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.

ATA ( Attachment ) — параллельный интерфейс для подключения накопителей к ПК. В 90-е являлся стандартом, построенным на платформе IBM PC. В настоящее время стремительно вытесняется на рынке своим же последователем — SATA . С момента появления SATA, ATA переименовали в PATA (Parallel ATA).

История

Первоначально интерфейс получил предварительное название PC/AT Attachment («Соединение с PC/AT»), поскольку он предназначался для подключения к 16-битной шине ISA (известна как шина AT) . В окончательной версии название переделали в «AT Attachment» во избежании проблем с торговыми марками.

Первая версия стандарта была разработана в 1986 году компанией Western Digital, она имела название IDE (Integrated Drive Electronics — «встроенная в привод электроника»). Название отображало существенное нововведение: контроллер привода располагался в нем самом, а не в виде отдельной платы расширения, как в предшествующем стандарте ST-506 и существовавших тогда интерфейсах SCSI и ST-412. Благодаря этому нововведению были улучшены характеристики накопителей. Меньшее расстояние до контроллера, упрощенное управление им, поскольку контроллер канала IDE абстрагировался от деталей работы привода, более дешевое производство.

Правильное название контроллера канала IDE - хост-адаптер , потому что он перешел от прямого управления приводом к обмену данными с ним по протоколу.

Интерфейс между контроллером и накопителем определен в стандарте АТА. Интерфейс оснащен 8 регистрами, которые занимают 8 адресов в пространстве ввода-вывода. Ширина шины данных равна 16 битам. Число каналов, находящихся в системе, может превышать 2. Важно, чтобы адреса каналов не пересекались с адресами других устройств ввода-вывода. Каждый канал позволяет подключить к себе 2 устройства (master и slave), однако в каждый момент времени может работать лишь одно устройство.

Принцип адресации CHS заключается в следующем: прежде всего блок головок устанавливается позиционером на требуемую дорожку, после чего выбирается требуемая головка, а затем из требуемого сектора считывается информация.

Стандарт EIDE (Enhanced IDE — «расширенный IDE») появился сразу вслед за IDE. Он позволял использовать приводы с емкостью более 528 Мб (504 МиБ), вплоть до 8,4 Гб.

Хоть эти аббревиатуры возникли в качестве торговых линеек, а не официальных названий стандарта, термины IDE и EIDE обычно употребляются вместо термина ATA .

После выхода стандарта Serial ATA («последовательный ATA»), который состоялся в 2003 году, традиционный ATA стал называться Parallel ATA , что подразумивало под собой ничто иное, как способ передачи данных по параллельному 40- или 80-жильному кабелю.

Первоначально, интерфейс применялся с жесткими дисками, однако затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, преимущественно, со сменными носителями. На шину ATAPI подключали даже FDD. Такой расширенный стандарт получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), а полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI . ATAPI почти полностью совпадает со SCSI на уровне команд.

Сперва интерфейсы по подключению приводов CD-ROM не были стандартизованы, являясь исключительно частными разработками производителей приводов. По этой причине, для подключения CD-ROM необходимо было устанавливать отдельную плату расширения, настроенную под конкретного производителя. Некоторые версии звуковых карт, например Sound Blaster, оснащались именно такими портами. Выход на рынок ATAPI позволил стандартизировать всю периферию и дать возможность подключать ее к любому контроллеру.

Еще одним немаловажным этапом развития ATA стал переход от PIO (Programmed input/output — программный ввод/вывод) к DMA (Direct memory access — прямой доступ к памяти). В ходе использования PIO управлением считыванием данных с диска занимался центральный процессор, а это, в свою очередь, приводило к повышенной нагрузке на процессор и снижению его производтельности. По этой причине компьютеры, которые использовали интерфейс ATA, выполняли операции, связанные с диском, медленнее, чем компьютеры, работающие на SCSI и прочих интерфейсах. Внедрение DMA значительно сократило затраты процессорного времени на операции с диском.

Потоком данных в этой технологии управляет сам накопитель. Он считывает данные из памяти почти без участия процессора, а тот, в свою очередь, просто выдает команды на выполнение того или иного действия. При этом жесткий диск выдает сигнал запроса DMARQ на операцию DMA контроллеру. Если операция DMA возможна, контроллер посылает сигнал DMACK и жесткий диск выдает данные в 1-й регистр (DATA), с которого контроллер считывает их. Так, процессор практически не задействован в этой цепочке.

Операция DMA возможна только в том случае, если режим поддерживается одновременно BIOS , контроллером и операционной системой. В противном случае, возможен лишь режим PIO. При развитии стандарта (АТА-3), инженерами был введен дополнительный режим UltraDMA 2 (UDMA 33), который имеет временные характеристики DMA Mode 2. Однако, данные передаются и по переднему, и по заднему фронту сигнала DIOR/DIOW, что вдвое увеличивает скорость передачи данных по интерфейсу. Кроме того, введена проверка на четность CRC, что увеличивает надежность передачи.

История развития ATA включала в себя ряд барьеров (в частности, ограничения на максимальный размер диска в 504 МиБ, около 8 ГиБ, около 32 ГиБ, и 128 ГиБ), связанных с организацией доступа к данным. Большинство из этих барьеров, благодаря современным системам адресации, были преодолены. Впрочем, существовали и другие барьеры, в основном связанные с драйверами устройств, и организацией ввода/вывода в ОС, не работающих в ATA.

В оригинальной спецификации АТА предусматривался 28-битный режим адресации, что позволяло адресовать 2 28 (268 435 456) секторов по 512 байт каждый. Это давало максимальную емкость в 137 Гб (128 ГиБ). В стандартных PC BIOS поддерживал до 7,88 ГиБ (8,46 Гб), допуская максимум 1024 цилиндра, 256 головок и 63 сектора. Это ограничение на число цилиндров/головок/секторов CHS (Cyllinder-Head-Sector) в сочетании со стандартом IDE привело к ограничению адресуемого пространства в 504 МиБ (528 Мб). В целях преодоления этого ограничения была введена схема адресации LBA (Logical Block Address), что позволило адресовать до 7,88 ГиБ. Со временем, данное ограничение было снято. Это дало возможность адресовать сначала 32 ГиБ, а затем и 128 ГиБ, используя все 28 разрядов (в АТА-4) для адресации сектора. Запись 28-битного числа организована путем записи его частей в соответствующие регистры накопителя (с 1 по 8 бит в 4-й регистр, 9-16 в 5-й, 17-24 в 6-й и 25-28 в 7-й).

Адресация регистров организована тремя адресными линиями DA0-DA2. Первый регистр с адресом 0 - 16-разрядный. Он используется в целях передачи данных между диском и контроллером. Остальные регистры 8-битные и применяются для управления.

Новейшие спецификации ATA предполагают 48-битную адресацию, расширяя возможный предел до 128 ПиБ (144 петабайт).

Ограничения на размер проявляются в том, что система идентифицирует объем диска меньше его реального значения, либо же вовсе отказывается загружаться и виснет на стадии инициализации жестких дисков. Иногда проблему удатся решить обновлением BIOS. Другое возможное решение - использование специальных программ (например, Ontrack DiskManager), которые загружают в память свой драйвер до загрузки операционной системы. Недостатком таких решений является то, что используется нестандартная разбивка диска (разделы диска оказываются недоступны, в случае загрузки с обычной DOS-овской загрузочной дискеты). Впрочем, большинство современных ОС может работать с дисками большего размера, даже если BIOS компьютера не определяет размер как требуется.

Чтобы подключить HDD с интерфейсом PATA обычно используется специальный шлейф - 40-проводный кабель. Каждый шлейф обычно оснащен двумя или тремя разъемами, один из которых подключается к разъему контроллера на материнской плате, а остальные два - к дискам. В один момент времени шлейф P-ATA передает 16 бит данных. Иногда встречаются шлейфы IDE, которые позволяют подключать до трех дисков к одному IDE каналу, однако, в этом случае один из дисков работает в режиме read-only.

Разводка Parallel ATA

Контакт	Назначение	Контакт	Назначение
			GPIO_DMA66_Detect

На протяжении длительного времени шлейф ATA содержал в себе 40 проводников, однако с введением режима Ultra DMA/66 (UDMA4 ) появилась его 80-проводная версия. Все дополнительные проводники — лишь проводники заземления, которые чередуются с информационными проводниками. Так, вместо семи проводников заземления их стало 47. Такое чередование проводников уменьшает емкостную связь между ними, тем самым сокращая взаимные наводки. Емкостная связь - это большая проблема при высоких скоростях передачи. Вот почему нововведение было необходимо для обеспечения нормальной работы установленной спецификацией UDMA4 скорости передачи 66 МБ/с. Что касается более быстрых режимом UDMA5 и UDMA6, то они также требуют 80-проводного кабеля.

Несмотря на то, что число проводников удвоилось, количество контактов осталось прежним, впрочем, как и внешний вид разъемов. Внутренняя разводка, однако, отличается. Разъемы для 80-проводного кабеля должны присоединять большое число проводников заземления к небольшому числу контактов заземления, тогда как в 40-проводном кабеле проводники присоединяются каждый к своему контакту. 80-проводных кабели имеют разъемы, размеченные расцветкой (синий, серый и черный), в отличие от 40-проводных, где обычно все разъемы одного цвета (зачастую, черного).

В стандарте ATA максимальная длина кабеля составляет 46 см. Такое ограничение затрудняет присоединение устройств в больших корпусах, или подключение нескольких приводов к одному компьютеру, и практически полностью исключает возможность использования дисков PATA в качестве внешних дисков. Однако в продаже широко распространены кабели большей длины, не соответствующие стандарту. То же можно сказать и про широко-распространенные «круглые» кабели. Стандартом ATA описаны только плоские кабели с конкретными характеристиками полного и емкостного сопротивления. Это не означает, что другие кабели не будут работать, впрочем, в любом случае, к использованию нестандартных кабелей лучше относиться осторожно.

Если к одному шлейфу подключено два устройства, одно из них носит признак «master» (ведущее), а друго - slave (ведомое). Как правило, ведущее устройство стоит перед ведомым в списке дисков, перечисляемых BIOS’ом. В старых BIOS’ах (486 и раньше) диски часто обозначались буквами «C» для ведущего диска и «D» для ведомого. Правильно называть «ведущий» и «ведомый» диски соответственно device 0 (устройство 0 ) и device 1 (устройство 1 ).

Если на шлейфе располагается лишь один привод, он в большинстве случаев является ведущмй. Некоторые диски имеют специальную надстройку, именуемую single (единый диск на кабеле). В большинстве случаев, единый привод на кабеле может работать и как ведомый.

Также существует настройка под названием «cable select» («выбор, определяемый кабелем»), она является опциональной в спецификации ATA-1 и была широко распространена начиная с ATA-5. Благодаря ней, исключена необходимость переставлять перемычки на дисках при любых переподключениях. Так, если привод установлен в режим cable select, он автоматически устанавливается как ведущий или ведомый, в зависимости от своего местоположения на шлейфе.

Во времена 40-проводных кабелей была широко распространена практика установки режима cable select путем простого перерезания проводника 28 между двумя разъемами. При этом, ведомый привод оказывался на конце кабеля, а ведущий в середине. Такое размещение в поздних версиях спецификации было стандартизировано. 80-проводные кабели, используемые для UDMA4, были лишены таких недостатков. В них ведущее устройство всегда находится в конце шлейфа. Так, если подключено только одно устройство, ненужный отрезок кабеля не образуется. Кабельная выборка у них устанавливается на заводе. Поскольку для 80-проводных шлейфов требовались собственные разъемы, повсеместное внедрение не заставило себя долго ждать. Стандарт требует использования разъемов разных цветов, для более простой идентификации. Синий предназначен для подключения к контроллеру, черный — к ведущему устройству, серый — к ведомому.

Версии ATA

Стандарт	Другие названия	Добавлены режимы передачи (МБ/с)	Максимально поддерживаемый объём диска	Другие свойства	ANSI Reference
		PIO 0,1,2 (3.3, 5.2, 8.3) Single-word DMA 0,1,2 (2.1, 4.2, 8.3) Multi-word DMA 0 (4.2)			X3.221-1994 (obsolete since 1999)
	Fast IDE, Ultra ATA	PIO 3,4: (11.1, 16.6) Multi-word DMA 1,2 (13.3, 16,6)			X3.279-1996 (obsolete since 2001)
				S.M.A.R.T., Security	X3.298-1997 (obsolete since 2002)
	ATAPI-4, ATA-4, Ultra ATA/33	Ultra DMA 0,1,2 (16.7, 25.0, 33.3) aka Ultra-DMA/33		Support for CD-ROM, etc., via ATAPI packet commands	NCITS 317—1998
	ATA-5, Ultra ATA/66	Ultra DMA 3,4 (44.4, 66.7) aka Ultra DMA 66			NCITS 340—2000
	ATA-6, Ultra ATA/100	aka Ultra DMA 100		Automatic Acoustic Management	NCITS 347—2001
	ATA-7, Ultra ATA/133	aka Ultra DMA 133		SATA 1.0, Streaming feature set, long logical/physical sector feature set for non-packet devices	NCITS 361—2002
					в процессе

(от англ. Parralel ATA, ATA, IDE ) - параллельный интерфейс, который был стандартом на IBM PC в 1990-х гг. Сейчас является устаревшим и полностью вытеснен последовательным интерфейсом SATA (Serial ATA). На большинстве новых материнских платах всё ещё присутствует, но только для совместимости со старыми устройствами. Служит для подключения накопителей HDD (жёстких дисков) и оптических приводов CDDVD дисков.

Происхождение ATA

Прототип накопителя ATA IDE, или 40-контактный разъем IDE, был разработан совместными усилиями компаний CDC, Western Digital и Compaq. Первым устройством ATA IDE стал жесткий диск формата 5,25 дюйма и емкостью 40 Мбайт, выпущенный CDC. В нем использовался встроенный контроллер компании Western Digital, а устанавливались эти диски в первых компьютерах Compaq 386 (1986).

Через некоторое время 40-контактный разъем и метод построения дискового интерфейса были представлены на рассмотрение в Комитет по стандартам при ANSI и в марте 1989 г. был опубликован стандарт на интерфейсы, известный как CAM ATA.К началу 1990-х гг. большинство производителей жестких дисков привели выпускаемые устройства в соответствие официальному стандарту, что решило все проблемы совместимости.Стандартная шина PАТА представляет собой 16-разрядный параллельный интерфейс, т.е. по интерфейсному кабелю одновременно передается 16 бит данных (разрядов).

Стандарты ATA

В настоящее время развитием интерфейса ATA занимается независимая группа, включающая в себя представителей различных компаний разработчиков ПК, жестких дисков и комплектующих. Эта группа, получившая название Технический комитет Т13 (www.t13.org), отвечает за развитие всех стандартов интерфейсов Serial и Parallel AT Attachment.

Стандарт ATA1 (1986-1999)

Стандарт ATA1 определяет оригинальный интерфейс AT Attachment (интегрированный интерфейс шины между дисковыми устройствами и адаптером к шине ISA). В спецификации ATA1 были определены и документированы следующие основные свойства:

40/44контактный разъем и кабель;

Параметры выбора конфигурации диска (ведущий/ведомый);

Параметры сигналов для основных режимов PIO (программируемый вводвывод) и DMA (прямой доступ к памяти).

Преобразование параметров накопителя CHS (Cylinder Head Sector) и LBA (Large Block Address) для устройств емкостью до 267386880 секторов (136,9 Гбайт).

Стандарт ATA2 (1996-2001)

Основные дополнения:

Возможность работы в режимах быстрого программного ввода-вывода (Faster PIO) и прямого доступа к памяти (DMA);

Поддержка расширенной системы управления питанием;

Поддержка съемных устройств;

Поддержка устройств PCMCIA (PC Card);

Поддержка команды Identify Drive, с помощью которой можно получить дополнительные сведения о диске;

Стандарт CHS/LBA, определенный для дисков емкостью до 8,4 Гбайт.

Стандарт ATA3 (1997-2002)

Основные дополнения:

Исключение 8-разрядного протокола передачи данных по каналам DMA;

Технология самоконтроля с анализом S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology) для предсказания снижения быстродействия устройства;

Поддержка режима LBA стала обязательной (раньше она таковой не являлась);

Добавлен режим Security ATA, позволяющий защитить паролем доступ к устройству;

Основные дополнения:

Режим передачи данных Ultra-DMA, обеспечивающий скорость до 33 Мбайт/с;

Интегрированная поддержка ATAPI;

Поддержка расширенного управления питанием;

Новый 80-жильный 40-контактный кабель, обладающий повышенной помехозащищенностью;

Поддержка защищенной области жесткого диска (HPA);

Поддержка Compact Flash Adapter (CFA);

Улучшенная BIOS с поддержкой дисков большой емкости (более 9,4 трлн. гигабайт), хотя стандарт ATA по прежнему ограничен максимальным объемом 136,9 Гбайт.

Основные дополнения:

Режим передачи Ultra-DMA (UDMA), рассчитанный на скорость до 66 Мбайт/с (спецификация UDMA/66 или Ultra-ATA/66);

80-жильный кабель, необходимый для работы в режиме UDMA/66;

Автоматическое определение кабеля - 40- или 80-жильный;

Возможность использования режимов выше UDMA/33 (только при наличии 80-жильного кабеля).

Основные дополнения:

Режим 5 Ultra-DMA (UDMA), позволяющий передавать данные со скоростью до 100 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/100, Ultra-ATA/100, или ATA/100);

Количество секторов, приходящихся на каждую команду, увеличилось с 8-разрядных чисел (256 секторов, или 131 Кбайт) до 16разрядных (65536 секторов, или 33,5 Мбайт);

Расширение адресации LBA с 228 до 248 (281474976710656) секторов, позволяющее поддерживать диски емкостью до 144,12 Гбайт;

Адресация CHS признана устаревшей, дисководы должны использовать только 28- или 48-разрядную адресацию LBA.

Основные дополнения:

Добавлен режим 6 Ultra-DMA, увеличивающий скорость передачи данных до 133 Мбайт/с.Как и в режимах 5 (100 Мбайт/с) и 4 (66 Мбайт/с), обязательно использование 80-жильного кабеля;

Добавлена поддержка длинных физических секторов. Это позволяет форматировать устройства так, чтобы один физический сектор содержал несколько логических секторов. Каждый физический сектор хранит поле кода коррекции ошибок (ECC), так что увеличение емкости физического сектора позволило повысить эффективность кодов ECC, которых стало меньше.

Добавлена поддержка длинных логических секторов. Это позволило серверным приложениям использовать в каждом секторе дополнительные байты (520 или 528 байт вместо 512 байт). Устройства, использующие длинные логические секторы, не имеют обратной совместимости с устройствами и приложениями, использующими стандартные 512байтовые секторы (такими, как стандартные настольные и портативные системы).

В стандарт ATA7 включены требования к последовательному интерфейсу ATA (SATA).

Документ стандарта ATA7 разбит на три тома. В первый том вошли набор команд и логические регистры. Второй том посвящен протоколам параллельной передачи данных, а третий - протоколам последовательной передачи данных.

Разъем ввода-вывода PATA

Чтобы предотвратить неправильное подключение, 40-контактный разъем интерфейса ATA обычно снабжают ключом. Этот ключ на штекере кабеля обычно выполняют в виде выступа, а также заблокированного контакта с номером 20. Неправильное подключение кабеля IDE обычно не наносит существенного вреда, но может заблокировать систему, что приведет к ее "зависанию" или сделает запуск невозможным. Существует правило, согласно которому вывод 1 должен располагаться со стороны разъема питания подключаемого устройства, чему обычно соответствует красная полоса на кабеле. Статус жесткого диска определяется положением имеющейся на нем перемычки или переключателя: ведущий (Master), ведомый (Slave) или выбор кабеля (Cable Select).

Кабель ввода-вывода PATA

Для передачи сигналов между адаптером шины и жестким диском (контроллером) предназначен 40-контактный ленточный кабель. По стандарту, длина кабеля не должна превышать 46 см.

Жесткий диск, работающий в режиме UDMA Mode 4 (66 Мбайт/с), Mode 5 (100 Мбайт/с) или Mode 6 (133 Мбайт/с), должен подключаться к 80-жильному кабелю. В 40- и 80-жильных кабелях используются 40контактные разъемы, а остальные проводники в 80-жильном кабеле заземлены. Такое конструктивное решение позволяет снизить уровень помех в высокоскоростных интерфейсах UltraATA/66 или более новых.

Подключение двух жестких дисков PATA

В стандарте ATA предусмотрен способ организации совместной работы двух последовательно подключенных жестких дисков. Статус жесткого диска (ведущий или ведомый) определяется либо путем установки имеющейся в нем перемычкив режимы: Master, Slave, или Cable Select.

В случае однодисковой конфигурации необходимо выбрать режим: Master, или Cable Select.

В случае многодисковой конфигурации: один диск должен быть в режиме Master, второй - в режиме Slave, или оба - Cable Select.

Используемые источники

1. en.wikipedia.org

IDE (Integrated Device Electronics) - интерфейс устройств со встроенным контроллером. При создании этого интерфейса разработчики ориентировались на подключение дискового накопителя. За счет минимального удаления контролера от диска существенно повышается быстродействие.

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

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

• а - кабель параллельного интерфейса ATA/IDE (РАТА);
• б - 40-контактный разъем РАТА;
• в - разъемы РАТА на плате;
• г - последовательный разъем АТА (SATA);
• д - разъемы SATA на плате.

Таблица разъемов параллельного интерфейса АТА

Контакт	Назначение	Контакт	Назначение	Контакт	Назначение	Контакт	Назначение
1	Сброс	2	Земля	3	Данные 7	4	Данные 8
5	Данные 6	6	Данные 9	7	Данные 5	8	Данные 10
9	Данные 4	10	Данные 11	11	Данные 3	12	Данные 12
13	Данные 2	14	Данные 13	15	Данные 1	16	Данные 14
17	Данные 0	18	Данные 15	19	Земля	20	Key
21	DDRQ	22	Земля	23	I/O запись	24	Земля
25	I/O чтение	26	Земля	27	10C HRDY	28	Cable Select
29	DDACK	30	Земля	31	IRQ	32	Не используется
33	Адрес 1	34	GPIO DMA66 Detect	35	Адрес 0	36	Адрес 2
37	Chip Select 1Р	38	Chip Select ЗР	39	Активен	40	Земля

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 AТА, АТА-2 и Fast АТА-2), которая обрела затем статус американского стандарта ANSI под названием АТА-2. Она содержит ряд нововведений: поддержку IDE-накопителей 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, стримеров и тому подобное). 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.

• а - АТА 2 и АТА 3.
• б - Ultra АТА.
• в - Ultra АТА/66.

В спецификацию интерфейса Enhanced IDE добавлена поддержка режимов PIO 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 РIO Mode 3 составляет 4.1 Мбайт/с, а в режимах РIO 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/ATA 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 данных 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.

Таблица характеристик IDE/ATA интерфейсов

Спецификация	АТА-1	АТА-2	АТА-3	ATA/ATAPI-4	ATA/ATAPI-5	ATA/ATAPI-6	ATA/ATAPI-7
Синонимы	АТА, IDE	EIDE, Fast АТА, Fast IDE, Ultra ATA	EIDE	АТА-4, UltraATA/33	АТА-5, UltraATA/66	АТА-6, Ultra ATA/100	АТА-7, Ultra ATA/133
Пропускная способность, Мбай/с	3.3-8.3	11.1-16.6	16	16.7-33.3	44.4-66.7	100	133-150
Количество соединений	2	2	2	2 на один кабель	2 на один кабель	2 на один кабель	1 на один 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)	S. M. A. R. T.	Интерфейс ATAPI, поддержка CD-ROM, стримеров и прочего.	80-жильный кабель	48-битовая LBA	SATA 1.0, поддержка длинных логических / физических блоков
Максимальный размер диска	137 Гбайт (128 GiBi)					144 Пбайт (128 PiBi)
Контроль no CRC	Нет	Нет	Нет	Есть	Есть	Есть
Дата выпуска	1981	1994	1996	1997	1999	2000	2003
1 Стандарт ANSI	Х3.221-1994	ХЗ. 279-1996	Х3.298-1997	NCITS 317-1998	NCITS 340-2000	NCITS 361-2002	NCITS 397-2005 1

Наконец - интерфейсы Ultra ATA/66, Ultra ATA/100, Ultra AТА/133, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростями 66.100 и 133-150 Мбайт/с соответственно.

Последовательный интерфейс Serial АТА (SATA). Основные преимущества Serial АТА по сравнению с Parallel АТА (РАТА):

• уменьшено количество контактов разъема (до 7 вместо 40);
• 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 (известно как SATA/150 или SATA 1) появилось на рынке в середине 2002 года 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 2» («SATA 2»), а также SATA 3.0 или SATA/300, продолжая линию АТА/100, АТА/133 и SATA/150.

Интерфейс SCSI был разработан в конце 1970-х годов организацией Shugart Associates. Первоначально известный под названием SASI (Shugart Associates System Interface), он после стандартизации в 1986 году уже под именем SCSI (читается «скази») стал одним из промышленных стандартов для подключения периферийных устройств - винчестеров, стримеров, сменных жестких и магнитооптических дисков, сканеров, CD-ROM и CD-R, DVD-ROM и тому подобное К шине SCSI можно подключить до восьми устройств, включая основной контроллер SCSI (или хост-адаптер).

Интерфейс SCSI является параллельным и физически представляет собой плоский кабель с 25-, 50-, 68-контактными Разъемами для подключения периферийных устройств. Шина SCSI содержит восемь линий данных, сопровождаемых линией контроля четности, и девять управляющих линий. Стандарт SCSI определяет два способа передачи сигналов: одно-полярный, или асимметричный (Single ended), и дифференциальный (Differential). В первом случае имеется один провод с нулевым потенциалом («земля»), относительно которого передаются сигналы по линиям данных с уровнями сигналов, соответствующими ТТЛ-логике. При дифференциальной передаче сигнала для каждой линии данных выделено два провода, и сигнал на этой линии получается вычитанием потенциалов на их выходах. При этом достигается лучшая помехозащищенность, что позволяет увеличить длину кабеля.

• а - общая архитектура;
• б - адаптер SCSI.

Для интерфейса SCSI необходимо наличие терминаторов (согласующих сопротивлений, которые поглощают сигналы на концах кабеля и препятствуют образованию эха).

Устройства SCSI также соединяются в виде цепочки (daisy chain), причем каждое устройство SCSI имеет свой адрес (SCSI ID) в диапазоне от 0 до 7 (или от 0 до 15). В качестве адреса платы контроллера обычно используется наибольшее значение SCSI ID - 7(15), адрес загрузочного диска SCSI ID равен 0, а второго диска - 1. Обмен между устройствами на магистрали SCSI определяется нормированным списком команд (Common Command Set, CCS). Программное обеспечение для интерфейса SCSI не оперирует физическими характеристиками накопителя (то есть числом цилиндров, головок и так далее), а имеет дело только с логическими блоками данных, поэтому в одной SCSI-цепочке могут быть размещены, например, сканер, жесткий диск и накопитель CD-R.

Опрос устройств производится контроллером SCSI сразу после включения питания. При этом для устройств SCSI реализовано автоконфигурирование устройств (Plug-and-play) по протоколу SCAM (SCSI Configured AutoMagically), в котором значения SCSI ID выделяются автоматически. Для стандартизированного управления SCSI-устройствами наиболее широко применяется программный интерфейс ASPI (Advanced SCSI Programming Interface).

Характеристики SCSI

Существует более десятка различных версий интерфейса SCSI. Наиболее существенные из них - SCSI-1, Fast SCSI, Fast Wide SCSI, Ultra SCSI, Ultra 2 SCSI.

Основными характеристиками шины SCSI являются:

• ширина - 8 или 16 бит («narrow» или «wide»);
• частота, с которой тактируется шина;
• физический тип интерфейса (однополярный, дифференциальный, оптика).

На скорость влияют в основном два первых параметра. Обычно они записываются в виде приставок к слову SCSI.

Максимальную скорость передачи устройство-контроллер можно подсчитать, взяв частоту шины, а в случае наличия «Wide» умножить ее на 2 (например, FastSCSI - 10 Мбайт/с, Ultra2WideSCSI -80 Мбайт/с).

Последовательные интерфейсы SCSI

Четыре недавние версии SCSI, а именно SSA (Serial Storage Architecture), FC-AL и Serial Attached SCSI (SAS), отошли от традиционного параллельного стандарта SCSI и ориентированы на передачу данных по последовательным коммуникациям. Основные преимущества последовательного интерфейса - большие скорости передачи данных; «горячее» включение-выключение; лучшая помехозащищенность.

Таблица версий (поколения) интерфейса SCSI

Тип шины	Макс. скорость, Мбайт/с	Ширина шины (разрядность)	Максимальная длина связи (в зависимости от типа сигналов), в метрах			Максимальное количество подключений
			SE	LVD	HVD
SCSI-1	5	8 (узкий)	6	-	25	8
Fast SCSI	10	8	3	-	25	8
Fast Wide SCSI	20	16 (широкий)	3	-	25	16
Ultra SCSI	20	8	1.5	-	25	8
Ultra SCSI	20	8	3	-	-	4
Wide Ultra SCSI	40	16	-	-	25	16
wide Ultra SCSI	40	16	1.5	-	-	8
Wide Ultra SCSI	40	16	3	-	-	4
Ultra2 SCSI	40	8	Не определена для скорости выше Ultra	12	25	8
Wide Uitra2 SCSI	80	16	-	12	25	16
Ultra3 SCSI or Ultra 160 SCSI	160	16		12	Не определена для скорости выше Ultra2	16
Ultra320 SCSI	320	16	-	12	-	16
SSA	40	1	25			96(192)
SSA40	80	1	25			96(192)
FC-AL 1Gb	100	1	500-3000			127
FC-AL 2Gb	200	1	500-3000			127
FC-AL4Gb	400	1	500-3000			127
SAS 3 Gbit/s	300	1	6			16 256
Fibre Channel	2000	Не определена	10 000-100 000			Не определено

Терминаторы, разъемы

По типу сигналов различают линейные (Single Ended) и дифференциальные (Differential) версии SCSI, их кабели и разъемы идентичны, но электрической совместимости устройств между ними нет.

Дифференциальная версия для каждого сигнала использует витую пару проводников и специальные приемопередатчики, при этом становится допустимой большая суммарная длина кабеля, сохраняя высокую частоту обмена. Дифференциальный интерфейс применяется в мощных дисковых системах серверов, но в обычных персональных компьютерах не распространен.

В линейной версии сигнал должен идти по своему одному проводнику, скрученному (или, по крайней мере, отдельному от другого в плоском шлейфе) с нулевым (обратным) проводом.

SCSI устройства соединяются кабелями в цепочку, на крайних Устройствах подключаются терминаторы. Часто одним из крайних устройств является хост-адаптер. Он может иметь для каждого канала как внутренний разъем, так и внешний.

По электрическим свойствам различают следующие типы терминаторов:

• пассивные (SCSI-1) с сопротивлением 132 Ом (обычные резисторы). Эти терминаторы не подходят для высокоскоростных режимов SCSI-2;
• активные (110 Ом) - специальные терминаторы для обеспечения работы на частоте 10 МГц в SCSI-2;
• FPT (Forced Perfect Terminator) - улучшенный вариант активных терминаторов с ограничителями выбросов.

Активные терминаторы требуют питания, для этого имеются специальные линии интерфейса TERMPWR.

Кабели

Ассортимент кабелей SCSI довольно широк. Основные стандартизированные кабели:

• А-кабель: стандартный для 8-битового интерфейса SCSI, 50-проводный внутренний шлейф (разъемы IDC-50) или внешний экранированный (разъемы Centronics-50).
• В-кабель: 16-битовый расширитель SCSI-2, распространения не получил.
• Р-кабель: 16-битовый SCSI-2/3.68-проводный с улучшенными миниатюрными экранированными разъемами, универсальными для внутренних и внешних кабелей 8-, 16- и 32-битовых версий SCSI (в 8-битовом варианте контакты 1-5.31-39.65-68 не используются); разъемы для внешнего подключения выглядят как миниатюрный вариант Centronics с плоскими контактами, внутренние имеют штырьковые контакты.
• Q-кабель: 68-проводное расширение до 32 бит, используется в паре с Р-кабелем.
• Кабель с разъемами D-25P: 8-битовый, стандартный для Macintosh, используется на некоторых внешних устройствах (Iomega ZIP Drive).

Таблица скоростей передачи данных, длина и типы кабелей SCSI-1, SCSI-2

Возможны различные вариации кабелей-переходников.

Назначение контактов разъемов на примере распространенного А-кабеля приведено в таблице.

Таблица разъемов А-кабеля SCSI

Контакт разъема	Сигнал	Контакт разъема	Сигнал
1	GND	26	DB0#
2	GND	27	DB1#
3	GND	28	DB2#
4	GND	29	DB3#
5	GND	30	DB4#
6	GND	31	DB5#
7	GND	32	DB6#
8	GND	33	DB7#
9	GND	34	DBParity#
10	GND	35
11	GND	36
12	GND/Reserved	37	Reserved
13	Open	38	TERMPWR
14	Reserved	39	Reserved
15	GND	40
16	GND	41	ATN#
17	GND	42	GND
18	GND	43	BSY#
19	GND	44	ACK#
20	GND	45	RST#
21	GND	46	MSG#
22	GND	47	SEL#
23	GND	48	C/D#
24	GND	49	REQ#
25	GND	50	I/O

Шина . Как и в шине PCI, в шине SCSI предполагается возможность обмена информацией между любой парой устройств. Конечно чаще всего обмен производится между хост-адаптером и периферийными устройствами. Копирование данных между устройствами может производиться без выхода на системную шину компьютера. Здесь большие возможности имеют интеллектуальные хост-адаптеры со встроенной кэш-памятью. В каждом обмене по шине принимает участие его инициатор (Initiator) и целевое устройство (Target). В таблице приводится назначение сигналов шины.

Таблица назначений сигналов шины SCSI

Сигнал	Источик: I=Initiator, T=Target	Назначение
DBx#	-	Инверсная шина данных с битами паритета
TERMPWR	-	Питание терминаторов
ATN#	I	Внимание
BSY#	I, T	Шина занята
REQ#	T	Запрос на пересылку данных
ACK#	I	Ответ на REQ#
RST#	I, T	Сброс
MSG#	T	Target передает сообщение
SEL#	I/T	Выбор (Select) целевого устройства инициатором или Reselect инициатора целевым устройством
C/D#	T	Управление (0) / данные (1) на шине
l/0#	T	Направление передачи относительно инициатора или фаза Selection (1) / Reselection (0)

Параметры конфигурирования SCSI-устройств

Все устройства на шине должны быть согласованно сконфигурированы. Для них требуется программно или с помощью перемычек (джамперов) установить следующие основные параметры.

Идентификатор устройства - SCSI ID - адрес 0-7 (или 0-15), уникальный для каждого устройства на шине. Обычно хост-адаптеру, который должен иметь высший приоритет, назначается ID 7. Заводское назначение идентификаторов устройств приведено в таблице, хотя оно и не является обязательным. Устройства адресуются позиционным кодом (хотя ID задается 3-4-битовым кодом), что обеспечивает совместимость адресации 8- и 16-битовых устройств на одной шине. Номер SCSI ID обычно устанавливается с помощью перемычек (хотя в SCSI существуют и новые стандарты, аналогичные Plug-and-Play, не требующие перемычек).

Таблица заводских установов идентификаторов устройств

Контроль паритета - SCSI Parity

Если хотя бы одно устройство на шине не поддерживает контроль паритета, он должен быть отключен на всех устройствах данной шины. Контроль паритета, особенно для дисковых устройств, является средством защиты от искажения данных при передаче.

Включение терминаторов - Termination

Активные терминаторы могут включаться одним джампером или даже управляться программным сигналом. Терминаторы должны быть включены только на крайних устройствах в цепочке.

Питание терминаторов - TerminatorPower

Питание терминаторов джампером или программно должно быть включено хотя бы на одном устройстве, когда используются активные терминаторы.

Согласование скорости синхронного обмена - SCSI Synchronous Negotiation

Режим синхронного обмена, обеспечивающий высокую производительность, включается по взаимному согласованию устройств. Однако, если хоть одно устройство на Шине его не поддерживает, согласование на хост-адаптере необходимо запретить. При этом, если обмен будет инициирован синхронным устройством, хост поддержит этот режим.

Старт по команде - Start on Command, или задержанный старт - Delayed Start

При включении этой опции запуск двигателя Устройства выполняется только по команде от хост-адаптера, что Позволяет снизить пик нагрузки блока питания в момент включения. Хост будет запускать устройства последовательно.

Разрешение отключения - Enable Disconnection

Выбор этой опции позволяет устройствам отключаться от шины при неготовности данных, что весьма эффективно используется в многозадачном режиме при нескольких периферийных устройствах на шине.

Хост-адаптер

Хост-адаптер SCSI является важнейшим узлом интерфейса, определяющим производительность подсистемы SCSI-устройств. Существует широкий спектр адаптеров, начиная от простейших, к которым можно подключать только устройства, не критичные к производительности.

Конфигурирование SCSI хост-адаптеров с точки зрения шины SCSI не отличается от конфигурирования других устройств (смотри ранее). Для современных адаптеров вместо джамперов используется программное конфигурирование. Утилита конфигурирования обычно входит в расширение BIOS (на плате адаптера), и приглашение к ее исполнению выводится на экран при инициализации во время POST.

В этой статье речь пойдет о том, что позволяет подключить жесткий диск к компьютеру, а именно, об интерфейсе жесткого диска. Точнее говорить, об интерфейсах жестких дисков, потому что технологий для подключения этих устройств за все время их существования было изобретено великое множество, и обилие стандартов в данной области может привести в замешательство неискушенного пользователя. Впрочем, обо все по порядку.

Интерфейсы жестких дисков (или строго говоря, интерфейсы внешних накопителей, поскольку в их качестве могут выступать не только , но и другие типы накопителей, например, приводы для оптических дисков) предназначены для обмена информацией между этими устройствами внешней памяти и материнской платой. Интерфейсы жестких дисков, не в меньшей степени, чем физические параметры накопителей, влияют на многие рабочие характеристики накопителей и на их производительность. В частности, интерфейсы накопителей определяют такие их параметры, как скорость обмена данными между жестким диском и материнской платой, количество устройств, которые можно подключить к компьютеру, возможность создания дисковых массивов, возможность горячего подключения, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д. Также от интерфейса жесткого диска зависит, какой кабель, шнур или переходник для его подключения к материнской плате вам потребуется.

SCSI - Small Computer System Interface

Интерфейс SCSI является одним из самых старых интерфейсов, разработанных для подключения накопителей в персональных компьютерах. Появился данный стандарт еще в начале 1980-х гг. Одним из его разработчиков был Алан Шугарт, также известный, как изобретатель дисководов для гибких дисков.

Внешний вид интерфейса SCSI на плате и кабеля подключения к нему

Стандарт SCSI (традиционно данная аббревиатура читается в русской транскрипции как «скази») первоначально предназначался для использования в персональных компьютерах, о чем свидетельствует даже само название формата – Small Computer System Interface, или системный интерфейс для небольших компьютеров. Однако так получилось, что накопители данного типа применялись в основном в персональных компьютерах топ-класса, а впоследствии и в серверах. Связано это было с тем, что, несмотря на удачную архитектуру и широкий набор команд, техническая реализация интерфейса была довольно сложна, и не подходила по стоимости для массовых ПК.

Тем не менее, данный стандарт обладал рядом возможностей, недоступных для прочих типов интерфейсов. Например, шнур для подключения устройств Small Computer System Interface может иметь максимальную длину в 12 м, а скорость передачи данных – 640 МБ/c.

Как и появившийся несколько позже интерфейс IDE, интерфейс SCSI является параллельным. Это означает, что в интерфейсе применяются шины, передающие информацию по нескольким проводникам. Данная особенность являлась одним из сдерживающих факторов для развития стандарта, и поэтому в качестве его замены был разработан более совершенный, последовательный стандарт SAS (от Serial Attached SCSI).

SAS - Serial Attached SCSI

Так выглядит интерфейс SAS серверного диска

Serial Attached SCSI разрабатывался в усовершенствования достаточно старого интерфейса подключения жестких дисков Small Computers System Interface. Несмотря на то, что Serial Attached SCSI использует основные достоинства своего предшественника, тем не менее, у него есть немало преимуществ. Среди них стоит отметить следующие:

• Использование общей шины всеми устройствами.
• Последовательный протокол передачи данных, используемый SAS, позволяет задействовать меньшее количество сигнальных линий.
• Отсутствует необходимость в терминации шины.
• Практически неограниченное число подключаемых устройств.
• Более высокая пропускная способность (до 12 Гбит/c). В будущих реализациях протокола SAS предполагается поддерживать скорость обмена данными до 24 Гбит/c.
• Возможность подключения к контроллеру SAS накопителей с интерфейсом Serial ATA.

Как правило, системы Serial Attached SCSI строятся на основе нескольких компонентов. В число основных компонентов входят:

• Целевые устройства. В эту категорию включают собственно накопители или дисковые массивы.
• Инициаторы – микросхемы, предназначенные для генерации запросов к целевым устройствам.
• Система доставки данных – кабели, соединяющие целевые устройства и инициаторы

Разъемы Serial Attached SCSI могут иметь различную форму и размер, в зависимости от типа (внешний или внутренний) и от версий SAS. Ниже представлены внутренний разъем SFF-8482 и внешний разъем SFF-8644, разработанный для SAS-3:

Слева - внутренний разъём SAS SFF-8482; Справа - внешний разъём SAS SFF-8644 с кабелем.

Несколько примеров внешнего вида шнуров и переходников SAS: шнур HD-Mini SAS и шнур-переходник SAS-Serial ATA.

Слева - шнур HD Mini SAS; Справа - переходной шнур с SAS на Serial ATA

Firewire - IEEE 1394

Сегодня достаточно часто можно встретить жесткие диски с интерфейсом Firewire. Хотя через интерфейс Firewire к компьютеру можно подключить любые типы периферийных устройств, и его нельзя назвать специализированным интерфейсом, предназначенным для подключения исключительно жестких дисков, тем не менее, Firewire имеет ряд особенностей, которые делают его чрезвычайно удобным для этой цели.

FireWire - IEEE 1394 - вид на ноутбуке

Интерфейс Firewire был разработан в середине 1990-х гг. Начало разработке положила небезызвестная фирма Apple, нуждавшаяся в собственной, отличной от USB, шине для подключения периферийного оборудования, прежде всего мультимедийного. Спецификация, описывающая работу шины Firewire, получила название IEEE 1394.

На сегодняшний день Firewire представляет собой один из наиболее часто используемых форматов высокоскоростной последовательной внешней шины. К основным особенностям стандарта можно отнести:

• Возможность горячего подключения устройств.
• Открытая архитектура шины.
• Гибкая топология подключения устройств.
• Меняющаяся в широких пределах скорость передачи данных – от 100 до 3200 Мбит/c.
• Возможность передачи данных между устройствами без участия компьютера.
• Возможность организации локальных сетей при помощи шины.
• Передача питания по шине.
• Большое количество подключаемых устройств (до 63).

Для подключения винчестеров (обычно посредством внешних корпусов для жестких дисков) через шину Firewire, как правило, используется специальный стандарт SBP-2, использующий набор команд протокола Small Computers System Interface. Существует возможность подключения устройств Firewire к обычному разъему USB, но для этого требуется специальный переходник.

IDE - Integrated Drive Electronics

Аббревиатура IDE, несомненно, известна большинству пользователей персональных компьютеров. Стандарт интерфейса для подключения жестких дисков IDE был разработан известной фирмой, производящей жесткие диски – Western Digital. Преимуществом IDE по сравнению с другими существовавшими в то время интерфейсами, в частности, интерфейсом Small Computers System Interface, а также стандартом ST-506, было отсутствие необходимости устанавливать контроллер жесткого диска на материнскую плату. Стандарт IDE подразумевал установку контроллера привода на корпус самого накопителя, а на материнской плате оставался лишь хост-адаптер интерфейса для подключения приводов IDE.

Интерфейс IDE на материнской плате

Данное нововведение позволило улучшить параметры работы накопителя IDE благодаря тому, что сократилось расстояние между контроллером и самим накопителем. Кроме того, установка контроллера IDE внутрь корпуса жесткого диска позволила несколько упростить как материнские платы, так и производство самих винчестеров, поскольку технология давала свободу производителям в плане оптимальной организации логики работы накопителя.

Новая технология первоначально получила название Integrated Drive Electronics (Встроенная в накопитель электроника). Впоследствии был разработан описывающий ее стандарт, названный ATA. Это название происходит от последней части названия семейства компьютеров PC/AT посредством добавления слова Attachment.

Для подключения жесткого диска или другого устройства, например, накопителя для оптических дисков, поддерживающего технологию Integrated Drive Electronics, к материнской плате, используется специальный кабель IDE. Поскольку ATA относится к параллельным интерфейсам (поэтому его также называют Parallel ATA или PATA), то есть, интерфейсам, предусматривающим одновременную передачу данных по нескольким линиям, то его кабель данных имеет большое количество проводников (обычно 40, а в последних версиях протокола имелась возможность использовать 80-жильный кабель). Обычный кабель данных для данного стандарта имеет плоский и широкий вид, но встречаются и кабели круглого сечения. Кабель питания для накопителей Parallel ATA имеет 4-контактный разъем и подсоединен к блоку питания компьютера.

Ниже приведены примеры кабеля IDE и круглого шнура данных PATA:

Внешний вид интерфейсного кабеля: cлева - плоский, справа в круглой оплетке - PATA или IDE.

Благодаря сравнительной дешевизне накопителей Parallel ATA, простоте реализации интерфейса на материнской плате, а также простоте установки и конфигурации устройств PATA для пользователя, накопители типа Integrated Drive Electronics на длительное время вытеснили с рынка винчестеров для персональных компьютеров бюджетного уровня устройства других типов интерфейса.

Однако стандарт PATA имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ограничение по длине, которую может иметь кабель данных Parallel ATA – не более 0,5 м. Кроме того, параллельная организация интерфейса накладывает ряд ограничений на максимальную скорость передачи данных. Не поддерживает стандарт PATA и многие расширенные возможности, которые имеются у других типов интерфейсов, например, горячее подключение устройств.

SATA - Serial ATA

Вид интерфейса SATA на материнской плате

Интерфейс SATA (Serial ATA), как можно догадаться из названия, является усовершенствованием ATA. Заключается это усовершенствование, прежде всего, в переделке традиционного параллельного ATA (Parallel ATA) в последовательный интерфейс. Однако этим отличия стандарта Serial ATA от традиционного не ограничиваются. Помимо изменения типа передачи данных с параллельного на последовательный, изменились также разъемы для передачи данных и электропитания.

Ниже приведен шнур данных SATA:

Шнур передачи данных для SATA интерфейса

Это позволило использовать шнур значительно большей длины и увеличить скорость передачи данных. Однако минусом стало то обстоятельство, что устройства PATA, которые до появления SATA присутствовали на рынке в огромных количествах, стало невозможно напрямую подключить в новые разъемы. Правда, большинство новых материнских плат все же имеют старые разъемы и поддерживают подключение старых устройств. Однако обратная операция – подключение накопителя нового типа к старой материнской плате обычно вызывает куда больше проблем. Для этой операции пользователю обычно требуется переходник Serial ATA to PATA. Переходник для кабеля питания обычно имеет сравнительно простую конструкцию.

Переходник питания Serial ATA to PATA:

Слева общий вид кабеля; Cправа укрупнено внешний вид коннекторов PATA и Serial ATA

Сложнее, однако, дело обстоит с таким устройством, как переходник для подключения устройства последовательного интерфейса в разъем для параллельного интерфейса. Обычно переходник такого типа выполнен в виде небольшой микросхемы.

Внешний вид универсального двунаправленного переходника между интерфейсами SATA - IDE

В настоящее время интерфейс Serial ATA практически вытеснил Parallel ATA, и накопители PATA можно встретить теперь в основном лишь в достаточно старых компьютерах. Еще одной особенностью нового стандарта, обеспечившей его широкую популярность, стала поддержка .

Вид переходника с IDE на SATA

О технологии NCQ можно рассказать чуть подробнее. Основное преимущество NCQ состоит в том, что она позволяет использовать идеи, которые давно были реализованы в протоколе SCSI. В частности, NCQ поддерживает систему упорядочивания операций чтения/записи, поступающих к нескольким накопителям, установленным в системе. Таким образом, NCQ способна значительно повысить производительность работы накопителей, в особенности массивов жестких дисков.

Вид переходника с SATA на IDE

Для использования NCQ необходима поддержка технологии со стороны жесткого диска, а также хост-адаптера материнской платы. Практически все адаптеры, поддерживающие AHCI, поддерживают и NCQ. Кроме того, NCQ поддерживают и некоторые старые проприетарные адаптеры. Также для работы NCQ требуется ее поддержка со стороны операционной системы.

eSATA - External SATA

Отдельно стоит упомянуть о казавшемся многообещающим в свое время, но так и не получившем широкого распространения формате eSATA (External SATA). Как можно догадаться из названия, eSATA представляет собой разновидность Serial ATA, предназначенную для подключения исключительно внешних накопителей. Стандарт eSATA предлагает для внешних устройств большую часть возможностей стандартного, т.е. внутреннего Serial ATA, в частности, одинаковую систему сигналов и команд и столь же высокую скорость.

Разъем eSATA на ноутбуке

Тем не менее, у eSATA есть и некоторые отличия от породившего его стандарта внутренней шины. В частности, eSATA поддерживает более длинный кабель данных (до 2 м), а также имеет более высокие требования к питанию накопителей. Кроме того, разъемы eSATA несколько отличаются от стандартных разъемов Serial ATA.

По сравнению с другими внешними шинами, такими, как USB и Firewire, eSATA, однако, имеет один существенный недостаток. Если эти шины позволяют осуществлять электропитание устройства через сам кабель шины, то накопитель eSATA требует специальные разъемы для питания. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, eSATA в настоящее время не пользуется большой популярностью в качестве интерфейса для подключения внешних накопителей.

Заключение

Информация, хранящаяся на жестком диске, не может стать полезной для пользователя и доступной для прикладных программ до тех пор, пока к ней не получит доступ центральный процессор компьютера. Интерфейсы жестких дисков представляют собой средство для связи между этими накопителями и материнской платой. На сегодняшний день существует немало различных типов интерфейсов жестких дисков, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и характерные особенности. Надеемся, что приведенная в данной статье информация во многом окажется полезной для читателя, ведь выбор современного жесткого диска во многом определяются не только его внутренними характеристиками, такими, как емкость, объем кэш-памяти, скорость доступа и вращения, но и тем интерфейсом, для которого он был разработан.