Составные части ide и их назначение. Что такое SATA

Здравствуйте уважаемые друзья! С Вами Артём Ющенко.

Стандарт SATA1 – имеет скорость передачи до 150мб/c
Стандарт SATA2 – имеет скорость передачи до 300мб/c
Стандарт SATA3 – имеет скорость передачи до 600мб/c
Меня часто спрашивают, почему, когда я тестирую скорость своего диска (а диск, например интерфейс SATA2 и материнская плата имеет порт этого же стандарта), то скорость далека от 300мб/c и, причем не в большую сторону.

На самом деле скорость диска даже стандарта SATA1 не превышает 75Мб/c. Его скорость, как правило, ограничивают механические части. Такие как скорость вращения шпинделя (7200 в минуту для домашних компьютеров), и также количество пластин в диске. Чем их больше, тем больше будут задержки в записи и чтении данных.

Поэтому, по сути, неважно какой интерфейс традиционного жёсткого диска вы используете, скорость не превысит 85 Мб/c.

Однако я не рекомендую использовать в современном компьютеры диски стандарта IDE потому как они уже достаточно медленнее SATA2. Это скажется на производительности записи и чтения данных, а значит, будет дискомфорт в работе с большими объёмами данных.
Недавно появился новый стандарт SATA3, который будет актуален для дисков на основе твердотельной памяти. О них мы ещё с вами поговорим.
Однако ясно одно современные традиционные диски SATA, из за своих механических ограничений ещё даже не выработали стандарт SATA1, а появился уже SATA3. То есть порт то обеспечивает скорость но не диск.
Однако каждый новый стандарт SATA всё же несёт некие доработки, и при больших объёмах информации они дадут о себе знать в хорошем качестве.

Например постоянно дорабатывается функция – Native Command Queuing (NCQ)специальная команда, которая позволяет распараллеливать команды записи чтения, для большей производительности, чем интерфейс SATA1 и IDE похвастать не могут.
Самое примечательно что стандарт SATA, а точнее его версии совместимы друг с другом, что даёт нам денежную экономию. То есть например диск SATA1 можно подключить к материнской плате с разъёмом стандарта SATA2 и SATA3 и наоборот.
Не так давно стал развиваться рынок новых накопителей, так называемых SSD (напомню традиционные жёсткие диски обозначаются как HDD).

SSD – это не что иное как флеш память (не путать с флешками, SSD скоростнее обычных флешек в десятки раз). Эти диски не шумят, мало греются и мало потребляют энергии. Они поддерживают скорость чтения до 270Мб/c и скорость записи до 250-260 Мб/c. Однако они очень дороги. Диск размером 256 Гб может, стоит до 30000 рублей. Однако цены по мере развития рынка флеш памяти будут постепенно падать.
Однако очень приятна перспектива покупки SSD например на 64Гб, ведь он намного быстрее работает чем обычный диск на магнитных пластинах, а значит на него можно установить систему и получить прирост в производительности при загрузке операционной системы и при работе с компьютером. Такой диск стоит порядка 5 – 6 тысяч рублей. Сам задумываюсь о такой покупке.

Вот такие диски полностью раскрывают стандарты SATA2 и новый интерфейс SATA 3 им нужен как воздух, нежели традиционным дискам. В ближайшее пол года диски SSD переберутся на стандарт SATA3 и смогут демонстрировать скорости до 560 мб/c на операциях чтения.
Не так давно мне в руки попал диск стандарта IDE размером 40гб и выпущенным больше 7 и лет назад (не мой, сдавали на ремонт мне) Я протестировал его скоростные характеристики и сравнил их со стандартами SATA1 и SATA2, так как я сам обладаю дисками обоих SATA стандартов.

Замеры проводились с помощь программы Crystal Disk Mark, нескольких версий. Я выяснил, что точность замеров от одной версии программы к другой, практически не зависит. На компьютере установлена 32 битная операционная система Windows 7 Максимальная и процессор Pentium 4 – 3 ГГц. Также тесты были проведены на процессоре уже с двумя ядрами Core 2 Duo E7500 разогнанного до тактовой частоты 3,53 Ггц. (штатная частота 2,93 ГГц). На результаты скорости чтения и записи данных скорость процессора по моим наблюдениям не влияет.

Вот как выглядеть старый добрый диск IDE, диски этого стандарта ещё продаются.

Вот так подключается IDE диск. Широкий шлейф, для передачи данных. Узкий белый – питание.

А вот так выглядит подключение SATA дисков – красные провода передачи данных. И также на фотке виднеется шлейф IDE который подключается к своему разъему.

Результаты скоростей:

Скорость стандарта IDE. Она равна 41 мб для записи и столько же для чтения данных. Далее идут строчки по чтению секторов различного размера в разнооброс.

Скорость чтения и записи SATA1. 50 и 49 мб для скорости чтения и записи соответственно.

Скорость чтения и записи для SATA2. 75 и 74 мб для чтения и записи соответственно.

И ещё на последок покажу результаты тестирования одной из мох флешек на 4 Гб отличнейшей компании Transcend. Для флеш памяти результат неплохой:

Вывод: Интерфейсы SATA1 и SATA2 (занявший первое место по результатам теста) наиболее предпочтительны для использования в настольном домашнем компьютере.

С Уважением Артём Ющенко.

Многим пользователям компьютеров не однократно встречалось слово SATA, но не многие знают, что этого такое. Стоит ли обращать на него внимание при выборе жесткого диска, системной платны или уже готового компьютера? Ведь в характеристиках данных устройств слово SATA сейчас часто упоминается.

Даем определение

SATA это последовательный интерфейс передачи данных между различными накопителями информации, который пришел на смену параллельному интерфейсу АТА.

Начало работ по созданию данного интерфейса было организованно с 2000 года.

В феврале 2000 года, по инициативе компании Intel была создана специальная рабочая группа, в которую вошли лидеры IT технологий тех и теперешних времен: компания Dell, Maxtor, Seagate, APT Technologies, Quantum и много других не менее значимых компаний.

В результате двух годичной совместной работы, первые разъемы SATA появились на системных платах в конце 2002года. Они использовались для передачи данных через сетевые устройства.

А с 2003 года последовательный интерфейс был интегрирован уже во все современные системные платы.

Чтобы визуально ощутить разницу между АТА и SATA посмотрите фото ниже.

Последовательный интерфейс Serial ATA .

Новый интерфейс на программной уровне, совместим со всеми существующими аппаратными устройствами и обеспечиваем более высокую скорость передачи данных.

Как видно из фото выше 7 контактный провод имеет меньшую толщину, что обеспечивает более удобное соединение между собой различных устройств, а также позволяет увеличить количество разъемов Serial ATA на системной плате.

В некоторых моделях материнских плат их количество может достигать аж 6.

Более низкое рабочего напряжение, меньшее количество контактов и микросхем уменьшило тепловыделение устройствами. Поэтому контроллеры портов SATA не перегреваются, а это обеспечивают еще большую надежную передачу данных.

Однако к интерфейсу Serial ATA еще проблематично подключить большинство современных дисководов, поэтому все производили современных системных плат еще не отказались от интерфейса АТА (IDE).

Кабеля и разъемы

Для полноценной передачи данных через интерфейс SATA используются два кабеля.

Один, 7 контактный, непосредственно для передачи данных, и второй, 15 контактный, силовой, для подачи дополнительного напряжения.

При этом, 15 контактный, силовой кабель подключается к блоку питания, через обычный, 4-х контактный разъем выдающий два разных напряжения, 5 и 12 В.

Силовой кабель SATA выдает рабочее напряжение 3,3, 5 и 12 В, при силе тока в 4,5 А.

Ширина кабеля 2, 4 см.

Чтобы обеспечить плавный переход от АТА к SATA, в плане подключения питания, на некоторых моделях жестких дисков еще можно увидеть старые 4-х контактные разъемы.

Но как правило, современные винчестеры уже идут только с 15 контактным новым разъемом.

Кабель передачи данных Serial ATA можно подключать к винчестеру и системной плате даже при включенных последних, что нельзя было сделать в старом интерфейсе АТА.

Это достигается за счет того, что выводы заземления в районе контактов интерфейса сделаны немного длиннее, чем сигнальные и силовые.

Поэтому при подсоединении в первую очередь контактируют провода заземления, и только потом все остальные.

Тоже самое можно сказать и про силовой 15 контактный кабель.

Таблица, силовой разъем Serial ATA .

Конфигурация SATA

Основное отличие конфигурации SATA от АТА это отсутствие специальных переключателей и фишек типа Master/Slave.

А также нет необходимости выбирать место подключения устройства к кабелю, ведь на кабеле АТА два таких места, и устройство, которое подключено в конце кабеля считается в BIOS главным.

Отсутствие настроек Master/Slave не только значительно упрощает аппаратную конфигурацию, но и позволяет более быстро устанавливать операционные системы, к примеру, .

Кстати про BIOS, настройки в нем тоже не займут много времени. Вы там быстро все найдете и настроите.

Скорость передачи данных

Скорость передачи данных это один из важных параметров, для улучшение которого и был разработан интерфейс SATA.

Но этот показатель в данном интерфейсе постоянно увеличивался и сейчас скорость передачи данных может достигать до 1969 Мбайт /с. Многое зависит от поколения интерфейса SATA, а их уже 5.

Первые поколения последовательного интерфейса, версии «0», могли передать до 50 Мбайт/с, но они не прижились, так как сразу же были заменены на SATA 1.0. скорость передачи данных которых уже тогда достигала 150 Мбайт/с.

Время появления серий SATA и их возможности.

Серии :

1.0 – время дебюта 7.01.2003 года – максимальная теоретическая скорость передачи данных 150 Мбайт/с.
2.0 – появлюсь в 2004 году, полностью совместима с версией 1.0, максимальная теоретическая скорость передачи данных 300 Мбайт/с или 3 Гбит/с.
3.0 – время дебюта июль 2008 года, начало выпуска май 2009 года. Теоретическая максимальная скорость 600 Мбайт/с или 6 Гбит/с.
3.1 – время дебюта июль 2011 года, скорость – 600 Мбайт/с или 6 Гбит/с. Более усовершенствованная версия чем в п. 3.
3.2, а также входящая в него спецификация SATA Express – время выхода 2013 год. В данной версии произошло слияние SATA и PCIe устройств. Скорость передачи данных выросла до 1969 Мбайт/с.

В данном интерфейсе передача данных осуществляется на скорости 16 Гбит/с или 1969 Мбайт/с за счет взаимодействия двух линий PCIe Express и SATA.

Интерфейс SATA Express начал внедрятся в чипсетах Intel 9-й серии и в начале 2014 года был мало еще известен.

Если не внедрятся в дебри ИТ технологий, то в двух словах можно сказать так.

Serial ATA Express, это своеобразный переходной мост, который переводит обычный режим передачи сигналов в режиме SATA на более скоростной, который возможен благодаря интерфейсу PCI Express.

eSATA

eSATA используется для подключения внешних устройств, что еще раз подтверждает универсальность интерфейса SATA.

Здесь уже используется более надежный разъемы подключения и порты.

Недостатком является то, что для работы внешнего устройства нужен отдельный специальный кабель.

Но разработчики интерфейса в скором времени решили эту проблему внедрив систему питания сразу в основной кабель в интерфейсе eSATAp.

eSATAp, это доработанный интерфейс eSATA в реализации которого была использована технология USB 2.0. Основное преимущество данного интерфейса, это передача по проводам напряжения 5 и 12 Вольт.

Соответственно встречаются eSATAp 5 V и eSATAp 12 V.

Существуют и другие названия интерфейса, все зависит от производителя. Вы можете встретить аналогичные названия: Power eSATA, Power over eSATA, eSATA USB Hybrid Port (EUHP), eSATApd и SATA/USB Combo.

Как выглядит интерфейс смотрите ниже.

Также для ноутбуков и нетбуков разработан интерфейс Mini eSATAp.

mSATA

mSATA – внедрен с сентября 2009 года. Разработан для использования в ноутбуках, нетбуков и других не больших ПК.

На фото выше, как пример, представлено два диска, один обычный SATA, он внизу. Выше диск с интерфейсом mSATA.

Кому интересно, можете ознакомится с характеристиками mSATA-накопителей.

Такие накопители установлены практически в каждом ультрабуке.

Интерфейс mSATA в обычных компьютерах применяется редко.

Переходник mSATA to Serial ATA Convertor .

Вывод

Из выше сказанного понятно, что интерфейс последовательной передачи данных SATA еще не исчерпал себя полностью.

Со времени создания персональных компьютеров было разработано несколько типов интерфейсов для подключения жестких дисков. Два первых интерфейса – ST-506/412 (фирмы Seagate Technologies) и ESDI (Enhanced Small Device Interface - усовершенствованный интерфейс малых устройств) в настоящее время не используются. Развитие интерфейсов шло по пути объединения контроллера и накопителя на жестких дисках, что позволило повысить скорость обработки данных, плотность размещения данных на носителе и общее быстродействие системы. Поскольку современные интерфейсы используются для обмена данными не только с жесткими дисками, но и другими устройствами внешней памяти (например, оптическими дисководами или накопителями на магнитной ленте) их правильнее называть интерфейсами внешней памяти.

В настоящее время используются два интерфейса внешней памяти: IDE (ATA) и SCSI.

Наиболее распространенным интерфейсом внешней памяти на IBM-совместимых компьютерах является стандарт IDE (IDE расшифровывается как intelligent drive electronics – интеллектуальная электроника устройства или integrated drive electronics – интегрированная электроника устройства). Другое, официальное, название интерфейса – АТА (AT Attachment – подключение к AT), поскольку этот интерфейс впервые был применен в компьютерах серии IBM PC AT.

Стандарты на интерфейс ATA в настоящее время разрабатываются комитетом T13 Международного комитета по стандартам информационных технологий – INCITS (InterNational Committee on Information Technology Standards), в который в основном входят специалисты из фирм, разрабатывающих и производящих устройства внешней памяти (дисководы жестких и оптических дисков). После разработки стандарты утверждаются Американским национальным институтом стандартов – ANSI (American National Standards Institute), под руководством которого функционирует INCITS.

Интерфейс ATA – это интерфейс системного уровня, в котором контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. Стандарт определяет разъемы и кабели для подключения устройств внешней памяти к материнской плате, характеристики сигналов, набор исполнительных регистров, а также команды и протоколы, используемые в устройстве внешней памяти.

Официально принятым в настоящее время стандартом является шестая версия стандарта ATA – ATA/ATAPI-6 (2002 г.) и седьмая версия стандарта ATA – ATA/ATAPI-7 (2004 г.). В конце 2008 г. принят очередной стандарт ATA – ATA/ATAPI-8.

Начиная с версии ATA-4, в спецификацию ATA включена спецификация ATAPI (АТ Attachment Packet Interface – пакетный интерфейс ATA), ранее являвшаяся отдельной спецификацией. Эта спецификация обеспечивает общий интерфейс не только для жестких дисков, но и других устройств: оптических дисководов и стримеров.

В стандартах определены:

· общие требования к устройству ATA;

· регистры ввода-вывода устройства;

· набор команд устройства;

· протоколы обмена данными между устройством и компьютером.

В спецификации определена также технология анализа и вывода мониторинга – SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), что сделало устройства IDE более надежными. Была добавлена также защита с помощью паролей при доступе к устройствам. Кроме того, предусмотрен режим экономии электроэнергии: двигатель жесткого диска сам останавливается при отсутствии обращения к диску в течение временного интервала, определяемого пользователем системы.

В спецификациях АТА предусмотрено несколько режимов быстрого обмена данными с жесткими дисками, которые называются режимами программного ввода/вывода PIO (Programmed Input/Output) со скоростями передачи данных 3,3-20 Мбайт/с. Эти режимы обеспечивают обмен между оперативной памятью и жесткими дисками с участием процессора.

С появлением процессоров Pentium контроллеры АТА обеспечивают функцию Bus Master. В этом режиме процессор указывает контроллеру АТА, откуда он должен взять данные, и в какую область оперативной памяти их поместить. После этого контроллер захватывает управление шиной PCI и выполняет операции ввода-вывода без участия процессора. Этот режим называется режимом прямого доступа в память – DMA (Direct Memory Access). Особенно заметны преимущества режима Bus Master при одновременной работе нескольких приложений.

Контроллер АТА имеет два канала (primary – первичный и secondary – вторичный), к каждому из которых с помощью одного кабеля можно подключить до двух устройств (всего четыре устройства). Чтобы два устройства могли работать на одном кабеле используется режим «хозяин-слуга» («master-slave»). Устройство на первичном канале – «хозяин» разрешает выполнять обмен данными устройству на вторичном канале – «слуге» только в том случае, если «хозяин» не занят обменом данных, поэтому каждый раз, когда устройству, подключенному к вторичному каналу, необходимо выполнить обмен данными, оно обращается за разрешением к устройству на первичном канале. Подключение двух устройств к одному кабелю и, соответственно, к одному порту ввода-вывода называют параллельным ATA (Parallel ATA – P-ATA). В спецификации ATA/ATAPI-7 определен режим Ultra ATA/133, который обеспечивает режим обмена данными до 133 Мбайт/с.

В спецификации ATA определены два типа кабеля: старый, 40-разрядный и новый, 80-разрядный, обеспечивающий более высокую скорость передачи – в режиме Ultra DMA – до 66,67 Мбайт/с (рис 1.3.7а). В старом и новом кабели используются одинаковые 40-контактные разъемы, однако внутренняя разводка проводников в этих кабелях различна. Электронная схема устройства автоматически определяет, какой тип кабеля подключен, и в соответствии с этим определяет максимальную скорость передачи данных.

Для подключения устройств IDE (ATA) к материнской плате используются два вида кабелей: шинный кабель и круглый кабель. Цвета разъемов в кабелях фиксированы: синий разъём предназначен для подключения к материнской плате, чёрный – к устройству на первичном канале, серый – к устройству на вторичном канале (рис. 1.3.7б). Разъем для подключения кабеля IDE (ATA) на материнской плате приведен на рис. 1.3.7в, а разъем для подключения кабеля IDE (ATA) на устройстве – на рис. 1.3.7г.

Рис. 1.3.7. Интерфейс IDE (ATA): а) сравнение 80-разрядного кабеля (сверху) и 40-разрядного кабеля (снизу); б) подключение шинного и круглого кабеля (1 – к вторичному устройству; 2 – к первичному устройству; 3 – к материнской плате или контроллеру)

в) разъем для подключения кабеля на материнской плате;

г) разъем для подключения кабеля на устройстве

В отличие от интерфейса IDE (ATA), в котором данные передаются параллельно, интерфейс последовательного ATA – SATA (Serial ATA) реализует последовательную передачу данных на двух витых парах. Так же, как в шине PCI Express, этот обмен реализуется с помощью метода LDVS.

Первая версия SATA (SATA I) была определена в 2002 г. в спецификации ATA/ATAPI-7 комитета T13.

В этой версии шина SATA работает на частоте 1,5 ГГц. Реальная пропускная способность шины несколько меньше (из-за используемого метода кодирования данных) и составляет 1,2 Гбит/с или 150 Мбайт/с.

В 2003 г. Рабочая группа Serial ATA (Serial ATA Working Group) комитета T13 начала разработку спецификации SATA II, также называемую SATA 2. На основе этой группы в 2004 г. была создана неприбыльная Международная организация по Serial ATA – SATA-IO (Serial ATA International Organization), которая в настоящее время определяет основные направления и концепции развития интерфейса SATA. Последняя редакция спецификации SATA II – спецификация последовательного ATA редакция 2.6 (Serial ATA Revision 2.6 Specification) была выпущена в 2007 г. Эту спецификацию называют также SATA 2.6.

В SATA II за счет увеличения частоты до 3 ГГц была добавлена скорость передачи данных 300 Мбайт/с. Кроме этого, в качестве необязательного компонента в SATA II была добавлена технология аппаратной установки очередности команд – NCQ (Native Command Queuing). Устройства с поддержкой NCQ могут принимать одновременно несколько запросов на обмен данными, в отличие от параллельного ATA и SATA I. Очередность выполнения запросов определяется с учетом минимизации общего времени доступа к данным, что особенно существенно при одновременном выполнении на компьютере нескольких программ. Необязательной возможностью в SATA II является также «горячее» подключение устройств.

В 2009 г. SATA-IO приняло новую спецификацию SATA – спецификацию последовательного ATA редакции 3.0 (Serial ATA Revision 3.0 Specification), называемую также спецификацией SATA III или спецификацией SATA 3.0. В этой спецификации добавлена скорость передачи данных 600 Мбайт/с (при увеличении частоты до 6 ГГц). Помимо этого, в NCQ добавлен режим изохронной передачи для мультимедийных приложений, улучшено управление электропитанием устройств, добавлены два новых разъема для устройств небольших размеров.

Передача данных в SATA выполняется по 7-проводному кабелю (4 провода витых пар, 2 провода заземления на каждую пару и провод общего заземления). Каждое устройство подключается к материнской плате с помощью своего кабеля и разъемов (рис. ????а). Максимальная длина кабеля SATA – 1 м. За форму, похожую на букву L, разъем SATA иногда называют L-разъемом.

Для передачи данных и подведения электропитания используется 22-проводный кабель SATA (7 проводов для данных и 15 – для электропитания) (рис. ????б).

В редакции SATA 2.6 был введен 16-проводной внутренний разъем Micro SATA для жестких дисков малых размеров (рис. ????в) и 13-проводной внутренний разъем Slimline SATA для оптических дисководов малой толщины типа Slim (тонкий) (рис. ????г).

В настоящее время подавляющее большинство моделей дисководов жестких дисков, твердотельных дисков и оптических дисководов в системном корпусе подключаются к компьютеру с использованием интерфейса SATA.

Рис. ?????. Интерфейсы SATA: а) 7-проводной интерфейс SATA: 1 – кабель; 2 – гнездо на материнской плате; 3 – гнездо в устройстве; б) 22-проводной интерфейс SATA:

1 – кабель; 2 – контакты данных; 3 – контакты электропитания; 4 – гнездо в устройстве;

в) 16-проводной штекер Micro SATA: 1 – контакты данных; 2 – контакты электропитания; 3 – гнездо в устройстве; в) 13-проводной штекер Slimline SATA: 1 – контакты данных;

2 – контакты электропитания; 3 – гнездо в устройстве

Для подключения внешних устройств к компьютеру по интерфейсу SATA организация SATA-IO разработала технологию внешнего SATA – eSATA (external SATA).

В eSATA устройства подключаются к компьютеру по шине PCI или PCI Express через карту расширения eSATA (рис. ????а) , содержащую контроллер eSATA и гнезда для подключения внешних устройств (рис. ????б). Кабель eSATA для подключения устройств (рис. ????в) так же, как кабель SATA, имеет 7 проводов с теми же назначениями. В отличие от кабеля SATA, кабель eSATA экранирован и поэтому максимальное значение длины для него составляет 2 м. Разъемы eSATA (I-разъемы) отличаются от L-разъемов SATA как по форме, так и по размеру.

Количество подключаемых внешних устройств определяется количеством разъемов на карте расширения eSATA. Для подключения большего количества устройств можно использовать либо вторую карту расширения, либо концентраторы eSATA (рис. ????г). Пример подключения внешних устройств к компьютеру при использовании технологии eSATA приведен на (рис. ????д).

Разрабатываемая SATA-IO технология xSATA предусматривает увеличение длины кабеля для подключения устройства до 8 м, что позволит создавать сети SATA.

Рис. ?????. Средства подключения устройств по интерфейсу eSATA: а) кабель eSATA;

б) гнездо подключения устройства eSATA; в) карта расширения eSATA для двух устройств с интерфейсом PCI Express: 1 – гнезда для подключения

внешних устройств; 2 – контроллер eSATA; г) концентратор eSATA: 1 – гнезда для подключения устройств; 2 – гнездо электропитания; 3 – гнездо для подключения к компьютеру; д) пример подключения внешних устройств по интерфейсу eSATA (медиаплеера и, через концентратор, устройства внешней памяти, содержащего два жестких диска с интерфейсом eSATA)

Рассмотрим наиболее распространенные интерфейсы периферийных устройств (табл. 4.5).

Таблица 4.5. Интерфейсы внешних устройств

Интерфейс	Модификация	Скорость (Мбайт/с)
PC Floppy Disk Controller		62,5 Кбайт/с

	SATA-150 - SATA-600

	8 бит x 10 МГц
Fast Wide SCSI 2	16 бит х 10 МГц
Ultra Wide SCSI 40	16 бит х 20 МГц
Ultra-2 wide SCSI 80	16 бит х 40 МГц
Ultra-З SCS1160	16 бит х 40 МГц DDR
	16 бит х 80 МГц DDR
	16 бит х 160 МГц DDR
Serial Attached SCSI
Serial Attached SCSI 2	(В разработке)
	1GFC (1,06 ГГц) - 4GFC (4,25 ГГц)

Интерфейс IDE и его разновидности

IDE (Integra?ed Device Electronics) - интерфейс устройств со встроенным контроллером (рис. 4.21, 4.22). При создании этого интерфейса разработчики ориентировались на подключение дискового накопителя. За счет минимального удаления контроллера от диска существенно повышается быстродействие.

Проблема накопитель-компьютер состоит из трех частей. Компьютер должен взаимодействовать с контроллером (и наоборот), контроллер должен оперировать данными и взаимодействовать с дисковым накопителем (и наоборот).

В свое время проблема рассматривалась со всех трех сторон, что заставляло производителей накопителей выполнять всю ра-

Шины EIDE, PCI VL или системная плата ПК

Первичный интерфейс EIDE

Накопитель на МЛ, CD-ROM или НЖМД, совместимый с EIDE совместимый с EIDE

Рис. 4.21. Интерфейс EIDE

Рис. 4.22. Параллельный разъем АТА/1 DE (а , б ); последовательный разъем

АТА (в ); разъемы на плате (г)

боту. Большая часть «интеллекта» для передачи данных между компьютером и дисковым накопителем была сосредоточена на плате контроллера и компьютера, поэтому при установке нового или замене старого накопителя требовалось обеспечить полную совместимость контроллера с новым жестким диском. Контроллеры IDE существенно изменили ситуацию, так как в этом стандарте значительно большую роль стал играть контроллер на плате дисководного накопителя, поэтому фактический интерфейс между накопителем и компьютером стал относительно простым.

Семейство интерфейсов накопителей IDE (Integrated Drive Electronics) пришло на смену интерфейсам ST506 и ESDI, использовавшимся для подключения жестких дисков к соответствующим контроллерам. В IDE впервые введена стандартная шина для обмена с контроллером за счет использования совмещенной с диском специальной электроники для управления диском и этой шиной (отсюда и название интерфейса). Трансляцию логических параметров в физические осуществляет электроника диска. В качестве синонима интерфейса IDE применяется термин АТА (AT Attachment).

Физически интерфейс IDE реализован с помощью плоского 40-жильного кабеля, на котором размещаются разъемы для подключения одного или двух устройств. Общая длина кабеля не должна превышать 45 см, причем расстояние между разъемами должно быть не менее 15 см.

Интерфейс IDE имеет первичный и вторичный каналы, к каждому из которых можно подключить два устройства, т. е. всего их может быть четыре. Это может быть жесткий диск, CD-ROM или переключатель дисков.

Интерфейс IDE поддерживает несколько способов обмена. Сначала основным способом обмена был режим PIO (Programmed Input/Output), при котором обмен данными производился через регистры процессора под его непосредственным управлением. Следствием этого является высокая загрузка процессора при операциях ввода-вывода.

Вторым способом является использование режима прямого доступа к памяти DMA (Direct Memory Access), при котором контроллер интерфейса IDE и контроллер прямого доступа к памяти системной платы пересылают данные между диском и оперативной памятью, не загружая центральный процессор.

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 АТА, АТА-2 и Fast АТА-2), которая обрела затем статус американского стандарта ANSI под названием АТА-2 (рис. 4.23, табл. 4.6). Она содержит ряд нововведений: поддержку IDE-на-копителей 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,

Таблица 4. 6. Разъем параллельного интерфейса АТА

Назначение	Назначение	Назначение	Назначение





		I/O запись
I/O чтение
			Не используется
	GPIO DMA66 Detect
	Chip Select ЗР

Передача данных как передним, так и задним фронтами импульса

Рис. 4.23. Схемы временных диаграмм интерфейсов АТА-2 и АТА-3 (а );

Ultra АТА (б); Ultra АТА/66 {в)

стримеров и т. п.). 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.

В спецификацию интерфейса Enhanced IDE добавлена поддержка режимов РЮ 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 РЮ Mode 3 составляет 11,1 Мбайт/с, а в режимах РЮ 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/АТА 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 дан-

Передача данных передним фронтом импульса

Спецификация
Синонимы		EIDE, Fast АТА, Fast IDE,				Ultra АТА/100
Пропускная способность, Мбай/с
Количество соединений				2 на 1 кабель	2 на 1 кабель	2 на 1 кабель	1 на 1 кабель
Характеристики кабеля	40-контактов	40-контактов	40-контактов	40 контактов	40 контактов, 80-жильный	40 контактов, 80-жильный	7 контактов
Новые свойства		28-битовая адресация логических блоков(LBA)		Интерфейс ATAPI, поддержка CD ROM, стримеров и пр.	80-жильный	48-битовая LBA	SATA 1.0, поддержка длинных логических /физических блоков
Максимальный размер диска	137 Гбайт (128 GiBi)					144 Пбайт (128 РІВІ)
Контроль по CRC
Дата выпуска
Стандарт ANSI

362 Глава 4. Интерфейсы

ных 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.

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

Последовательный интерфейс Serial АТА (SATA). Основные преимущества Serial АТА сравнительно с Parallel АТА (РАТА) включают:

уменьшено количество контактов разъема (до 7 вместо 40) и 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 (известное как SATA/150 или SATA. 1)

появилось на рынке в середине 2002 г. 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 II» («SATA II»), а также SATA 3.0 или SATA/300, продолжая линию АТА/100, АТА/133 и SATA/150.

Сегодня, уважаемые читатели, я бы хотел поговорить с Вами о том, что такое ATA/ATAPI контроллеры, откуда появился интерфейс IDE и что это такое?

Для начала давайте с Вами усвоим необходимый минимум теории. Когда-то очень давно (еще в прошлом тысячелетии:)) фирма «Western Digital» разработала параллельный интерфейс подключения .

Новым и важным в этом было то, что контроллер (управлявший всеми операциями ввода-вывода) был интегрирован в сам привод, а не вынесен в виде отдельной платы расширения, как раньше. Это позволяло:

убыстрить работу устройства
удешевить производство
и упростить схему обмена данными с накопителем

Давайте сразу разберем основные аббревиатуры, чтобы потом не путаться. Сначала интерфейс получил название «IDE » (Integrated Drive Electronics - "Диск со встроенным контроллером"), но проблема заключалась в том, что это было слишком общее определение, под которое могло подойти много чего, имеющего «диск» и «контроллер». В связи с этим был разработан стандарт, который получил название «ATA » (анг. AT Attachment). После появления устройств SATA, это название было изменено на PATA (Parallel ATA).

Многие компьютерщики иногда говорят IDE вместо ATA или - наоборот. В принципе, это - одно и то же, просто правильнее - ATA:)

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 ».

Вот как выглядят разъемы этого образца на материнской плате (два нижних, верхний - флоппи диск):

Данный интерфейс развивался во времени и одним из значимых этапов стал переход от программного ввода-вывода данных (PIO - Programmed input-output) к прямому доступу к памяти (DMA - Direct Memory Access). Что это значит? При использовании программного метода ввода-вывода считыванием данных с диска управлял , что приводило к абсолютно лишней на него нагрузке, так как ЦП приходилось заниматься еще и дисковыми операциями.

В то время пальму первенства держал интерфейс обмена данными, носящий название скази («SCSI » - Small Computer System Interface) . Он выгодно отличался высокой скоростью передачи и применялся в высокопроизводительных серверных платформах. Поэтому режим DMA для устройств IDE стал мощным толчком для дальнейшего развития стандарта.

При прямом доступе к памяти потоком данных управляет уже сам накопитель, считывая данные в память и обратно без участия процессора. Роль последнего сводится лишь к отдаче команд на выполнение того или иного действия. При этом жесткий диск выдает сигнал запроса на операцию прямого доступа к памяти. Если операция доступа данный момент возможна, контроллер дает "добро" и диск начинает выдавать данные, а контроллер считывает их в (без участия CPU).

Вот, к слову, как выглядит плата типичного контроллера, устанавливаемая производителями на свои изделия:

Главный чип здесь - MCU (Microcontroller Unit), он и осуществляет управление всеми операциями ввода-вывода накопителя и контролирует его работу.

Примечание: Операция прямого доступа к памяти возможна только тогда, когда такой режим работы поддерживается одновременно «BIOS», контроллером и операционной системой. Иначе система будет работать используя предыдущий режим программного ввода-вывода (PIO).

Всю хронологию развития и достижений на пути становления ATA интерфейса можно представить в виде следующей сводной таблицы.

Как видите (из второй колонки) 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).

Для сравнения - оба кабеля рядом:

На цвет не обращайте внимания:) Кабель слева имеет 80 жил (проводников), справа - 40. Как мы видим из таблицы, 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. Да и если подумать логически, что там еще может быть, если 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.

Обратите Ваше внимание на колодки обоих кабелей. У них есть "ключ" (пластмассовый «П» образный выступ), который исключает неправильное подключение к разъему. Мало того, у 80-ти жильного кабеля на интерфейсе отсутствует одно из центральных гнезд (на материнских платах тогда начали устанавливать специальный IDE-разъем без центрального контакта), который также выполняет функцию дополнительного "ключа".

Но, - продолжим, чтобы закончить тему о кабелях. При возросших скоростях передачи данных появляется еще одно ограничение - на максимально допустимую длину кабеля. Стандарт ATA всегда устанавливал эту границу в 46 см. В продаже, к примеру, широко распространены кабели от 44-х до 48-ми сантиметров. Встречаются также изделия откровенно превышающие рекомендованный предел и, как Вы понимаете, их использование вряд ли можно рекомендовать.

Чтобы более полно осветить тему добавлю, что бывают еще, так называемые, "круглые" ATA шлейфы.

Выглядят они более благородно, чем свои "плоские" собратья, но, Вы же понимаете, что это снова - не стандарт, а - изделие сторонних производителей, которое должно обеспечивать работу на соответствующих скоростях и соответствовать заявленным характеристикам. Нам надо понимать, что ключевое слово здесь - должно ! :)

На пути своего развития стандарт ATA преодолел много препятствий, которые были заложены именно "в железе". Сначала это было ограничение, связанное с геометрией накопителя. Стандартный PC BIOS поддерживал жестко определенное предельно возможное число головок, секторов и цилиндров из которых состоят жесткие диски (максимально адресуемый размер пространства равнялся тогда 528 мегабайтам).

Это аппаратное ограничение было преодолено введением не физической (как раньше), а логической (условной) адресации, не имеющей уже ничего общего с реальной геометрией накопителя. Появились режимы работы для "больших" дисков «Large» и его преемник - «LBA» (Logical Block Address). Это позволяло адресовать (использовать) уже 8,46 гигабайта дискового пространства.

Со временем, когда объем жестких дисков опять увеличился, было преодолено и это ограничение и планка поднялась до 32-х гигабайт, а затем (с введением 28-ми битного режима адресации) - до невиданного ранее объема в 137 гигабайт! :) Запись 28-ми битного числа, организована методом вписывания его отдельных частей в соответствующие регистры самого диска. Последние спецификации ATA поддерживали уже 48-ми битную адресацию, расширяя возможный предел адресации до 144-х петабайт (1 петабайт - 1024 терабайта).

И тут, казалось бы, когда все ограничения на объем используемых дисков были так героически преодолены выяснилось, что параллельный интерфейс ATA (в том виде, в котором он существует на данный момент) не подходит для дальнейшего развития стандарта. Попытки увеличить его пропускную способность сводятся на нет возникающими вследствие возросших скоростей наводками в кабеле. Укорачивать сам кабель? Тоже не выход из положения.

И вот тут на сцену выходит новый стандарт передачи данных - «SATA » (Serial ATA).

Это - переработанный, и улучшенный вариант предыдущего стандарта. Как Вы помните, АТА - параллельный интерфейс (Parallel), в то время как SATA - последовательный (Serial). В это время и происходит переименование отживающего свое «ATA » в «PATA » (Parallel ATA), однозначно указывая, таким образом, что это - параллельный интерфейс передачи данных.

Несмотря на то, что последовательный способ передачи медленнее, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах. Отпадает необходимость в синхронизации каналов. Также сам интерфейсный кабель гораздо более помехоустойчив (все его 7 жил отдельно экранированы). Это, в свою очередь, дало возможность довести максимальную длину кабеля до одного метра.

В стандарте «SATA» Изменился также сам принцип передачи данных. Он получил название LVDS - низковольтная дифференциальная передача сигналов (англ. low-voltage differential signaling). Повышение скорости передачи и использование самосинхронизирующихся кодов позволяют отправлять больше данных по меньшему количеству проводов, чем в случае параллельной шины.

За время своего существования новая спецификация успела сменить несколько ревизий (поколений), которые характеризуются все увеличивающейся пропускной способностью интерфейса.

SATA-1 150 МБ/с (мегабайт в секунду)
SATA-2 300 МБ/с (мегабайт в секунду)
SATA-3 600 МБ/с (мегабайт в секунду)

Тут надо понять следующее: все эти бешеные скорости это - скорость передачи данных по интерфейсному кабелю (от контроллера, с использованием предварительного кеширования и т.д.). И какая бы большая цифра здесь не была написана, реально нас должна интересовать скорость чтения/записи непосредственно с самих пластин (блинов) жесткого диска. Ведь именно она является узким местом в его быстродействии. Другое дело, что в новых моделях реализованы более совершенные алгоритмы по работе с данными, оптимизирована работа с кеш памятью устройства и т.д.

На данный момент (в стандартных настольных конфигурациях) Вы вряд ли увидите скорость чтения с пластин, превышающую 100-120 мегабайт в секунду. Как видите, эта цифра только сейчас подошла к пределу пропускной способности старого стандарта Ultra ATA 133 (133 мегабайта в секунду). Как мы говорили выше, скорости передачи в SATA достигаются за счет другого, а все эти "300", и "600" мегабайт в секунду (три и шесть гигабит в секунду, соответственно) - работа на перспективу (), а при их чрезмерном выпячивании - бессмысленная реклама, сбивающая с толку неподготовленного пользователя.

О чем это мы? Ах, да! О преимуществах сата: надо также помнить, что каждое SATA устройство располагается на отдельном канале (контроллере), поэтому отпадает необходимость в их конфигурировании с помощью перемычек (джамперов).

Хотя, справедливости ради стоит отметить, что на ранних этапах внедрения нового стандарта на SATA жестких дисках можно было обнаружить джамперы, но они использовались редко и то лишь для принудительного перевода накопителя SATA-2 в режим SATA-1 (для совместимости с первым поколением контроллеров).

Вот так друзья, коротко мы разобрали основные понятия, связанные с интерфейсом ATA/ATAPI. Теперь смело нажимайте на ссылку "следующая", переходим к практической части материала.