|
КомпьютерМастер |
|
| Услуги | Цены | Гарантии | Вызов мастера | Всё о компьютерах | Полезные ссылки |
Интерфейс IDE | |
|
Интерфейс IDE, широко используемый в запоминающих устройствах современных компьютеров, разрабатывался как интерфейс жесткого диска. Однако сейчас он используется для поддержки не только жестких дисков, но и многих других устройств, например накопителей на магнитной ленте, CD/DVD-ROM, дисководов Zip и др. В этой главе подробно обсуждается функционирование интерфейса IDE. Сегодня существует несколько типов интерфейсов жестких дисков. При модернизации или ремонте компьютера вы можете столкнуться с любым из них, поэтому необходимо знать интерфейсы всех типов, начиная от самых старых и заканчивая новейшими. Приведенные здесь параметры и технические характеристики могут оказаться полезными при выполнении самых разнообразных работ: при поиске неисправностей, профилактическом обслуживании, модернизации и подключении жестких дисков с различными типами интерфейсов. Кроме того, ниже рассматриваются стандартные контроллеры, принципы работы с ними и возможность их замены более быстродействующими устройствами. Правильный выбор интерфейса очень важен, поскольку от этого зависит тип и быстродействие жесткого диска, который можно установить в компьютер. Основная функция контроллера накопителя, или интерфейса, — передача данных из системы в накопитель и обратно. От типа интерфейса зависит, с какой скоростью будут осуществляться эти операции, что во многом определяет общую производительность компьютера. Приводимые в технической литературе статистические данные не всегда точно отражают истинное положение дел. Следует отделить мифы, основанные на чересчур завышенных показателях, от реальности. Обычно при оценке быстродействия накопителя (особенно жесткого диска) в первую очередь обращают внимание на среднее время поиска, т.е. время, необходимое для перемещения головок с одной дорожки на другую.Важность этого параметра часто переоценивают, особенно если сравнивать его с другими параметрами жесткого диска, например со скоростью передачи данных. Скорость передачи данных между жестким диском и компьютером, как правило, является более важной характеристикой, поскольку большую часть времени жесткий диск затрачивает именно на считывание и запись информации, а не на перемещение головок. Скорость загрузки или чтения файла зависит в основном от скорости передачи данных. Разумеется, среднее время поиска существенно влияет на скорость выполнения некоторых специальных операций (например, на сортировку больших файлов, в ходе которой происходит обращение к случайно выбранным отдельным записям файла, а следовательно, многократно выполняется операция поиска). Однако при обычных операциях загрузки и сохранения файлов определяющей оказывается скорость обмена данными. А она, в свою очередь, зависит как от самого жесткого диска, так и от типа используемого интерфейса. За время существования персональных компьютеров было разработано несколько интерфейсов. Ниже приведены типы интерфейсов и период их использования. Интерфейс Когда использовался -------------------------------------------- ST-506/412 1978-1989гг. ESDI 1986-1991гг. SCSI с 1986г. по настоящее время IDE с 1988г. по настоящее время Serial ATA c 2001г. по настоящее время -------------------------------------------- Из них только первых два можно считать настоящими интерфейсами между контроллером и диском. SCSI и IDE — это интерфейсы системного уровня, в которых контроллер одного из первых двух типов выполнен в виде микросхемы (или комплекта микросхем) и встроен в диск. Например, в большинстве дисков SCSI и IDE установлено устройство, собранное по той же схеме, что и автономный контроллер ESDI. В интерфейсе SCSI между контроллером и системной шиной вводится еще один уровень организации данных и управления, а интерфейс IDE взаимодействует с системной шиной непосредственно. Если вы занимаетесь восстановлением данных, то должны знать интерфейс, с которым работаете. Многие проблемы, возникающие при восстановлении данных, связаны с настройкой жесткого диска, а способы его установки и конфигурации для разных типов интерфейсов несколько различаются. Если диск установлен или настроен неправильно или его параметры случайно изменены пользователем, это может воспрепятствовать доступу к данным. Поэтому, если вы хотите заниматься восстановлением данных на профессиональном уровне, изучите особенности установки и конфигурации жестких дисков и контроллеров различных типов. Появление стандарта интерфейсов в индустрии PC обеспечивает совместимость между компьютерами разных фирм. Можно открыть каталог, выбрать подходящий жесткий диск и заказать по телефону его доставку. При этом вы можете быть уверены, что он будет работать в вашем компьютере. Это самая наглядная реализация принципа Plug and Play, а главный результат заключается в том, что можно выбрать жесткий диск с такой емкостью, быстродействием и прочими параметрами, которые вас устраивают. Интерфейс IDEТермин IDE (Integrated Drive Electronics) в принципе мог бы относиться к любому жесткому диску со встроенным контроллером. Официальное название интерфейса IDE, признанного в качестве стандарта ANSI, — ATA(ATAttachment). Поскольку в накопителе IDE контроллер встроенный, его можно подключать непосредственно к разъему на плате адаптера или на системной плате. Это существенно упрощает установку жесткого диска, так как не нужно подсоединять отдельные кабели для подачи питания, сигналов управления и т.п. Кроме того, при объединении контроллера и жесткого диска сокращается общее количество элементов в устройстве, уменьшается длина соединительных проводов, а в результате повышается надежность, устойчивость к шумам и быстродействие системы по сравнению с тем, когда автономный контроллер подключается к жесткому диску с помощью длинных кабелей. Объединяя контроллер (в том числе и входящий в его состав шифратор/дешифратор) с жестким диском, удается существенно повысить надежность воспроизведения данных по сравнению с системами, в которых используются автономные контроллеры. Происходит это потому, что кодирование данных и их преобразование из цифровой формы в аналоговую (и наоборот) осуществляется непосредственно в жестком диске при меньшем уровне внешних помех. В результате аналоговые сигналы, временные параметры которых весьма критичны, не передаются по плоским кабелям, где они могли бы "набрать" помех; кроме того, при передаче сигналов по кабелям могут возникнуть непредсказуемые задержки их распространения. В конечном счете совмещение контроллера и жесткого диска в едином блоке позволило повысить тактовую частоту шифратора/дешифратора, плотность размещения данных на носителе и общее быстродействие системы. Объединение контроллера и жесткого диска освободило разработчиков от необходимости строго следовать стандартам, что было неизбежно при использовании прежних интерфейсов. Взаимно согласованная и "подогнанная" пара "жесткий диск-контроллер" обладает гораздо большим быстродействием по сравнению с прежними комбинациями автономных устройств. Разъем IDE на системной плате во многих компьютерах представляет собой просто "усеченный" разъем шины расширения. В стандартном варианте ATA IDE используются разъемы с 40 контактами из возможных 98, имеющихся в разъеме 16-разрядной шины ISA. Из всего набора сигнальных линий шины к разъему IDE подведены только те, которые необходимы для работы стандартного контроллера жесткого диска компьютеров XT и AT. Например, для контроллера жесткого диска в компьютере AT нужна линия IRQ 14, поэтому на разъем IDE системной платы AT выведена только эта линия IRQ. На разъем системной платы компьютера XT выведена только линия IRQ 5, к которой и подключен контроллер. Обратите внимание, что даже если интерфейс ATA подключен к микросхеме South Bridge и работает на частоте шины PCI, то все равно разводка и назначение контактов не изменяются. Многие пользователи полагают, что в компьютерах, в которых разъем IDE установлен на системной плате, контроллер жесткого диска расположен на ней же. На самом деле это не так: контроллер находится в самом жестком диске. Когда говорят о накопителях IDE, то обычно имеют в виду вариант ATA IDE, получивший наибольшее распространение. Однако существуют и другие разновидности накопителей IDE для других шин. Например, в некоторых компьютерах PS/2 устанавливаются жесткие диски, предназначенные для работы с шиной MCA и подключаемые непосредственно к разъему расширения (через адаптер). Существуют также накопители IDE, предназначенные для 8-разрядной шины ISA, но они не получили широкого распространения. В большинстве IBM-совместимых компьютеров с шинами ISA и EISA устанавливаются 16-разрядные накопители ATA IDE. На сегодняшний день интерфейс ATA IDE является самым распространенным. АТА — конкретная разновидность интерфейса IDE. Но часто эти термины используются один вместо другого, что технически неправильно. IDE — это родовое название; его можно было бы дать любому интерфейсу, в котором часть контроллера встроена в дисковод. Главное достоинство накопителей IDE — их дешевизна. Поскольку для них не нужен отдельный контроллер, количество кабелей и разъемов, необходимых для подключения жесткого диска, оказывается существенно меньшим, чем в стандартном варианте жесткого диска с автономным контроллером. А это не может не сказаться на стоимости таких устройств. Кроме того, эти устройства более надежны, поскольку контроллер встроен в жесткий диск. В результате шифратор/дешифратор расположен в непосредственной близости от носителя. И так как аналоговый сигнал проходит очень короткую "дистанцию", он менее чувствителен к внешним шумам и помехам. Еще одно достоинство накопителей IDE — быстродействие. Но, как это ни странно, к данному классу относятся не только жесткие диски с максимальной производительностью, но и едва ли не самые "медленные" устройства. Это иллюстрация того, что многое зависит от конкретной реализации одной и той же технической идеи. Дать общую оценку производительности всех дисков IDE невозможно, поскольку каждая модель уникальна. Однако высококачественные устройства обладают быстродействием, равным или превосходящим аналогичный параметр для жестких дисков прочих типов (правда, при работе в автономном компьютере и под управлением однозадачной операционной системы). Первые диски IDEЭти диски выпускались в виде жестких плат. Некоторые фирмы, например Plus Development (подразделение Quantum), поступали следующим образом: прикрепляли небольшие жесткие диски формата 3,5 дюйма (в стандарте ST-506/412 или ESDI) непосредственно к платам стандартных контроллеров. Полученный модуль вставлялся в разъем шины как обычный контроллер жесткого диска. Но когда тяжелый, вибрирующий жесткий диск устанавливается в разъем расширения и крепится всего одним винтом, это, естественно, далеко не лучшая ситуация, не говоря о том, что такой модуль упирается в соседние платы, поскольку он намного толще обычного адаптера. Некоторые фирмы пошли другим путем и переработали конструкцию контроллера, установив его вместо платы управления в стандартном жестком диске. При этом сам жесткий диск монтируется обычным образом в предназначенном для него отсеке. Конечно, как и любое другое устройство компьютера, встроенный контроллер таких жестких дисков необходимо подключать к шине. Делается это с помощью кабеля, соединяющего жесткий диск с одним из разъемов. Существует несколько способов такого подключения. Фирма Compaq первой стала устанавливать в своих компьютерах специальный адаптер для перехода с 98-контактного печатного разъема шины AT (ISA), расположенного на системной плате, на 40-контактный разъем, к которому подключается жесткий диск. Такого разъема оказалось вполне достаточно, поскольку уже было ясно, что для контроллера жесткого диска никогда не потребуется более 40 линий. В 1987 году IBM разработала свои накопители IDE для шины MCA, которые подключаются к шине через специальный адаптер, названный промежуточной платой. На этих платах устанавливается лишь несколько буферных микросхем, поскольку встроенные контроллеры уже разрабатывались с расчетом на прямое подключение к шине. Еще одна 8-разрядная разновидность накопителя IDE была разработана для 8-разрядной шины ISA, используемой, например, в компьютерах PS/2 модели 30. В интерфейсе IDE, предназначенном для систем XT, тоже используются 40-контактные разъемы и кабель. Они подобны тем разъемам и кабелям, которые применяются в 16-разрядных версиях, но не совместимы с ними. Интерфейсы IDE для различных системных шинСуществует четыре основные разновидности интерфейса IDE, рассчитанные на взаимодействие с тремя стандартными шинами: Из этих трех разновидностей в настоящее время используется только ATA, а точнее, версия ATA-2. Ее еще называют EIDE (Enhanced IDE), Fast-ATA, Ultra-ATA или Ultra-DMA. Многие пользователи путают 16- и 32-разрядные соединения шины и 16- и 32-разрядные подсоединения жестких дисков. PCI-соединение обеспечивает 32-разрядный (в будущем 64-разрядный) обмен между шиной и контроллером накопителя. Однако в конфигурации накопителей IDE (или EIDE) вы все еще получаете только 16-разрядный обмен между накопителем и контроллером. Это обычно не создает серьезных проблем, поскольку один или два накопителя не могут обеспечить такой обмен данными, чтобы заполнить хотя бы 16-разрядный канал. В версиях XT и ATA для подключения жестких дисков используются стандартные 40-контактные разъемы и кабели, но разводки выводов у них разные, поэтому они оказываются не совместимыми друг с другом. В версии МСА IDE, рассчитанной только на компьютеры с шиной MCA, применяются совершенно другие, 72-контактные разъемы. В большинстве случаев в системе должен быть установлен накопитель IDE того типа, который соответствует шине компьютера. Другими словами, накопители XT IDE работают только в компьютерах класса XT с разъемами 8-разрядной шины ISA, накопители АТА IDE можно устанавливать только в компьютерах класса AT с разъемами 16-разрядной шины ISA или EISA, а накопители МСА IDE пригодны только для систем с шиной MCA (например, для PS/2 модели 50 и последующих). Правда, возможны и другие варианты. Например, фирма Silicon Valley выпускает платы адаптеров для компьютеров XT, предназначенные для работы с накопителями АТА IDE. Другие фирмы, например Arco Electronics и Sigma Data, выпускают адаптеры для систем с шиной MCA, к которым можно подключать те же накопители АТА IDE. Эти адаптеры могут оказаться полезными для владельцев компьютеров XT и PS/2, поскольку выбор накопителей IDE для систем XT и MCA весьма ограничен, а моделей накопителей АТА IDE выпускается очень много. В большинстве новых компьютеров разъем ATA установлен непосредственно на системной плате. Если его нет, то для подключения к компьютеру накопителя АТА IDE можно использовать дополнительную плату адаптера. Обычно на такой переходной плате нет ничего, кроме двух разъемов (98-контактного печатного разъема шины и 40-контактного разъема IDE) и набора проводников. Эти платы не являются контроллерами, так как последние уже встроены в жесткие диски. Правда, на некоторых из них монтируются дополнительные устройства, например специализированная ROM BIOS или кэш-память. Накопители ATA IDEПрототип накопителя ATA IDE, или 40-контактный IDE-разъем, был разработан совместными усилиями фирм CDC, Western Digital и Compaq. Первым устройством ATA IDE стал жесткий диск формата 5,25 дюйма емкостью 40 Мбайт половинного размера, выпущенный фирмой CDC. В нем использовался встроенный контроллер фирмы Western Digital, а устанавливались эти диски в первых компьютерах Compaq 386 (1986 год). Через некоторое время 40-контактный разъем и метод построения дискового интерфейса были представлены на рассмотрение в комитет по стандартам при ANSI. Совместными усилиями этого института и фирм-изготовителей были устранены некоторые шероховатости, "подчищены хвосты", и в марте 1989 года был опубликован стандарт на интерфейсы, известный как CAM AT A. Однако еще до появления этого стандарта многие фирмы, например Conner Peripherals, вслед за CDC внесли некоторые изменения в первоначальную конструкцию. В результате многие старые накопители ATA очень трудно объединять в двухдисковую конфигурацию, принятую для современных систем. Некоторые разделы стандарта ATA не конкретизированы, и фирмам-изготовителям предоставлена определенная свобода творчества при введении собственных команд и функций. Кстати, именно поэтому низкоуровневое форматирование накопителей IDE превратилось в столь сложную проблему. Программа форматирования при перезаписи заголовков секторов и создании карты дефектов должна обладать возможностью использования набора команд, разработанного фирмой-изготовителем для конкретной модели жесткого диска. К сожалению, при таком подходе размывается само понятие "стандарт". Важно отметить, что в качестве стандарта принят только интерфейс АТА IDE. Интерфейсы XT IDE и MCA IDE никогда таковыми не являлись и поэтому не получили широкого распространения. Эти интерфейсы сняты с производства — во всяком случае в новых компьютерах они не используются. Стандарты АТАКак уже упоминалось, стандарт ATA был принят в марте 1989 года Комитетом по стандартам при ANSI. После его принятия были рассмотрены и утверждены следующие стандарты ATA: Все версии стандарта ATA обратно совместимы, т.е. устройства ATA-1 или ATA-2 будут прекрасно работать с интерфейсом ATA-4 или ATA-5. Каждый последующий стандарт ATA основан на предыдущем.
Существующие стандартах ATA.
-------------------------------------------------------------------------
Стандарт Срок PIO DMA UDMA Быстродействие, Свойства
использования Мбайт/с
-------------------------------------------------------------------------
АТА-1 1986-1994 гг. 0-2 0 - 8,33
-------------------------------------------------------------------------
АТА-2 1995-1996 гг. 0-4 0-2 - 16,67
Трансляция CHS/LBA для работы с дисками емкостью до 8,4 Гбайт
-------------------------------------------------------------------------
АТА-3 1997 г. 0-4 0-2 - 16,67
Поддержка технологии S.M.A.R.T.
-------------------------------------------------------------------------
АТА-4 1998 г. 0-4 0-2 0-2 33,33
Режимы Ultra-DMA, поддержка дисков емкостью до 137,4 Гбайт на уровне BIOS
-------------------------------------------------------------------------
АТА-5 1999-2000 гг. 0-4 0-2 0-4 66,67
Режимы Faster UDMA, новый 80-контактный кабель с автоопределением
-------------------------------------------------------------------------
АТА-1Версия ATA-1 была окончательно утверждена в 1994 году. Стандарт ATA-1 определяет оригинальный интерфейс AT Attachment. В спецификации ATA-1 впервые были определены и документированы следующие основные свойства: Стандарт ATA-1 описан в документе ANSI X.3221-1994 AT Attachment Interface for Disk Drives, который можно найти в Internet. Стандартами ATA определены назначения выводов 40-контактного разъема, назначение и временные диаграммы передаваемых через него сигналов, параметры кабелей и т.п. Некоторые из этих требований рассматриваются в следующем разделе. Разъем ввода-вывода АТАЧтобы правильно подключить 40/44-контактный разъем интерфейса ATA, его обычно (но не всегда) снабжают ключом. В данном случае ключом служит срез вывода 20, причем соответствующее отверстие в ответной части отсутствует. Всем фирмам-изготовителям настоятельно рекомендуется использовать разъемы и кабели с ключами, поскольку при неправильном подключении кабеля IDE можно вывести из строя как контроллер, так и адаптер шины. Обратите внимание, что в разъеме предусмотрено место для 44 контактов, хотя только первые 40 используются в большинстве дисков ATA формата 3,5 дюйма или больших. Дополнительные четыре контакта (41-44) используются прежде всего на меньших дисках формата 2,5 дюйма, применяемых в портативных компьютерах. (В таких дисководах нет отдельного разъема питания, так что дополнительные контакты в первую очередь предназначены для подачи электропитания к дисководу.) Назначение выводов разъема интерфейса АТА IDE ------------------------------------------------------ Название сигнала Вывод Вывод Название сигнала ------------------------------------------------------ -RESET 1 2 Общий Данные, бит 7 3 4 Данные, бит 8 Данные, бит 6 5 6 Данные, бит 9 Данные, бит 5 7 8 Данные, бит 10 Данные, бит 4 9 10 Данные, бит 11 Данные, бит 3 11 12 Данные, бит 12 Данные, бит 2 13 14 Данные, бит 13 Данные, бит 1 15 16 Данные, бит 14 Данные, бит 0 17 18 Данные, бит 15 Общий 19 20 Ключ (нет вывода) DRQ3 21 22 Общий -IOW 23 24 Общий -IOR 25 26 Общий IO СН RDY 27 28 SPSYNC:CSEL -DACK 3 29 30 Общий IRQ 14 31 32 -IOCS16 Адрес, бит 1 33 34 -PDIAG Адрес, бит 0 35 36 Адрес, бит 2 -CS1FX 37 38 -CS3FX -DA/SP 39 40 Общий +5 В (питание электроники) 41 42 +5 В (питание двигателя) Общий 43 44 -TYPE (0=ATA) ------------------------------------------------------------ Кабель ввода-вывода АТАДля передачи сигналов между адаптером шины и жестким диском (контроллером) предназначен 40-контактный ленточный кабель. Чтобы по возможности не допускать искажения формы сигнала, увеличения задержек и уровня помех, длина кабеля не должна превышать 46 см (18 дюймов). Заметьте, что более новые высокоскоростные интерфейсы IDE наиболее подвержены помехам, возникающим в кабелях, особенно в слишком длинных. В таком кабеле возможно нарушение целостности данных и другие неприятности, которые могут вывести из себя даже самых хладнокровных пользователей. Желательно иметь специальный высококачественный короткий кабель IDE в комплекте инструментов для тестирования дисков на тот случай, если появляется подозрение, что проблемы возникают из-за качества кабеля. В настоящее время применяется два типа кабелей — 40- и 80-жильные. В обоих используются 40 контактные разъемы, а остальные проводники в 80-жильном кабеле заземлены. Такое конструктивное решение позволяет снизить уровень помех в высокоскоростных интерфейсах UltraATA/66 или UltraDMA/66. Новый 80-жильный кабель обратно совместим с 40-жильным, так что лучше использовать именно этот тип кабеля, причем независимо от интерфейса установленного накопителя. Управляющие сигналы интерфейса АТАВывод 20 играет роль ключа для правильной ориентации разъема и попросту отсутствует. Этот вывод и соответствующее отверстие в ответной части должны отсутствовать во всех разъемах интерфейса ATA. Все это необходимо для того, чтобы предотвратить неправильное подключение кабеля. Естественно, никаких сигналов к выводу 20 не подводится. На вывод 39 подается сигнал DA/SP (Drive Active/Slave Present), одновременно выполняющий две функции. Сразу после включения компьютера на вывод 39 поступает напряжение, свидетельствующее о наличии в системе вторичного жесткого диска. После этого каждый жесткий диск периодически отсылает сигнал, подтверждающий его активность. Через вывод 28 может передаваться два сигнала: SPSYNC (Spindle Synchronization — синхронизация шпинделя) и CSEL (Cable Select— выбор кабеля). Однако во время установки можно так задать параметры, чтобы использовалась только одна из этих функций. Сигнал SPSYNC может понадобиться для синхронизации вращения шпиндельного двигателя, но чаще всего через указанный вывод передается второй из возможных сигналов — CSEL. С его помощью можно определить жесткий диск либо как первичный (присваивается номер 0), либо как вторичный (присваивается номер 1), не переставляя в них при этом никаких перемычек. Если линию CSEL, к которой подключен данный жесткий диск, заземлить (подсоединить к общему проводу), то накопитель будет первичным; если же оставить ее свободной (не подключать к общему проводу), то накопитель окажется вторичным. Линии CSEL для разных жестких дисков можно заземлить (подключить к общему проводу) каждую отдельно, воспользовавшись Y-образным кабелем-раздвоителем. В нем разъем, подключенный к шине IDE, смонтирован в середине кабеля, а разъемы для двух жестких дисков — на противоположных концах. В одной из ветвей кабеля линия CSEL заземлена (первичный жесткий диск), а в другой — свободна. Двухдисковая конфигурация (подключение двух жестких дисков)Установка двух накопителей IDE в одном компьютере может оказаться проблематичной, так как каждый из них имеет собственный контроллер и оба они должны функционировать, будучи подключенными к одной шине. Поэтому важно найти метод, позволяющий адресовать каждую конкретную команду только одному контроллеру. В стандарте ATA предусмотрен способ организации совместной работы двух последовательно подключенных жестких дисков. Статус жесткого диска (первичный или вторичный) определяется либо путем перестановки имеющейся в нем перемычки или переключателя (с обозначением Master для первичного и Slave для вторичного), либо подачей по одной из линий интерфейса управляющего сигнала CSEL (Cable SELect — выбор кабеля). При установке в системе только одного жесткого диска его контроллер реагирует на все команды, поступающие от компьютера. Если жестких дисков два (а следовательно, и два контроллера), то команды поступают на оба контроллера одновременно. Их надо настраивать так, чтобы каждый жесткий диск реагировал только на адресованные ему команды. Именно для этого и служит перемычка (переключатель) Master/Slave и управляющий сигнал CSEL. Большинство накопителей IDE можно сконфигурировать следующим образом: Каждому из контроллеров двух жестких дисков необходимо сообщить его статус — первичный или вторичный. В большинстве новых накопителей используется только один переключатель (первичный/вторичный), а на некоторых еще и переключатель существования вторичного диска (slave present). Расположение переключателей для большинства накопителей ATA (IDE) ----------------------------------------------------------------------- Название Один накопитель Первичный, Вторичный, переключателя два накопителя два накопителя ----------------------------------------------------------------------- Master (M/S) Вкл. Вкл. Выкл. Slave Present (SP) Выкл. Вкл. Выкл. ----------------------------------------------------------------------- В некоторых современных накопителях можно не устанавливать переключатели, т.е. по умолчанию принимается определенная конфигурация накопителя. Все необходимые для правильной работы накопителя положения переключателей приводятся в документации к накопителю. Команды интерфейса АТАОдно из преимуществ интерфейса ATA IDE — расширенная система команд. Этот интерфейс разрабатывался на базе использовавшегося в первых компьютерах IBM AT контроллера WD1003, поэтому все без исключения накопители ATA IDE должны быть совместимы с системой из восьми команд упомянутого контроллера. Этим, в частности, и объясняется простота установки IDE-накопителей в компьютеры. Во всех PC-совместимых компьютерах поддержка контроллера WD1003, а следовательно, и интерфейса ATA IDE встроена в системную BIOS. Помимо набора команд контроллера WD1003, в стандарте ATA предусмотрено множество других команд, позволяющих повысить быстродействие и улучшить параметры жестких дисков. Эти команды считаются необязательной частью интерфейса ATA, но некоторые из них используются почти во всех современных жестких дисках и в значительной степени определяют их возможности в целом. Повидимому, наиболее важной из них является команда идентификации жесткого диска. По этой команде из жесткого диска в систему передается блок данных размером 512 байт с подробными сведениями об устройстве. Это позволяет любой программе (в том числе и системной BIOS) определить тип подключенного жесткого диска, фирму-изготовителя, номер модели, рабочие параметры и даже заводской номер изделия. Во многих современных версиях BIOS эта информация запрашивается автоматически, и после ее получения параметры жесткого диска заносятся в CMOS-память. Это избавляет пользователя от необходимости вводить их вручную при конфигурировании системы. Кроме того, при таком подходе вы будете застрахованы от ошибок, если впоследствии вдруг забудете первоначально введенные параметры жесткого диска (если при повторном вводе они будут другими, доступ к данным на диске окажется невозможным). Команда идентификации жесткого диска позволяет получить ряд сведений о нем: Некоторые общедоступные программы позволяют выполнить эту команду и вывести полученную информацию на экран. Можно воспользоваться программой IDEINFO (http: //www.dc.ee. /Files/Utils/IDEINFO.ARJ) или IDEDIAG (эта программа также часто встречается в Internet). Указанные программы особенно эффективны в тех случаях, когда в системе установлена старая версия BIOS, для которой параметры жесткого диска приходится вводить вручную. Эти программы считывают необходимую информацию непосредственно с накопителя жесткого диска. Еще две очень важные команды — Read Multiple и Write Multiple. Они позволяют осуществлять так называемый многосекторный обмен данными (т.е. обмен порциями, равными нескольким секторам). В сочетании с возможностью реализации пакетного режима программного ввода-вывода (Programmed I/O — PIO) это позволяет многократно увеличить общую производительность жесткого диска (по сравнению с работой в односекторном режиме). Помимо указанных, существует множество других дополнительных команд, в том числе и специфические команды, определяемые фирмами — производителями конкретных моделей жестких дисков. Довольно часто некоторые операции, например низкоуровневое форматирование и создание карт поверхностных дефектов, осуществляются именно с помощью таких специфических наборов команд. Поэтому программы низкоуровневого форматирования зачастую бывают уникальными, а фирмы-производители включают их в комплекты своих IDE-дисков. Стандарт АТА-2Этот стандарт представляет собой расширение первоначального стандарта ATA (IDE); впервые опубликован в 1996 году. Ниже приведены наиболее существенные из внесенных дополнений: Кроме того, ATA-2 вносит некоторые изменения в команду идентификации жесткого диска, в результате чего появляется возможность передавать в систему более подробные сведения о нем. Это особенно важно как для принципа Plug and Play, так и для совместимости с последующими версиями стандарта. Стандарт ATA-2 иногда называют Fast-ATA или Fast-ATA-2 (фирмы Seagate/Quantum), a также EIDE (Enhanced IDE, фирма Western Digital). Он описан в документе ANSI X3.279-1996 AT Attachment Interface with Extensions. Стандарт АТА-3Этот стандарт впервые был опубликован в 1997 году. Он обеспечивает: Стандарт ATA-3 описан в документе ANSI X3.298-1997 AT Attachment 3 Interface. Стандарты ATA-2 и ATA-3 часто называют EIDE (Enhanced ШЕ— улучшенный IDE). Спецификация Enhanced IDE была разработана фирмой Western Digital. Аналогичные стандарты (Fast-ATA и Fast-ATA-2) были приняты фирмой Seagate; этих же стандартов придерживается и Quantum. Но если говорить о жестких дисках и BIOS, то сразу становится очевидным, что это просто разные названия одних и тех же принципов и методов. Можно выделить четыре области, в которых стандарты ATA-2 (EIDE), ATA-3 и ATA-4 претерпели существенные изменения по сравнению с исходным вариантом ATA/IDE: ATA/ATAPI-4Спецификация ATA-4 была опубликована в 1998 году. Компонент PIIX4 и более поздние версии микросхемы South Bridge в системных платах Intel соответствуют стандарту ATA-4, а во многих новых дисководах реализован высокоскоростной режим передачи UDMA (Ultra-DMA). В соответствии со стандартом ATA-4 интерфейс ATAPI рассматривается как полноправный, а не вспомогательный интерфейс ATA, причем полностью совместимый с ним. Это должно способствовать применению интерфейса ATA для устройств многих других типов. ATA-4 также поддерживает новые режимы Ultra-DMA (называемые также Ultra-ATA) для еще более быстрой передачи данных. Режим с самым высоким эксплуатационным показателем, называемый DMA/33, имеет пропускную способность 33 Мбайт/с, что вдвое выше, чем у самого быстрого режима программированного ввода-вывода и режима прямого доступа к памяти. Основные нововведения стандарта ATA-4: Стандарт ATA-4 описан в документе ANSI NCITS 317-1998 ATA with Packet Interface Extension. В стандарте ATA-4 также предусмотрена поддержка команд организации очереди, подобных имеющимся в SCSI-2. Это позволяет улучшить эксплуатационные показатели в многозадачном режиме, поскольку одновременно несколько программ могут обращаться к устройствам IDE. ATA/ATAPI-5Данная версия стандарта ATA была одобрена в начале 2000 года и базируется на интерфейсе ATA-4. Этот стандарт был дополнен такими возможностями: режимы передачи Ultra-DMA (UDMA), позволяющие передавать со скоростью до 66 Мбайт/с (так называемая 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 UDMA33 (только при наличии 80- жильного кабеля). Все стандарты — от первого ATA до ATA-5 — совместимы между собой; другими словами, можно подключить диск ATA-5 в систему с ATA-1 или диск ATA-1 в систему с ATA-5. В таких случаях диск или система будет работать со скоростью компонента, имеющего наименьшую производительность. Комитетом T13 недавно был одобрен стандарт IEEE-1394 (iLink или Fire Wire), который является расширением протокола ATA. В этом стандарте предусмотрен протокол сопряжения шин iLink/FireWire и ATA, что позволяет подключать ATA-диски к этому интерфейсу. ATA-5 включает в себя спецификацию Ultra-ATA/66, в которой скорость пакетной передачи протокола Ultra-ATA удвоена за счет уменьшения времени синхронизации и увеличения частоты. Последнее привело к увеличению помех при передаче по стандартному 40-жильному кабелю, применяемому в интерфейсе ATA и Ultra-ATA. Для снижения уровня помех был разработан 80-жильный 40-контактный кабель. Он был впервые представлен для интерфейса ATA-4, однако стал обязательным для ATA-5 в случае использования режима Ultra-ATA/66. Этот кабель имеет 40 дополнительных заземляющих проводов между каждой из основных 40 сигнальных и заземляющих линий, что помогает изолировать сигналы от взаимных наводок. Обратите внимание, что этот кабель работает не только с устройствами UltraATA, но и со старыми устройствами, поскольку остальные 40 контактов имеют то же назначение, что и раньше. Новый 40-контактный 80-жильный кабель может работать в режиме выбора кабеля и имеет особую цветную разметку. Голубой (концевой) разъем подключается к плате интерфейса АТА (обычно к системной плате). Черный (с другой стороны кабеля) разъем называется мастер-разъемом; к нему подключается основной диск. Серый (центральный) разъем используется для подключения вторичных устройств. Чтобы использовать режимы UDMA/33 и UDMA/66, интерфейс ATA, накопитель, BIOS и кабель должны быть совместимы с режимом, который вы желаете использовать. Кроме того, операционная система должна поддерживать прямой доступ к памяти. Системы Windows 95 OSR2, Windows 98 и Windows 2000 поддерживают режим прямого доступа к памяти, однако более ранним версиям Windows 95 и Windows NT (до появления пакета обновления Service Pack 3) необходимы дополнительные драйверы этих скоростных режимов. Для работы в самом быстром режиме Ultra-ATA/66 необходим совместимый с Ultra-ATA/66 80-жильный кабель. Кстати, этот тип кабеля лучше использовать и для режима Ultra-ATA/33. Для повышения надежности в режимах Ultra-DMA используется механизм обнаружения ошибок CRC. Этот алгоритм поиска вычисляет контрольную сумму, используемую для обнаружения ошибок в потоке данных. И контроллер и диск вычисляют значение CRC для каждой передачи Ultra-DMA. После пересылки данных диск отдельно рассчитывает значение CRC и сравнивает его со значением, которое присылает контроллер. Если эти значения отличаются, контроллер понижает скорость передачи и снова передает данные. Особенности интерфейса АТАНовейшие версии интерфейса ATA с современными BIOS позволяют работать с более быстрыми и вместительными жесткими дисками и остальными типами устройств. Об этих усовершенствованиях и пойдет речь в данном разделе. Ограничения емкости дисковСовременные интерфейсы АТА/ШЕ имеют ограничение емкости диска в 136,9 Гбайт. Кроме того, в зависимости от версии BIOS, значение этого ограничения может находиться еще ниже, например на отметке в 8,4 Гбайт или даже 512 Мбайт. Это может случиться в результате наложения ограничений для ATA на ограничения BIOS, что в конечном итоге может привести к еще большим ограничениям. Соответствующие ограничения определяются как интерфейсом ATA, так и BIOS Ограничения ATA/IDE на емкость диска -------------------------------------------------------------------------- Спецификация Макс. число секторов Макс. объем, байт Макс. объем -------------------------------------------------------------------------- Интерфейс АТА 267386880 136902082560 136,9 Гбайт Стандартная CHS BIOS 1032192 528482304 528,5 Мбайт CHS BIOS с трансляцией 16505072 8455716864 8,4 Гбайт Улучшенная BIOS 18446744073709551600 9444732965739290430000 9444 Эбайт (EDD BIOS) -------------------------------------------------------------------------- BIOS обращается к драйверу жесткого диска с помощью прерывания INT13h, которое предоставляет функции чтения и записи на диск на уровне секторов. Прерывание INT13h требует указания определенного сектора, при этом каждый сектор адресуется его цилиндром, головкой и расположением сектора. Этот интерфейс обращения к диску называется CHS-адресацией и используется операционной системой и дисковыми утилитами низкого уровня. Изначально интерфейс прерывания 13h был реализован IBM в BIOS для контроллера жесткого диска компьютера PC XT. Этот интерфейс был создан в 1983 году, а в 1984 был включен в BIOS системной платы PC AT. Интерфейс использует числа для адресации отдельного сектора, цилиндра и головки. Идея проста: если у вас есть отель, в котором номера комнат ограничены двумя разрядами, вы сможете пронумеровать только 100 комнат — от 0 до 99. Номера CHS, используемые интерфейсом INT13h, записаны в битовом формате. Поскольку цилиндры адресуются 10 битами, то можно использовать максимум 1 024 цилиндра (от 0 до 1 023). Максимальное количество головок, с которыми можно работать через BIOS, равно 256; они нумеруются от 0 до 255. И наконец, секторы, с которыми еще больше проблем. Секторы на дорожке адресуются 6 битами, значит можно адресовать максимум 64 сектора. Однако, поскольку нумерация начинается не с 0 а с 1, суммарное количество секторов на дорожку, с которым может работать BIOS, не должно превышать 63. Ограничения CHS параметров для прерывания BIOS INT13h --------------------------------------------------------------------------- Поле Размер поля, бит Макс. значение Диапазон Число исп-х значений --------------------------------------------------------------------------- Цилиндры 10 1024 0-1023 1024 Головки 8 256 0-255 256 Секторы 6 64 0-63 64 --------------------------------------------------------------------------- Эти ограничения распространяются на все версии BIOS и на все программы, которые используют стандартную адресацию CHS и интерфейс INT13h. Подставив максимальные значения для адресации CHS, мы получим диск с 1 024 цилиндрами, 256 головками и 63 секторами на дорожку. Поскольку размер каждого сектора равен 512 байт, получаются такие результаты: Максимальные значения -------------------------------- Цилиндров 1024 Головок 256 Секторов на дорожку 63 -------------------------------- Итого секторов 16515072 -------------------------------- Итого байт 8455716864 Миллионов байт 8456 Мегабайт 8064 Миллиардов байт 8,4 Гигабайт 7,8 -------------------------------- Из этих расчетов видно, что максимальный размер диска, который можно адресовать через интерфейс BIOS INT13h, равен приблизительно 8,4 Гбайт, а точнее, 7,8 Гбайт. Рассмотрим еще один способ расчета: сектор адресуется с помощью одного 24-разрядного числа (10 бит + 8 бит + 6 бит). Поскольку 6-битовый фрагмент не может быть равен нулю, общее количество адресуемых секторов равно 224-218, или 16 777 216-262 144=16 515 072 секторов. Поскольку размер каждого сектора равен 512 байт, максимальное количество, которое может поддерживать BIOS, равно 8,4 Гбайт. К несчастью для ATA, не только BIOS накладывает ограничения. Существуют еще и ограничения самого интерфейса ATA. Ограничения параметров стандартного интерфейса АТА --------------------------------------------------------------------------- Поле Размер поля, бит Макс. значение Диапазон Число исп-х значений --------------------------------------------------------------------------- Цилиндры 16 65536 0-65535 65536 Головки 4 16 0-15 16 Секторы 8 256 1-255 255 --------------------------------------------------------------------------- Ограничения, накладываемые ATA на количество цилиндров и секторов, выше ограничений BIOS, однако для количества головок эти ограничения ниже. Общие ограничения на объем диска в соответствии со спецификацией ATA следующие: Максимальные значения ------------------------------ Цилиндров 65536 Головок 16 Секторов на дорожку 255 ------------------------------ Итого секторов 267386880 ------------------------------ Итого байт 136902082560 Миллионов байт 136902 Мегабайт 130560 Миллиардов байт 136,9 Гигабайт 127,5 ------------------------------ Обратите внимание, что ограничения ATA можно выразить как одно 28-разрядное число, комбинируя 16-разрядное число для цилиндров, 4-разрядное число для головок и 8-разрядное число для секторов. Поскольку нумерация секторов начинается с 1 вместо 0, максимальный объем диска равен 228-220, или 268 435 456-1 048 576=267 386 880 секторов. Поскольку размер сектора равен 512 байт, максимальный объем, который поддерживается ATA, равен 136,9 Гбайт. При объединении ограничений BIOS и ATA вы столкнетесь с ситуацией приведенной ниже.
Объединение ограничений BIOS и АТА
------------------------------------------------------------------------
Поле Ограничения Ограничения Суммарные ограничения
для CHS BIOS для АТА
------------------------------------------------------------------------
Цилиндры 1024 65536 1024
Головки 256 16 16
Секторы 63 255 63
Всего секторов 16505072 267386880 1032192
Макс. объем 8,4 Гбайт 139,9 Гбайт 528 Мбайт
------------------------------------------------------------------------
Как видно из этих данных, комбинация ограничений приводит к следующим максимальным значениям: цилиндров — 1 024, головок — 16, секторов — 63; в результате максимальный объем получается равным 528 Мбайт. Для устранения этих проблем с 1993-1994 гг. в большинстве версий BIOS начали использовать "ухищрения", позволяющие адресовать до 8,4 Гбайт дискового пространства. Новый способ получил название метод трансляции параметра, который активизируется на уровне BIOS и адаптирует или, другими словами, транслирует параметры цилиндров, головок и секторов в приемлемые для BIOS. Существует два типа трансляции: первый метод основан на математической обработке параметров CHS (в программе настройки параметров BIOS этот метод называется Large CHS или Extended CHS), второй — на общем числе секторов (в программе настройки параметров BIOS этот метод называется LBA — Logical Block Address). Оба метода трансляции приводят к одинаковому результату и просто используют разные алгоритмы для достижения одной цели. Из-за некоторых ограничений, накладываемых на трансляцию CHS, лучше выбирать трансляцию LBA, если она поддерживается вашей версией BIOS. В принципе все версии PC BIOS, выпущенные с 1994 года, поддерживают трансляцию и должны поддерживать режимы CHS и LBA. Если есть возможность выбирать между этими двумя режимами, следует отдать предпочтение режиму LB A, поскольку он более эффективен. Оба этих метода будут нормально работать для одинаковых параметров CHS, однако, в зависимости от специфических параметров диска, существует возможность изменения геометрии диска. Если вы установили и отформатировали диск, используя трансляцию CHS, а затем поменяли метод трансляции на LBA, не исключена вероятность того, что интерпретированная геометрия изменится и диск будет невозможно прочитать. Таким образом, после выбора метода трансляции не нужно его изменять до создания резервной копии данных вашего диска. С использованием трансляции переданные диском параметры конвертируются. Физические параметры, о которых сообщил диск, изменяются так, чтобы их могла обработать BIOS, например:
Физические параметры Логические параметры
------------------------------------------------------------------
Цилиндры 12,000 750
Головки 16 256
Секторов на дорожку 63 63
Итого секторов 12096000 12096000
Емкость (Мбайт) 6193 6193
Реальная емкость (Мбайт) 5906 5906
------------------------------------------------------------------
В этом примере приведен диск, содержащий 12 000 цилиндров и 16 головок. Физическое число цилиндров диска больше ограничения в 1 024 цилиндра, накладываемого BIOS, поэтому, транслируя это число, BIOS делит количество цилиндров на 2, 4, 8 или 16, снижая его до 1 024. В данном случае количество цилиндров разделено на 16, в результате чего получено новое число — 750, что меньше 1 024. При этом количество головок было умножено на то же число и стало равным 256, что как раз вписывается в ограничение на количество головок для BIOS. Теперь, хотя диск физически имеет 12 000 цилиндров и 16 головок, BIOS и все программное обеспечение (включая операционную систему) рассматривают его как диск, имеющий 750 цилиндров и 256 головок. Обратите внимание, что число секторов, равное 63, не претерпело изменений. Теперь, используя новые параметры, BIOS полностью видит диск емкостью 6 Гбайт, не ограничиваясь первыми 528 Мбайт. При установке нового жесткого диска не нужно рассчитывать параметры трансляции; BIOS сделает это за вас. От вас требуется лишь предоставить BIOS возможность автоматически определить параметры диска и активизировать трансляцию ECHS или LBA. Остальное программа настройки параметров BIOS сделает сама. Чтобы узнать, поддерживает ли трансляцию параметров ваша версия BIOS, попробуйте в соответствующем разделе программы настройки параметров BIOS ввести число, большее 1 024. Однако лучше всего просто проверить, есть ли параметры трансляции в разделе настройки диска программы. Если в этом разделе присутствуют параметры LBA или ECHS (иногда Large или Extended), можно точно сказать, что эта версия BIOS поддерживает трансляцию. Большинство версий BIOS, выпущенных после 1994 года, поддерживают трансляцию. Если в вашей BIOS до сих пор не поддерживается трансляция параметров, то разыщите ее обновленную версию у производителя системной платы. В стандартном режиме трансляция может проводиться только в один этап и только внутри диска. На сегодняшний день настоящая физическая геометрия всех зонально записанных дисков ATA абсолютно невидима снаружи. Информация о цилиндрах, головках и секторах, которую показывает программа настройки параметров BIOS, отражает логическую геометрию, а не реальные физические параметры диска. Стандартная адресация CHS ограничена 16 головками и 1 024 цилиндрами, что приводит к лимиту емкости диска 504/528 Мбайт. Способы адресации секторов на диске --------------------------------------------------------------------------- Режим BIOS Операционная система передает BIOS BIOS передает диску --------------------------------------------------------------------------- Стандартный Физ. параметры CHS Физ. параметры CHS (без трансляции) Расширенная трансляция Лог. параметры CHS Физ. параметры CHS CHS (ECHS) Трансляция LBA Лог. параметры CHS Параметры LBA "Чистый" LBA Параметры LBA Параметры LBA --------------------------------------------------------------------------- В программе настройки параметров BIOS этот режим часто называется Normal и "заставляет" BIOS вести себя так, словно это старая версия BIOS без трансляции. Этот режим применим для дисков, имеющих менее 1 024 цилиндров, или же при использовании такого диска с операционной системой, которая не поддерживает трансляцию. В режиме ECHS транслированная диском логическая геометрия используется для связи между диском и BIOS, тогда как другая транслированная геометрия — для связи BIOS со всем остальным "миром". Другими словами, трансляция выполняется в два этапа. Диск транслирует параметры внутри, однако все равно передает параметры, которые выходят за пределы ограничения стандартной BIOS на количество цилиндров. В этом случае номер цилиндра обычно делится на 2, а значение для головки умножается на 2 для получения транслированных параметров из тех, которые сохранены в CMOS. Такой тип трансляции устраняет первое ограничение емкости в 504/528 Мбайт. В программе установки параметров BIOS этот режим называется Large или ECHS, и от BIOS требуется выполнить трансляцию ECHS. В таком режиме для обращения к BIOS и к диску используется разная геометрия (цилиндры/головки/секторы). Этот тип трансляции можно использовать для дисков, которые имеют более 1 024 цилиндров, однако не поддерживают режим LBA (Logical Block Addressing). Обратите внимание, что геометрия, отображаемая в окне программы установки параметров BIOS, является логической, а не транслированной. LBA — это средство линейной адресации секторов, в котором отсчет начинается с адреса "цилиндр 0, головка 0, сектор 1" (обозначается как LBA 0) и продолжается до последнего физического сектора на диске. Такой подход впервые появился в ATA-2, однако он всегда применялся в интерфейсе SCSI. В связи с пересчетом параметров BIOS необходимо отметить: если вы измените режим пересчета секторов (CHS, ECHS или LBA), то BIOS может перейти к другой логической модели диска. То же самое может произойти, если вы переставите диск, отформатированный в старом компьютере (в котором не предусмотрен режим LBA), в новую систему с возможностью такой адресации. Это приведет к смене логической модели диска, "видимой" со стороны операционной системы, и координаты расположения блоков данных на диске изменятся до неузнаваемости. Естественно, добраться до них вам уже не удастся. Поэтому советую всегда записывать хранящиеся в CMOS-памяти параметры жестких дисков, чтобы позднее их можно было восстановить в первоначальном виде. В адресации LBA все секторы, начиная с нулевого, имеют номер. Этот адрес является 28-разрядным числом, которое транслируется в номер сектора от 0 до 267 386 879. Поскольку размер каждого сектора 512 байт, максимальный объем диска может достигать 136,9 Гбайт. К сожалению, операционная система все равно требует значение, транслированное в CHS, поэтому BIOS вычисляет CHS-адрес сектора и передает транслированное значение CHS. Ограничения, которые накладывает BIOS на CHS-адрес, таковы: 1 024 цилиндра, 256 головок и 63 сектора на дорожку, что и приводит к появлению ограничения емкости диска в 8,4 Гбайт. Другими словами, описанная схема трансляции разрушает барьер в 528 Мбайт точно так же, как это делает метод ECHS. Поскольку для адресации сектора на жестком диске использовать одно число вместо трех несколько проще, трансляция LBA является более предпочтительным методом, если, конечно, диск ее поддерживает. Преодоление ограничения емкости в 8,4 ГбайтСистемы с накопителями ATA страдали от ограничений емкости диска, которые накладывались интерфейсом ATA и BIOS. Первые два ограничения относились скорее к BIOS. Сначала емкость диска ограничивалась 528 Мбайт, а затем — 8,4 Гбайт. Преодоление барьера 528 Мбайт стало возможным благодаря трансляции параметров. К сожалению, трансляция параметров работает только в пределах ограничений BIOS, a значит, после устранения первой преграды появляется следующая. Другими словами, даже с трансляцией распознаваемый объем жесткого диска не может быть выше 8,4 Гбайт. Поддержка дисков с большим размером требует абсолютно другой схемы адресации, в которой не будет больше неуклюжей адресации CHS, а будет использоваться только LBA, или прямая адресация секторов. Компания Phoenix Technologies первой решила эту проблему и в 1994 году опубликовала документ BIOS Enhanced Disk Drive Specification, в котором описывалось весьма элегантное решение. Основная идея этой публикации заключалась в том, чтобы все производители создавали BIOS совместимыми между собой. Для обеспечения дальнейшего развития и увеличения совместимости компания Phoenix после ряда дополнений передала этот документ организации NCITS для продолжения его разработки и утверждения в качестве стандарта. С 1998 года большинство производителей BIOS начали встраивать поддержку EDD в своих продуктах, обеспечив наконец поддержку дисков ATA объемом больше 8,4 Гбайт. Случайно (а может, и нет) эта поддержка появилась как раз в том году, когда увидели свет диски такого объема. Документ EDD описывает дополнительные сервисы, предоставляемые BIOS, которая теперь может поддерживать накопители объемом более 9,4 миллиардов триллионов байт (если быть более точным, 9 444 732 965 739 290 430 000 байт!). Более ранние версии BIOS имели ограничение в 528 Мбайт и теоретическое ограничение в 8,4 Гбайт. Начиная с середины 1998 года большинство систем поставлялись с усовершенствованными версиями BIOS. Однако стоит обратить внимание, что, хотя BIOS и может работать с дисками, имеющими 264 секторов, диски ATA ограничены размером 228-220 секторов, или 136,9 Гбайт.
В соответствии с характеристиками EDD обращение к дискам осуществляется с помощью "чистой" нумерации LBA без какой-либо трансляции, а значит, обеспечивает обратную совместимость с CHS для первых 8,4 Гбайт диска. EDD может работать с 264 секторов. Это позволяет адресовать: Компания Phoenix изначально утверждала, что эта спецификация EDD будет востребованной еще 15 лет при условии удвоения среднего объема дисков каждые 1,5-2 года (закон Мура), однако если посмотреть на емкости дисков ATA в 2000 году, которые достигли 36 Гбайт, становится ясно, что этот стандарт проживет как минимум до 2057 года, а возможно, и до 2076, когда нам понадобится новая система адресации с большим числом битов. Если ваш компьютер собран в 1998 году или позже, то, скорее всего, ваша BIOS поддерживает EDD, а значит, и диски емкостью до 136,9 Гбайт (максимум для стандарта ATA). Следует хорошо запомнить, что при использовании устаревшего программного обеспечения, включая утилиты, приложения и даже операционные системы, работа которых базируется на параметрах CHS, им будут доступны лишь первые 8,4 Гбайт дисков любой емкости. Ограничения операционных систем на емкость жестких дисков
DOS/Windows Зх
DOS 7.0
Windows 9x
Windows 95B OSR2
Windows NT
Windows NT 4.0
Windows 2000
OS/2 Warp
Novell Повышение скорости передачи данныхВ стандартах ATA-2/EIDE и ATA-3 предусмотрено несколько режимов быстрого обмена данными с жесткими дисками. Описание этих режимов составляет существенную часть стандарта, и вообще своим появлением он во многом обязан именно этим новым возможностям. Большинство современных быстродействующих жестких дисков может работать в так называемых режимах PIO 3 и PIO 4, скорость обмена данными в которых очень высока. Эти режимы описаны ниже. От выбора режима PIO зависит скорость обмена данными с жестким диском. В самом "медленном" режиме (режим 0) длительность одного цикла передачи данных не превышает 600 не. В каждом цикле передается 16 бит данных, поэтому теоретически достижимая скорость обмена в режиме 0 составляет 3,3 Мбайт/с. В большинстве современных жестких дисков поддерживается режим РЮ 4, в котором скорость обмена данными достигает 16,6 Мбайт/с. Для работы в режиме 3 или 4 необходимо, чтобы порт IDE компьютера относился к локальной шине. Это означает, что плата контроллера IDE должна быть установлена в разъем шины VL-Bus либо PCI. В большинстве современных системных плат с поддержкой ATA-2/EIDE существует два разъема IDE, и, как правило, оба они рассчитаны на поддержку этих режимов. Но в некоторых системных платах для процессора 486 и даже Pentium только первичный вывод подключается к системной локальной шине PCI, а вторичный разъем обычно подключается к шине ISA и поэтому может поддерживать работу только режимов 0, 1 и 2.
Характеристики режимов PIO
---------------------------------------------------------------------------
Режим PIO Длительность цикла, нс Скорость передачи данных, Стандарт
Мбайт/с
---------------------------------------------------------------------------
0 600 3,3 АТА
1 383 5,2 АТА
2 240 8,3 АТА
3 180 11,11 АТА-2, EIDE,Fast-ATA
4 120 16,67 АТА-2, EIDE,Fast-ATA
---------------------------------------------------------------------------
В ответ на запрос команды идентификации жесткого диска последний среди прочих параметров возвращает информацию о режимах PIO и DMA, в которых он может работать. В большинстве улучшенных версий BIOS предусмотрен автоматический переход программы в режим, соответствующий возможностям жесткого диска. Если вы установите скорость обмена больше той, на которую рассчитан жесткий диск, данные будут утеряны. В жестких дисках, соответствующих стандарту ATA-2, предусмотрен блочный режим передачи данных (Block Mode PIO) с использованием команд Read/Write Multiple. Благодаря им удается существенно сократить количество прерываний, отсылаемых в адрес центрального процессора, и соответственно уменьшить время их обработки. Это позволяет еще больше повысить скорость обмена данными. Обмен данными через канал прямого доступа к памяти (DMA)Этот режим в большинстве операционных систем и BIOS не предусмотрен, однако стандартом ATA-2 он поддерживается. Передача через канал прямого доступа к памяти (DMA) означает, что, в отличие от режима PIO, данные передаются непосредственно из жесткого диска в системную (основную) память, минуя центральный процессор. Прямой доступ к памяти может осуществляться двумя способами: обычным и режиме Bus Master. В первом случае обработка запросов, захват шины и передача данных осуществляются контроллером DMA на системной плате. Во втором случае все эти операции выполняет устройство, смонтированное на самой плате интерфейса. Это, естественно, увеличивает сложность и стоимость интерфейсов подобного типа. В системах с микросхемой Intel PIIX (PCI IDE ISA eXcelerator) и более поздними компоненты South Bridge могут поддерживать режим Bus Master IDE. При этом используется режим Bus Master на шине PCI при передаче данных.
Режимы Bus Master IDE и скорости передачи
---------------------------------------------------------------------------
Режим Продолжительность Скорость передачи, Спецификации
BusMaster IDE цикла, нс Мбайт/с
---------------------------------------------------------------------------
0 480 4,16 АТА-2
1 150 3,33 АТА-2, EIDE, Fast-ATA
2 120 16,67 АТА-2, EIDE, Fast-ATA
---------------------------------------------------------------------------
К сожалению, даже самый быстрый режим Bus Master IDE 2 имеет ту же скорость передачи 16,67 Мбайт/с, что и режим РЮ 4. Это связано с тем, что контроллеры DMA в компьютерах с шиной ISA обладают очень низким быстродействием. И поэтому нет никакого смысла использовать их для работы с современными жесткими дисками. В большинстве случаев рекомендуется использовать стандартный режим PIO 4, если дисководы его поддерживают. Режимы Bus Master IDE никогда не были очень эффективными и теперь заменены режимами Ultra-DMA, поддерживаемыми совместимыми устройствами ATA-4. Ниже приведены спецификации режимов Ultra-DMA, которые в настоящее время описываются спецификациями ATA-4 и ATA-5.
Спецификации режимов Ultra-DMA
---------------------------------------------------------------------------
Режим Ultra-DMA Время цикла, нс Коэффициент передачи Спецификация
данных, Мбайт/с
---------------------------------------------------------------------------
0 240 16,67 АТА-4, Ultra-ATA/33
1 160 25,00 АТА-4, Ultra-ATA/33
2 120 33,33 АТА-4, Ultra-ATA/33
3 90 44,44 АТА-5, Ultra-ATA/66
4 60 66,67 АТА-5, Ultra-ATA/66
---------------------------------------------------------------------------
Интерфейс ATAPI (ATA Packet Interface)Данный интерфейс был разработан для того, чтобы накопители на магнитной ленте, CD-ROM и другие устройства можно было подключать к обычному IDE-разъему. Основное преимущество устройств, выполненных в стандарте ATAPI, — это их дешевизна и возможность подключения к уже установленному адаптеру. Что касается накопителей CD-ROM, то они используют ресурсы центрального процессора гораздо реже, чем аналогичные устройства, подключенные к специальным адаптерам; но они не дают выигрыша в быстродействии. А вот быстродействие и надежность накопителей на магнитной ленте может существенно возрасти, если их подключить к интерфейсу ATAPI, а не к контроллерам дисководов на гибких дисках. Хотя накопители CD-ROM и подключаются к интерфейсу жесткого диска, это отнюдь не означает, что с позиций системы они выглядят как обычные жесткие диски. Напротив, с точки зрения программного обеспечения они напоминают устройства SCSI. В базовой системе ввода-вывода некоторых систем непосредственно не предусмотрена поддержка ATAPI. Системы без поддержки ATAPI в базовой системе ввода-вывода не могут загружаться с компакт-диска ATAPI, так как предварительно нужно загрузить драйвер. В Windows 95/NT встроена поддержка интерфейса ATAPI, а многие версии BIOS позволяют выполнять загрузку системы с ATAPI-накопителя CD-ROM. Это значительно упрощает инсталляцию таких систем, как Windows 98 или Windows 2000.
Кроме того, обычно рекомендуется устанавливать различные типы устройств IDE на разные каналы. Дело в том, что некоторые старые наборы микросхем системной логики не поддерживают различных скоростей передачи, а это означает, что канал приходится настраивать на скорость самого медленного устройства. Поскольку по сравнению с жестким диском накопители на магнитной ленте и дисководы компакт-дисков работают в более низкоскоростных режимах IDE, жесткий диск, подсоединенный к одному с ними кабелю, будет работать медленнее, чем позволяют его возможности. Но даже если набор микросхем системной логики поддерживает различные скорости передачи данных, рекомендуется подключать к устройствам отдельные кабели, поскольку IDE, в отличие от SCSI, обычно не допускает (временного) перекрытия операций доступа. Другими словами, когда один диск выполняет команды, к другому нельзя обратиться.
|
|
