Parallel ATA ( PATA ), первоначально AT Attachment , также известный как IDE , представляет собой стандартный интерфейс , разработанный для IBM PC -совместимых компьютеров. Впервые он был разработан Western Digital и Compaq в 1986 году для совместимых жестких дисков и приводов CD или DVD. Соединение используется для таких устройств хранения данных , как жесткие диски , дисководы гибких дисков , приводы оптических дисков и ленточные накопители в компьютерах .
Стандарт поддерживается комитетом X3/ INCITS . [1] Он использует базовые стандарты AT Attachment (ATA) и AT Attachment Packet Interface ( ATAPI ).
Стандарт Parallel ATA является результатом долгой истории постепенного технического развития, которое началось с оригинального интерфейса AT Attachment, разработанного для использования в раннем AT-оборудовании ПК . Сам интерфейс ATA в несколько этапов развился из оригинального интерфейса Integrated Drive Electronics (IDE) компании Western Digital . В результате многие почти синонимы ATA/ATAPI и его предыдущих воплощений до сих пор широко используются неофициально, в частности, Extended IDE (EIDE) и Ultra ATA (UATA). После появления SATA в 2003 году исходный ATA был переименован в Parallel ATA, или сокращенно PATA.
Кабели Parallel ATA имеют максимально допустимую длину 18 дюймов (457 мм). [2] [3] Из-за этого ограничения данная технология обычно представляет собой интерфейс внутреннего хранилища компьютера. На протяжении многих лет ATA предоставлял наиболее распространенный и дешевый интерфейс для этого приложения. В новых системах он в значительной степени заменен SATA.
Первоначально стандарт был задуман как «AT Bus Attachment», официально названный «AT Attachment» и сокращенно «ATA» [4] [5] , поскольку его основной особенностью было прямое подключение к 16-битной шине ISA , представленной в IBM PC . /В . [6] В исходных спецификациях ATA, опубликованных комитетами по стандартизации, используется название «AT Attachment». [7] [8] [9] Буква «AT» в IBM PC/AT означает «Передовая технология», поэтому ATA также называют «Приложением передовой технологии». [10] [4] [11] [12] Когда в 2003 году была представлена новая версия 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 в виде двух физических интерфейсов, встроенных в микросхему южного моста на материнской плате. Называемые «первичным» и «вторичным» интерфейсами ATA, они были назначены базовым адресам 0x1F0 и 0x170 в системах шины ISA . На смену им пришли интерфейсы SATA .
Первая версия того, что сейчас называется интерфейсом ATA/ATAPI, была разработана Western Digital под названием Integrated Drive Electronics (IDE). Вместе с Compaq Computer (первоначальным заказчиком) они работали с различными производителями дисководов над разработкой и поставкой первых продуктов с целью сохранить программное обеспечение, совместимое с существующим интерфейсом жестких дисков IBM PC. [14] Первые такие приводы появились внутри компьютеров Compaq в 1986 году [15] [16] и впервые были предложены отдельно компанией Conner Peripherals под названием CP342 в июне 1987 года. [17]
Термин «интегрированная электроника привода» относится к тому факту, что контроллер привода интегрирован в привод, а не отдельный контроллер, расположенный на другой стороне соединительного кабеля привода. На машинах, совместимых с IBM PC, CP/M или аналогичных, это обычно была карта, установленная на материнской плате . Интерфейсные карты, используемые для подключения параллельного диска ATA, например, к слоту ISA , не являются контроллерами дисков: они являются просто мостами между главной шиной и интерфейсом ATA . Поскольку исходный интерфейс ATA, по сути, представляет собой замаскированную 16-битную шину ISA , мост был особенно простым в случае, когда разъем ATA располагался на интерфейсной карте ISA. Встроенный контроллер представлял диск главному компьютеру как массив блоков по 512 байт с относительно простым командным интерфейсом. Это избавило материнскую плату и интерфейсные карты главного компьютера от необходимости передвигать рычаг головки диска, перемещать рычаг головки внутрь и наружу и т. д., как это приходилось делать с более ранними жесткими дисками ST-506 и ESDI . Все эти низкоуровневые детали механической работы привода теперь обрабатывались контроллером самого привода. Это также устранило необходимость разработки единого контроллера, который мог бы работать со многими различными типами приводов, поскольку контроллер мог быть уникальным для каждого привода. Хосту нужно только запросить определенный сектор или блок для чтения или записи и либо принять данные с диска, либо отправить данные на него.
Интерфейс, используемый этими дисководами, 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 и редко используемая реализация ATA была создана для IBM XT и подобных машин, которые использовали 8-битную версию шины ISA. Его называют «XT-IDE» , «XTA» или «XT Attachment». [20]
В 1994 году, примерно в то же время, когда был принят стандарт ATA-1, Western Digital представила накопители под новым названием Enhanced IDE ( EIDE ). Они включали большинство функций будущей 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), была утверждена в 1996 году. Она включала в себя большинство функций вариантов, специфичных для производителя. [21] [22]
ATA-2 также был первым, кто заметил, что к интерфейсу можно подключать и другие устройства, помимо жестких дисков:
3.1.7 Устройство: Устройство представляет собой периферийное устройство хранения данных. Традиционно устройством с интерфейсом ATA является жесткий диск, но к интерфейсу ATA можно подключить любое запоминающее устройство при условии, что оно соответствует этому стандарту.
— Интерфейс подключения AT с расширениями (ATA-2) , стр. 2 [22]
Как упоминалось в предыдущих разделах, ATA изначально был разработан и работал только с жесткими дисками и устройствами, которые могли их эмулировать. Внедрение ATAPI (пакетного интерфейса ATA) группой под названием Комитет малого форм-фактора (SFF) позволило использовать ATA для множества других устройств, которым требуются функции, выходящие за рамки 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 предусмотрены в протоколе ATA.
Комитет по малому форм-фактору подошел к этой проблеме, определив ATAPI, «пакетный интерфейс ATA». ATAPI на самом деле является протоколом, позволяющим интерфейсу ATA передавать команды и ответы SCSI ; следовательно, все устройства ATAPI фактически «говорят по SCSI», за исключением электрического интерфейса. Фактически, некоторые ранние устройства ATAPI были просто устройствами SCSI с добавленным преобразователем протоколов ATA/ATAPI в SCSI. Команды и ответы SCSI встроены в «пакеты» (отсюда «пакетный интерфейс ATA») для передачи по кабелю ATA. Это позволяет любому классу устройств, для которого определен набор команд SCSI, подключаться через ATA/ATAPI.
Устройства ATAPI также «говорят по ATA», поскольку физический интерфейс и протокол ATA по-прежнему используются для отправки пакетов. С другой стороны, жесткие и твердотельные диски ATA не используют ATAPI.
К устройствам ATAPI относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM , ленточные накопители и дисководы большой емкости, такие как привод Zip и привод SuperDisk .
Команды и ответы SCSI, используемые каждым классом устройств ATAPI (CD-ROM, лента и т. д.), описаны в других документах или спецификациях, специфичных для этих классов устройств, и не входят в компетенцию ATA/ATAPI или комитета T13 . Один часто используемый набор определен в наборе команд MMC SCSI.
ATAPI был принят как часть ATA в INCITS 317-1998, AT Attachment with Packet Interface Extension (ATA/ATAPI-4) . [23] [24] [25]
Стандарт ATA/ATAPI-4 также представил несколько режимов передачи « Ultra DMA ». Первоначально они поддерживали скорости 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 МБ/с.
Ultra ATA, сокращенно UATA, — это обозначение, которое в основном использовалось Western Digital для различных улучшений скорости в соответствии со стандартами ATA/ATAPI. Например, в 2000 году Western Digital опубликовала документ, описывающий «Ultra ATA/100», который улучшил производительность 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 г.).
Термины «интегрированная электроника привода» (IDE), «расширенная IDE» и «EIDE» стали взаимозаменяемыми с ATA (теперь Parallel ATA или PATA).
Кроме того, на рынке имеется несколько поколений накопителей EIDE, совместимых с различными версиями спецификации ATA. Ранний диск «EIDE» мог быть совместим с ATA-2, а более поздний — с ATA-6.
Тем не менее, заказ диска «IDE» или «EIDE» у поставщика комплектующих для компьютеров почти всегда дает диск, который будет работать с большинством интерфейсов Parallel ATA.
Другое распространенное использование — ссылка на версию спецификации по самому быстрому поддерживаемому режиму. Например, ATA-4 поддерживал режимы Ultra DMA от 0 до 2, последний обеспечивал максимальную скорость передачи 33 мегабайта в секунду. Поэтому диски ATA-4 иногда называют дисками «UDMA-33», а иногда дисками «ATA-33». Аналогично, в ATA-6 максимальная скорость передачи данных составляет 100 мегабайт в секунду, а некоторые диски, соответствующие этой версии стандарта, продаются как диски «PATA/100».
Первоначально размер диска ATA сохранялся в BIOS системы x86 с использованием номера типа (от 1 до 45), который предопределял параметры C/H/S [27] , а также часто зону приземления, в которой припаркованы головки диска. пока не используется. Позже стал доступен «определяемый пользователем» формат [27], названный C/H/S или цилиндры, головки, сектора. 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 вообще не определяли внутреннюю физическую структуру диска. . С самого начала и до версии ATA-2 каждый пользователь должен был явно указать размер каждого подключенного диска. Начиная с ATA-2, была реализована команда «идентифицировать диск», которую можно отправить и которая вернет все параметры диска.
Из-за недальновидности производителей материнских плат системный BIOS часто затруднялся искусственными ограничениями размера C/H/S, поскольку производитель предполагал, что определенные значения никогда не превысят определенный числовой максимум.
Первое из этих ограничений BIOS возникло, когда размеры дисков ATA превысили 504 МБ , поскольку некоторые BIOS материнских плат не допускали значений C/H/S выше 1024 цилиндров, 16 головок и 63 секторов. Умноженное на 512 байт на сектор, это составляет 528 482 304 байта, которые, разделенные на 1 048 576 байт на МиБ , равны 504 МиБ (528 МБ ).
Второе из этих ограничений BIOS возникло при 1024 цилиндрах , 256 головках и 63 секторах , а проблема в MS-DOS ограничила количество головок до 255. В сумме это составляет 8 422 686 720 байт (8032,5 МБ ), обычно называемых барьер в 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 обойти с помощью небольшой программы, загружаемой при запуске из загрузочного сектора жесткого диска. Некоторые производители жестких дисков, такие как Western Digital, начали включать эти утилиты отмены в большие жесткие диски, чтобы помочь решить эти проблемы. Однако если компьютер загружался каким-либо другим способом без загрузки специальной утилиты, будут использованы неверные настройки BIOS и диск может оказаться либо недоступен, либо показаться операционной системе поврежденным.
Позже стало доступно расширение дисковых служб BIOS x86 под названием « Enhanced Disk Drive » (EDD), которое позволяет адресовать диски размером до 264 секторов . [28]
В первом интерфейсе накопителя использовался 22-битный режим адресации, в результате чего максимальная емкость накопителя составляла два гигабайта. Позже в первой формализованной спецификации ATA использовался 28-битный режим адресации через LBA28 , позволяющий адресовать 2 28 ( 268 435 456 ) секторов (блоков) по 512 байт каждый, в результате чего максимальная емкость составляла 128 ГиБ (137 ГБ ). . [29]
В ATA-6 введена 48-битная адресация, увеличив предел до 128 ПиБ (144 ПБ ). 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 до SP1 и Windows 2000 до SP3, по умолчанию отключают LBA48 , 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] модифицировали драйверы дисков Windows 98, чтобы добавить неофициальную поддержку 48-битного LBA в Windows 95 OSR2 , Windows 98 , Windows 98 SE и Windows ME .
Некоторые 16- и 32-битные операционные системы, поддерживающие LBA48, могут по-прежнему не поддерживать диски размером более 2 ТиБ из-за использования только 32-битной арифметики; ограничение также применяется ко многим загрузочным секторам .
Parallel ATA (тогда называвшийся просто ATA или IDE) стал основным интерфейсом устройств хранения данных для ПК вскоре после его появления. В некоторых системах были предусмотрены третий и четвертый интерфейс материнской платы, позволяющие подключить к материнской плате до восьми устройств ATA. Часто эти дополнительные разъемы реализовывались в недорогих RAID- контроллерах.
Вскоре после появления Serial ATA (SATA) в 2003 году использование Parallel ATA сократилось. Первые материнские платы со встроенными интерфейсами SATA обычно имели только один разъем PATA (до двух устройств PATA), а также несколько разъемов SATA. Некоторые ПК и ноутбуки той эпохи имели жесткий диск SATA и оптический привод, подключенный к PATA.
По состоянию на 2007 год из некоторых наборов микросхем для ПК , например Intel ICH10, была удалена поддержка PATA. Производители материнских плат, все еще желающие предлагать Parallel ATA с этими наборами микросхем, должны включить дополнительный интерфейсный чип. В более поздних компьютерах интерфейс Parallel ATA используется редко, даже если он присутствует, поскольку на материнской плате обычно имеется четыре или более разъема Serial ATA, а устройства SATA всех типов являются обычным явлением.
После ухода Western Digital с рынка PATA жесткие диски с интерфейсом PATA после декабря 2013 года больше не производились ни для каких целей, кроме специальных приложений. [32]
Кабели Parallel ATA передают данные по 16 бит за раз. В традиционном кабеле используются 40-контактные гнездовые разъемы, прикрепленные к 40- или 80-жильному ленточному кабелю . Каждый кабель имеет два или три разъема, один из которых подключается к хост-адаптеру , взаимодействующему с остальной частью компьютерной системы. Остальные разъемы подключаются к устройствам хранения данных, чаще всего к жестким дискам или оптическим приводам. Каждый разъем имеет 39 физических контактов, расположенных в два ряда (2,54 мм, шаг 1 ⁄ 10 дюйма) с зазором или шпонкой на контакте 20. В более ранних разъемах такого зазора может не быть, поскольку доступны все 40 контактов. Таким образом, более поздние кабели с заполненным зазором несовместимы с более ранними разъемами, хотя более ранние кабели совместимы с более поздними разъемами.
Круглые параллельные кабели ATA (в отличие от ленточных кабелей) в конечном итоге стали доступны « модерам корпусов » по косметическим причинам, а также из-за заявлений об улучшенном охлаждении компьютера , и с ними было легче обращаться; однако спецификациями ATA поддерживаются только ленточные кабели.
В стандарте ATA контакт 20 определен как механический ключ и не используется. Гнездо этого штыря на гнездовом разъеме часто засорено, поэтому контакт 20 необходимо исключить из штыревого кабеля или разъема привода; поэтому невозможно подключить его неправильно.
Однако некоторые флэш- накопители могут использовать контакт 20 в качестве входа VCC_in для питания накопителя без необходимости использования специального кабеля питания; эту функцию можно использовать только в том случае, если оборудование поддерживает такое использование контакта 20. [33]
Контакт 28 серого (ведомого/среднего) разъема 80-жильного кабеля не присоединен ни к одной жиле кабеля. Обычно он подключается к черному (со стороны главного привода) и синему (со стороны материнской платы) разъемам. Это включает функцию выбора кабеля.
Контакт 34 подключен к земле внутри синего разъема 80-жильного кабеля, но не прикреплен к какому-либо проводнику кабеля, что позволяет обнаружить такой кабель. Подключается он обычно к серому и черному разъемам. [34]
44-контактный вариант разъема PATA используется для 2,5-дюймовых накопителей внутри ноутбуков. Контакты расположены ближе друг к другу (шаг 2,0 мм), а размер разъема физически меньше, чем у 40-контактного разъема. Дополнительные контакты несут мощность.
Кабели ATA имели 40 проводников на протяжении большей части своей истории (44 проводника для версии меньшего форм-фактора, используемой для 2,5-дюймовых накопителей, дополнительные четыре для питания), но с появлением режима UDMA/ 66 появилась 80-жильная версия. Все дополнительные проводники в новом кабеле являются заземленными и чередуются с сигнальными проводниками, чтобы уменьшить влияние емкостной связи между соседними сигнальными проводниками, уменьшая перекрестные помехи Емкостная связь представляет собой большую проблему при более высоких скоростях передачи, и это изменение было необходимо Чтобы обеспечить надежную работу скорости передачи данных 66 мегабайт в секунду (МБ/с) UDMA4 . Для более быстрых режимов UDMA5 и UDMA6 также требуются 80-жильные кабели.
Хотя количество проводников увеличено вдвое, количество контактов разъема и распиновка остались такими же, как у 40-жильных кабелей, а внешний вид разъемов идентичен. Внутри разъемы разные; разъемы для 80-жильного кабеля соединяют большее количество заземляющих проводников с заземляющими контактами, а разъемы для 40-жильного кабеля соединяют заземляющие проводники с заземляющими контактами один к одному. 80-жильные кабели обычно поставляются с тремя разъемами разного цвета (синий, черный и серый для контроллера, ведущего и ведомого привода соответственно) в отличие от разъемов 40-жильного кабеля одинакового цвета (обычно все серые). В сером разъеме 80-жильных кабелей контакт 28 CSEL не подключен, что делает его подчиненным положением для приводов, настроенных на выбор кабеля.
На изображении справа показаны разъемы PATA после снятия ограничителя 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 находится вверху справа.
Разъем представляет собой разъем со смещением изоляции : каждый контакт содержит пару точек, которые вместе прокалывают изоляцию ленточного кабеля с такой точностью, что обеспечивают соединение с нужным проводником, не повреждая изоляцию соседних проводников. Центральный ряд контактов подсоединяется к общей шине заземления и крепится к нечетным жилам кабеля. Верхний ряд контактов представляет собой четные гнезда разъема (сопрягающиеся с четными контактами розетки) и прикрепляется к каждому другому четному проводнику кабеля. Нижний ряд контактов представляет собой нечетные гнезда разъема (сопрягающиеся с нечетными контактами розетки) и крепится к остальным четным жилам кабеля.
Обратите внимание на подключения к общей шине заземления разъемов 2 (вверху слева), 19 (центральный нижний ряд), 22, 24, 26, 30 и 40 на всех разъемах. Также обратите внимание (увеличенная деталь, внизу, вид с противоположной стороны разъема), что гнездо 34 синего разъема не контактирует ни с каким проводником, но в отличие от гнезда 34 двух других разъемов оно подключается к общей шине заземления. На сером разъеме обратите внимание, что разъем 28 полностью отсутствует, поэтому контакт 28 привода, подключенного к серому разъему, будет разомкнут. На черном разъеме гнезда 28 и 34 совершенно нормальные, так что к кабелю будут подключены контакты 28 и 34 привода, подключенного к черному разъему. Контакт 28 черного диска достигает контакта 28 главной розетки, но не контакта 28 серого диска, а контакт 34 черного диска достигает контакта 34 серого диска, но не контакта 34 хоста. Вместо этого контакт 34 хоста заземлен.
Стандарт предписывает разъемам иметь цветовую маркировку для облегчения идентификации как установщиком, так и изготовителем кабеля. Все три разъема отличаются друг от друга. Синий (главный) разъем имеет гнездо для контакта 34, подключенное к земле внутри разъема, но не прикрепленное к какому-либо проводнику кабеля. Поскольку старые 40-жильные кабели не заземляют контакт 34, наличие заземляющего соединения указывает на то, что установлен 80-жильный кабель. Проводник для контакта 34 на других типах подключается нормально и не заземляется. Установка кабеля задом наперед (с черным разъемом на системной плате, синим разъемом на удаленном устройстве и серым разъемом на центральном устройстве) заземлит контакт 34 удаленного устройства и подключит контакт 34 хоста к контакту 34 центрального устройства. устройство. Серый центральный разъем не подключается к контакту 28, но обычно подключает контакт 34, тогда как черный концевой разъем обычно соединяет оба контакта 28 и 34.
Если два устройства подключены к одному кабелю, одно из них должно быть обозначено как Устройство 0 (в прошлом обычно обозначалось главным ), а другое — как Устройство 1 (в прошлом обычно обозначалось как подчиненное ). [35] Это различие необходимо для того, чтобы оба привода [примечание 1] могли использовать один и тот же кабель без конфликтов. Диск Device 0 — это диск, который обычно отображается «первым» в BIOS и/или операционной системе компьютера . В большинстве персональных компьютеров диски часто обозначаются как «C:» для устройства 0 и «D:» для устройства 1 , что означает один активный основной раздел на каждом.
Режим, который должно использовать устройство, часто задается установкой перемычки на самом устройстве, которую необходимо вручную установить на Устройство 0 ( Главное ) или Устройство 1 ( Подчиненное ). Если на кабеле имеется одно устройство, его следует настроить как Устройство 0 . Однако некоторые приводы определенных эпох имеют специальную настройку под названием Single для этой конфигурации (в частности, Western Digital). Кроме того, в зависимости от доступного аппаратного и программного обеспечения один диск на кабеле часто будет работать надежно, даже если он настроен как диск устройства 1 (чаще всего это происходит, когда оптический дисковод является единственным устройством на вторичном интерфейсе ATA).
Слова «первичный» и «вторичный» обычно относятся к двум кабелям IDE, каждый из которых может иметь по два диска (первичный главный, основной подчиненный, вторичный ведущий, вторичный подчиненный).
Режим привода, называемый выбором кабеля , был описан как необязательный в ATA-1 и получил довольно широкое распространение в ATA-5 и более поздних версиях. Привод, настроенный на «выбор кабеля», автоматически конфигурируется как Устройство 0 или Устройство 1 в зависимости от его положения на кабеле. Выбор кабеля контролируется контактом 28. Хост-адаптер заземляет этот контакт; если устройство видит, что контакт заземлен, оно становится устройством Device 0 (главным); если он видит, что контакт 28 разомкнут, устройство становится устройством 1 (подчиненным).
Эта настройка обычно выбирается с помощью перемычки на приводе, называемой «выбор кабеля», обычно отмеченной CS , которая отделена от настройки устройства 0/1 .
Обратите внимание: если два привода вручную настроены как Устройство 0 и Устройство 1 , 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 обмене данными с дисками. Другими словами, ручная настройка главного/ведомого с помощью перемычек на приводах имеет приоритет и позволяет свободно размещать их на любом разъеме ленточного кабеля.
При использовании 40-жильного кабеля выбор кабеля обычно осуществлялся путем простого перерезания провода контакта 28 между двумя разъемами устройства; поместив подчиненное устройство 1 на конец кабеля, а ведущее устройство 0 на средний разъем. В конечном итоге это расположение было стандартизировано в более поздних версиях. Однако у него был один недостаток: если на кабеле с двумя приводами имеется только одно ведущее устройство, использующее средний разъем, это приводит к образованию неиспользуемого огрызка кабеля, что нежелательно с точки зрения физического удобства и электрических соображений. Шлейф вызывает отражение сигнала , особенно при более высоких скоростях передачи.
Начиная с 80-жильного кабеля, определенного для использования в ATAPI5/UDMA4, главное устройство 0 подключается к дальнему от хоста концу 18-дюймового (460 мм) кабеля к черному разъему ведомого устройства 1. подключается к серому среднему разъему, а синий разъем идет к хосту (например, разъему IDE материнской платы или карте IDE). Таким образом, если на кабеле с двумя приводами имеется только одно устройство ( Device 0 ), использующее черный разъем, то нет заглушки кабеля, вызывающей отражения (неиспользуемый разъем теперь находится в середине ленты). Кроме того, выбор кабеля теперь реализован в сером среднем разъеме устройства, обычно просто убирая контакт контакта 28 из корпуса разъема.
Параллельные протоколы ATA вплоть до ATA-3 требуют, чтобы после подачи команды на интерфейс ATA она была завершена, прежде чем можно будет подать любую последующую команду. Операции на устройствах должны быть сериализованы — «одновременно выполняется только одна операция» — относительно хост-интерфейса ATA. Полезная мысленная модель состоит в том, что интерфейс ATA хоста занят обработкой первого запроса в течение всего его времени, и поэтому о следующем запросе нельзя получить информацию до тех пор, пока первый не будет завершен. Функцию сериализации запросов к интерфейсу обычно выполняет драйвер устройства в операционной системе хоста.
ATA-4 и последующие версии спецификации включали «перекрывающийся набор функций» и «набор функций с очередью» в качестве дополнительных функций, обе получили название « Очередь тегированных команд » (TCQ), что является ссылкой на набор функций. из SCSI, который пытается эмулировать версия ATA. Однако их поддержка крайне редка в реальных продуктах и драйверах устройств параллельного ATA, поскольку эти наборы функций были реализованы таким образом, чтобы поддерживать совместимость программного обеспечения с его наследием, изначально являвшимся расширением шины ISA. Эта реализация привела к чрезмерной загрузке ЦП, что в значительной степени свело на нет преимущества организации очереди команд. Напротив, в других шинах хранения данных часто встречаются операции с перекрытием и постановкой в очередь; в частности, версия тегированной очереди команд SCSI не нуждалась в совместимости с API, разработанными для ISA, что позволяло ей достигать высокой производительности с низкими накладными расходами на шинах, которые поддерживали основной DMA, такой как PCI. Это уже давно считается основным преимуществом SCSI.
Стандарт Serial ATA поддерживает собственную очередь команд (NCQ) с момента своего первого выпуска, но это дополнительная функция как для хост-адаптеров, так и для целевых устройств. Многие устаревшие материнские платы ПК не поддерживают NCQ, но современные жесткие диски SATA и твердотельные накопители SATA обычно поддерживают NCQ, чего нельзя сказать о съемных дисководах (CD/DVD), поскольку набор команд ATAPI, используемый для управления ими, запрещает операции в очереди. .
Существует много споров о том, насколько медленное устройство может повлиять на производительность более быстрого устройства, подключенного к тому же кабелю. Эффект есть, но дискуссия запутывается из-за размытия двух совершенно разных причин, названных здесь «Самая низкая скорость» и «Одна операция за раз».
В ранних хост-адаптерах ATA передача данных обоих устройств может быть ограничена скоростью более медленного устройства, если два устройства с разными скоростными возможностями подключены к одному и тому же кабелю.
Для всех современных хост-адаптеров ATA это не так, поскольку современные хост-адаптеры ATA поддерживают независимую синхронизацию устройства . Это позволяет каждому устройству по кабелю передавать данные на своей оптимальной скорости. Даже в более ранних адаптерах без независимой синхронизации этот эффект применяется только к фазе передачи данных операции чтения или записи. [36]
Это вызвано отсутствием как перекрывающихся, так и поставленных в очередь наборов функций в большинстве параллельных продуктов ATA. Только одно устройство на кабеле может одновременно выполнять операцию чтения или записи; следовательно, быстрое устройство, подключенное к тому же кабелю, что и медленное устройство при интенсивном использовании, обнаружит, что ему нужно сначала дождаться, пока медленное устройство выполнит свою задачу.
Однако большинство современных устройств сообщают об операциях записи как о завершенных, как только данные сохраняются 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 «одна операция за раз».
Влияние этого на производительность системы зависит от приложения. Например, при копировании данных с оптического привода на жесткий диск (например, во время установки программного обеспечения) этот эффект, вероятно, не будет иметь значения. Такие работы обязательно ограничены скоростью оптического привода, где бы он ни находился. Но если ожидается, что рассматриваемый жесткий диск будет одновременно обеспечивать хорошую пропускную способность для других задач, его, вероятно, не следует подключать к тому же кабелю, что и оптический привод.
Устройства ATA могут поддерживать дополнительную функцию безопасности, которая определена в спецификации ATA и, следовательно, не специфична для какой-либо марки или устройства. Функцию безопасности можно включать и отключать, отправляя на диск специальные команды ATA. Если устройство заблокировано, оно будет отказывать в доступе до тех пор, пока оно не будет разблокировано.
Устройство может иметь два пароля: пароль пользователя и главный пароль; можно установить любой из них или оба. Существует функция идентификатора главного пароля, которая, если она поддерживается и используется, может идентифицировать текущий главный пароль (не раскрывая его).
Устройство можно заблокировать в двух режимах: режим высокой безопасности или режим максимальной безопасности. Бит 8 в слове 128 ответа IDENTIFY показывает, в каком режиме находится диск: 0 = высокий, 1 = максимальный.
В режиме высокого уровня безопасности устройство можно разблокировать с помощью пароля пользователя или главного пароля с помощью команды ATA «SECURITY UNLOCK DEVICE». Существует ограничение на количество попыток, обычно равное 5, после чего диск необходимо выключить и снова включить или выполнить полную перезагрузку, прежде чем можно будет повторить попытку разблокировки. Также в режиме высокого уровня безопасности команду SECURITY ERASE UNIT можно использовать как с паролем пользователя, так и с главным паролем.
В режиме максимальной безопасности устройство можно разблокировать только с помощью пароля пользователя. Если пароль пользователя недоступен, единственный оставшийся способ вернуть хотя бы голое оборудование в работоспособное состояние — это выполнить команду SECURITY ERASE PREPARE, за которой сразу же следует SECURITY ERASE UNIT. В режиме максимальной безопасности для команды SECURITY ERASE UNIT требуется главный пароль, и она полностью сотрет все данные на диске. Слово 89 в ответе IDENTIFY указывает, сколько времени займет операция. [37]
Несмотря на то, что блокировку ATA невозможно обойти без действующего пароля, существуют предполагаемые обходные пути для разблокировки устройства. [ нужна цитата ]
Для очистки целых дисков эффективна встроенная команда Secure Erase, если она реализована правильно. [38] Сообщалось о нескольких случаях, когда не удалось удалить некоторые или все данные.[39] [40] [38]
Из-за небольшой длины кабеля и проблем с экранированием крайне редко можно найти внешние устройства PATA, которые напрямую используют PATA для подключения к компьютеру. Устройству, подключенному снаружи, требуется дополнительная длина кабеля для образования U-образного изгиба, чтобы внешнее устройство можно было разместить рядом или сверху корпуса компьютера, а стандартная длина кабеля слишком коротка, чтобы это позволить. Для облегчения доступа от материнской платы к устройству разъемы обычно располагаются ближе к переднему краю материнской платы, для подключения к устройствам, выступающим из передней части корпуса компьютера. Такое положение переднего края еще больше затрудняет выдвижение задней части к внешнему устройству. Ленточные кабели плохо экранированы, и стандарт предполагает, что кабели должны быть установлены внутри экранированного корпуса компьютера, чтобы соответствовать ограничениям по радиочастотному излучению.
Внешние жесткие диски или оптические диски, имеющие внутренний интерфейс PATA, используют другую технологию интерфейса для сокращения расстояния между внешним устройством и компьютером. USB является наиболее распространенным внешним интерфейсом, за ним следует Firewire. Чип моста внутри внешних устройств преобразует интерфейс USB в PATA и обычно поддерживает только одно внешнее устройство без выбора кабеля или главного/подчиненного.
Compact Flash в режиме IDE представляет собой, по сути, миниатюрный интерфейс ATA, предназначенный для использования на устройствах, использующих флэш-память. Никаких интерфейсных микросхем или схем не требуется, кроме как напрямую подключить меньший разъем CF к большему разъему ATA. (Хотя большинство карт CF поддерживают только режим IDE до PIO4, что делает их намного медленнее в режиме IDE, чем их скорость, поддерживающая CF [41] ).
В спецификации разъема ATA отсутствуют контакты для подачи питания на устройство CF, поэтому питание в разъем подается от отдельного источника. Исключением является случай, когда устройство CF подключено к 44-контактной шине ATA, предназначенной для 2,5-дюймовых жестких дисков, обычно встречающихся в ноутбуках, поскольку эта реализация шины должна обеспечивать питание стандартного жесткого диска.
Устройства CF могут быть обозначены как устройства 0 или 1 на интерфейсе ATA, однако, поскольку большинство устройств CF имеют только один разъем, нет необходимости предлагать этот выбор конечным пользователям. Хотя CF может иметь возможность горячего подключения с помощью дополнительных методов проектирования, по умолчанию при подключении непосредственно к интерфейсу ATA он не предназначен для горячего подключения.
В следующей таблице показаны названия версий стандартов ATA, а также режимы передачи и скорости, поддерживаемые каждым из них. 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 тактовый цикл используется для передачи данных конечного пользователя. На практике, конечно, издержки протокола уменьшают это значение.
Перегрузка главной шины, к которой подключен адаптер ATA, также может ограничивать максимальную скорость пакетной передачи. Например, максимальная скорость передачи данных для обычной шины PCI составляет 133 МБ/с, и она распределяется между всеми активными устройствами на шине.
Кроме того, в 2005 году не существовало жестких дисков ATA , способных обеспечить устойчивую скорость передачи данных выше 80 МБ/с. Кроме того, тесты устойчивой скорости передачи данных не дают реалистичных ожиданий пропускной способности для большинства рабочих нагрузок: они используют нагрузки ввода-вывода, специально разработанные для того, чтобы почти не возникало 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 пересадки в автобусе занимает третье место по значимости. Поэтому ограничения скорости передачи выше 66 МБ/с действительно влияют на производительность только тогда, когда жесткий диск может удовлетворить все запросы ввода-вывода путем чтения из своего внутреннего кэша — очень необычная ситуация, особенно если учесть, что такие данные обычно уже буферизуются операционной системой. .
По состоянию на июль 2021 года [обновлять]механические жесткие диски могут передавать данные со скоростью до 524 МБ/с, [42] что значительно превышает возможности спецификации PATA/133. Высокопроизводительные твердотельные накопители могут передавать данные со скоростью до 7000–7500 МБ/с. [43]
Только режимы Ultra DMA используют CRC для обнаружения ошибок при передаче данных между контроллером и приводом. Это 16-битная CRC, которая используется только для блоков данных. Передача блоков команд и состояния не использует методы быстрой сигнализации, которые требуют CRC. Для сравнения, в Serial ATA 32-битная CRC используется как для команд, так и для данных. [44]
Устройства ATAPI со съемными носителями, кроме приводов CD и DVD, классифицируются как ARMD (устройство съемных носителей ATAPI) и могут отображаться в операционной системе как супердискета (неразделенный носитель) или жесткий диск (разделенный носитель). . Они могут поддерживаться как загрузочные устройства с помощью BIOS, соответствующего спецификации BIOS для устройств со съемными носителями ATAPI , [49], первоначально разработанной Compaq Computer Corporation и Phoenix Technologies . Он определяет положения в BIOS персонального компьютера , позволяющие загружать компьютер с таких устройств, как диски Zip , диски Jaz , диски SuperDisk (LS-120) и подобные устройства.
Эти устройства имеют съемные носители, такие как дисководы для гибких дисков , но их емкость больше соответствует жестким дискам , а требования к программированию отличаются от них. Из-за ограничений интерфейса контроллера гибких дисков большинство этих устройств были устройствами ATAPI , подключенными к одному из интерфейсов ATA главного компьютера, аналогично жесткому диску или устройству CD-ROM . Однако существующие стандарты BIOS не поддерживали эти устройства. ARMD-совместимый BIOS позволяет загружать эти устройства и использовать их в операционной системе, не требуя в ОС специального кода для конкретного устройства.
BIOS, реализующий ARMD, позволяет пользователю включать устройства ARMD в порядок поиска при загрузке. Обычно устройство ARMD настраивается раньше в порядке загрузки, чем жесткий диск. Как и в случае с дисководом гибких дисков, если в дисководе ARMD присутствует загрузочный носитель, BIOS будет загружаться с него; в противном случае BIOS продолжит поиск в порядке, обычно жесткий диск будет последним.
Существует два варианта ARMD: ARMD-FDD и ARMD-HDD. Первоначально ARMD заставлял устройства выглядеть как своего рода очень большой дисковод: либо основной дисковод 00h, либо вторичное устройство 01h. Некоторым операционным системам требовались изменения кода для поддержки дискет с емкостью, намного большей, чем у любого стандартного флоппи-дисковода. Кроме того, стандартная эмуляция дисководов для гибких дисков оказалась непригодной для некоторых дисководов для гибких дисков большой емкости, таких как приводы Iomega Zip . Позже для решения этих проблем был разработан вариант ARMD-HDD, ARMD-«Жесткий диск». В разделе ARMD-HDD устройство ARMD отображается в BIOS и операционной системе как жесткий диск.
В августе 2004 года Сэм Хопкинс и Брантли Койл из Coraid разработали облегченный протокол ATA over Ethernet для передачи команд ATA через Ethernet вместо прямого подключения их к хост-адаптеру PATA. Это позволило повторно использовать установленный блочный протокол в приложениях сети хранения данных (SAN).
Встроенные контроллеры дисков IDE настроены так, чтобы они отображались на компьютере как стандартные диски ST506 во внутреннем интерфейсе ПК.
{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\atapi\Parameters\EnableBigLba = 1.