Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Интерфейс ATA


Параллельный интерфейс ATA (PATA) имеет уникальные спецификации и требования к физическому соединению устройств и их разъемам. В следующих разделах будут подробно описаны все отличительные особенности интерфейса PATA.

Разъем ввода-вывода параллельного ATA


Чтобы предотвратить неправильное подключение, 40-контактный разъем интерфейса ATA (рис. 7.2) обычно снабжают ключом. Этот ключ на штекере кабеля обычно выполняют в виде выступа, а также заблокированного контакта с номером 20 (рис. 7.3). На самом устройстве ключ выполнен в виде соответствующего разреза и отсутствия контакта с номером 20.

Настоятельно рекомендуется приобретать кабели и устройства с ключами на разъемах и штекерах, чтобы исключить неправильное подключение устройств. Неправильное подключение кабеля IDE обычно не наносит существенного вреда, но может заблокировать систему, что приведет к ее зависанию” или сделает запуск невозможным.





Рис. 7.2. Подключение жесткого диска ATA (IDE)


1. Контакт 28 обычно отвечает за режим Cable Select, однако некоторые старые модели накопителей используют его для синхронизации шпинделя для нескольких накопителей.

2. Контакту 32 был назначен сигнал -IOCS16 согласно стандарту ATA-2, однако в настоящее время он не используется. Знак ‘‘ -’’ перед названием сигнала (например, -RESET) указывает на то, что сигнал является ‘‘активно низким’’.

В портативных компьютерах для подключения 2,5-дюймового дисковода обычно используется уменьшенный унифицированный 50-контактный разъем, выводы которого расположены на расстоянии 2 мм (0,079 дюйма) друг от друга. Кроме основной 40-контактной части, которая практически не отличается от стандартного разъема ATA (за исключением уменьшенного расстояния между выводами), существуют также дополнительные выводы питания и перемычек. Обычно для подключения к разъему используется 44-контактный кабель, передающий силовое напряжение питания и стандартные сигналы ATA. Статус жесткого диска определяется положением имеющейся на нем перемычки или переключателя: ведущий (Master), ведомый (Slave

или выбор кабеля (Cable Select). Унифицированный 50-контактный разъем, используемый для подключения 2,5-дюймовых дисководов ATA, показан на рис. 7.4.




Рис. 7.4. Схема унифицированного 50-контактного разъема, используемого для подключения 2,5-дюймовых дисководов АТА в портативных компьютерах с помощью 44-контактного кабеля

Обратите внимание на выводы позиций A–D и удаленные выводы позиций E и F. Перемычка, используемая для определения статуса жесткого диска, обычно располагается между контактами позиций B и D. Выводы 41 и 42 разъема служат для подачи питания напряжением +5 В к логической схеме дисковода (на монтажную плату) и электродвигателю соответст­венно; вывод 43 заземлен (т.е. подключен к общему проводу); вывод 44 является резервным и в данной конструкции не используется. Следует также отметить, что в 2,5-дюймовых дисководах, в отличие от дисководов большего размера, используется электродвигатель с рабочим напряжением 5 В, а не 12 В.

Назначение выводов унифицированного 50-контактного разъема интерфейса ATA, используемого большинством 2,5-дюймовых дисководов (портативные компьютеры или ноутбуки), приведено в табл. 7.4.

Таблица 7.4. Назначение выводов унифицированного 50-контактного разъема ATA



Далеко не все разъемы и кабели снабжены ключами
Многие компании, производящие недорогие платы и кабели, не обращают на ключи никакого внимания. В разъемах АТА, используемых в дешевых системных платах, вывод 20 обычно не удален, а соответствующий контактный вывод в кабеле не блокирован. Условие правильной установки заключается в использовании закрытого разъема с пазом на системной плате и кабельного штекера с соответствующим выступом. Несоблюдение этого условия может привести к неправильному подключению кабеля. Часто самой вероятной причиной неработоспособности устройства является неверная ориентация соединительного кабеля.

Следует заметить, что в некоторых системах видеоданные воспроизводятся только в том случае, если накопители АТА реагируют на команду инициализации, которая может не поступать при неправильном подключении кабеля. Таким образом, установив в системе накопитель АТА, не снабженный ключом, включите компьютер и, если система окажется блокированной (т.е. на экране ничего не отразится), проверьте подключение кабеля АТА. На рис. 7.6 приведены примеры кабелей АТА как снабженные ключами, так и лишенные таковых.

В редких случаях при установке различных аппаратных компонентов можно встретить кабель с блокированным выводом 20 (как это и должно быть) и разъем, в котором вывод 20 все еще существует. При этом можно удалить вывод 20 с системной платы, а также разблокировать вывод кабеля или воспользоваться другим кабелем, не имеющим блокированного вы­вода. В некоторых кабелях блок представляет собой часть корпуса кабельного разъема, следовательно, придется либо удалить вывод 20 на системной плате, либо взять другой кабель.

Существует простое правило, согласно которому вывод 1 должен располагаться со стороны разъема питания подключаемого устройства, чему обычно соответствует красная полоса на кабеле.


Кабель ввода-вывода параллельного ATA

Для передачи сигналов между адаптером шины и жестким диском (контроллером) предназначен 40-контактный ленточный кабель (рис. 7.5). Чтобы по возможности не допускать искажения формы сигнала, увеличения задержек и уровня помех, длина кабеля не должна превышать 46 см (18 дюймов), хотя тестирование показало, что 80-жильные кабели могут достигать длины 69 см (27 дюймов).

Учтите, что новые высокоскоростные интерфейсы IDE наиболее подвержены помехам, возникающим в кабелях, особенно в слишком длинных. В них возможны нарушение целостности данных и другие неприятности, которые могут вывести из себя даже самых хладнокровных пользователей. Кроме того, любой жесткий диск, работающий в режиме UDMA Mode 4 (66 Мбайт/с), Mode 5 (100 Мбайт/с) или Mode 6 (133 Мбайт/с), должен подключаться к 80-жильному кабелю. Такой же кабель не помешает использовать и для жесткого диска UDMA/33. Я всегда храню специальный высококачественный 80-жильный кабель IDE в комплекте инструментов для тестирования дисков на тот случай, если возникнет подозрение, что проблемы связаны с качеством кабеля. На рис. 7.5 показаны структура типового кабеля ATA и его размеры.

Примечание

Цветовая кодировка разъемов, которая применяется во всех 80-жильных кабелях, в большинстве 40-жиль-ных кабелей не используется.

В настоящее время применяется два типа кабелей — 40- и 80-жильные (рис. 7.6). 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 более новых. Современные устройства и адаптеры ATA спо­собны отличить подключение 80-жильного кабеля от 40-жильного; в последнем случае просто отключается поддержка высокоскоростных режимов (ATA/66, ATA/100 и ATA/133) и отображается соответствующее предупреждение. Новый 80-жильный кабель обратно совместим с 40-жильным, так что лучше использовать именно этот тип кабеля, причем независимо от интерфейса установленного накопителя.


40-жильный кабель                  80-жильный кабель


Рис. 7.6. Кабели параллельного интерфейса АТА: 40-жильный (слева) и 80-жильный (справа)

Обратите внимание, что 80-жильные кабели снабжены ключами, которые позволяют предотвратить неправильное их подключение. В неудачно сконструированном 40-жильном кабеле, который показан на рис. 7.6, ключа нет; в то же время большинство качественных 40-контактных кабелей снабжены ключами. Поскольку наличие ключей не является обяза­тельным условием, при конструировании более дешевых версий от них решили отказаться. В соответствии со стандартами ATA, все 80-жильные кабели должны снабжаться ключами.

Длинные и круглые кабели


Официальный параллельный стандарт ATA ограничивает длину кабеля 18 дюймами (46 см); однако выпускаются и более длинные кабели, вплоть до 36 дюймов (91 см) и даже больше. Меня часто спрашивают, зачем производятся подобные кабели, если стандарт не допускает использования кабелей длиной более 18 дюймов? Ответ таков: далеко не все, что продается, соответствует стандартам и работает должным образом! Мне неоднократно встречались неправильно спроектированные и некачественно изготовленные вещи. Однако многие вполне успешно пользуются длинными кабелями, хотя я немало слышал о том, что длинные кабели вызывают проблемы. И поэтому я решил исследовать данный вопрос более тщательно.

В результате я пришел к выводу, что можно смело использовать 80-жильные кабели длиной до 27 дюймов (69 см), в то время как при использовании 40-жильных кабелей их длина должна быть ограничена 18 дюймами (46 см) в полном соответствии со стандартом.

Попытки внести изменения в стандарт параллельного интерфейса ATA для обеспечения возможности использования кабелей длиной 27 дюймов (69 см) все же предпринимались. Если изучить документ, доступный по адресу: www.t13.org/Documents/UploadedDocuments/technical/e00151r0.pdf

можно найти замечания о том, что существуют пренебрежимо малые различия в целостности сигналов Ultra DMA Mode 5 при использовании 80-жильных кабелей длиной 18 дюймов (46 см) и 27 дюймов (69 см). Стандарт удлиненных кабелей предлагался в октябре 2000 года, но так и не был утвержден. Однако факт остается фактом: при использовании 80-жильных кабелей длиной 27 дюймов (69 см) не возникает никаких проблем.

Тем не менее хочу дать еще одну рекомендацию: не используйте так называемые круглые кабели ATA. Подобная конструкция стандартом ATA не предусмотрена; кроме того, использование круглых кабелей приводит к возникновению проблем, связанных с перекрестными помехами и шумом. Согласно спецификации в 80-жильных кабелях каждый заземляющий провод расположен между сигнальными проводами плоского кабеля; при скруглении” же возможно соприкасание сигнальных проводов, что приводит к перекрестным помехам и шуму, а это, в свою очередь, — к ошибкам передачи данных.

Кроме того, не так давно я прочитал интервью с Рахудом Судом, опубликованное в журнале CPU (www.computerpoweruser.com) в марте 2004 года. Автор является ведущим техническим специалистом компании Voodoo PC (www.voodoopc.com), занимающейся производством высококлассных компьютерных систем. В своем интервью он сказал, что никогда не согласится с использованием круглых кабелей. К кабелям SATA нет никаких претензий, однако круглые кабели ATA (для параллельного интерфейса) — это совершенно другой случай, поскольку существует потенциальная угроза возникновения шумов. По его словам результаты измерения показали, что при использовании круглых кабелей или наблюдаются периодические ошибки передачи данных, или быстродействие дисковой подсистемы оказывается ниже, чем при использовании качественных плоских кабелей IDE.

Разумеется, многие вполне успешно используют круглые кабели, однако мои знания в области электроники, а также знакомство со стандартами ATA не позволяют решиться на использование подобных кабелей. Хотя я не проводил собственных измерений для проверки заявлений Суда, я все-таки предпочитаю использовать 80-жильные плоские кабели длиной 27 дюймов (69 см) или меньше.

Управляющие сигналы параллельного интерфейса ATA

В этом разделе описаны наиболее важные сигналы АТА, т.е. приведена подробная информация об установке и конфигурировании дисковода. В частности, эта информация поможет понять, как работает функция Cable Select (выбор кабеля).

Вывод 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 на вывод 20 не подается.

На вывод 39 подается сигнал DA/SP (Drive Active/Slave Present — устройство активно, ведомый диск присутствует), одновременно выполняющий две функции. Сразу после включения компьютера на вывод 39 поступает напряжение, свидетельствующее о наличии в системе ведомого жесткого диска. После этого каждый жесткий диск периодически отсылает сигнал, подтверждающий его активность. Старые устройства не поддерживали такой протокол и оснащались стандартными перемычками для возможности работы в паре с другими устройствами на одном канале IDE. По этой причине одни устройства требуют установки перемычки присутствия ведомого устройства (SP), а другие — нет.

Через вывод 28 может передаваться два сигнала: SPSYNC (Spindle Synchronization — синхронизация шпинделя) и CSEL (Cable Select — выбор кабеля). Однако во время установки можно задать параметры так, 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 ведущий (присваивается номер 0), либо как ведомый (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) по отдельности, 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.

Подключение двух жестких дисков PATA

Установка двух накопителей IDE в одном компьютере может оказаться проблематичной, поскольку каждый из них имеет собственный контроллер и оба 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 (ведущий или ведомый) определяется либо путем установки имеющейся в нем перемычки или переключателя (с обозначением Master для ведущего и Slave для ведомого), либо путем подачи по одной из линий интерфейса управляющего сигнала выбора кабеля CSEL.

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 следует настраивать так, чтобы каждый жесткий диск реагировал только на адресованные ему команды. Именно для этого и служат перемычка (переключатель) Master/Slave и управляющий сигнал CSEL. Когда система передает команду определенному накопителю, контроллер другого дисковода должен сохранять молчание” до тех пор, пока выбранные накопитель и контроллер продолжают функционировать. Установка перемычки в положение Master или Slave дает возможность распознавать контроллеры, задавая параметры определенного двоичного разряда (DRV) в регистре Drive/Head Register командного блока.

Процесс конфигурирования накопителей АТА может быть простым, например при установке только одного жесткого диска, или довольно сложным, если приходится подключать к одному кабелю два старых накопителя от разных производителей.

Большинство накопителей IDE можно сконфигурировать следующим образом:

■      первичный (один накопитель);

■      первичный (два накопителя);

■      вторичный (два накопителя);

■      выбор кабеля.

Многие накопители поддерживают только три возможные конфигурации: первичный, вторичный и выбор кабеля. Поскольку каждый накопитель АТА имеет собственный контроллер, необходимо однозначно указать, что один из приводов является ведущим устройством, а другой — ведомым. Между этими устройствами не существует никаких функциональных различий, за исключением того, что накопитель, определенный как ведомый, после возврата системы в исходное состояние отправит сигнал DASP, указывающий ведущему накопителю
на существование ведомого. После приема этого сигнала ведущий накопитель уделяет внимание линии выбора дисковода, которую при обычных условиях игнорирует. Передача сообщения о том, что определенное устройство является вторичным, также приводит к задержке раскрутки диска на несколько секунд, благодаря чему ведущий накопитель начинает работу первым, и несколько смягчается распределение нагрузки на блок питания.

До появления спецификации ATA не существовало единого подхода к конфигурированию устройств. Некоторые производители даже использовали разные методы определения ведущих и ведомых устройств в применении к своим накопителям. Ввиду такой несогласованности некоторые устройства могут работать только в изначально предопределенной конфигурации ведущее/ведомое” или ведомое/ведущее”. В основном такая ситуация возникает при использовании устройств, увидевших свет до выхода спецификации ATA.

В настоящее время многим накопителям, полностью отвечающим спецификации АТА, требуется только один переключатель (ведущий/ведомый). Правда, в некоторых из них существует также переключатель вторичный”. В табл. 7.5 приведены способы установки этих переключателей в накопителях АТА.



На рис. 7.7 показано расположение описанных перемычек на задней части корпуса накопителя.

Установка перемычки Master указывает на то, что данный диск является ведущим. В то же время некоторые устройства имеют перемычку наличия ведомого устройства (Slave Present), которая используется только в конфигурации с двумя устройствами, причем только на ведущем диске. Во многих устройствах установка перемычки ведущего устройства необязательна, в то же время, установив эту перемычку, можно избежать потенциальных недоразумений.

Примечание

Следует отметить, что в некоторых накопителях переключатели располагаются на монтажной плате, которая находится в нижней части устройства, поэтому на задней части корпуса данные перемычки отсутствуют.

В большинстве современных систем используется режим выбора кабеля (Cable Select), который позволяет избежать ошибок при установке переключателей первичный/вторичный”. Для использования этого режима потребуется два элемента. Во-первых, нужен специальный кабель АТА, все контакты которого (за исключением вывода 28) соединяют разъем системной платы с соответствующими разъемами обоих накопителей. Вывод 28 используется для выбора кабеля и подключается к разъему первичного накопителя (но не вторичного). Во-вторых, оба накопителя должны быть сконфигурированы в режиме выбора кабеля посредством установки переключателей CS в соответствующее положение.

В режиме выбора кабеля накопитель, получивший сигнал на вывод 28, автоматически становится ведущим устройством, а второй накопитель — ведомым. Во многих кабелях эта функция реализуется путем удаления металлического покрытия на внутренней части отверстия, расположение которого соответствует выводу 28, что заметить с первого взгляда до­вольно сложно. В других кабелях некоторая часть жилы 28-го контакта явно удалена. Незначительные изменения, внесенные в конструкцию, заметить практически невозможно, поэтому
кабели такого типа обычно имеют разъемы, содержащие маркировку Master”, Slave” и System”; она указывает, что управление этими опциями выполняется с помощью кабеля, а не накопителя. Все 80-жильные кабели Ultra-ATA предназначены для использования функции выбора кабеля.



Рис. 7.7. Переключатели накопителя ATA (IDE)

В режиме выбора кабеля достаточно установить перемычки CS на всех накопителях, а затем подключить приводы к соответствующим маркированным разъемам кабеля.

Единственным недостатком режима выбора кабеля являются более жесткие требования к месту установки устройств. Это, прежде всего, связано с длиной и конфигурацией самого кабеля.

Режимы обмена данными PIO параллельного ATA

В стандартах ATA-2/EIDE и ATA-3 предусмотрено несколько режимов быстрого обмена данными с жесткими дисками. Описание этих режимов составляет существенную часть стандарта, который своим появлением во многом обязан именно этим новым возможностям. Большинство современных быстродействующих жестких дисков могут работать в так называемых режимах PIO 3 и PIO 4, скорость обмена данными в которых очень высока. Эти режимы описаны далее.

От выбора режима PIO (программируемого ввода-вывода) зависит скорость обмена данными с жестким диском. В самом медленном режиме (режим 0) длительность одного цикла передачи данных не превышает 600 нс. 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 PIO 4, в котором скорость обмена данными достигает 16,6 Мбайт/с.

Характеристики режимов PIO приведены в табл. 7.6.

Таблица 7.6. Характеристики режимов PIO



Большинство материнских плат, поддерживающих стандарт ATA-2 и выше, содержат два разъема ATA. В таких системных платах интерфейс ATA включен в состав южного моста набора микросхем системной логики, который чаще всего связан с шиной PCI.

В более старых материнских платах для процессоров 486 и Pentium только первый разъем подключен к шине PCI, второй же работает через шину ISA и, таким образом, поддерживает только режимы PIO до второго включительно.

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 установить 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.

Режимы обмена данными DMA параллельного ATA


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. Это освобождает процессор от большинства операций обмена данными с диском. К тому же во время передачи данных с диска в память процессор может выполнять другую полезную работу.

Существует два типа прямого доступа к памяти: однословный (8-разрядный) и многословный (16-разрядный). Однословные режимы DMA были удалены из стандарта АТА-3, а также спецификаций более поздних версий и в настоящее время не используются. Режимы DMA, использующие хост-адаптер, который поддерживает технологию управления шиной, получили название режимов Bus Master ATA. В первом случае обработка запросов, захват шины и передача данных осуществляются контроллером DMA на системной плате. Во втором случае все эти операции выполняет дополнительная высокоскоростная микросхема, также смонтированная на системной плате.

В системах с микросхемой Intel PIIX (PCI IDE ISA eXcelerator) компоненты южного моста (или его эквивалента) могут поддерживать режим Bus Master ATA. Режимы и скорости передачи  данных  однословного  и многословного  режимов  Burstmaster ATA  приведены  в табл. 7.7 и 7.8.

Таблица 7.7. Однословные (8-разрядные) режимы DMA и скорости передачи



1. Стандарт ATA-2 также может именоваться EIDE (Enhanced IDE) или Fast-ATA.

К сожалению, даже самый быстрый режим Bus Master IDE 2 имеет ту же скорость передачи 16,67 Мбайт/с, что и режим PIO 4. Следует принять в расчет то, что использование режимов DMA снимает нагрузку с процессора, что в результате увеличивает общее быстродействие системы. Однако и этот факт не позволил многословному режиму DMA завоевать популярность, к тому же он был быстро вытеснен новыми режимами Ultra-DMA, поддерживаемыми устройствами, совместимыми со стандартами от ATA-4 до ATA-7.

В табл. 7.9 приведены характеристики режимов Ultra-DMA, которые в настоящее время описываются спецификациями от ATA-4 до ATA-7. Обратите внимание на то, что для использования этих режимов следует установить подходящие драйверы устройств и версии Windows.

Таблица 7.9. Спецификации режимов Ultra-DMA

Режим        Разрядность    Время       Частота шины, Число циклов    Скорость передачи    Спецификация

Ultra-DMA   шины, бит      цикла, нс    МГц                 за один такт      данных, Мбайт/с




Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Интерфейс ATA", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2024 Дискета.info