устройства называются «Устройство 0» и «Устройство 1» соответственно. Это более уместно, поскольку два устройства всегда работали, начиная с самых ранних спецификаций ATA, как равноправные узлы на кабеле, не имея ни контроля, ни приоритета над другим.

Распространенным мифом является то, что контроллер на приводе устройства 0 принимает на себя управление приводом устройства 1 или что привод устройства 0 может претендовать на приоритет обмена данными над другим устройством на том же интерфейсе ATA. Фактически, драйверы в операционной системе хоста выполняют необходимый арбитраж и сериализацию, а встроенный контроллер каждого диска работает независимо от другого.

Хотя он, возможно, остался в разговорной речи, индустрия ПК не использовала терминологию ATA master / slave в течение многих лет.

Выбор кабеля

Режим привода называется Выбор кабеля был описан как необязательный в ATA-1 и получил довольно широкое распространение в ATA-5 и более поздних версиях. Диск, установленный на «выбор кабеля», автоматически настраивается как Устройство 0 или же Устройство 1в зависимости от положения на кабеле. Выбор кабеля контролируется контактом 28. Хост-адаптер заземляет этот контакт; если устройство видит, что штифт заземлен, он становится Устройство 0 устройство; если он видит, что контакт 28 открыт, устройство становится Устройство 1 устройство.

Этот параметр обычно выбирается установка перемычки на приводе называется "выбор кабеля", обычно обозначается CS, который отделен от Устройство 0/1 параметр.

Обратите внимание, что если два диска настроены как Устройство 0 и Устройство 1 вручную, эта конфигурация не обязательно должна соответствовать их положению на кабеле. Контакт 28 используется только для того, чтобы приводы знали свое положение на кабеле; он не используется хостом при связи с приводами.

При использовании 40-жильного кабеля было очень распространено реализовать выбор кабеля, просто отрезая контакт 28 провода между двумя разъемами устройства; положить Устройство 1 устройство на конце кабеля, а Устройство 0 на среднем разъеме. Это расположение в конечном итоге было стандартизировано в более поздних версиях. Если на 2-дисковом кабеле есть только одно устройство, использующее средний разъем, это приводит к неиспользованному отрезку кабеля, что нежелательно по физическим причинам и по электрическим причинам. Заглушка вызывает отражения сигнала, особенно при более высоких скоростях передачи.

Начиная с 80-проводного кабеля, определенного для использования в ATAPI5 / UDMA4, Устройство 0 устройство подключается к дальнему от хоста конце 18-дюймового (460 мм) кабеля - черному разъему - и подчиненному Устройство 1 идет на средний разъем - серый, а синий разъем - на хост (например, разъем IDE материнской платы или карту IDE). Итак, если есть только один (Устройство 0) на кабеле с двумя приводами, используя черный разъем, нет кабельного шлейфа, вызывающего отражения. Кроме того, теперь в устройство 1 разъем устройства, обычно просто опуская контакт с корпуса разъема.

Сериализованные, перекрывающиеся и поставленные в очередь операции

Протоколы параллельного ATA до ATA-3 требуют, чтобы после того, как команда была дана на интерфейсе ATA, она должна быть завершена до того, как может быть дана любая последующая команда. Операции на устройствах должны быть сериализованы - «с одновременным выполнением только одной операции» - «по отношению к интерфейсу хоста ATA. Полезная ментальная модель состоит в том, что ATA-интерфейс хоста занят первым запросом в течение всего своего времени и, следовательно, не может получить информацию о другом запросе, пока не будет выполнен первый. Функция сериализации запросов к интерфейсу обычно выполняется драйвером устройства в операционной системе хоста.

ATA-4 и последующие версии спецификации включали «перекрывающийся набор функций» и «набор функций в очереди» в качестве дополнительных функций, обеим именованным «Tagged Command Queuing "(TCQ), ссылка на набор функций SCSI, которые версия ATA пытается имитировать. Однако их поддержка в реальных параллельных продуктах ATA и драйверах устройств крайне редка, поскольку эти наборы функций были реализованы таким образом, чтобы поддерживать программную совместимость с его наследием, которое изначально являлось расширением шины ISA. Эта реализация привела к чрезмерной загрузке ЦП, что в значительной степени сводило на нет преимущества организации очереди команд. Напротив, перекрывающиеся операции и операции с очередями были обычным явлением в других шинах хранилища; в частности, SCSI Версия организации очереди команд с тегами не нуждалась в совместимости с API, разработанными для ISA, что позволяло ей достигать высокой производительности с низкими накладными расходами на шинах, которые поддерживали DMA первой стороны, например PCI.Это долгое время считалось основным преимуществом SCSI.

Стандарт Serial ATA поддерживает собственная очередь команд (NCQ) с момента его первого выпуска, но это дополнительная функция как для хост-адаптеров, так и для целевых устройств. Многие устаревшие материнские платы для ПК не поддерживают NCQ, но современные жесткие диски SATA и SATA твердотельные накопители обычно поддерживают NCQ, чего нельзя сказать о съемных дисках (CD / DVD), поскольку набор команд ATAPI, используемый для управления ими, запрещает операции в очереди.

Два устройства на одном кабеле - скорость удара

Существует много споров о том, насколько медленное устройство может повлиять на производительность более быстрого устройства, подключенного к тому же кабелю. Эффект есть, но дебаты запутываются из-за размывания двух совершенно разных причин, называемых здесь «Самая низкая скорость» и «Одна операция за раз».

«Самая низкая скорость»

На ранних адаптерах хоста ATA передача данных обоих устройств может быть ограничена скоростью более медленного устройства, если два устройства с разными скоростными возможностями подключены к одному кабелю.

Для всех современных хост-адаптеров ATA это неверно, поскольку современные хост-адаптеры ATA поддерживают независимая синхронизация устройства. Это позволяет каждому устройству на кабеле передавать данные с максимальной скоростью. Даже с более ранними адаптерами без независимой синхронизации этот эффект применяется только к фазе передачи данных операции чтения или записи.^[35]

«По одной операции за раз»

Это вызвано тем, что в большинстве параллельных продуктов ATA отсутствуют как перекрывающиеся, так и поставленные в очередь наборы функций. Только одно устройство на кабеле может одновременно выполнять операцию чтения или записи; следовательно, быстрое устройство подключено к тому же кабелю, что и медленное. при интенсивном использовании обнаружит, что ему нужно дождаться, пока медленное устройство сначала выполнит свою задачу.

Однако большинство современных устройств будут сообщать об операциях записи как завершенных после того, как данные будут сохранены во встроенной кэш-памяти, прежде чем данные будут записаны в (медленное) магнитное хранилище. Это позволяет отправлять команды на другое устройство по кабелю, уменьшая влияние ограничения «по одной операции за раз».

Влияние этого на производительность системы зависит от приложения. Например, при копировании данных с оптического привода на жесткий диск (например, при установке программного обеспечения) этот эффект, вероятно, не будет иметь значения. Такие работы обязательно ограничиваются скоростью оптического привода, где бы он ни находился. Но если ожидается, что рассматриваемый жесткий диск также будет обеспечивать хорошую пропускную способность для других задач одновременно, он, вероятно, не должен подключаться к тому же кабелю, что и оптический привод.

Пароли и безопасность HDD

Устройства ATA могут поддерживать дополнительную функцию безопасности, которая определена в спецификации ATA и, следовательно, не является специфической для какой-либо марки или устройства. Функцию безопасности можно включать и отключать, отправляя накопителю специальные команды ATA. Если устройство заблокировано, оно откажется от доступа, пока оно не будет разблокировано.

Устройство может иметь два пароля: пароль пользователя и мастер-пароль; любой или оба могут быть установлены. Существует функция идентификатора мастер-пароля, которая, если она поддерживается и используется, может идентифицировать текущий мастер-пароль (без его раскрытия).

Устройство может быть заблокировано в двух режимах: режим повышенной безопасности или режим максимальной безопасности. Бит 8 в слове 128 ответа IDENTIFY показывает, в каком режиме находится диск: 0 = высокий, 1 = максимальный.

В режиме повышенной безопасности устройство может быть разблокировано с помощью пароля пользователя или главного пароля с помощью команды ATA "SECURITY UNLOCK DEVICE". Существует предел попыток, обычно равный 5, после чего диск должен быть выключен и снова выключен или перезагружен, прежде чем можно будет предпринять повторную попытку разблокировки. Также в режиме высокой безопасности команду SECURITY ERASE UNIT можно использовать с пользовательским или главным паролем.

В режиме максимальной безопасности разблокировать устройство можно только с помощью пароля пользователя. Если пароль пользователя недоступен, единственный оставшийся способ вернуть хотя бы голое оборудование в работоспособное состояние - выполнить команду SECURITY ERASE PREPARE, сразу за которой следует SECURITY ERASE UNIT. В режиме максимальной безопасности команда SECURITY ERASE UNIT требует мастер-пароля и полностью стирает все данные на диске. Слово 89 в ответе IDENTIFY указывает, сколько времени займет операция.^[36]

Хотя предполагается, что блокировку ATA невозможно обойти без действительного пароля, существуют предполагаемые обходные пути для разблокировки устройства.^{[нужна цитата ]}

Внешние параллельные устройства ATA

Адаптер PATA-USB. Он установлен на задней панели оптического привода DVD-RW во внешнем корпусе.

Из-за спецификации короткой длины кабеля и проблем с экранированием крайне редко можно найти внешние устройства PATA, которые напрямую используют PATA для подключения к компьютеру. Внешнему подключенному устройству требуется дополнительная длина кабеля, чтобы образовать U-образный изгиб, чтобы внешнее устройство можно было разместить рядом с корпусом компьютера или на нем, а стандартная длина кабеля слишком мала, чтобы это допускать. Для облегчения доступа от материнской платы к устройству разъемы, как правило, располагаются ближе к переднему краю материнских плат для подключения к устройствам, выступающим из передней части корпуса компьютера. Это положение переднего края еще более затрудняет вывод задней части на внешнее устройство. Ленточные кабели плохо экранированы, и стандарт полагается на кабели, которые должны быть проложены внутри экранированного корпуса компьютера, чтобы соответствовать ограничениям на радиочастотное излучение.

Внешние жесткие диски или оптические дисководы, которые имеют внутренний интерфейс PATA, используют некоторые другие интерфейсные технологии для преодоления расстояния между внешним устройством и компьютером. USB - наиболее распространенный внешний интерфейс, за ним следует Firewire. Микросхема моста внутри внешних устройств преобразует интерфейс USB в PATA и обычно поддерживает только одно внешнее устройство без выбора кабеля или ведущего / ведомого устройства.

Интерфейс Compact Flash

Compact flash - это миниатюрный интерфейс ATA, слегка измененный, чтобы также можно было подавать питание на устройство CF.

Компактная вспышка в его IDE режим По сути, это миниатюрный интерфейс ATA, предназначенный для использования на устройствах, использующих флэш-память. Никаких сопрягающих микросхем или схем не требуется, кроме прямой адаптации меньшего гнезда CF к большему разъему ATA. (Хотя большинство CF-карт поддерживают только режим IDE до PIO4, что делает их намного медленнее в режиме IDE, чем их скорость, поддерживаемая CF^[37])

Спецификация разъема ATA не включает контакты для подачи питания на устройство CF, поэтому питание подается в разъем от отдельного источника. Исключение составляют случаи, когда устройство CF подключено к 44-контактной шине ATA, предназначенной для 2,5-дюймовых жестких дисков, обычно используемых в портативных компьютерах, поскольку эта реализация шины должна обеспечивать питание стандартного жесткого диска.

Устройства CF могут быть обозначены как устройства 0 или 1 на интерфейсе ATA, хотя, поскольку большинство устройств CF предлагают только один сокет, нет необходимости предлагать этот выбор конечным пользователям. Хотя МВ может быть с возможностью горячего подключения с дополнительными методами проектирования, по умолчанию при прямом подключении к интерфейсу ATA он не предназначен для горячей замены.

Версии стандартов ATA, скорости передачи и функции

В следующей таблице показаны названия версий стандартов ATA, а также поддерживаемые ими режимы передачи и скорости. Обратите внимание, что скорость передачи для каждого режима (например, 66,7 МБ / с для UDMA4, обычно называемого «Ultra-DMA 66», определяемого ATA-5) дает максимальную теоретическую скорость передачи по кабелю. Это просто два байта, умноженные на эффективную тактовую частоту, и предполагается, что каждый такт используется для передачи данных конечного пользователя. На практике, конечно, накладные расходы протокола уменьшают это значение.

Перегрузка хост-шины, к которой подключен адаптер ATA, также может ограничивать максимальную скорость пакетной передачи. Например, максимальная скорость передачи данных для обычный PCI шина составляет 133 МБ / с, и она распределяется между всеми активными устройствами на шине.

К тому же нет ATA жесткие диски существовали в 2005 году, которые были способны обеспечивать стабильную скорость передачи данных выше 80 МБ / с. Более того, тесты устойчивой скорости передачи не дают реалистичных ожиданий пропускной способности для большинства рабочих нагрузок: они используют нагрузки ввода-вывода, специально разработанные для того, чтобы почти не было задержек из-за времени поиска или задержки вращения. Производительность жесткого диска при большинстве рабочих нагрузок ограничивается, во-первых, и во-вторых этими двумя факторами; скорость передачи в автобусе - далекая треть по важности. Следовательно, ограничения скорости передачи выше 66 МБ / с действительно влияют на производительность только в том случае, если жесткий диск может удовлетворить все запросы ввода-вывода путем чтения из своей внутренней памяти. тайник - очень необычная ситуация, особенно если учесть, что такие данные обычно уже буферизуются операционной системой.

По состоянию на апрель 2010 г.^{[Обновить]}, механические жесткие диски могут передавать данные со скоростью до 157 МБ / с,^[38] что выходит за рамки возможностей спецификации PATA / 133. Высокая производительность твердотельные накопители может передавать данные со скоростью до 308 МБ / с.^[39]

Только режимы Ultra DMA используют CRC для обнаружения ошибок передачи данных между контроллером и приводом. Это 16-битная CRC, и она используется только для блоков данных. При передаче командных блоков и блоков состояния не используются методы быстрой сигнализации, которые потребовали бы CRC. Для сравнения, в Serial ATA 32-битная CRC используется как для команд, так и для данных.^[40]

Функции, представленные с каждой версией ATA

Скорость определенных режимов передачи

Связанные стандарты, функции и предложения

Устройство съемного носителя ATAPI (ARMD)

Устройства ATAPI со съемными носителями, отличными от приводов CD и DVD, классифицируются как ARMD (устройство съемных носителей ATAPI) и могут отображаться как супер-дискета (неразмеченный носитель) или как жесткий диск (разбитый на разделы носитель). Операционная система. Они могут поддерживаться как загрузочные устройства с помощью BIOS, соответствующего требованиям Спецификация BIOS устройства съемного носителя ATAPI,^[45] первоначально разработан Compaq Computer Corporation и Phoenix Technologies. Он определяет положения в BIOS из персональный компьютер позволить компьютеру быть загруженный с таких устройств, как Zip диски, Jaz диски, СуперДиск (LS-120) приводы и аналогичные устройства.

Эти устройства имеют съемные носители, например дисководы для гибких дисков, но мощности более соизмеримы с жесткие диски, и требования к программированию в отличие от них. Из-за ограничений в интерфейсе контроллера гибких дисков большинство этих устройств были ATAPI устройства, подключенные к одному из интерфейсов ATA главного компьютера, аналогично жесткому диску или CD-ROM устройство. Однако существующие стандарты BIOS не поддерживали эти устройства. BIOS, совместимый с ARMD, позволяет загружать эти устройства и использовать их под управлением операционной системы, не требуя кода для конкретного устройства в ОС.

BIOS, реализующий ARMD, позволяет пользователю включать устройства ARMD в порядок поиска загрузки. Обычно устройство ARMD настраивается в порядке загрузки раньше, чем жесткий диск. Аналогично дисководу гибких дисков, если в дисководе ARMD есть загрузочный носитель, BIOS загрузится с него; в противном случае BIOS продолжит поиск, как правило, последним жестким диском.

Есть два варианта ARMD, ARMD-FDD и ARMD-HDD. Первоначально ARMD приводил к тому, что устройства выглядели как своего рода очень большие дисководы для гибких дисков, либо первичное устройство дисковода гибких дисков 00h, либо вторичное устройство 01h. Некоторые операционные системы требовали изменения кода для поддержки гибких дисков с емкостью, намного большей, чем у любого стандартного дисковода гибких дисков. Кроме того, эмуляция стандартного дисковода гибких дисков оказалась неподходящей для некоторых дисководов гибких дисков большой емкости, таких как Диски Iomega Zip. Позже для решения этих проблем был разработан вариант ARMD-HDD, ARMD - «Устройство жесткого диска». В ARMD-HDD устройство ARMD отображается в BIOS и операционной системе как жесткий диск.

ATA через Ethernet

В августе 2004 года Сэм Хопкинс и Брантли Коайл из Coraid указал легкий ATA через Ethernet протокол для передачи команд ATA Ethernet вместо того, чтобы напрямую подключать их к хост-адаптеру PATA. Это позволило повторно использовать установленный блочный протокол в сеть хранения данных (SAN) приложений.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка

• CE-ATA рабочая группа