КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Serial ATA




ATA интерфейс

Автобус ATA, получи "втори вятър" чрез засилено ATAPI, имащ "родство" с SCSI. Тук ще научите за новите функции, предлагани в стандартните ATA / ATAPI-4 - режими Ultra DMA, команда опашки и някои други нововъведения.

AT Attachment за дискове - - разработен в 1986-1990 ATA интерфейс. като средство за свързване на твърди дискове в компютъра IBM / AT компютри автобус ISA-Bus. Този стандарт, разработен от X3T10 комитет, определя набор от регистри и присвояване сигнал интерфейс конектор 40-пинов. Интерфейсът е резултат от контролера на твърдия диск, за да прехвърли по-близо до устройството, т.е. създаването на устройства с вграден контролер - IDE (Integrated Device Electronic). В действителност, на стандарта за PC / AT твърдия диск контролера е преместен в борда задвижващи електроника, като се поддържа нейния регистър модел. В същото време се удължи връзката с устройството от системната шина, която е пряко изход за дълго лента кабел, разбира се, е непрактично. Това въздействие ще бъде върху постижима скорост на автобуса, и надеждността, и цената на такова решение. Решението е просто: всички автобусни сигнали ISA са избрали минимален набор от сигнали, някои от които са буферирани на малка платка, инсталирана в гнездото, а някои изпратено директно до новия конектор интерфейс лентов кабел. От система автобусни сигнали, необходими са, както следва:

шина за данни - се използва напълно.

Автобусни адреси - 3 LSB идва на интерфейса, и високо, за бита AEN сигнал да премине през генериращи декодер сигнали CS0 подбора на # устройство и CS1 #.

Контрол Bus - използва, за да четат и пишат на пристанища и хардуерно нулиране сигнали, заявка за прекъсване, чифт канални сигнали DMA, даде възможност на сигнали и контрол на предаването на цифри.

Тъй като стандартен контролер твърди дискове AT ви позволява да свържете до две устройства, тази функция, включена в новия интерфейс. Но сега ситуацията се е променила: две устройства стават означават и два контролера. Те безопасно свързан към същия интерфейс автобуса, и започва да се използва, за да изберете устройството (сега, в действителност, за да изберете контролера), за да се гарантира, софтуерни бита съвместимост изберете устройството (на DEV) в регистъра на номера на главата и номера на устройства. За да си взаимодействат няколко устройства в автобуса са въведени няколко допълнителни сигнали. Така че е имало ATA интерфейс за свързване на IDE устройства към шината ISA. По-късно той започва да се свързва и с местните автобуси, но на снимачната площадка на ATA интерфейс и комуникационни протоколи сигналите цяло запазен. От снимачната площадка на сигнали се приема като достатъчно универсална, тя ви позволява да свържете по принцип всяко устройство с вграден контролер, който в пространството на I / O портове е достатъчен един и същ набор от регистри, което е в състояние да подкрепи приемането на споменатата по-горе режим на устройството чрез малко на избор. Приетата система от команди и регистри, което е част от спецификацията ATA, който се фокусира върху използването на блокове на обмен на данни с преки устройства за достъп. За други устройства там ATAPI спецификация, базирани на същия хардуер, но позволява на пакети за обмен на информация за управление (PI - Пакет Interface). Партида интерфейс ви позволява да разширят границите на прилагането на ATA автобус.
Посрещане на данни в ATA също има "корен диск": за тези дискове първоначално посочения адрес цилиндър (цил), главата (Head) и сектор (Sector) - така наречения триизмерен адресиране CHS. По-късно, по някаква причина ние започнахме да се разграничат физическото (реално за съхранение) и логически (в което устройството комуникира с програмата) адресиране CHS. В този случай едно и също устройство може да има различни версии на логическата геометрията (но, разбира се, C * H * S LOG <= C * H * S NAT). Преобразуване между логически и физически адресиране се извършва контролер интегрирано устройство. По-късно стигнахме до линейни адресиране логическа блок LBA (Logical адресиране на блокове), където адрес блок (за дискове - сектор) се определя от броя на 28-битов.
Спецификацията на ATA появяват следните компоненти:
Водещ Adapter - ATA интерфейс означава взаимодействие с системната шина (в най-простия случай - набор от буферни схеми между автобусите на ISA и ATA). Водещ компютър ще бъдат призовани да ATA интерфейс домакин адаптер.
Кабелна Един кабел с две или три 40-пинов-до IDC конектори (фиг. 8.9). Стандартните кабелни конектори всички контакти с едно и също име са свързани помежду си.
майстор устройство (магистър) - периферни устройства, ATA спецификация е официално наречен Device-0 (0-устройство).
Slave (Slave) - периферното устройство, спецификацията е официално наречен Device-1 (единица 1).
Ако автобусът ATA е свързан с едно устройство, то трябва да бъде господар. Ако двете устройства са свързани, човек трябва да бъде господар, а другият - роб. Всички други варианти за неефективни устройства предназначение (ако "хитър" хост адаптера не поеме някои функции на главното устройство). За неговата роля (главен или подчинен) устройства обикновено "знаят" с конфигурация джъмпери предварително зададени. В редки случаи, когато се прилага "Кабелни снимки", които ще бъдат обсъдени по-долу, за ролята на устройството се определя от положението му на специален кабел цикъл.
Двете свързани устройства приема команди от адаптора на гостоприемник в същото време. Въпреки това, командата ще изпълни само избраното устройство. Ако малко DEV = 0, 0 е избран устройство, ако бита DEV = 1-1 устройство. Изходните сигнали в автобуса ATA има право да се показва само на избраното устройство. Такава система за подбор устройство означава, че обменът започна работа с едно от устройствата, адаптерът домакин не могат да преминат към услугите на друго устройство от същия ATA автобус до приключване на обмена започна операция. В същото време само IDE устройства могат да са свързани с различни автобуси (канали) АТА. АТА-4 спецификация определя способността да заобиколят това ограничение, както ще бъде дискутирано по-късно.
Операцията се извършва и посоката на обмена на данни между адаптера за устройство и домакин се определя от предварително записани команда. Един от основните компоненти на устройството е буферна памет. Неговото присъствие позволява на обменния курс на данни, предложената адаптера домакин (разбира се, в рамките на възможностите на устройството), без оглед на степента на вътрешно прехвърляне на данни между превозвача и буферната памет на периферното устройство.
Има няколко вида интерфейс за свързване на IDE устройства:



ATA (AT Attachment), известен също като AT-BUS - 16-битов интерфейс към компютъра AT автобус. В момента, най-често срещаният 40-тел сигнал или 4-тел интерфейс за свързване на твърдите дискове за доставка на компютри AT-висока класа. За миниатюрен (2.5 "и се предава и мощност.

PC Card ATA - 16-битов интерфейс с 68-пинов PC Card (PCMCIA), за да се свържете с компютър таблетка.

XT IDE (8 бита), известен също като XT-BUS - 40-тел интерфейс, подобен на АТА, но са несъвместими с него.

MCA IDE (16-битова) - 72-тел интерфейс, проектиран специално за автобус и PS / 2 дискове. Както компютри и PS / 2, поне в нашата страна устройство с този интерфейс са редки.

ATA-2 - разширена спецификация ATA, включва 2-канален, 4 устройства, PIO Mode 3, многословни DMA режим 1, Блок режим, капацитетът задвижване на до 8GB, подкрепата на LBA и CHS.

Бързо АТА-2 позволява използването на ция от множество думи DMA Режим 2 (13.3 MB / S), PIO режим 4.

АТА-3 - разширяване на АТА-2. Тя включва пароли средства за защита, подобряване на управлението на захранването, предупредителни самодиагностика приближава недостатъчност - SMART (Анализ Self доклад за мониторинг и технологии).

ATA / ATAPI-ATAPI-4 - разширение на ATA-3, включително Ultra режим DMA с скорост на данните до 33 MB / сек и интерфейс пакет ATAPI.

E-IDE (Enhanced IDE) - напреднал интерфейс, въведена от Western Digital. Изпълнено в адаптери за PCI и VLB автобуса, който ви позволява да свържете до 4 устройства (два канала), включително CD-ROM и лентови устройства (ATAPI). Поддържа PIO Mode 3, многословни DMA режим 1, капацитетът задвижване на до 8GB, на LBA и CHS. От гледна точка на хардуер оглед е почти напълно съответства на спецификациите на ATA-2.

ATA IDE устройства, E-IDE, ATA-2, Fast ATA-2, ATA-3 и ATA / ATAPI-4 съвместим с електричество, степента на логическа съвместимост е достатъчно висока (всички основни функции на разположение ATA). Въпреки това, за да се възползват напълно от всички разширения, трябва да отговарят на спецификациите на устройствата, адаптер домакин и неговия софтуер. В момента най-широко разпространена и добре стандартизиран интерфейс, официално наречен ATA-2, които по принцип ще бъде обсъден.
Всички сигнали, информация интерфейс се предават през 40-пинов конектор, който е липсващата ключа на щепсела и на гнездовия контакт е затворен ya20. За да се свържете спецификацията на устройството изисква използването на плосък многожилен кабел, който не трябва да надвишава дължината на 0,46 м (18 "), допустимия капацитет на проводник е не повече от 35 PF. Специални терминатори не са предвидени стандарт (те са на разположение на всеки уред и хост адаптер), но ако кабел с три конектора (подложки) се използва за свързване на едно устройство, а след това и в адаптера на домакина се препоръчва да се свържете към противоположните краища на кабела. за стабилността на работата в режим UltraDMA с висока скорост на обмен се препоръчва използването на монтаж 40-пинов конектор и кабел 80-тел предоставяне на променлив сигнал и надземни проводници на веригата.
Всяко устройство има стандартен ATA набор от регистри адресируеми чрез сигнали от адаптера за домакин. Припомнете си, че тези регистри, както и системата за командване, фокусирани върху свързването на дискове, който определя тяхната специфика. регистърът, се състои от два блока: блок от командните регистри, използвани за изпращане на команди към устройството, и предаване на информация за състоянието, за контрол на мощността регистри, използвани за контрол на устройството и получаването му статус байт.
SR The регистър статус отразява текущото състояние на устройството по време на изпълнението на команди. Четене регистъра на състоянието позволява допълнително да го модифицира малко и нулира поискат хардуерно прекъсване. Alternate регистър статут като има същите бита като оригинала, но това четене не води до някакви промени в състоянието на устройството.
Назначаване CR инструкция регистър е видно от заглавието. Устройството започва да се изпълни командата, веднага след като кодът ще бъде вписана в регистъра. брой регистри цилиндър (CH-стари и по-млади байт CL), и броя на сектор SN имат двойно предназначение, в зависимост от избрания адресиране система (CHS или LBA). Те се инициализира чрез адаптера за домакин, и ако възникне грешка по време на работа на устройството ще ги поставя в адреса, на който е станала грешка. Регистрационен номер на устройството и главата D / H в допълнение към съхраняването на информацията на адрес се използва, за да изберете устройството, 0 или устройство 1 и метода за решаване на LBA или CHS.
След включване на захранването, нулиране, или да извършва диагностика устройство команда регистър блок съдържа подпис, който определя нейния вид (ATA или ATAPI)
регистрирате Data DR се използва като 8-битова или 16-битова версия, в зависимост от вида на предаваните данни в текущата команда. CR регистър контролно устройство се използва за нулиране на управлението на софтуер и резолюцията на заявката за прекъсване. регистър ER грешка съхранява състоянието на последната операция или диагностичен код. Feature регистрирате FR (по-подходящо заглавие еквивалент Удобства Регистрирайте не може да бъде намерен) се използва в зависимост от командата. В настроите функциите команда чрез нея се дава подкоманда код. SC сектор брояч регистър съдържа броя на секторите, участващи в обмена.


система Team

ATA стандарт определя набор инструкции ориентирана, отново, на магнитен диск. За сделки, свързани с обмена на данни, има команди, които използват електронен обмен на данни с PIO или DMA канал. Режими на PIO и DMA, включително Ultra DMA, програмиран за специалните екипи единици.
Неговите основни цели ATA устройства реализирани с помощта на командата за четене и запис на данни, минималната адресируема единица е секторът на 512 байта.
сектор чете команди предполагат последователни сектори. Екипи са чели версия с или без тях повтаря. В първия случай, ако секторът е открита при четене фатална грешка, устройството автоматично прави няколко опита да прочетете отново. Прочетете команда в режим на прехвърляне на блок е различна от обичайните (с обмена PIO), които прекъсват искания не са генерирани за всеки сектор, и на секторите на блока. Блок режим чрез намаляване на броя на прекъсванията, които трябва да бъдат обслужвани от процесора, в система за многозадачност ви позволява да се увеличи обмена на диск производителност дори и при 30%. От блок размер зависи от изпълнението на борсата, но размерът на стойността, която е оптимална за устройството не може да се сравнява стойността оптимално за операционната система. В система за еднократна задачи от режим забележителен блок няма да бъде, тъй като не може да се използва прекъсва. В "дълъг" четене гласи сектор данни, заедно с байтове за контрол и също има версия с и без повторения. Когато тя се нарича SC регистър трябва да посоча да поиска само един сектор. Проверка Command повтаря с и без разлика от обичайните четене не се предават данни от устройството. В случай на непоправима грешка на адрес лош сектор показва съдържанието на блока на командните регистри. пишат команди работят по подобен симетрична ги чете команди и също има версия с или без повторения. запис на отбора с проверка за всеки сектор след средата за запис се извършва контрол четене. За да се инициализира логично (или изчистване на полето) диск разполага с екип повтарящ се запис, който позволява на съдържанието на 512-байт, получен от хост, написани на групата от сектори.
четат и пишат буферни команди се използват за обмен на информация в режим PIO с 512-байт устройство буфер памет (не медийния сектор).
песен формат команда от входа параметри, специфични за всяко устройство, и употребата му не се препоръчва в целевата система. Мнозина я отхвърля като невалиден устройство. Тъй като командата формат е традиционно се фокусира върху една песен, форматиране на дискове ATA режим превод на геометрията, в която физическата организация не е същата логика, не е възможно: екипът подадена посочва логическата пистата (цилиндъра и номер на главата) ще се класират за създаването на сектори, разположени в или няколко песни (и), не всички сектори на пистата. В дискове с зонирана формат за запис на форматиране логично песен ще "покрие" променлив брой индивиди.
Когато екипът на търсене, устройството поставя на главата на даден цилиндър, песен и прочита идентификатора на сектора. Прекалибровка команда кара устройството да се намери нула цилиндър. Тази команда обикновено се използва при работа с грешки: често след такъв "разклащане" грешката няма да се повтори.
За задвижвания с преносим носител в ATA-2 са предназначени за товарене и разтоварване на отбора, което потвърждава промяната носител, заключване и отключване врати, изпълнението им е специфична за всеки модел устройство. Най-ATA-4 набор от команди се намалява, там може да работи на уведомление промяна механизъм медии Removable Media Уведомление Статус.
За съхранение на флаш памет в АТА-4 въведена специална група от команди. Спецификата на тези устройства е да се извърши операция за запис флаш памет осигурява само предварителен запис изтрита клетка (сектор), въпреки че има устройства автоматично изпълняващи изтриване на записа. експлоатация на устройството за запис се извършва много по-бавно, отколкото четенето, скоростта на който се намира близо до скоростта на куп. Операцията за изтриване отнема повече време. От интерес е състоянието на сектора и информация: износени или не, как е направено много пъти запис (този номер, въпреки че голяма, е ограничена).
Системата за командване има средства за идентификация и контрол на устройства свойства. идентификация команда може да се чете от устройството за контролер 256 думи, които описват устройството АТА. Блок параметри могат да се съхраняват в енерго-запаметяващи устройства, и на медиите извън обсега на обикновените разговори. Командата за настройка задава режим на превод на логиката на геометрията в системата CHS. Ако исканата режим на превод устройство не може да поддържа, че ще издаде състояние на грешка "команда отхвърли" (старата спецификация ATA не ясно да опише ситуацията, и някои системи не откриват неуспеха при изпълнението на екипа). При поискване неподдържан режим, предаването на устройства блокира достъпа до средата за съхранение на искане поддържа от режим на излъчване. Устройството трябва да поддържа режим, както е описано в неговата параметър блок.

зададените свойства команда няколко подкомандите pozvrolyayuschih контролирани режим обмен, кеширане параметри на режима на пестене на енергия и т.н.
диагностичен екип, за разлика от останалите винаги преодоляване на нула устройство се извършва едновременно от двете. За резултат от неговата единица-1 Отчетените не хост контролер и устройство-0. В това състояние, и двете устройства се определят от кода за диагностика, който след това се чете от регистър грешка единица нула на. Такова устройство вратовръзка има корени в АТА прототип интерфейс - контролера на твърдия диск с две прикрепени устройства.
Инструменти за управление на мощността - за управление на захранването, не са задължителни. От гледна точка на консумация са следните състояние, изброени в реда на нарастване на потреблението на: Sleep - "спящ" устройство консумира много малко енергия, "събуждане" тя може да се нулира само. "Събуждане" време може да бъде до 30 секунди. В режим на готовност Mode (режим на готовност) на устройството може да приема командата чрез интерфейса, но много по едно и също време може да се изисква за достъп до превозвача. И накрая, в устройството на активен режим Active Mode обслужва всички искания в най-кратко време. Устройства могат да подкрепят и добро управление на захранването APM (Advanced управление на захранването). Това определя нивото на APM ниво, определя степента на активност: 01h - минимална консумация, FEh - максимална производителност. До 80h не позволява на устройството да спре въртящия мотор. APM се контролира подкомандите настроите функциите. Устройствата с партида интерфейс за управление на захранването могат да използват протокола партида команда.
Като се започне с АТА-3 стандарт на защита, въведена с група от команди - за сигурност. Най-сигурно устройство за включване или хардуер нулиране е в заключено състояние, при което всеки достъп до средата за съхранение е забранено. Система за защита поддържа две пароли - основната (главна парола) и за употреба (потребители).
Отключи може да бъде само един специален екип, който трябва да посочите паролата на потребителя. Ако паролата е изгубен, можете да използвате главната парола, но ще се получи достъп до данните, само ако с висока степен на защита е била избрана (High). Если была выбрана максимальная степень защиты, то разблокировать устройство по главному паролю можно только командой защитного стирания всей информация с носителя. Для осложнения подбора пароля (его длина составляет 32 байт) служит счетчик неудачных попыток разблокировки, по срабатывании которого команды разблокировки будут отвергаться до выключения питания или аппаратного сброса.
Для предупреждения о надвигающихся предсказуемых отказах устройств служит технология SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology - технология самонаблюдения, анализа и сообщения).Предсказуемые отказы (Predictable Failure) появляются в результате постепенного ухода каких-либо параметров (атрибутов) от номинальных значений, когда этот уход перейдет некоторый порог (treshold). Средства наблюдения за такими параметрами, как время разгона до заданной скорости, время позиционирования, процент ошибок позиционирования, высота полета головок, производительность (зависящей и от числа вынужденных повторов для успешного выполнения операций), количество использованных резервных секторов и другими могут быть встроены в устройство. Для непакетных устройств имеется команда Smart (пакетные используют для этих целей собственный протокол), подкоманды которой задаются через регистр свойств.
Команда загрузки микрокода позволяет модифицировать firmware - встроенное программное обеспечение устройства. В зависимости от кода в регистре свойств загруженный микрокод будет действовать временно, то есть до выключения питания, или постоянно. Эта команда, как и флэш-BIOS, является палкой о двух концах: возможность модификации кода может обернуться выводом из строя устройства загрузкой некорректного микрокода.

Режимы обмена данными

Програмата комуникира с ATA устройства посредством регистри, използващи в и извън входно / изходни инструкции. За прехвърляне на данни, които са склонни да се извърши при максимална скорост, използвани за програмна достъп до регистъра на данни или обмена на канал DMA. тип обмен е посочено команда, и ако програмата е задължително за всички устройства за достъп, команда, тиражиране същата функционалност в режим DMA, устройствата не могат да бъдат подкрепени.
Програмен достъп PIO (Програмиран Input / Output) се извършва в една поредна записва или чете в пространството на данните се регистрират I / O. За разлика от софтуерно-контролирани I / O, използва, например, за комуникация с устройството за пренос на данни на LPT-порт в режим PIO се прави, без да анкетира всеки битов готов за предаване на всяка дума. Готов устройства проверяват само преди началото на звеното за предаване, след което домакин има право да извършва серия от операции в определено темпо. Този темп се определя от избрания режим, PIO режим, всеки от които се определя от допустимите граници на обменния цикъл на времедиаграма на параметри. Exchange програма PIO се осъществява от I / O линии на инструкции REP INS и REP карти за да бъдат вписани в броя на регистър CX на думи (или байта) в блока за предаване на. Тези инструкции, които се появиха с процесора 80286 осигурява възможно най-високата скорост на данните за процесора и системната шина на.
Комуникация чрез DMA канал за разлика от Пио заема само I / O автобус и памет. Процесорът е необходимо да се извърши само процеса на инициализация на канала, и след това да се прекъсне един от устройството, в резултат на което в края на предаването на блока, той е свободен (тази свобода може да се използва само многозадачност системи). Имайте предвид, че автобус стандарт на DMA ISA за ATA интерфейс канали не се използват поради ниската пропускателна способност. Високо-ATA адаптер може да има свои по-ефективни контролери. споделяне на режима за DMA канал може да бъде еднократно и многократно. В множествена режим (многословни DMA) за искане домакин сигнал съответства на потока на DMA цикли. Ако устройството не може да се справи с този поток, той може да спре потока, и готовността да продължи да го инсталирате отново. Multiple режим ви позволява да се развива по-висока скорост.
Най-новото постижение в подобряване на валутния курс - ултра режими DMA, което позволява да се постигне скорост на предаване на ATA автобус 33 MB / сек и следи за надеждността на предаване, не прави по дадено PIO, DMA или в стандартен режим (и напразно!). Стандартната ATA-4 дефинирани 3 Ultra DMA (0, 1 и 2) режим, избора на режим е направено с помощта на команда настроите функциите за. данни за пакети в автобуса придружава от светлинни ефекти, генерирани от източник на данни, двете диференциални сигнали се използват за синхронизация. Това увеличава автобусна лента без да се увеличава максималната честота на превключване сигнал над 8,33 и -1 (лимитът е достигнат за конвенционален кабел с PIO Mode 4 и многословни DMA Mode 2). Всяка предава дума участват в изчисляване CRC-код, който се предава в края на опаковката. Броене се извършва и източника на данни и приемника, и несъответствие приет и очакваната грешка предаване е фиксиран. Трансфер на пакета може да бъде спряно, ако информацията premnik премахнете тон за набиране. пакетно предаване може да бъде прекратен по инициатива на устройството, както и по инициатива на гостоприемника.
Параметри PIO и режим на стандартния обмен DMA са показани в таблица. 1.

Таблица 1. Параметри на режима на обмен на цикъла Минимално време на цикъла, НЧ Скоростта на предаване, MB / сек
PIO режим 0 3.3
PIO режим 1 5.2
PIO режим 2 8.3
PIO режим 3 11.1
PIO режим 4 16.6
Единична дума DMA Modeya0 2.08
Единична дума DMA Modeya1 4.16
Единична дума DMA Modeya2 8.33
Multiword DMA Modeя0 4.12
Multiword DMA Modeя1 13.3
Multiword DMA Modeя2 16.6

Ultra DMA Modeя0 240* 16.6
Ultra DMA Modeя1 160*
Ultra DMA Modeя2 120*

* В пакете данных режима Ultra DMA за каждый такт передаются два слова данных, один по фронту синхронизирующего сигнала, другой по спаду.

Правильный выбор режима обмена обеспечит надежную работу и высокую производительность устройства. Все устройства обязаны поддерживать режим PIO Mode 0, в котором может быть считан блок параметров идентификации. В этом блоке имеются поля, описывающие режим обмена по умолчанию и, возможно, более эффективные режимы обмена, поддерживаемые данным устройством. Командой Set Features можно изменить параметры режима обмена. Случается, что реально накопитель не обеспечивает надежной передачи данных в заявленном высокоскоростном режиме обмена. При этом данные будут записываться или считываться с диска с ошибками, не выявляемыми никакими схемами контроля (почему-то считается, что передачу данных по шине контролировать не надо). Если при работе с накопителями возникает недоверие к сохранности данных, первым делом стоит понизить режим обмена данными.
BIOS обычно определяет режим обмена с каждым устройством индивидуально с учетом ограничений, заданных в Setup. Старые IDE-диски, не сообщающие своих параметров, могут не работать с разрешенными старшими режимами PIO. В принципе на одном шлейфе (канале ATA) могут присутствовать устройства, поддерживающие разные режимы обмена - спецификация ATA это допускает. Однако реально могут проявиться аппаратные или программные ограничения. Некоторые чипсеты системных плат, в которые входят и IDE-адаптеры, не позволяют программировать режим обмена индивидуально для каждого устройства, подключенного к каналу ATA. В таком случае при подключении двух устройств с разными возможностями (например, PIO Mode 1 и 3) с обоими устройствами обмен будет происходить со скоростью меньшего (в данном случае PIO Mode 1). Отсюда ясно, почему не рекомендуют к одному каналу ATA (или порту IDE, что одно и то же) подключать быстроходный винчестер и тихоходный CD-ROM (или старенький винчестер). Иногда завязка режимов обмена двух устройств канала (хорошо, если не двух каналов!) обусловлена ограниченным набором параметров конфигурации, хранимых BIOS. Быстродействующие режимы множественного обмена по DMA реализуются только драйверами операционной системы, так что гибкость управления ими определяется возможностями программного конфигурирования драйвера. "Глупый" драйвер может попытаться навязать такой режим обоим устройствам канала, так что смешивать разнородные устройства в одном канале не стоит и по этой причине.
Режим обмена PIO хорош только для однозадачных операционных систем, где вопрос утилизации процессора не актуален. Для многозадачных операционных систем больший интерес представляет обмен по DMA, но, конечно, если поддерживаемый режим обеспечивает приемлемую скорость обмена.

Адаптеры шины ATA и категории устройств IDE

Простейший адаптер ATA содержит только буферы сигналов шины и дешифратор зоны адресов. Все регистры контроллера и схемы кодирования размещены в самом устройстве IDE. Шина ATA требует выделения системных ресурсов - обязательно двух областей портов ввода/вывода и линии прерывания, и дополнительно может использоваться канал DMA. Поскольку интерфейс ATA пришел на смену традиционному контроллеру жесткого диска, ему и выделили ресурсы, ранее используемые данным контроллером. Так были определены ресурсы для первого канала, который чаще всего был и единственным. Второму каналу назначили ресурсы альтернативного контроллера жестких дисков, предусмотренного архитектурой AT. Позже назначили ресурсы и еще для двух каналов. Традиционному контроллеру жестких дисков выделялся канал DMA3, но он является 8-битным, в то время как шина ATA требует 16-битного канала DMA. Кроме того, производительности стандартных каналов DMA для шины ATA явно недостаточно. Поскольку обмен по DMA в ATA может с успехом заменяться программным доступом (PIO), простейшие адаптеры ATA, применяемые в мультикартах для шин ISA и VLB, часто канал прямого доступа и не предоставляли. Более сложные адаптеры ATA содержат собственный контроллер DMA. На современных системных платах с шиной PCI фактическим стандартом является установка двухканального адаптера, обычно занимающего ресурсы каналов 1 и 2. Этот адаптер обеспечивает шинам ATA 16-битные каналы DMA, поддерживающие высокоскоростные режимы обмена. Двухканальные контроллеры могут быть реализованы по-разному. В идеальном варианте они имеют шины, полностью изолированные друг от друга буферным и логическими схемами. В самом дешевом варианте они могут использовать общие буферы для линий данных и управляющих сигналов и отдельные только для некоторых сугубо индивидуальных сигналов. С точки зрения логики здесь все в порядке, но с точки зрения нагрузочной способности (влияния паразитных параметров) стоит уточнить ограничения для такой разделяемой шины: суммарная длина обоих шлейфов не должна превышать 46 см, а суммарная емкость каждой линией со всеми (возможно, четырьмя) устройствами не должна превышать 35 пФ. Если эти ограничения нарушаются, на высокоскоростных режимах обмена возможны проблемы, выражающиеся и в неконтролируемых искажениях передаваемых данных.
Поскольку скорость программного обмена, определяемая режимом PIO, задается хост-адаптером, интерес представляет возможность индивидуального программирования PIO Mode для каждого канала и каждого устройства. К сожалению, ряд чипсетов не имеет возможности такого индивидуального подхода, и при инициализации (во время POST) назначает общий режим - естественно, минимальный из поддерживаемых установленными устройствами. В результате подключение "тихоходного" устройства может замедлить и обмен "быстроходного" соседнего устройства. Заметить эту досадную завязку можно при внимательном анализе опций BIOS Setup, относящихся к дисковым каналам. Кстати сказать, в BIOS Setup вместо названия ATA чаще используют традиционную аббревиатуру IDE.
Адаптеры ATA часто размещают и на звуковых картах в качестве легкого средства подключения накопителей CD-ROM. По умолчанию им обычно назначают ресурсы каналов 3 или 4. В принципе к этим каналам можно подключать и винчестеры, но будет ли их там искать BIOS во время POST - вопрос. Современные версии BIOS позволяют хранить конфигурационные параметры четырех жестких дисков, более старые версии - двух. Четыре возможных канала ATA физически позволяют подключить до восьми накопителей, но возможность общения с ними может упереться в чисто программные ограничения.
Расширенные адаптеры могут иметь аппаратные средства поддержки высокоэффективных режимов передачи (PIO, DMA, Bus Master), буферные регистры записи и собственную кэш-память. Более сложные адаптеры могут аппаратно поддерживать зеркальные диски. Некоторые адаптеры позволяют даже соединять несколько физических дисков в один логический на уровне вызовов BIOS, однако в настоящее время актуальнее обратная задача.
Кроме "классических" адаптеров подключения устройств с интерфейсом ATA к шине компьютера AT, cуществуют и гибридные адаптеры для подключения ATA HDD к шинам XT и MCA или, например, к LPT-порту.
Интерфейс ATA позволяет подключать устройства различных категорий, отличающихся "уровнем интеллекта" встроенного контроллера. Первые дисковые накопители IDE представляли собой просто аналог пары диск-контроллер ST-506/412, выполненной в едином конструктиве. Эти устройства с современной точки зрения были примитивными, за что и были впоследствии причислены к категории неинтеллектуальных устройств со встроенным контроллером - Non-Intelligent IDE. Эти устройства не выполняли трансляцию нумерации секторов - их логические параметры всегда совпадали с физическими. Команды идентификации устройства и установки параметров ими не выполнялись. Дефектные блоки, отмеченные в заводском списке и появляющиеся в процессе эксплуатации, были видны пользователю. Низкоуровневое форматирование этими устройствами выполнялось непосредственно по команде, так что неудачное форматирование могло понизить производительность из-за нарушения оптимальных установок чередования и смещения.
На следующей ступени роста интеллекта стоят устройства категории Intelligent ATA IDE. Их отличительной чертой является способность выполнять расширенные ATA-команды - идентификации устройства и установки параметров. Они поддерживают возможность трансляции физических параметров в логические (или наоборот - это как посмотреть). Дефектные секторы они могут и прятать от пользователя (до исчерпания резерва). Низкоуровневое форматирование возможно только при установке логической геометрии, совпадающей с физической. Однако это форматирование опять-таки может "снести" заводские установки факторов оптимизации. Для повышения производительности обмена эти устройства могут поддерживать блочные режимы передачи Read Multiple и Write Multiple и высокоскоростные режимы обмена PIO и DMA.
К следующей категории относятся устройства с зонным форматом записи - Intelligent Zoned Recording IDE. Поскольку они имеют различное количество секторов на разных тр ках (для повышения плотности хранения), режим трансляции геометрии является для них обязательным (спецификация ATA не предусматривает возможности сообщения устройством способа разбиения на зоны и формата каждой зоны, так что обращаться к ним можно только по логическому трехмерному (CHS) или линейному (LBA) адресу).
Здесь были перечислены категории устройств по их отношению к физической и логической адресации секторов. Устройства IDE отличаются также и по другим признакам, определяемым интеллектуальностью контроллера: это и автоматический мониторинг внутренних параметров (например, SMART), и температурная коррекция системы позиционирования, и поддержка управления энергопотреблением, и различные усовершенствования, направленные на повышение производительности.

Конфигурирование устройств ATA

Устройства ATA перед подключением к шине должны быть корректно сконфигурированы. Конфигурирование подразумевает выбор типа интерфейса и определение адреса устройства на шине. С выбором типа интерфейса сталкиваются редко, поскольку 8-битная шина XT практически сошла со сцены, да и устройства IDE в машинах XT широко не применялись. Тип интерфейса - XT или AT - определяется моделью накопителя. В изделиях фирмы Seagate тип обозначается последней буквой в шифре модели: A - ATA (16 бит,) X - для XT (8 бит), а сочетание AX означает возможность выбора AT/XT с помощью соответствующего джампера. Естественно, что устройство будет работать с адаптером, только если тип их интерфейса совпадает.
Способов задания адреса устройства на канале шины ATA существует два - с помощью кабельной выборки или явным заданием адреса на каждом из устройств. Режим кабельной выборки включается перемычкой CS (Cable Select - кабельная выборка). В этом случае оба устройства на шине конфигурируются одинаково - в режим CS, а адрес устройства определяется его положением на специальном кабеле-шлейфе. Кабельная выборка будет работать, если ее применение поддерживается и задано на всех устройствах данного канала шины, включая и хост-адаптер, который обеспечивает заземление контакта 28. При этом способе адресации исключается возможность синхронизации шпинделей накопителей (она актуальна в RAID-массивах) через тот же провод контакта 28. Кабельная выборка применяется редко. Ее условное преимущество - унификация конфигурирования устройств, а недостаток - привязка физического положения устройств к кабелю - устройство-0 должно быть ближе к адаптеру, чем устройство-1. Возможно и подключение адаптера к среднему разъему, а устройств - к крайним, но это тоже не всегда удобно.
Более распространен режим явной адресации, при котором используется обычный "прямой" кабель. В этом случае перемычка CS не устанавливается, а адрес каждого устройства задается перемычками, состав которых у разных моделей варьируется. В принципе достаточно лишь указать устройству на его номер (0/1) или роль (Master/Slave), но в устройствах, разработанных до принятия стандарта ATA, ведущему (Master) устройству еще "подсказывали" о наличии ведомого, что по интерфейсу ATA оно могло бы определить и само по сигналу DASP#. Таким образом, на устройствах IDE можно увидеть следующие джамперы:
M/S (Master/Slave) - переключатель адреса (устройство-0 - Master, устройство-1 - Slave). Если на шине присутствует лишь одно устройство, оно должно быть сконфигурировано как нулевое. Если на шине два устройства - одно должно быть нулевым, другое - первым. Иногда джампер с тем же назначением обозначается как "C/D" (диск C:/диск D:), но для второго канала IDE такое название уже некорректно. Когда появились первые IDE-диски емкостью около 1 Гбайт, в качестве решения проблемы преодоления 504-Мбайт барьера некоторые модели допускали их конфигурирование в виде двух устройств (Master и Slave) половинной емкости для обеспечения совместимости со старыми версиями BIOS. При этом на их IDE-шлейф второе физическое устройство подключать уже нельзя.
SP (Slave Present), DSP (Drive Slave Present), "Master but Slave is not ATA-compatible", "Master but Slave uses only PDIAG-signal" - устанавливается на устройстве-0 (Master) для указания на присутствие устройства-2 (Slave). Если этот переключатель установлен, а устройство-1 не подключено, POST даст сообщение об ошибке.
ACT (Drive Active) - устанавливается на Master (встречается редко).
Для полностью ATA-совместимых дисков (например, новые модели Seagate) перемычка ставится только на Slave, а его присутствие Master определит автоматически (джамперы SP, DSP... не требуются и отсутствуют).
Разобраться с джамперами старых устройств бывает довольно трудно, если нет соответствующей документации. У современных устройс тв лишние джамперы упразднили, а назначение существующих обычно приводится на наклейке-шильдике, так что задача упрощается дважды.
При конфигурировании устройств следует учитывать, что перестановка джамперов воспринимается устройством зачастую даже не по аппаратному сбросу (кнопке RESET), а только по включении питания. Незнание этого факта при отсутствии информации о назначении джамперов делает задачу подбора их положения на паре устройств практически неразрешимой. Кроме того, следует учитывать, что при установке на один шлейф двух разнотипных не-ATA устройств возможны неразрешимые проблемы.

Пакетный интерфейс ATAPI

Для подключения к интерфейсу ATA накопителей CD-ROM, стриммеров и ряда других устройств набора регистров и системы команд ATA, явно ориентированных на дисковые устройства оказывается недостаточно. Для них существует аппаратно-программный интерфейс ATAPI (ATA Package Interface - пакетный интерфейс ATA). Устройство ATAPI поддерживает минимальный набор команд ATA, который неограниченно расширяется 16-байтным командным пакетом, посылаемым хост-контроллером в регистр данных устройства по команде Packet. Структура командного пакета пришла от SCSI, что обеспечивает схожесть драйверов для одних и тех же устройств, имеющих интерфейсы SCSI и ATAPI. Классификация устройств совпадает с принятой в SCSI, класс устройства сообщается им в начале блока параметров идентификации.
Интерфейс ATAPI может использоваться с любыми неинтеллектуальными адаптерами ATA, поскольку для хост-адаптера поддержка ATAPI может выполняться чисто программно. Сложные контроллеры интерфейса ATA, имеющие кэш-память и собственный процессор, не ориентированные на интерфейс ATAPI, могут и не догадаться, что в регистр данных устройства кроме 512-байтных блоков данных можно записывать и 16-байтный блок с командным пакетом. Устройства ATAPI имеют ряд особенностей, отличающих их от ATA-устройств:

Команду идентификации Identify Device они должны отвергать, чтобы хост не пытался к ним обратиться как к ATA-устройствам. Для идентификации устройств ATAPI предназначена специальная команда Identify Packet Device, а блок параметров, сообщаемых устройством, трактуется иначе.

Для программного сброса устройства ATAPI предназначена команда Device Reset, которую устройства ATA отвергают. Программный сброс через регистр управления не прекращает выполнение команды Packet.

Специфические команды вместе с необходимыми параметрами передаются по команде Packet, код которой является недействительным для устройств ATA.

При подаче команды Packet регистр свойств содержит признаки команды - использование для обмена данными канала DMA, возможность перекрывающегося выполнения.
Структура командного пакета позаимствована из SCSI. При любой длине блока дескрипторов, определяемой кодом команды (нулевой байт пакета), передаваемый пакет имеет длину 16 байт, но используется только требуемое количество байт, начиная с нулевого. Систему команд и структуры пакетов стандарт ATA/ATAPI-4 не описывает, но для каждого класса устройств существует свой стандартный набор команд с определенными структурами пакетов.

Средства обеспечения многозадачности
(ATA-4 против SCSI)

Главным недостатком интерфейса ATA при применении в многозадачных системах является то, что когда одно устройство на шине исполняет команду, другое устройство использоваться не может. В этом интерфейс ATA существенно уступает SCSI, где устройства на время выполнения длительной внутренней операции может освобождать шину, и, кроме того, имеется эфективный механизм организации очередей процессов ввода/вывода. Спецификация ATA-4 определяет возможности параллельного выполнения команд обоими устройствами и создания очередей. Возможность перекрытия команд - Overlaped Feature - позволяет устройству, занятому длительной внутренней операцией освободить шину для того, чтобы ее было можно использовать для обмена с другим устройством шины. Принятый механизм продолжения менее эффективен, чем в SCSI - он требует привлечения ресурсов хоста для обнаружения готовности устройства. Перекрытие допускается только для нескольких новых команд интерфейса ATA-4.
Устройства могут поддерживать очереди команд, но только для команд, допускающих перекрытие (эти свойства тесно связаны). Если при наличии команд в очереди устройство получает команду, не входящую в этот список, команда отвергается (с соответствующим битом в регистре ошибок) и очередь сбрасывается. Глубина очереди, поддерживаемой устойством, сообщается в блоке параметров идентификации. По возникновении любой ошибке вся очередь сбрасывается. Следующая команда в очередь может посылаться лишь при освобожденной шине, перед ее посылкой хост должен запретить прерывания, а разрешить их может только после посылки новой команды. Если для выполнения новой команды у устройства нет намерения освободить шину, то эта команда будет выполнена немедленно, а находящиеся в очереди команды, освободившие шину, будут выполнены позже. Очереди SCSI-2 более эффективны как по набору команд (здесь в очередь ставятся процессы, которые могут представлять собой и цепочки команд), так и по гибкости управления. SCSI обеспечивает независимость исполнения одних команд очереди от результатов выполнения других (это облегчает жизнь многозадачных систем), чего не скажешь про ATA.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС SERIAL ATA