Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Второе поколение устройств SATA


Как и параллельный интерфейс ATA, SATA изначально разрабатывался как основной интерфейс подключения внутренних устройств ПК; при этом использование данного интерфейса как внешнего не предполагалось. В то же время в версии Serial ATA 2.x и более поздних присутствуют дополнительные возможности:

■     пропускная способность — 3 Гбит/с;

■     поддержка интерфейса ACHI;

■     поддержка очередей команд NCQ;

■     горячая” замена;

■     возможность подключения внешних устройств SATA (SATAe);

■     множители портов;

■     ступенчатая раскрутка.

Благодаря низкой стоимости и небольшим размерам внутренних кабелей интерфейс SATA взял верх над PATA как в настольных, так и в портативных системах, что вполне естественно.

AHCI

Интерфейс SATA разрабатывался не только как замена параллельного интерфейса ATA, но и как интерфейс с более расширенными возможностями и функциями. Изначально совместимость с параллельным интерфейсом ATA была одним из наиболее важных свойств SATA, поскольку это позволяло легко переходить от одного стандарта к другому. Подобная совместимость распространяется на уровень драйверной поддержки, что позволяет устройствам SATA использовать те же драйверы и программное обеспечение уровня BIOS, что и старые устройства с параллельным интерфейсом ATA.

Хотя изначально предполагалось обеспечение простого перехода от устройств с параллельным интерфейсом ATA к устройствам SATA, стандарт SATA разрабатывался таким образом, чтобы обеспечивались дальнейшее повышение скорости передачи данных и расширение возможностей. Поэтому группой AHCI Contributor Group был разработан расширенный программный интерфейс AHCI (Advanced Host Controller Interface). В состав данной группы, возглавляемой Intel, входили компании AMD, Dell, Marvell, Maxtor, Microsoft, Red Hat, Seagate и StorageGear. Предварительная версия спецификации AHCI v0.95 была представлена группой AHCI Contributor Group в мае 2003 года, а окончательная — в апреле 2004 года. По­следняя версия спецификации — 1.1; ее можно загрузить по адресу: www.intel.com/technology/serialata/achi.com

Спецификация AHCI определяет высокопроизводительный интерфейс для системных драйверов и программного обеспечения, позволяющий реализовать такие расширенные функции SATA, как очередь команд, горячая” замена и управление питанием. Поддержка AHCI реализована практически во всех выпущенных в 2004 году наборах микросхем, поддерживающих стандарт SATA. Кроме того, соответствующая поддержка реализована и на уровне драйверов Windows. Основная идея, заложенная в интерфейсе ACHI, сводится к наличию единого интерфейса уровня драйверов, поддерживающего все расширенные адаптеры SATA. Это в значительной мере упрощает установку операционной системы, устраняя необходимость в дополнительных драйверах SATA поддержки устройств конкретных производителей. К примеру, в состав Windows Vista входят драйверы ACHI, которые поддерживают все ACHI-совместимые адаптеры SATA.

К сожалению, драйверы ACHI не были по умолчанию включены в установочные диски Windows XP и предыдущих версий системы, поскольку разработка спецификации ACHI началась уже после того, как эти ОС увидели свет. Это значит, что, если Windows XP устанавливается в системе с интегрированным адаптером SATA, включенным в режиме ACHI, в начале инсталляции необходимо нажать клавишу <F6> и предоставить гибкий диск, содержащий драйверы ACHI. В противном случае система не сможет распознать устройства SATA. Сложность заключается в том, что необходимые драйверы ACHI перед установкой следует скопировать на дискету. Однако далеко не все современные системы укомплектованы дисководами. Существует несколько выходов из этой ситуации.

Прежде всего, можно всегда держать под рукой запасной дисковод, чтобы подключать его к компьютерам во время установки с помощью сигнального и силового кабелей. В данном случае нет никакой необходимости закреплять устройство в корпусе, так как оно подключается для чтения только одной дискеты в начале процесса установки.

Еще один выход — переключить адаптер SATA в режим совместимости с ATA (отключив ACHI) в настройках BIOS. После этого можно загрузиться со стандартного диска установки

Windows XP и инсталлировать систему без каких-либо дополнительных действий. Адаптер, в принципе, можно оставить в режиме совместимости, однако это чревато потерей всех преимуществ от быстродействия жестких дисков. К счастью, после установки Windows можно без труда перенастроить BIOS для поддержки ACHI, однако сначала необходимо переписать (или загрузить) на жесткий диск драйвер ACHI (точнее — Intel Matrix Storage Manager Driver). Во время следующей перезагрузки Windows обнаружит новый адаптер ACHI и автоматически запустит мастер установки нового оборудования, который и предложит вам указать место размещения необходимого драйвера ACHI. После завершения работы мастера все устройства SATA будут работать с полной отдачей. К сожалению, многие материнские платы, произведенные сторонними компаниями (т.е. не Intel) или использующие сторонние наборы микросхем системной логики, не поддерживают режим совместимости с ATA, так что предложенный метод применим далеко не всегда.

И все-таки лучшим, по моему мнению, подходом является создание отдельного загрузочного диска Windows XP, содержащего среди прочего драйверы ACHI (и даже RAID). Это, естественно, можно сделать и вручную, но процесс интеграции будет довольно трудоемким. Так что лучше воспользоваться утилитой BTS DriverPacks (www.driverpacks.net), которая поможет с помощью системы меню интегрировать в установочный компакт-диск Windows XP драйверы всех популярных на текущий момент устройств. В дополнение в драйверам устройств SATA в диск можно внедрить драйверы современных процессоров, наборов микросхем, сетевых адаптеров (в том числе беспроводных) и т.п. Все это поместится на один компакт-диск вместе с инсталляцией операционной системы. При желании можете создать и установочный DVD; в этом случае на него без проблем поместятся абсолютно все предлагаемые пакеты драйверов устройств.

Режимы обмена данными SATA

При использовании интерфейса SATA данные передаются совершенно не так, как при использовании параллельного интерфейса ATA. Предполагается обеспечение скорости передачи данных 150, 300 и 600 Мбайт/с; современные накопители обеспечивают скорость передачи данных 150 и 300 Мбайт/с. Все эти режимы поддерживают обратную совместимость. Это значит, что устройства, поддерживающие скорость передачи данных 300 Мбайт/с, будут поддерживать и 150 Мбайт/с. Следует отметить, что, поскольку стандарт SATA создавался с поддержкой обратной совместимости со стандартом Parallel ATA, может возникнуть определенная путаница, так как устройства SATA могут отчитываться о режимах и скоростях, которые эмулируют настройки PATA. Это сделано для того, чтобы обмануть” старое программное обеспечение, формально не поддерживающее устройства SATA.

Например, многие системные платы при подключении накопителя SATA указывают, что он поддерживает режим Ultra DMA Mode 5 (ATA/100), который соответствует параллельному режиму ATA со скоростью передачи данных 100 Мбайт/с. Очевидно, что это неправильно, так как наиболее медленный режим Serial ATA (SATA-150) характеризуется скоростью передачи данных 150 Мбайт/с, а режимы Ultra DMA к накопителям SATA просто не применимы.

Стандарты PATA и SATA полностью отличаются по своим электрическим и физическим спецификациям, однако SATA поддерживает режим эмуляции параллельного интерфейса ATA, благодаря чему на уровне программного обеспечения никаких отличий не существует. На самом деле режим эмуляции параллельного интерфейса ATA, согласно спецификации SATA, соответствует всем требованиям спецификации ATA-5.

Это становится более понятным, если рассмотреть применение команды IDENTIFY DEVICE; ее используют функции автоматического определения BIOS, чтобы установить параметры накопителя. Согласно спецификации SATA многие данные, получаемые с помощью команды IDENTIFY DEVICE, определяются как соответствующие стандарту ATA/ATAPI-5, в том числе доступные режимы UDMA и другие настройки.

Согласно спецификации SATA 1 эмуляция параллельного интерфейса ATA — это совместная работа программного обеспечения накопителя и контроллера, благодаря которой BIOS и драйверам передаются необходимые данные. В частности, эмулируются регистры команд и блока управления, режимы обмена данными PIO и DMA, прерывания и другие параметры. Хост-адаптер содержит набор регистров, которые затеняют содержимое регистров традиционных устройств; данный блок называется блоком регистров затенения (Shadow Register Block). Все устройства SATA ведут себя как устройства Device 0. Они игнорируют бит DEV в поле Device/Head среди полученных данных; за это отвечает хост-адаптер.

Это означает, что блоки регистров затенения имитируют” регистры параллельного интерфейса ATA, благодаря чему становится возможной эмуляция команд, режимов и других параметров ATA. Стандарт SATA разрабатывался таким образом, чтобы на программном уровне быть полностью совместимым со стандартом ATA/ ATAPI-5; именно поэтому устройства SATA могут сообщать, что работают в параллельном режиме ATA, хотя на самом деле это не так.

Функции ATA

Стандарты ATA прошли долгий путь к преодолению несовместимости и проблем, вызванных конфликтами накопителей IDE с системами, оснащенными шинами ISA/PCI. Согласно спецификациям ATA предполагается использование для передачи данных 40-контактных кабелей, определяются функции и временные характеристики сигналов, спецификации кабеля и т.д. Некоторые элементы и функции, определяемые спецификациями ATA, подробно рассматриваются в следующих разделах.

Команды интерфейса ATA

Одно 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 совместимыми с системой из восьми команд упомянутого контроллера. Этим, в частности, и объясняется простота установки накопителей IDE 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.

По-видимому, наиболее важной является команда идентификации жесткого диска, по которой с него 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, компанию-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).

Данные, полученные при выполнении команды идентификации жесткого диска, включают ряд сведений, относящихся к этому дисководу:

■     количество адресов логических блоков, доступных при использовании режима LBA;

■     количество физических цилиндров, головок и секторов, доступных в режиме P-CHS;

■     количество логических цилиндров, головок и секторов в текущей трансляции режима L-CHS;

■     поддерживаемые режимы (и скорости) передачи;

■     название компании-изготовителя и номер модели;

■     версия внутренней прошивки;

■     серийный номер;

■     тип или размер буфера, определяющий буферизацию сектора или возможности кэширования.

Некоторые общедоступные программы позволяют выполнить эту команду и вывести полученную информацию на экран. К их числу принадлежит и программа ATAINF, входящая в состав набора средств диагностики Ultimate Boot CD. Весь этот набор или его отдельные утилиты можно бесплатно загрузить с сайта http://ultimatbootcd.com. Эти программы могут оказаться как никогда кстати при установке жесткого диска в системе, не поддерживающей автоматическое распознавание, для получения характеристик диска, которые необходимо вручную задать в настройках BIOS. Все эти программы получают информацию непосредственно от самих устройств.

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 повысить общую производительность жесткого диска (по сравнению с работой в односекторном режиме). Некоторые старые системы требуют указания точного количества секторов, поддерживаемых устройством; более современные системы извлекают эту информацию автоматически.

Помимо указанных, существует множество других команд, в том числе специфических, определяемых производителями конкретных моделей жестких дисков. Довольно часто некоторые операции, например форматирование низкого уровня и создание карт поверхностных дефектов, осуществляются именно с помощью таких специфических наборов команд. Поэтому программы форматирования низкого уровня зачастую бывают уникальными, а производители включают их в комплект поставки своих IDE-дисков.

Режим безопасности ATA

Поддержка защиты паролем жестких дисков (так называемый режим безопасности ATA Security Mode) была включена в спецификацию ATA-3 еще в 1995 году. Соответствующее дополнение к спецификации ATA было предложено компанией IBM, которая разработала соответствующие функции и реализовала их в портативных системах ThinkPad и 2,5-дюймовых дисках. Поскольку данная функция в дальнейшем была включена в официальный стандарт ATA-3 (окончательно опубликованный в 1997 году), ее начали поддерживать и другие производители дисков и компьютерных систем, особенно в 2,5-дюймовых дисках для портативных систем. Следует отметить, что подобные пароли оказываются весьма надежными: если его за­быть, то, как правило, не останется ни малейшей возможности получить доступ к диску.

Пароль доступа к жесткому диску задается с помощью программы настройки BIOS, хотя данную функцию поддерживают не все системы. Большинство портативных систем эту функцию поддерживают, а большинство настольных — нет. Если данная функция поддерживается, можно задать пароли двух типов: пароль пользователя и основной пароль. Первый блокирует и разблокирует диск, в то время как второй используется исключительно для разблокировки. Можно задать только пароль пользователя или пароль пользователя и основной пароль; задать только основной пароль нельзя.

Когда задается только пароль пользователя или оба пароля, доступ к диску блокируется (даже после его установки в другую систему) до тех пор, пока корректный пароль не будет указан при включении системы.

Основной пароль представляет собой резервный пароль, предназначенный для системных администраторов. Если заданы оба пароля, сообщается только пароль пользователя. Следовательно, при желании пользователь может изменить свой пароль; при этом системный администратор сможет получить доступ к диску, указав основной пароль.

Если определены оба пароля, доступ к диску должен быть разблокирован при загрузке еще на уровне BIOS. Внешний вид соответствующего сообщения зависит от конкретной системы, однако в системах IBM для этого всегда используется графический интерфейс. На экране отображается значок в виде цилиндра с номером над ним (который указывает на номер диска) рядом со значком в виде замка. Если на экране отобразится окно с запросом пароля доступа к диску, необходимо его ввести; в противном случае будет запрещен доступ к диску и дальнейшая загрузка будет невозможна.

Как отмечалось выше, если вы забыли пароль пользователя (без использования основного пароля) или же оба пароля, вам не удастся получить доступ к диску даже в том случае, если его установить в другую систему, в том числе в такую, которая не поддерживает режим ATA Security Mode. Поэтому в данном случае диск становится совершенно бесполезной железкой”.

Как и при использовании подавляющего большинства средств безопасности, решение на тот случай, если вы забыли пароль, должно существовать. В данном случае есть минимум одна компания, которая может восстановить работоспособность диска или даже данные на нем. Это компания Nortek (подробные сведения вы найдете на сайте www.nortek.on.ca). За снятие пароля придется заплатить от 85 до 295 долларов; кроме того, необходимо будет предоставить подтверждение прав на владение диском. Как видите, за восстановление придется заплатить больше, чем за новый диск, поэтому к данной возможности следует обращаться только в том случае, если вам во чтобы то ни стало необходимо восстановить данные.

Пароли на новых дисках не заданы, однако они вполне могут быть заданы в том случае, если вы приобретаете диск, бывший в употреблении. Например, многие продавцы, которые реализуют старые компьютеры на электронных аукционах, таких как eBay, задают системный пароль или пароль жесткого диска и сообщают его покупателю только после того, как получат деньги. Однако иногда диски продаются как есть”, и даже продавец может не знать пароля. Поэтому не рекомендуется приобретать бывший в употреблении портативный компьютер или жесткий диск до тех пор, пока вы не будете уверены в том, что на них не заданы никакие пароли.

Подавляющее большинство систем также поддерживает пароль включения или системный пароль, который задается с помощью программы настройки BIOS. В большинстве случаев при определении системного пароля такой же пароль задается и для жесткого диска. Поэтому чаще всего при вводе системного пароля BIOS автоматически указывает такой же пароль и для жесткого диска. Это означает, что пароль жесткого диска может быть задан, а вы об этом даже не подозреваете, так как соответствующий запрос не отображается на экране. Однако, если диск переставить в другую систему, он не будет работать до тех пор, пока не будет введен корректный пароль. Так что, если новый пользователь его не знает, визита в специальную компанию, такую как Nortek, не избежать.

Защищенная область

Многие современные ПК поддерживают определенные функции автоматического восстановления, которые позволяют пользователю легко восстановить работоспособность операционной системы или другого программного обеспечения. Сначала для этого использовался один или несколько специальных компакт-дисков, содержащих сценарии, которые восстанавливают исходные настройки программного обеспечения, установленного в системе.

К сожалению, компакт-диски могут быть потеряны или повреждены; кроме того, включение подобных компакт-дисков в комплект поставки компьютера приводит к дополнительным расходам со стороны производителей. В результате производители решили размещать программное обеспечение для восстановления в специальном скрытом разделе загрузочного жесткого диска. Как правило, программное обеспечение для восстановления занимает от одного до четырех компакт-дисков, что составляет около 1–3 Гбайт. Поэтому при использовании жестких дисков объемом 60 Гбайт и больше теряется” около 5% (или меньше) от общего пространства. В то же время с помощью программного обеспечения для создания разделов или других специальных утилит скрытый раздел может быть удален.

В 1996 году компания Gateway предложила внести изменения в разрабатываемый в то время стандарт ATA-4, которые позволили бы резервировать на жестком диске специальную защищенную область. Эти изменения были утверждены, и функция HPA (Host Protected Area) была включена в спецификацию ATA-4, опубликованную в 1998 году. В 1999 году была предложена отдельная спецификация интерфейса BIOS — PARTIES (Protected Area Run Time Interface Extension Services), согласно которой определены службы, используемые операционной системой для доступа к защищенной области HPA. Стандарт PARTIES был завершен и опубликован в 2001 году под названием NCITS 346-2001, Protected Area Run Time Interface Extension Services.

Для обеспечения возможности использования защищенной области HPA применяется команда ATA SET MAX ADDRESS, благодаря чему жесткий диск воспринимается системой как диск чуть меньшего размера. Вся область, которой соответствуют адреса от заданного этой командой (определяющего новый конец диска) до адреса фактического конца диска, яв­ляется защищенной областью HPA, доступ к которой возможен только с помощью специальных команд PARTIES. Благодаря этому обеспечивается более высокий уровень защиты, чем при использовании обычных скрытых разделов, поскольку к защищенной области не могут обращаться не только обычные приложения, но и такие специализированные утилиты для работы с разделами, как PartitionMagic и Partition Commander. Поэтому, если вы решили удалить защищенную область HPA, вам придется использовать специальные параметры программы настройки BIOS или отдельные команды для изменения исходного значения MAX ADDRESS. После этого можно воспользоваться утилитой PartitionMagic или Partition Commander, чтобы изменить размеры смежного раздела с целью включения в него дополнительного пространства, которое ранее было скрыто или недоступно.

Многие новые системы, оснащенные Phoenix FirstBIOS, поставляются вместе с программами восстановления и диагностики, которые хранятся в области HPA, поскольку это подразумевается новым ядром Phoenix BIOS. Данное решение используется многими OEM-производителями настольных и портативных систем (в том числе и IBM) начиная с 2003 года.

Интерфейс ATAPI (ATA Packet Interface)

Данный интерфейс был разработан для того, чтобы накопители на магнитной ленте, CD-ROM и другие устройства, такие как SuperDisk и Zip, можно было подключать к обычному разъему IDE. 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 не дают выигрыша в быстродействии. А вот быстродействие и надежность накопителей на магнитной ленте могут 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 точки зрения системы они выглядят, как обычные жесткие диски. Напротив, в контексте программного обеспечения они напоминают устройства SCSI. Все современные накопители АТА CD-ROM поддерживают протоколы ATAPI, поэтому эти термины можно с полным основанием использовать в качестве синонимов. Другими словами, накопитель ATAPI CD-ROM представляет собой АТА CD-ROM и наоборот.

Внимание

Большинство систем с 1998 года стали поддерживать спецификацию Phoenix El Torito, в которой допускается загрузка с устройств ATAPI CD и DVD. Системы, не поддерживающие эту спецификацию, не могут загружаться с оптических устройств ATAPI. Даже если в BIOS установлена поддержка ATAPI, для поддержки этого интерфейса в DOS или Windows следует установить соответствующий драйвер. В Windows 95 и более поздних версиях системы уже имеется поддержка ATAPI на уровне ядра. Некоторые компакт-диски установки Windows 98 и Me искусственно сделаны загрузочными (с помощью принудительной загрузки дополнительных драйверов), в то время как все диски Windows NT/2000/XP/Vista в таких системах загружаются напрямую, что значительно упрощает процесс инсталляции.

Кроме того, обычно рекомендуется устанавливать различные типы устройств ATA на разные каналы. Дело в том, что интерфейс ATA не поддерживает одновременный доступ к нескольким устройствам, установленным на одном и том же канале. Это значит, что пока на некотором канале выполняется доступ к одному устройству, другое устройство того же канала остается недоступным. Распределив привод оптических дисков и жесткий диск по разным каналам, можно более эффективно использовать данные устройства. Еще один подводный камень скрывается в том, что некоторые жесткие диски на интерфейсе PATA могут оказаться неработоспособными, если в качестве ведущего устройства установлен привод оптических дисков. Таким образом, рекомендуется всегда устанавливать жесткий диск PATA в качестве ведущего, а устройства ATAPI — в качестве ведомых (в случае их подключения к одному кабелю).

Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Второе поколение устройств SATA", 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