Аппаратные интерфейсы ПК

         

Интерфейс АТА/ATAPI (IDE)


Интерфейс ATA (AT Attachment for Disk Drives) разрабатывался в 1986-1990 гг. для подключения накопителей на жестких магнитных дисках к компьютерам IBM PC AT с шиной ISA. Стандарт, выработанный комитетом ХЗТ10, определяет на-

360_______________________________ Глава 9. Интерфейсы устройств хранения

бор регистров устройств и назначение сигналов 40-контактного интерфейсного разъема. Интерфейс появился в результате переноса стандартного (для PC/AT) контроллера жесткого диска ближе к накопителю, то есть создания устройств со встроенным контроллером — IDE (Integrated Drive Electronics). Стандартный контроллер AT позволял подключать до двух накопителей, что в интерфейсе АТА означает параллельное подключение контроллеров двух устройств. В специфика­ции АТА фигурируют следующие компоненты.

¦ Хост-адаптер — средства сопряжения интерфейса АТА с шиной компьютера.

Хостом мы будем называть компьютер с хост-адаптером интерфейса АТА.

Хост-контроллер — более развитый вариант хост-адаптера.

¦     Ведущее устройство (Master) — ПУ, в спецификации АТА официально называемое Device-О (устройство 0).

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

Хост-адаптер и устройства объединяются кабелем-шлейфом, соединяющим па­раллельно одноименные контакты интерфейсных разъемов. Регистры обоих кон­троллеров оказываются расположенными в одних и тех же областях пространства ввода-вывода. Для выбора устройства, исполняющего текущую команду, исполь­зуется бит выбора накопителя (DEV) в регистре номера устройства и головки (drive/head register). Если бит DEV4), выбрано ведущее устройство, если DEV=1 — ведомое. Запись в этот регистр воспринимается сразу обоими устройствами, на обращения к остальным регистрам реагирует только выбранное. Достаточно уни­версальный набор сигналов позволяет подключать любое устройство со встроен­ным контроллером, которому в пространстве портов ввода-вывода достаточно того же набора регистров, способное поддержать режим выбора устройства че­рез вышеупомянутый бит.
Принятая система команд и регистров, являющаяся ча­ стью спецификации АТА, ориентирована на блочный обмен данными с устрой­ствами прямого доступа. Для иных устройств существует спецификация AT API, основанная на тех же аппаратных средствах, но позволяющая обмениваться паке­тами управляющей информации (Package Interface, PI). Структура и наполнение пакетов позаимствованы из универсального интерфейса SCSI. Пакетный интер­фейс позволяет расширить границы применения шины АТА.

Адресация в АТА имеет «дисковые корни»: для накопителей изначально указыва­ли адрес цилиндра (cylinder), головки (head) и сектора (sector) — так называемая трехмерная адресация CHS. Сначала эта адресация точно соответствовала реаль­ной геометрии — физически сектор действительно находился по указанному ад­ресу. Позже по ряду причин диски АТА стали описывать внешней геометрией, отличающейся от реальной внутренней (например, разные зоны треков имеют разное число секторов, причем часть секторов может резервироваться на случай замены дефектных). При этом одно и то же устройство может иметь различную внешнюю геометрию. Преобразование адресов в реальные выполняется встроен­ным контроллером устройства. В системе CHS устройство АТА позволяет адре­совать до 267 386 880 (65 536x16x255) секторов (блоков), что при размере сектора в 512 байт дает 136 902 082 560 байт (около 137 Гбайт). Позже пришли к линейной

9.2. Интерфейс АТА/ATAPI (IDE)_______________________________________ 361



адресации логических блоков LBA (Logical Block Addressing), где адрес блока (сек­тора) определяется 28-битным числом, что позволяет адресовать до 268 435 455 (228) блоков (немного больше, чем в CHS). Для устройств AT А, поддерживающих и CHS, и LBA, режим адресации определяется для каждой команды битом L (бит 6) регистра D/H; режимы могут чередоваться произвольным образом. Устройства ATAPI используют принятую в SCSI 32-битную логическую адресацию, позволя­ющую адресовать до 2 Тбайт (при 512-байтном блоке).



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 «узнают» с помощью предва­рительно установленных конфигурационных джамперов. Если применяется «кабельная выборка» (см. ниже), роль устройства определяется его положением на специальном ленточном кабеле. Оба устройства воспринимают команды от хост-адаптера одновременно. Однако исполнять команду будет лишь выбранное устройство. Выводить выходные сигналы на шину АТА имеет право только выб­ранное устройство. Такая система подразумевает, что, начав операцию обмена с одним из устройств, хост-адаптер не может переключиться на обслуживание друго­го до завершения начатой операции. Параллельно могут работать только устрой­ства IDE, подключаемые к разным шинам (каналам) АТА. Спецификация АТА-4 определяет способ обхода этого ограничения, но эту возможность используют редко.

Для устройств IDE существует несколько разновидностей интерфейса.

¦     АТА, он же AT-BUS, — 16-битный интерфейс подключения к шине компьюте­ра AT. Наиболее распространенный 40-проводный сигнальный и 4-проводный питающий интерфейс для подключения дисковых накопителей к компьютерам AT. Для миниатюрных (2,5" и менее) накопителей используют 44-проводный кабель, по которому передается и питание.

¦     PC Card ATA — 16-битный интерфейс с 68-контактным разъемом PC Card

(PCMCIA) для подключения к блокнотным PC. XT IDE (8 бит), он же XT-BUS, — 40-проводный интерфейс, похожий на АТА, но несовместимый с ним.

¦     MCA IDE (16 бит) — 72-проводный интерфейс, предназначенный специально для шины и накопителей PS/2.

¦     АТА-2 — расширенная спецификация АТА. Включает 2 канала, 4 устройства, PIO Mode 3, Multiword DMA Mode 1, Block mode, объем диска до 8 Гбайт, под­держка LBA и CHS.

¦     Fast АТА-2 разрешает использовать Multiword DMA Mode 2 (13,3 Мбайт/с), PIO Mode 4.



¦     АТА-3 — расширение АТА-2. Включает средства парольной защиты, улучшен­ного управления питанием, самотестирования с предупреждением приближе­ния отказа — SMART ( Self Monitoring Analysis and Report Technology).

¦     ATA/ATAPI-4 — расширение АТА-3, включающее режим Ultra DMA со ско­ростью обмена до 33 Мбайт/с и пакетный интерфейс ATAPI. Появляется под­держка очередей и возможность перекрытия команд.

362___________________________         Глава 9. Интерфейсы устройств хранения

¦     ATA/ATAPI-5 — ревизия ATA/ATAPI-4: удаляются устаревшие команды

и биты, добавляются новые возможности защиты и управления энергопотреб­

лением. Включает режим Ultra DMA со скоростью обмена до 66 Мбайт/с.

¦     ATA/ATAPI-6 — дополнения к ATA/ATAPI-5: потоковое расширение для чте­ния/записи аудио- и видеоданных, управление акустическим шумом, режим Ultra DMA со скоростью обмена до 100 Мбайт/с.

¦     Serial ATA — последовательный интерфейс.

¦     E-IDE (Enhanced IDE) — расширенный интерфейс, введенный фирмой Western Digital. Реализуется в адаптерах для шин PCI и VLB. Позволяет подключать до 4 устройств (к двум каналам), включая CD-ROM и стриммеры (ATAPI). Поддерживает РЮ Mode 3, Multiword DMA Mode 1, объем диска до 8 Гбайт, LBA и CHS. С аппаратной точки зрения практически полностью соответству­ет спецификации АТА-2.

Устройства ATA IDE, E-IDE, АТА-2, Fast АТА-2, АТА-3^ ATA/ATAPI-4, ATA/ ATAPI-5 и ATA/ATAPI-6 электрически совместимы. Степень логической совме­стимости достаточно высока (все базовые возможности АТА доступны). Однако для полного использования всех расширений необходимо соответствие специфи­каций устройств, хост-адаптера и его ПО.

Разработкой спецификаций ATA/ATAPI занимается технический комитет Т13 американского Национального Комитета но стандартизации в области инфор­мационных технологий (NCITS). Разработанные им спецификации оформляют­ся в виде стандартов ANSI.Спецификация ATA/ATAPI-6 объявлена последней версией параллельного интерфейса АТА, за которой следует последовательный интерфейс Serial ATA.


Содержание раздела