Інтерфейси жорстких дисків

В даний час, найбільш поширені два стандарти на підключення вінчестера до комп'ютера. Перший, найбільш поширений серед домашніх і офісних ПК - IDE (Integrated Device Electronics - пристрій з вбудованим контролером), також іменований як ATA (AT Attachment - підключається до АТ). Другий найчастіше можна зустріти в серверах і високопродуктивних робочих станціях - SCSI (Small Computer System Interface, вимовляється як "оповіді"). Варто відзначити, що цей інтерфейс не є спеціалізованим для дискових пристроїв. Крім жорстких дисків та CD-ROM приводів, існує величезна маса пристроїв, що працюють за цим стандартом.

Стандарт інтерфейсу IDE був розроблений з різних причин. Найбільш істотними є:

Більше простий спосіб підключення вінчестера до шини комп'ютера. Жорсткий диск стандарту IDE з однаковою легкістю можна підключити до високопродуктивної системної шині комп'ютера і повільного LPT-порту. Звичайно, в останньому випадку обмін даними буде набагато нижче, але така можливість є.

Підвищення швидкодії. Контролер диска розташований безпосередньо на пристрої, що дозволяє передавати минаючи довгі інтерфейсні дроти.

Підключити IDE-пристрій до комп'ютера можна кількома способами. Найбільш поширений - підключення за допомогою 40-провідного кабелю (тип інтерфейсу AT-BUS). Інтерфейс 16-бітний. Другий тип - PC Card ATA - з допомогою PC Card (PCMCIA), який також має 16-бітний інтерфейс. Цей тип використовується в основному в переносних комп'ютерах. Існують також і XT IDE і MCA IDE, але розглядати ми їх тут не будемо, тому що XT вже достатньо старий і зустріти його можна дуже рідко, а MCA використовується тільки для PS/2 машин, які в нашій країні практично не зустрічаються.

Крім підключення, типи інтерфейсу ATA розрізняються також і по швидкості передачі даних. Основний - CАM ATA (Common Access Method) - стандарт певний ANSI. Забезпечує сумісність IDE-пристроїв на рівні сигналів і команд. Також дозволяє підключати до двох пристроїв на один кабель. Довжина кабелю становить не більше 46см.

ATA-2 є розширенням специфікації ATA. Має два канали, що дозволяє підключати до 4-х пристроїв, підтримка дисків об'ємом до 8Гб. Підтримує режими роботи PIO Mode 3, DMA Mode 1, Block mode. Про ці терміни ми поговоримо трохи нижче.

Наступним розширенням є Fast ATA-2. Відрізняється лише підтримкою DMA Mode 2, що дозволяє досягти швидкості передачі даних до 13.3 Мбайт/сек і наявністю PIO Mode 4. Цей тип найбільш часто зустрічається в моделях комп'ютерів на основі 486-x і Pentium процесорів.

ATA-3. Це розширення більше направлено на підвищення надійності. Включається в себе покращений засіб управлінням харчування і технологію SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology - технологія спостереження, аналізу та попередження).

Ultra DMA/33 - швидкість обміну даними по шині складає 33 Мбайт/сек. Крім цього доданий контроль даних для передачі. Відносно недавно з'явився стандарт UDMA/66, в якому швидкість збільшена до 66 Мбайт/сек, і вже зовсім недавно оголошений UDMA/100.

Слід відзначити, що зазначені цифри, є лише максимально можливими значеннями. Реально швидкість передачі даних може бути істотно нижчою. Це залежить від частоти обертання дисків, швидкості роботи електроніки, роботи пам'яті і процесора.

Крім перерахованих вище типів, існує ще розширення ATAPI (ATA Package Interface). Це розширення призначене для підключення до інтерфейсу ATA накопичувачів CD-ROM, CDRW, стримерів (накопичувачів на магнітних стрічках), ZIP дисководів й інших пристроїв.

Всі перераховані вище стандарти між собою електрично сумісні.

Тепер трохи поговоримо про ті терміни, які використовують при описі режимів роботи вінчестера. PIO (Programmed Input/Output - програмний введення-виведення) - при роботи в цьому режимі, процесом обміну інформацією з буфером жорсткого диска займається центральний процесор системи. Це, відповідно, віднімає якусь частину процесорного часу. Існує шість режимів роботи PIO, що відрізняються швидкістю передачі даних. При PIO Mode 0 швидкість складає всього 3,3 Мбайт/сек. А у випадку з PIO Mode 5 вже 20 Мбайт/сек. Режими з 0 по 2 відносяться до звичайного ATA, 3 і 4 - до ATA-2, а 5 до ATA-3.

DMA (Direct Memory Access - прямий доступ до пам'яті). При роботі в цьому режимі, обмін даними між буфером вінчестера і пам'яттю комп'ютера здійснюється безпосередньо контролером вінчестера. Режими DMA підрозділяються на однослівні (single word) і багатослівні (multi word), залежно від кількості слів передаються за один сеанс роботи з шиною. У разі однослівні режиму, максимальна швидкість обміну складає до 8.3 Мбайт/сек. При використанні багатослівно режиму - до 20 Мбайт/сек. Звернення виробляються в паузах між зверненнями центрального процесора до пам'яті. Такий режим економить процесорний час, але трохи знижує швидкість обміну.

При використанні однозадачной операційної системи, наприклад, MS-DOS більше кращий режим PIO, у випадку використання багатозадачних систем краще використовувати режим DMA. Але в цьому випадку підтримка цього режиму повинно здійснюватися на рівні драйверів і спеціальних котроллери.

LBA (Logical Block Addressing) - адресація логічних блоків. Стандарт ATA адресує сектор за класичною схемою - номер циліндра, головки і сектора. Однак, через історично сформованих причин, BIOS комп'ютера і операційна система DOS обмежували кількість секторів (63) і циліндрів (1024). У Внаслідок цього і з'явилося обмеження на обсяг жорсткого диска в 540Мб. При режимі LBA, адреса передається у вигляді лінійного абсолютного номера сектора. Вінчестер в цьому випадку сам перетворює його в потрібні йому номери циліндрів, головок і секторів. Це дозволило обійти обмеження на обсяг жорсткого диска, проте для DOS воно, як і раніше становить 8Гб. Робота пристрою можлива тільки в разі підтримки цього режиму драйвером (BIOS) і самим пристроєм.

Існує також і режим Large - цей режим використовується Award BIOS для роботи з жорсткими дисками до 1Гб, не підтримують режим LBA. Використовувати цей режим з дисками більше 1Гб не рекомендується.

Block Mode - режим блочного обміну. При використанні звичайного режиму, вінчестер, отримавши команду на зчитування сектора, поміщає його в свій буфер, звідки він переміщається в пам'ять і чекає команди на читання наступного. У разі блочного обміну, вінчестер спочатку отримує кількість прочитуються сектором, після чого він їх зчитує в буфер, звідки вони переміщаються в пам'ять. Різні моделі вінчестерів мають різний обсяг буфера, і відповідно можуть зчитувати різне кількість секторів за раз. Максимальний виграш від роботи в цьому режимі можливий тільки якщо основна робота йде з обсягами даних не меншим ніж кількість прочитуються секторів. У випадку, якщо фрагменти даних мінімальні (наприклад не більше одного сектора), використання цього режиму сходить нанівець.

Наостанок кілька слів про те, як підключаються IDE пристрою. На один IDE-кабель можна підключити не більше двох пристроїв. Одне з пристроїв має бути виставлено в режим Master (ведучий), а другий - Slave (підпорядкований). Встановлення режимів здійснюється за допомогою виставлення перемичок на самих пристроях. Всі сучасні IDE-пристрої, як правило, мають таблицю установки перемичок. Якщо у вас два жорсткі диски, то система вантажиться тільки з Master пристрою. Зазвичай робота пристрою в режимі slave не допускається при відсутності master пристрою. Однак, сучасні накопичувачі та BIOS дозволяють таку роботу.

Існує ще один режим - Cable Select. У цьому випадку, визначення master і slave пристрою проводиться автоматично виходячи з черговості підключених роз'ємів. Для використання цього режиму необхідний спеціальний кабель і обидва пристрої повинні бути встановлені в CS.

Сподіваюся, що ця стаття виявилася для вас корисною. У наступній статті ми детальніше зупинимося на стандарті SCSI і його модифікаціях.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.nodevice.ru/