Paralelní ATA - Parallel ATA

Paralelní ATA
Konektory IDE v PCChips M925LR Pentium 4.jpgPATA-kabel.jpg
Vlevo dvě zásuvky pro základní desku ATA, napravo s konektorem ATA.
Typ Konektor interního úložného zařízení
Návrhář Western Digital & Compaq ,
následně vylepšené mnoha dalšími
Navrženo 1986
Nahrazen Serial ATA (2003)
Možnost připojení za provozu Ne
Externí Ne
Kabel Plochý kabel 40 nebo 80 vodičů
Špendlíky 40
Šířka 16 bitů
Bitrate Half-duplex :
8,3 MB/s maximum původně
později 33, 66, 100 a 133 MB/s
Max. zařízení Dva
Protokol Paralelní
ATA Plug.svg
Kolík 1 Resetovat
Kolík 2 Přízemní
Kolík 3 Data 7
Kolík 4 Údaje 8
Kolík 5 Údaje 6
Kolík 6 Údaje 9
Kolík 7 Údaje 5
Kolík 8 Údaje 10
Kolík 9 Údaje 4
Kolík 10 Údaje 11
Kolík 11 Data 3
Kolík 12 Data 12
Kolík 13 Údaje 2
Kolík 14 Údaje 13
Kolík 15 Údaje 1
Kolík 16 Údaje 14
Kolík 17 Data 0
Kolík 18 Údaje 15
Kolík 19 Přízemní
Kolík 20 Klíč nebo VCC_in
Kolík 21 DDRQ
Kolík 22 Přízemní
Kolík 23 I/O psát
Kolík 24 Přízemní
Kolík 25 I/O číst
Kolík 26 Přízemní
Kolík 27 IOCHRDY
Kolík 28 Výběr kabelu
Kolík 29 DDACK
Kolík 30 Přízemní
Kolík 31 IRQ
Kolík 32 Žádné připojení
Kolík 33 Addr 1
Kolík 34 GPIO_DMA66_Detect
Kolík 35 Addr 0
Kolík 36 Addr 2
Kolík 37 Vyberte čip 1P
Kolík 38 Vyberte čip 3P
Kolík 39 Aktivita
Kolík 40 Přízemní

Paralelní ATA ( PATA ), původně AT Attachment , také známý jako ATA nebo IDE, je standardní rozhraní pro počítače IBM . Poprvé byl vyvinut společností Western Digital a Compaq v roce 1986 pro kompatibilní pevné disky a jednotky CD nebo DVD. Připojení se používá pro úložná zařízení, jako jsou jednotky pevného disku , disketové jednotky a optické jednotky v počítačích .

Standard udržuje výbor X3/ INCITS . Používá základní standardy AT Attachment ( ATA ) a AT Attachment Packet Interface ( ATAPI ).

Standard Parallel ATA je výsledkem dlouhé historie přírůstkového technického vývoje, který začal s původním rozhraním AT Attachment, vyvinutým pro použití v počátečních zařízeních PC AT . Samotné rozhraní ATA se vyvinulo v několika fázích z původního rozhraní IDE ( Western Integrated Drive Electronics ) společnosti Western Digital . Výsledkem je, že mnoho téměř synonym pro ATA/ATAPI a jeho předchozí inkarnace jsou stále v běžném neformálním používání, zejména Extended IDE ( EIDE ) a Ultra ATA ( UATA ). Po zavedení Serial ATA (SATA) v roce 2003 byl původní ATA přejmenován na Parallel ATA, zkráceně PATA.

Paralelní kabely ATA mají maximální povolenou délku 187 (457 mm). Kvůli tomuto limitu se technologie normálně jeví jako interní rozhraní úložiště počítače. ATA po mnoho let poskytovala nejběžnější a nejméně nákladné rozhraní pro tuto aplikaci. V novějších systémech byl z velké části nahrazen SATA.

Historie a terminologie

Standard byl původně koncipován jako „AT Bus Attachment“, oficiálně nazývaný „AT Attachment“ a zkráceně „ATA“, protože jeho primární vlastností bylo přímé připojení k 16bitové sběrnici ISA zavedené s IBM PC/AT . Původní specifikace ATA publikované normalizačními výbory používají název „AT Attachment“. „AT“ v IBM PC/AT označovalo „Advanced Technology“, takže ATA bylo také označováno jako „Advanced Technology Attachment“. Když byl v roce 2003 představen novější Serial ATA (SATA), původní ATA byl přejmenován na Parallel ATA nebo zkráceně PATA.

Fyzická rozhraní ATA se stala standardní součástí všech počítačů, zpočátku na adaptérech hostitelské sběrnice, někdy na zvukové kartě, ale nakonec jako dvě fyzická rozhraní zabudovaná v čipu Southbridge na základní desce. Nazývaná „primární“ a „sekundární“ rozhraní ATA byla přiřazena základním adresám 0x1F0 a 0x170 na sběrnicových systémech ISA . Byly nahrazeny rozhraními SATA .

IDE a ATA-1

Příklad základní desky 80386 PC z roku 1992, která nemá nic jiného než paměť, klávesnici, procesor, mezipaměť, hodiny reálného času a sloty. Takové základní základní desky mohly být vybaveny rozhraním ST-506 nebo ATA, ale obvykle ne oběma. K tomuto systému bylo pomocí 16bitové karty ISA přidáno jediné 2-drive ATA rozhraní a disketové rozhraní.

První verzi toho, čemu se dnes říká rozhraní ATA/ATAPI, vyvinula společnost Western Digital pod názvem Integrated Drive Electronics (IDE). Společně s Control Data Corporation (výrobce pevného disku) a Compaq Computer (původní zákazník) vyvinuli konektor, signalizační protokoly a tak dále, s cílem zůstat software kompatibilní se stávajícím rozhraním pevného disku ST-506 . První takové pohony se objevily interně v počítačích Compaq v roce 1986 a byly poprvé samostatně nabízeny společností Conner Peripherals jako CP342 v červnu 1987.

Pojem Integrated Drive Electronics se nevztahuje pouze na definici konektoru a rozhraní, ale také na skutečnost, že řadič jednotky je integrován do jednotky, na rozdíl od samostatného řadiče na základní desce nebo připojeného k základní desce . Karty rozhraní používané k připojení paralelní jednotky ATA, například ke slotu PCI, nejsou řadiči jednotek: jsou pouze mosty mezi hostitelskou sběrnicí a rozhraním ATA . Protože původní rozhraní ATA je v podstatě jen maskovaná 16bitová sběrnice ISA , byl most obzvláště jednoduchý v případě, že se na kartě rozhraní ISA nachází konektor ATA. Integrovaný řadič představil disk hostitelskému počítači jako pole 512bajtových bloků s relativně jednoduchým příkazovým rozhraním. To odlehčilo základní desce a kartám rozhraní v hostitelském počítači od práce se šlapáním ramena hlavy disku, pohybem ramen hlavy dovnitř a ven a podobně, jak bylo nutné u dřívějších pevných disků ST-506 a ESDI . Všechny tyto nízkoúrovňové detaily mechanického provozu pohonu nyní řešil ovladač na samotném pohonu. To také eliminovalo potřebu navrhnout jeden řadič, který by zvládl mnoho různých typů pohonů, protože řadič může být pro měnič jedinečný. Hostiteli stačí požádat o čtení nebo zápis konkrétního sektoru nebo bloku a buď přijmout data z jednotky, nebo do ní data odeslat.

Rozhraní používané těmito jednotkami bylo v roce 1994 standardizováno jako ANSI standard X3.221-1994, AT Attachment Interface for Disk Drives . Poté, co byly vyvinuty novější verze standardu, toto začalo být známé jako „ATA-1“.

Pro IBM XT a podobné stroje, které používaly 8bitovou verzi sběrnice ISA, byla vytvořena krátkodobá, zřídka používaná implementace ATA . Byl označován jako „XT-IDE“ , „XTA“ nebo „XT Attachment“.

EIDE a ATA-2

V roce 1994, přibližně ve stejné době, kdy byl přijat standard ATA-1, představila společnost Western Digital disky pod novějším názvem Enhanced IDE (EIDE). Ty zahrnovaly většinu funkcí připravované specifikace ATA-2 a několik dalších vylepšení. Jiní výrobci představili své vlastní varianty ATA-1, například „Fast ATA“ a „Fast ATA-2“.

Nová verze standardu ANSI, AT Attachment Interface with Extensions ATA-2 (X3.279-1996), byla schválena v roce 1996. Zahrnovala většinu funkcí variant specifických pro výrobce.

ATA-2 byl také první, kdo si všiml, že k rozhraní lze připojit i jiná zařízení než pevné disky:

3.1.7 Zařízení: Zařízení je periferie úložiště. Zařízení na rozhraní ATA bylo tradičně pevným diskem, ale na rozhraní ATA lze umístit jakoukoli formu paměťového zařízení za předpokladu, že splňuje tento standard.

-  AT Attachment rozhraní s rozšířeními (ATA-2) , strana 2

ATAPI

Jak již bylo zmíněno v předchozích částech, ATA byla původně navržena pro a pracovala pouze s jednotkami pevných disků a zařízeními, která je dokázala emulovat. Zavedení ATAPI (ATA Packet Interface) skupinou zvanou Small Form Factor Committee (SFF) umožnilo použití ATA pro celou řadu dalších zařízení, která vyžadují funkce nad rámec těch, které jsou nutné pro pevné disky. Například každé zařízení s vyměnitelnými médii potřebuje příkaz „vysunutí média“ a způsob, jakým hostitel může určit, zda je médium přítomno, a ty nebyly uvedeny v protokolu ATA.

Výbor Small Form Factor k tomuto problému přistoupil definováním ATAPI, „ATA Packet Interface“. ATAPI je vlastně protokol umožňující rozhraní ATA přenášet příkazy a odpovědi SCSI ; proto všechna zařízení ATAPI ve skutečnosti „mluví SCSI“ jinak než na elektrickém rozhraní. Ve skutečnosti byla některá raná zařízení ATAPI jednoduše zařízeními SCSI s přidaným převodníkem protokolu ATA/ATAPI na SCSI. Příkazy a odpovědi SCSI jsou vloženy do „paketů“ (odtud „ATA Packet Interface“) pro přenos na kabelu ATA. To umožňuje propojení jakékoli třídy zařízení, pro kterou byla definována sada příkazů SCSI, prostřednictvím rozhraní ATA/ATAPI.

Zařízení ATAPI také „mluví ATA“, protože fyzické rozhraní a protokol ATA se stále používají k odesílání paketů. Na druhou stranu pevné disky ATA a disky SSD nepoužívají ATAPI.

Zařízení ATAPI zahrnují jednotky CD-ROM a DVD-ROM , páskové jednotky a velkokapacitní disketové jednotky, jako je jednotka Zip a jednotka SuperDisk .

Příkazy a odpovědi SCSI používané každou třídou zařízení ATAPI (CD-ROM, páska atd.) Jsou popsány v jiných dokumentech nebo specifikách specifických pro tyto třídy zařízení a nespadají do kompetence ATA/ATAPI nebo výboru T13 . Jedna běžně používaná sada je definována v sadě příkazů MMC SCSI.

ATAPI byl přijat jako součást ATA v INCITS 317-1998, AT Attachment with Packet Interface Extension (ATA/ATAPI-4) .

UDMA a ATA-4

Standard ATA/ATAPI-4 také představil několik režimů přenosu „Ultra DMA“. Tyto původně podporované rychlosti od 16 MByt/s do 33 MByt/sekundu. V novějších verzích byly přidány rychlejší režimy Ultra DMA, které ke snížení přeslechu vyžadovaly nové 80vodičové kabely. Nejnovější verze Parallel ATA podporují až 133 MByt/s.

Ultra ATA

Ultra ATA, zkráceně UATA, je označení, které společnost Western Digital používala především pro různá vylepšení rychlosti standardů ATA/ATAPI. Například v roce 2000 Western Digital publikoval dokument popisující „Ultra ATA/100“, který přinesl vylepšení výkonu pro tehdejší současný standard ATA/ATAPI-5 zlepšením maximální rychlosti rozhraní Parallel ATA ze 66 na 100 MB/s. Většina změn společnosti Western Digital byla spolu s dalšími zahrnuta do standardu ATA/ATAPI-6 (2002).

Aktuální terminologie

Pojmy „integrovaná elektronika pohonu“ (IDE), „vylepšené IDE“ a „EIDE“ se začaly používat zaměnitelně s ATA (nyní Parallel ATA nebo PATA).

Kromě toho bylo na trh uvedeno několik generací jednotek „EIDE“, které jsou v souladu s různými verzemi specifikace ATA. Počáteční disk „EIDE“ může být kompatibilní s ATA-2, zatímco pozdější s ATA-6.

Přesto požadavek na jednotku „IDE“ nebo „EIDE“ od dodavatele počítačových součástí téměř vždy poskytne jednotku, která bude fungovat s většinou rozhraní Parallel ATA.

Dalším běžným používáním je odkazovat se na verzi specifikace v podporovaném nejrychlejším režimu. Například ATA-4 podporoval režimy Ultra DMA 0 až 2, přičemž druhý z nich poskytoval maximální přenosovou rychlost 33 megabajtů za sekundu. Jednotky ATA-4 se proto někdy nazývají jednotky „UDMA-33“ a někdy jednotky „ATA-33“. Podobně ATA-6 zavedl maximální přenosovou rychlost 100 megabajtů za sekundu a některé disky vyhovující této verzi standardu jsou prodávány jako jednotky „PATA/100“.

Omezení velikosti systému BIOS x86

Zpočátku byla velikost disku ATA uložena v systému x86 BIOS pomocí typového čísla (1 až 45), které předdefinovalo parametry C/H/S a také často přistávací zónu, ve které jsou hlavy disků zaparkovány, když nejsou v použití. Později byl zpřístupněn „uživatelsky definovatelný“ formát zvaný C/H/S neboli válce, hlavy, sektory. Tato čísla byla důležitá pro dřívější rozhraní ST-506, ale pro ATA byla obecně bezvýznamná-parametry CHS pro pozdější velké disky ATA často uváděly nemožně vysoký počet hlav nebo sektorů, které ve skutečnosti vůbec nedefinovaly vnitřní fyzické rozložení disku . Od začátku až do ATA-2 musel každý uživatel výslovně specifikovat, jak velký byl každý připojený disk. Od ATA-2 byl implementován příkaz „identifikovat disk“, který lze odeslat a který vrátí všechny parametry disku.

Kvůli nedostatečné předvídavosti výrobců základních desek byl systém BIOS často narušován umělými omezeními velikosti C/H/S, protože výrobce předpokládal, že určité hodnoty nikdy nepřekročí konkrétní numerické maximum.

První z těchto limitů systému BIOS nastal, když disky ATA dosáhly velikosti přesahující 504 MiB , protože některé BIOSy základní desky by neumožňovaly hodnoty C/H/S nad 1024 válců, 16 hlav a 63 sektorů. Vynásobeno 512 bajty na sektor, celkem to je 528 482 304 bajtů, což děleno 1 048 576 bajty na MiB odpovídá 504 MiB (528 MB ).

Ke druhému z těchto omezení systému BIOS došlo při 1024 válcích , 256 hlavách a 63 sektorech a chyba v systémech MS-DOS a MS-Windows 95 omezila počet hlav na 255. To činí celkem 8 422 686 720 bajtů (8032,5 MiB ) , běžně označovaná jako bariéra 8,4 gigabajtů. Toto je opět limit stanovený x86 BIOSy, a ne limit stanovený rozhraním ATA.

Nakonec se zjistilo, že tato omezení velikosti lze přepsat malým programem načteným při spuštění ze zaváděcího sektoru pevného disku. Někteří výrobci pevných disků, jako například Western Digital, začali tyto přepisovací nástroje začleňovat novými velkými pevnými disky, které tyto problémy pomáhají překonat. Pokud by však byl počítač spuštěn jiným způsobem bez načtení speciálního nástroje, bylo by použito neplatné nastavení systému BIOS a jednotka by mohla být buď nepřístupná, nebo by se zdálo, že je operační systém poškozen.

Později bylo zpřístupněno rozšíření diskových služeb x86 BIOS s názvem „ Enhanced Disk Drive “ (EDD), které umožňuje adresovat disky o velikosti až 2 64 sektorů.

Omezení velikosti rozhraní

První rozhraní jednotky používalo režim 22bitového adresování, což mělo za následek maximální kapacitu disku dva gigabajty. Později první formalizovaná specifikace ATA používala 28bitový režim adresování prostřednictvím LBA28 , což umožňovalo adresování 2 28 ( 268 435 456 ) sektorů (bloků) po 512 bajtech, což vedlo k maximální kapacitě 128  GiB (137  GB ) .

ATA-6 zavedl 48bitové adresování, čímž se limit zvýšil na 128  PiB (144  PB ). V důsledku toho musí být jakákoli jednotka ATA s kapacitou větší než přibližně 137 GB jednotkou ATA-6 nebo novější. Připojení takového disku k hostiteli s rozhraním ATA-5 nebo starším omezí použitelnou kapacitu na maximum rozhraní.

Některé operační systémy, včetně Windows XP pre-SP1 a Windows 2000 pre-SP3, ve výchozím nastavení deaktivují LBA48 , což vyžaduje, aby uživatel provedl další kroky k využití celé kapacity jednotky ATA větší než asi 137 gigabajtů.

Starší operační systémy, například Windows 98 , 48bitové LBA vůbec nepodporují. Členové skupiny MSFN třetích stran však upravili ovladače disku Windows 98 tak, aby do systému Windows 95 OSR2 , Windows 98 , Windows 98 SE a Windows ME přidaly neoficiální podporu pro 48bitové LBA .

Některé 16bitové a 32bitové operační systémy podporující LBA48 nemusí stále podporovat disky větší než 2 TiB, protože používají pouze 32bitovou aritmetiku; omezení platí také pro mnoho spouštěcích sektorů .

Primát a zastaralost

Paralelní ATA (tehdy jednoduše nazývané ATA nebo IDE) se brzy po svém zavedení stalo primárním rozhraním paměťových zařízení pro PC. V některých systémech bylo k dispozici rozhraní třetí a čtvrté základní desky, které umožňovalo připojit k základní desce až osm zařízení ATA. Tyto další konektory byly často implementovány levnými řadiči RAID .

Brzy po zavedení Serial ATA (SATA) v roce 2003 používání Parallel ATA upadlo. První základní desky s vestavěnými rozhraními SATA měly obvykle pouze jeden konektor PATA (až pro dvě zařízení PATA) spolu s více konektory SATA. Některé počítače a notebooky té doby mají pevný disk SATA a optickou jednotku připojenou k PATA.

V roce 2007 některé počítačové čipové sady , například Intel ICH10, odstranily podporu PATA. Dodavatelé základních desek, kteří stále chtějí nabízet paralelní ATA s těmito čipovými sadami, musí obsahovat další čip rozhraní. V novějších počítačích se rozhraní Parallel ATA používá zřídka, i když je k dispozici, protože na základní desce jsou obvykle k dispozici čtyři nebo více konektorů Serial ATA a běžná jsou zařízení SATA všech typů.

Po stažení společnosti Western Digital z trhu PATA se pevné disky s rozhraním PATA po prosinci 2013 již nevyráběly pro jiné než speciální aplikace.

Paralelní rozhraní ATA

Paralelní kabely ATA přenášejí data 16 bitů najednou. Tradiční kabel používá 40kolíkové zásuvkové konektory připojené k 40- nebo 80vodičovému plochému kabelu . Každý kabel má dva nebo tři konektory, z nichž jeden se připojuje k hostitelskému adaptéru propojenému se zbytkem počítačového systému. Zbývající konektory se připojují k úložným zařízením, nejčastěji jednotkám pevného disku nebo optickým jednotkám. Každý konektor má 39 fyzických pinů uspořádaných do dvou řad, s mezerou nebo klíčem na kolíku 20.

Kulaté paralelní kabely ATA (na rozdíl od plochých kabelů) byly nakonec z kosmetických důvodů, stejně jako pro nároky na vylepšené chlazení počítače, snadněji ovladatelné pro „ případové moddery “ ; specifikace ATA však podporují pouze ploché kabely.

Kolík 20

Ve standardu ATA je kolík 20 definován jako mechanický klíč a nepoužívá se. Zásuvka tohoto kolíku na zásuvce je často zablokována, což vyžaduje, aby byl kolík 20 vynechán z konektoru kabelu nebo pohonu; není tedy možné jej zapojit špatným způsobem.

Některé flash paměťové jednotky však mohou použít pin 20 jako VCC_in k napájení disku, aniž by vyžadovaly speciální napájecí kabel; tuto funkci lze použít pouze v případě, že zařízení podporuje použití kolíku 20.

Kolík 28

Kolík 28 šedého (podřízeného/středního) konektoru 80vodičového kabelu není připojen k žádnému vodiči kabelu. Je připevněn normálně na černý (konec hlavního disku) a modrý (konec základní desky) konektor. To umožňuje funkci výběru kabelu .

Kolík 34

Kolík 34 je připojen k zemi uvnitř modrého konektoru 80vodičového kabelu, ale není připojen k žádnému vodiči kabelu, což umožňuje detekci takového kabelu. Normálně se připevňuje na šedé a černé konektory.

44pinová varianta

Pro 2,5palcové disky uvnitř notebooků se používá 44pinový variantní konektor PATA. Piny jsou blíže u sebe a konektor je fyzicky menší než 40pinový konektor. Extra kolíky nesou energii.

Varianta 80 vodičů

80kolíkové paralelní rozhraní ATA na 1,8 "pevném disku

Kabely ATA je měli 40 vodiče pro většinu z jeho historie (44 vodiče pro menší forma faktoru verze použitého pro 2,5" disky-extra čtyři o moc), ale objevila verze 80-vodič se zavedením UDMA / 66 režimu .Všechny další vodiče v novém kabelu jsou uzemněné , prokládané signálovými vodiči, aby se omezily účinky kapacitní vazby mezi sousedními signálovými vodiči a omezily přeslechy . Kapacitní vazba je při vyšších přenosových rychlostech spíše problémem a tato změna byla nezbytná. aby přenosová rychlost 66 megabajtů za sekundu (MB/s) UDMA4 fungovala spolehlivě. Rychlejší režimy UDMA5 a UDMA6 také vyžadují 80vodičové kabely.

Srovnání mezi kabely ATA: 40vodičový plochý kabel (nahoře) a 80vodičový plochý kabel (dole). V obou případech je použit 40pinový zásuvkový konektor.

Ačkoli se počet vodičů zdvojnásobil, počet pinů konektorů a vývodů zůstává stejný jako u 40vodičových kabelů a vnější vzhled konektorů je identický. Interně se konektory liší; konektory pro 80vodičový kabel spojují větší počet zemních vodičů se zemnicími kolíky, zatímco konektory pro 40vodičový kabel spojují zemnící vodiče se zemnicími piny jedna k jedné. 80vodičové kabely se obvykle dodávají se třemi různě barevnými konektory (modrý, černý a šedý pro řadič, hlavní pohon a podřízený pohon) v porovnání s jednotně barevnými 40vodičovými konektory (obvykle všechny šedé). Šedý konektor na 80vodičových kabelech má kolík 28 CSEL není připojen, což z něj činí podřízenou polohu pro kabely konfigurované měniče.

Rozdíly mezi konektory

Rozdíly mezi konektory

Obrázek vpravo ukazuje konektory PATA po odstranění odlehčení tahu, krytu a kabelu. Pin jedna je vlevo dole na konektorech, pin 2 je vlevo nahoře atd., Kromě toho, že spodní obrázek modrého konektoru ukazuje pohled z opačné strany a pin jeden je vpravo nahoře.

Konektor je konektor s posunem izolace : každý kontakt obsahuje dvojici bodů, které společně prorazí izolaci plochého kabelu s takovou přesností, že vytvoří spojení s požadovaným vodičem, aniž by poškodily izolaci na sousedních vodičích. Středová řada kontaktů je připojena ke společné zemnící sběrnici a připojena k lichým vodičům kabelu. Horní řada kontaktů jsou objímky konektoru se sudými čísly (spárované se sudými piny zásuvky) a připojují se ke každému dalšímu sudému vodiči kabelu. Spodní řada kontaktů jsou liché zásuvky konektoru (párující se s lichými piny zásuvky) a připevňují se ke zbývajícím sudým vodičům kabelu.

Všimněte si připojení ke společné pozemní sběrnici ze zásuvek 2 (vlevo nahoře), 19 (středová spodní řada), 22, 24, 26, 30 a 40 na všech konektorech. Všimněte si také (zvětšený detail, dole, při pohledu z opačné strany konektoru), že zásuvka 34 modrého konektoru se nedotýká žádného vodiče, ale na rozdíl od zásuvky 34 ostatních dvou konektorů se připojuje ke společné zemnící sběrnici. Na šedém konektoru si všimněte, že zásuvka 28 zcela chybí, takže pin 28 jednotky připojené k šedému konektoru bude otevřený. Na černém konektoru jsou zásuvky 28 a 34 zcela normální, takže piny 28 a 34 jednotky připojené k černému konektoru budou připojeny ke kabelu. Kolík 28 černé jednotky dosahuje kolíku 28 hostitelské zásuvky, ale ne kolíku 28 šedé jednotky, zatímco kolík 34 černé jednotky dosahuje kolíku 34 šedé jednotky, ale ne kolíku 34 hostitele. Místo toho je pin 34 hostitele uzemněn.

Standard diktuje barevně odlišené konektory pro snadnou identifikaci instalačním technikem i výrobcem kabelů. Všechny tři konektory se navzájem liší. Modrý (hostitelský) konektor má zásuvku pro kolík 34 připojenou k zemi uvnitř konektoru, ale není připojen k žádnému vodiči kabelu. Protože staré 40vodičové kabely neuzemňují kolík 34, přítomnost uzemnění naznačuje, že je nainstalován 80vodičový kabel. Vodič pro kolík 34 je u ostatních typů připojen normálně a není uzemněn. Instalace kabelu zpět (s černým konektorem na základní desce, modrým konektorem na vzdáleném zařízení a šedým konektorem na středovém zařízení) uzemní kolík 34 vzdáleného zařízení a připojí hostitelský kolík 34 až ke kolíku 34 středového přístroj. Šedý středový konektor vynechává připojení ke kolíku 28, ale kolík 34 spojuje normálně, zatímco černý koncový konektor spojuje normálně oba piny 28 a 34.

Více zařízení na kabelu

Pokud jsou k jednomu kabelu připojena dvě zařízení, jedno musí být označeno jako zařízení 0 (v minulosti běžně označováno jako hlavní ) a druhé jako zařízení 1 (v minulosti běžně označováno jako podřízené ). Toto rozlišení je nutné, aby mohly obě jednotky sdílet kabel bez konfliktu. Jednotka Device 0 je jednotka, která se obvykle zobrazí „jako první“ v systému BIOS a/nebo operačním systému počítače . Ve většině osobních počítačů jsou jednotky často označovány jako „C:“ pro Zařízení 0 a „D:“ pro Zařízení 1 s odkazem na jeden aktivní primární oddíl na každém z nich.

Pojmy zařízení a pohon se v průmyslu používají zaměnitelně, stejně jako u hlavního disku nebo hlavního zařízení.

Režim, který musí zařízení používat, je často nastaven nastavením propojky na samotném zařízení, které musí být ručně nastaveno na Zařízení 0 ( primární / hlavní ) nebo zařízení 1 ( sekundární / podřízené ). Pokud je na kabelu jediné zařízení, mělo by být nakonfigurováno jako Zařízení 0 . Některé disky z určité doby však mají pro tuto konfiguraci speciální nastavení nazvané Single (zejména Western Digital). V závislosti na dostupném hardwaru a softwaru bude jedna jednotka na kabelu často fungovat spolehlivě, i když je nakonfigurována jako jednotka zařízení 1 (nejčastěji se jedná o optickou jednotku, která je jediným zařízením na sekundárním rozhraní ATA).

Slova primární a sekundární se obvykle týkají dvou kabelů IDE, které mohou mít po dvou pohonech (primární master, primární slave, sekundární master, sekundární slave).

Výběr kabelu

Režim pohonu nazývaný výběr kabelu byl v ATA-1 popsán jako volitelný a začal se poměrně často používat s ATA-5 a novějšími. Měnič nastavený na „výběr kabelu“ se automaticky konfiguruje jako zařízení 0 nebo zařízení 1 podle své polohy na kabelu. Výběr kabelu je řízen pinem 28. Hostitelský adaptér uzemňuje tento pin; pokud zařízení vidí, že je kolík uzemněn, stane se zařízením zařízení 0 ; pokud vidí, že pin 28 je otevřený, zařízení se stane zařízením zařízení 1 .

Toto nastavení je obvykle zvoleno nastavením propojky na jednotce s názvem „výběr kabelu“, obvykle označený CS , což je oddělené od nastavení zařízení 0/1 .

Všimněte si toho, že pokud jsou dva disky konfigurovány jako Zařízení 0 a Zařízení 1 ručně, tato konfigurace nemusí odpovídat jejich poloze na kabelu. Kolík 28 slouží pouze k informování pohonů o jejich poloze na kabelu; hostitel jej nepoužívá při komunikaci s jednotkami.

U 40vodičového kabelu bylo velmi běžné implementovat výběr kabelu prostým přestřižením vodiče kolíku 28 mezi dvěma konektory zařízení; umístěním zařízení Zařízení 1 na konec kabelu a Zařízení 0 na prostřední konektor. Toto uspořádání bylo nakonec standardizováno v novějších verzích. Pokud je na kabelu se 2 jednotkami pouze jedno zařízení pomocí středního konektoru, výsledkem je nepoužitý vývod kabelu, který je z fyzického pohodlí a elektrických důvodů nežádoucí. Pahýl způsobuje odrazy signálu , zejména při vyšších přenosových rychlostech.

Počínaje 80-vodičovým kabelem definovaným pro použití v ATAPI5/UDMA4, zařízení Device 0 jde na vzdáleném konci 18palcového (460 mm) kabelu na černém konektoru, podřízené zařízení 1 jde na šedém středním konektoru a modrý konektor přejde k hostiteli (např. konektor IDE základní desky nebo karta IDE). Pokud je tedy na kabelu se dvěma jednotkami pouze jedno zařízení ( Zařízení 0 ), pomocí černého konektoru neexistuje žádný stub kabelu, který by způsoboval odrazy. Výběr kabelu je nyní implementován v konektoru zařízení zařízení 1 , obvykle jednoduše vynecháním kontaktu z těla konektoru.

Serializované, překrývající se a operace ve frontě

Paralelní protokoly ATA přes ATA-3 vyžadují, aby jakmile byl na rozhraní ATA zadán příkaz, musí být dokončen, než může být zadán jakýkoli následující příkaz. Operace na zařízeních musí být serializovány - s jedinou probíhající operací najednou - s ohledem na hostitelské rozhraní ATA. Užitečným mentálním modelem je, že hostitelské rozhraní ATA je zaneprázdněno prvním požadavkem po celou dobu jeho trvání, a proto mu nelze sdělit další požadavek, dokud není první dokončen. Funkci serializace požadavků na rozhraní obvykle provádí ovladač zařízení v hostitelském operačním systému.

ATA-4 a následující verze specifikace zahrnovaly „sadu překrývajících se funkcí“ a „sadu funkcí ve frontě“ jako volitelné funkce, přičemž oba dostaly název „ Tagged Command Queuing “ (TCQ), což je odkaz na sadu funkcí ze SCSI, které se verze ATA pokouší emulovat. Jejich podpora je však u skutečných paralelních produktů ATA a ovladačů zařízení extrémně vzácná, protože tyto sady funkcí byly implementovány takovým způsobem, aby byla zachována kompatibilita softwaru s jeho dědictvím jako původně rozšíření sběrnice ISA. Tato implementace vyústila v nadměrné využití CPU, které do značné míry negovalo výhody fronty příkazů. Naopak překrývající se operace a operace ve frontě byly běžné v jiných sběrnicových sběrnicích; zejména verze označených příkazových front ve SCSI nemusela být kompatibilní s API navrženými pro ISA, což jí umožňovalo dosáhnout vysokého výkonu s nízkou režií na sběrnicích, které podporovaly DMA jako PCI první strany. To je již dlouho považováno za hlavní výhodu SCSI.

Standard Serial ATA podporuje od prvního vydání nativní fronty příkazů (NCQ), ale je to volitelná funkce pro hostitelské adaptéry i cílová zařízení. Mnoho zastaralých základních desek PC nepodporuje NCQ, ale moderní SATA pevné disky a SATA disky SSD obvykle podporují NCQ, což není případ vyměnitelných (CD/DVD) jednotek, protože sada příkazů ATAPI použitá k jejich ovládání zakazuje operace ve frontě .

Dvě zařízení na jednom kabelu - rychlost

Existuje mnoho debat o tom, jak moc může pomalé zařízení ovlivnit výkon rychlejšího zařízení na stejném kabelu. Efekt existuje, ale debata je zmatena rozmazáním dvou zcela odlišných příčin, které se zde nazývají „nejnižší rychlost“ a „jedna operace najednou“.

„Nejnižší rychlost“

Na raných hostitelských adaptérech ATA mohou být přenosy dat obou zařízení omezeny na rychlost pomalejšího zařízení, pokud jsou na stejném kabelu dvě zařízení s různými rychlostmi.

U všech moderních hostitelských adaptérů ATA to není pravda, protože moderní hostitelské adaptéry ATA podporují nezávislé časování zařízení . To umožňuje každému zařízení na kabelu přenášet data vlastní nejlepší rychlostí. I u dřívějších adaptérů bez nezávislého časování se tento efekt týká pouze fáze přenosu dat operace čtení nebo zápisu.

„Jedna operace najednou“

To je způsobeno vynecháním překrývajících se a sad funkcí ve frontě u většiny paralelních produktů ATA. Pouze jedno zařízení na kabelu může provádět operaci čtení nebo zápisu najednou; proto rychlé zařízení na stejném kabelu jako pomalé zařízení při intenzivním používání zjistí, že musí nejprve počkat, až pomalé zařízení dokončí svůj úkol.

Většina moderních zařízení však bude vykazovat operace zápisu jako dokončené, jakmile jsou data uložena v jejich integrované mezipaměti, než jsou data zapsána do (pomalého) magnetického úložiště. To umožňuje odesílání příkazů na druhé zařízení na kabelu, což snižuje dopad omezení „jedna operace v čase“.

Dopad tohoto na výkon systému závisí na aplikaci. Například při kopírování dat z optické jednotky na pevný disk (například při instalaci softwaru) tento efekt pravděpodobně nebude vadit. Takové úlohy jsou nutně omezeny rychlostí optické jednotky bez ohledu na to, kde se nachází. Pokud se však také očekává, že daný pevný disk poskytne dobrou propustnost pro jiné úkoly současně, pravděpodobně by neměl být na stejném kabelu jako optická jednotka.

Heslo a zabezpečení pevného disku

Zařízení ATA mohou podporovat volitelnou funkci zabezpečení, která je definována ve specifikaci ATA, a tedy není specifická pro žádnou značku nebo zařízení. Funkci zabezpečení lze povolit a zakázat zasláním speciálních příkazů ATA na disk. Pokud je zařízení uzamčeno, odmítne veškerý přístup, dokud jej neodemknete.

Zařízení může mít dvě hesla: uživatelské heslo a hlavní heslo; lze nastavit buď jeden nebo oba. Existuje funkce identifikátoru hlavního hesla, která, pokud je podporována a používána, dokáže identifikovat aktuální hlavní heslo (bez jeho zveřejnění).

Zařízení lze uzamknout ve dvou režimech: Režim vysokého zabezpečení nebo Režim maximálního zabezpečení. Bit 8 ve slově 128 odpovědi IDENTIFIKACE ukazuje, ve kterém režimu je disk: 0 = vysoký, 1 = maximální.

V režimu vysokého zabezpečení lze zařízení odemknout pomocí uživatelského nebo hlavního hesla pomocí příkazu ATA „ZABEZPEČENÍ ODEMKNUTÍ“. Existuje limit pokusu, obvykle nastavený na 5, po kterém musí být disk znovu vypnut nebo znovu obnoven. Také v režimu vysokého zabezpečení lze příkaz SECURITY ERASE UNIT použít s uživatelským nebo hlavním heslem.

V režimu maximálního zabezpečení lze zařízení odemknout pouze pomocí hesla uživatele. Pokud heslo uživatele není k dispozici, jediným zbývajícím způsobem, jak dostat alespoň holý hardware zpět do použitelného stavu, je vydat příkaz SECURITY ERASE PREPARE, za nímž následuje SECURITY ERASE UNIT. V režimu maximálního zabezpečení vyžaduje příkaz SECURITY ERASE UNIT hlavní heslo a zcela vymaže všechna data na disku. Slovo 89 v odpovědi IDENTIFIKUJE, jak dlouho bude operace trvat.

Zatímco zámek ATA je zamítnutelný bez platného hesla, existují údajně řešení k odemčení zařízení.

Externí paralelní zařízení ATA

Adaptér PATA na USB. Je namontován na zadní straně optické jednotky DVD-RW uvnitř externího pouzdra

Vzhledem ke specifikaci krátké délky kabelu a problémům se stíněním je extrémně neobvyklé najít externí zařízení PATA, která přímo používají PATA k připojení k počítači. Externě připojené zařízení potřebuje další délku kabelu, aby vytvořilo ohyb ve tvaru písmene U, takže externí zařízení může být umístěno vedle skříně počítače nebo na ni, a standardní délka kabelu je příliš krátká, aby to umožňovala. Pro snadný dosah od základní desky k zařízení jsou konektory obvykle umístěny směrem k přední hraně základních desek, pro připojení k zařízením vyčnívajícím z přední části skříně počítače. Tato poloha předního okraje ještě více ztěžuje prodloužení zad na externí zařízení. Ploché kabely jsou špatně stíněné a standard se spoléhá na to, že kabeláž bude instalována uvnitř stíněné počítačové skříně, aby splňovala limity emisí RF.

Externí jednotky pevného disku nebo jednotky optických disků, které mají interní rozhraní PATA, použijte k překlenutí vzdálenosti mezi externím zařízením a počítačem jinou technologii rozhraní. Nejběžnějším externím rozhraním je USB, za ním následuje Firewire. Mostový čip uvnitř externích zařízení převádí z rozhraní USB na PATA a obvykle podporuje pouze jedno externí zařízení bez výběru kabelu nebo master/slave.

Kompaktní rozhraní Flash

Compact flash je miniaturní rozhraní ATA, mírně upravené tak, aby bylo možné napájet také zařízení CF.

Compact Flash v režimu IDE je v podstatě miniaturizované rozhraní ATA, určené pro použití na zařízeních, která používají úložiště flash paměti. Nevyžadují se žádné propojovací čipy ani obvody, kromě přímého přizpůsobení menší zásuvky CF na větší konektor ATA. (Ačkoli většina karet CF podporuje pouze režim IDE až do PIO4, což je v režimu IDE dělá mnohem pomaleji než rychlost CF)

Specifikace konektoru ATA neobsahuje kolíky pro napájení zařízení CF, takže napájení je do konektoru vloženo ze samostatného zdroje. Výjimkou je případ, kdy je zařízení CF připojeno ke 44pinové sběrnici ATA určené pro 2,5palcové pevné disky, běžně se vyskytující v přenosných počítačích, protože tato implementace sběrnice musí zajišťovat napájení standardní jednotky pevného disku.

Zařízení CF lze označit jako zařízení 0 nebo 1 na rozhraní ATA, i když většina zařízení CF nabízí pouze jednu zásuvku, není nutné tento výběr nabízet koncovým uživatelům. Ačkoli CF může být připojitelný za provozu pomocí dalších metod návrhu, ve výchozím nastavení, když je připojen přímo k rozhraní ATA, není určen k připojení za provozu.

Verze standardů ATA, přenosové rychlosti a funkce

Následující tabulka uvádí názvy verzí standardů ATA a režimy přenosu a rychlosti, které každý podporuje. Všimněte si toho, že přenosová rychlost pro každý režim (například 66,7 MB/s pro UDMA4, běžně nazývaný „Ultra-DMA 66“, definovaný ATA-5) udává jeho maximální teoretickou přenosovou rychlost na kabelu. To jsou jednoduše dva bajty vynásobené efektivní taktovací frekvencí a předpokládá se, že každý hodinový cyklus se používá k přenosu dat koncových uživatelů. V praxi samozřejmě režie protokolu tuto hodnotu snižuje.

Přetížení na hostitelské sběrnici, ke které je připojen adaptér ATA, může také omezit maximální přenosovou rychlost shluku. Například maximální rychlost přenosu dat pro konvenční sběrnici PCI je 133 MB/s, která je sdílena mezi všemi aktivními zařízeními na sběrnici.

V roce 2005 navíc neexistovaly žádné pevné disky ATA, které by byly schopné změřit trvalé přenosové rychlosti nad 80 MB/s. Navíc testy trvalé přenosové rychlosti nedávají realistická očekávání propustnosti pro většinu pracovních zátěží: Používají zátěže I/O speciálně navržené tak, aby nedocházelo téměř k žádnému zpoždění od doby hledání nebo latence otáčení. Výkon pevného disku při většině pracovních zátěží je omezen za prvé a za druhé těmito dvěma faktory; přenosová rychlost v autobuse je důležitou vzdálenou třetinou. Omezení rychlosti přenosu nad 66 MB/s proto skutečně ovlivňuje výkon pouze tehdy, když pevný disk dokáže uspokojit všechny požadavky I/O čtením z interní mezipaměti - což je velmi neobvyklá situace, zvláště když vezmeme v úvahu, že taková data jsou již obvykle uložena v vyrovnávací paměti operačního systému. .

Od července 2021 mohou mechanické pevné disky přenášet data rychlostí až 524 MB/s, což daleko přesahuje možnosti specifikace PATA/133. Vysoce výkonné disky SSD mohou přenášet data rychlostí až 7 000–7 500 MB/s.

Pouze režimy Ultra DMA používají CRC k detekci chyb při přenosu dat mezi řadičem a jednotkou. Toto je 16bitový CRC a používá se pouze pro datové bloky. Přenos příkazových a stavových bloků nepoužívá metody rychlé signalizace, které by vyžadovaly CRC. Pro srovnání, v Serial ATA se pro příkazy i data používá 32bitový CRC.

Funkce zavedené při každé revizi ATA

Standard Ostatní jména Nové režimy přenosu Maximální velikost disku
(sektor 512 bajtů)
Další významné změny Reference ANSI
IDE (pre-ATA) IDE PIO 0 GiB (2,1  GB ) 22-bitové adresování logických bloků (LBA) -
ATA-1 ATA, IDE PIO 0, 1, 2
Jednoslovné DMA 0, 1, 2
Víceslovné DMA 0
128  GiB (137  GB ) 28bitové adresování logických bloků (LBA) X3.221-1994
(zastaralé od roku 1999)
ATA-2 EIDE, Fast ATA , Fast IDE , Ultra ATA PIO 3, 4
Víceslovné DMA 1, 2
Konektor PCMCIA . Identifikujte příkaz jednotky. X3.279-1996
(zastaralé od roku 2001)
ATA-3 EIDE Jednoslovné režimy DMA klesly SMART , Zabezpečení, 44pinový konektor pro 2,5 "disky X3.298-1997
(zastaralé od roku 2002)
ATA/ATAPI-4 ATA-4, Ultra ATA/33 Ultra DMA 0, 1, 2 ,
také známý jako UDMA/33
AT Attachment Packet Interface (ATAPI) (podpora pro CD-ROM, páskové jednotky atd.), Volitelné funkce překrývajících se a zařazených do fronty, Host Protected Area (HPA), CompactFlash Association (CFA) sada funkcí pro jednotky SSD NCITS 317-1998
ATA/ATAPI-5 ATA-5, Ultra ATA/66 Ultra DMA 3, 4,
také známý jako UDMA/66
80vodičové kabely; Konektor CompactFlash NCITS 340-2000
ATA/ATAPI-6 ATA-6, Ultra ATA/100 UDMA 5,
také známý jako UDMA/100
128  PiB (144  PB ) 48bitový LBA, Device Configuration Overlay (DCO),
Automatic Acoustic Management (AAM)
CHS metoda adresování dat zastaralá
NCITS 361-2002
ATA/ATAPI-7 ATA-7, Ultra ATA/133 UDMA 6,
také známý jako UDMA/133
SATA/150
SATA 1.0, sada funkcí streamování, dlouhá sada funkcí logického/fyzického sektoru pro nebalená zařízení INCITS 397-2005 (vol 1) INCITS 397-2005 (vol 2) INCITS 397-2005 (vol 3)
ATA/ATAPI-8 ATA-8  - Hybridní disk s energeticky nezávislou mezipamětí pro zrychlení důležitých souborů operačního systému INCITS 452-2008
ATA/ATAPI-8 ACS-2  - Správa sady dat, rozšířené podmínky napájení, CFast, další statistiky atd. INCITS 482-2012

Rychlost definovaných přenosových režimů

Přenosové režimy
Režim # Maximální přenosová rychlost
(MB/s)
doba cyklu
PIO 0 3.3 600 ns
1 5.2 383 ns
2 8.3 240 ns
3 11.1 180 ns
4 16.7 120 ns
Jednoslovné DMA 0 2.1 960 ns
1 4.2 480 ns
2 8.3 240 ns
Víceslovné DMA 0 4.2 480 ns
1 13.3 150 ns
2 16.7 120 ns
3 20 100 ns
4 25 80 ns
Ultra DMA 0 16.7 240 ns ÷ 2
1 25.0 160 ns ÷ 2
2 (Ultra ATA/33) 33,3 120 ns ÷ 2
3 44,4 90 ns ÷ 2
4 (Ultra ATA/66) 66,7 60 ns ÷ 2
5 (Ultra ATA/100) 100 40 ns ÷ 2
6 (Ultra ATA/133) 133 30 ns ÷ 2
7 (Ultra ATA/167) 167 24 ns ÷ 2

Související standardy, funkce a návrhy

ATAPI Removable Media Device (ARMD)

Zařízení ATAPI s vyměnitelnými médii, jiná než jednotky CD a DVD, jsou klasifikována jako ARMD (ATAPI Removable Media Device) a mohou se v operačním systému objevit buď jako super disketa (médium bez oddílů), nebo jako pevný disk (médium s oddíly) . Tato zařízení mohou být podporována jako zaváděcí zařízení systémem BIOS, který je v souladu se specifikací BIOS ATAPI Removable Media Device BIOS , původně vyvinutou společnostmi Compaq Computer Corporation a Phoenix Technologies . Specifikuje ustanovení v BIOS jednoho osobního počítače , aby počítače, které mají být bootstrapped ze zařízení, jako je zip mechaniky , mechaniky Jaz , Superdisku (LS-120) pohání a podobná zařízení.

Tato zařízení mají vyměnitelná média, jako jsou disketové jednotky , ale kapacity více odpovídají pevným diskům a programovacím požadavkům na rozdíl od obou. Kvůli omezením v rozhraní disketového ovladače byla většina těchto zařízení zařízení ATAPI , připojená k jednomu z rozhraní ATA hostitelského počítače, podobně jako pevný disk nebo zařízení CD-ROM . Stávající standardy systému BIOS však tato zařízení nepodporovaly. Systém BIOS kompatibilní s ARMD umožňuje zavádění těchto zařízení z operačního systému a jejich použití v operačním systému, aniž by byl v operačním systému vyžadován kód pro konkrétní zařízení.

BIOS implementující ARMD umožňuje uživateli zahrnout zařízení ARMD do pořadí při zavádění. Zařízení ARMD je obvykle nakonfigurováno dříve v pořadí zavádění než pevný disk. Podobně jako na disketové jednotce, pokud je v jednotce ARMD přítomno zaváděcí médium, spustí se z něj systém BIOS; pokud ne, BIOS bude pokračovat v pořadí hledání, obvykle s posledním pevným diskem.

Existují dvě varianty ARMD, ARMD-FDD a ARMD-HDD. Původně ARMD způsobil, že se zařízení zobrazovala jako druh velmi velké disketové jednotky, a to buď jako primární zařízení pro disketovou mechaniku 00h, nebo jako sekundární zařízení 01h. Některé operační systémy vyžadovaly změny kódu, aby podporovaly diskety s kapacitami mnohem většími než jakákoli standardní disketová jednotka. Rovněž emulace standardní disketové jednotky se ukázala být nevhodná pro určité vysokokapacitní disketové jednotky, jako jsou jednotky Iomega Zip . Později byla k řešení těchto problémů vyvinuta varianta ARMD-HDD, ARMD-„Hard disk device“. Pod položkou ARMD-HDD se v systému BIOS a operačním systému zobrazí zařízení ARMD jako pevný disk.

ATA přes ethernet

V srpnu 2004 Sam Hopkins a Brantley Coile z Coraid určili lehký protokol ATA přes ethernet , který by přenášel příkazy ATA přes ethernet namísto přímého připojení k hostitelskému adaptéru PATA. To umožnilo znovu použít zavedený blokový protokol v aplikacích SAN ( Storage Area Network ).

Viz také

Reference

externí odkazy