Пристрої, адаптери, контролери й інтерфейси IDE

Пристрою з паралельним інтерфейсом AT A/ AT API підключаються до компьютера через контролер (або адаптер) інтерфейсу АТА або IDE. У специфікаціях АТА засоби сполучення називаються хост-адаптером. Контролер (адаптер) може мати один або більш каналів IDE (шин АТА). До кожного каналу IDE (рівнобіжній шині АТА) може підключатися до двох пристроїв IDE (ATA/ATAPI):

♦ ведучий пристрій (master) — ПУ, у специфікаціях АТА офіційно названий Device-Про (пристрій 0);

♦ відомий пристрій (slave) — ПУ, у специфікаціях офіційно називається Device-1 (пристрій 1).

Адаптер інтерфейсу АТА (IDE) поєднує найпростіші апаратні засоби: буферні формирователи для шини даних, дешифратор адреси і допоміжну логіку. Адаптер забезпечує звертання процесора до регістрів пристроїв АТА, а також передачу блоків даних між пристроєм і системною пам'яттю в режимі РЮ (програмний уведення-висновок). Адаптер дозволяє також підключити шину АТА до каналу стандартного контролера DMA, однак обмін даними по стандартному каналі малоефективний, оскільки канал досить повільний і через перетинання границь сторінок незручний (див. 5.1).

Контролер інтерфейсу АТА (IDE) відрізняється наявністю власного високопродуктивного й ефективного контролера DMA. Популярною моделлю є контролер PCI IDE Bus Master (див. 19.4), що має два канали — керує двома шинами АТА. Контролер PCI IDE дозволяє організовувати передачу масиву даних, розташованих у розрізнених сторінках фізичної пам'яті. Однак він не має засобів переключення контексту (див. далі), що дозволяють ефективно організувати перекриття і черги команд.

Інтерфейс SATA (Serial ATA — послідовний інтерфейс АТА) є еволюцією свого попередника — рівнобіжної шини АТА. Перехід на послідовний інтерфейс дозволяє відмовитися і від шинної організації інтерфейсу: контролер Serial ATA має індивідуальні порти для підключення кожного з пристроїв. При цьому мається режим эмуляции пара «веду- цим-ведомий», у якому зберігається програмна сумісність з контролером рівнобіжного інтерфейсу АТА і його механізмом адресації пристроїв. Для більш ефективної роботи з безліччю пристроїв мається і режим прямого підключення (Direct Port Access, DPA), програмно несумісний із традиційним інтерфейсом АТА (IDE). Контролер і пристрої Serial АТА-П мають ефективний механізм FPDMA для обслуговування безлічі пристроїв і черг команд. Проміжний (по ефективності) режим контролера SATA забезпечує тільки повну незалежність пристроїв: кожному пристроєві виділяється власний контролер DMA.

Більшість сучасних системних плат оснащено двухканальним контролером PCI IDE з рівнобіжним інтерфейсом АТА. Цей контролер може працювати в режимі як традиційного адаптера (Legacy IDE) з фіксованими областями адрес, виділюваних пристроям, так і пристрою PCI, у якому області адрес вільно переміщаються в просторі. Нові плати мають і інтерфейс Serial ATA. Співіснування рівнобіжного і послідовного інтерфейсів можливо, однак у традиційному режимі може працювати тільки один з контролерів (паралельний або послідовний). Це створює деяких труднощів на етапі визначення підключених пристроїв і завантаження ОС. Для ефективної взаємодії з обома контролерами ОС повинна мати драйвери контролерів, що працюють з ними як з повноцінними пристроями PCI.

Нова програмна модель контролера Serial ATA — AHCI — принципово змінює ідеологію роботи з пристроями, істотно спрощуючи задачі програмної взаємодії з ними. Інтерфейс AHCI мають, зокрема, контролери SATA, інтегровані в хаб ICH6 сучасних чипсетов системних плат. На час перехідного періоду контролери з AHCI постачають і традиційними програмними інтерфейсами, однак використання можливостей AHCI повною мірою дає тільки спеціальний драйвер.

Інтерфейс АТА призначений для підключення пристроїв усередині корпуса комп'ютера; це обумовлено обмеженням на довжину шлейфа і конструкцією рознімань (застосовуються дешеві IDC-коннектори). Інтерфейс Serial ATA у першій версії також обмежувався внутрішнім використанням. В інтерфейсі Serial ATA II уведена можливість підключення зовнішніх пристроїв, заради чого рознімання були дороблені (для кращої фіксації).

Інтерфейс АТА дозволяє підключати пристрою різних категорій, що розрізняються як типом (тверді диски, оптичні, стрічкові пристрої і т.п.), так і «рівнем інтелекту» убудованого контролера.

Перші дискові нагромаджувачі IDE відносилися до категорії неінтелектуальних пристроїв {Non-Intelligent IDE). Вони не виконували трансляцію номерів секторів — параметри їхньої зовнішньої геометрії збігалися з реальними. Команди ідентифікації пристрою й установки параметрів не виконувалися. Дефектні блоки, відзначені в заводському списку, були видні користувачеві. Низкоуровневое форматування виконувалося безпосередньо по команді, так що невдале форматування могло знизити продуктивність через порушення оптимальних параметрів чергування і зсуви.

Пізніше з'явилися більш інтелектуальні пристрої {Intelligent АТА IDE). Вони здатні виконувати розширені Ата-команди — ідентифікацію пристрою й установку параметрів. Підтримується трансляція геометрії, дефектні сектори ховаються від користувача (до вичерпання резерву). Для прискорення обміну ці пристрої підтримують блокові режими передачі Read Multiple і Write Multiple, а також високошвидкісні режими обміну РЮ і DMA. Низкоуровневое форматування можливе тільки при установці зовнішньої геометрії, що збігає з реальної. Однак форматування знов-таки може «знести» заводську оптимізацію, хоча більш пізні пристрої або ігнорують стандартну команду форматування треку, або тільки заповнюють по ній усі сектори треку нулями, не виконуючи низкоуровневого форматування.

До наступної категорії відносяться сучасні пристрої з зонним форматом запису (Intelligent Zoned Recording IDE). Оскільки вони мають різну кількість секторів на різних треках (для підвищення щільності збереження), трансляція геометрії є для них обов'язкової — специфікація АТА не передбачає повідомлення пристроєм способу розбивки на зони і формату кожної зони, так що звертатися до них можна тільки по зовнішньому тривимірному (CHS) або лінійному (LBA) адресі. Інформація про зонний розподіл зберігається, як правило, у службовій області носія. Ця інформація використовується мікропрограмою контролера пристрою, і за допомогою спеціальних програмних засобів можна добратися до не і, наприклад, відключити дефектну зону (зменшивши доступний обсяг диска). Низькоурівневе форматування по стандартній команді як таке не виконується. Такі пристрої або відкидають цю команду, або виконують її фіктивно (тільки позиционируя голівки), або просто заповнюють усі сектори треку нулями.

Пристрою IDE розрізняються також по інтелектуальності контролера, що виражається в наявності засобів автоматичного моніторингу внутрішніх параметрів (S.M.A.R.T.), приховання дефектних блоків, температурної корекції системи позиционирования, керування енергоспоживанням, керування акустичним шумом і ін. Важливим параметром пристроїв є розмір власної буферної пам'яті (кэша) і ефективність алгоритмів кэширования. Алгоритми заміщення блоків у кэше сучасних дисків враховують особливості роботи в багатозадачнму середовищі — вони відслідковують кілька потоків запитів. Виробники пристроїв уводять різні удосконалення, в основному спрямовані на підвищення продуктивності. Ці удосконалення поступово входять у чергову версію стандарту ATA/ATAPI як додаткові властивості (features). Номер версії стандарту, підтримуваний пристроєм, що вичерпує інформації про можливості пристрою не дає: якісь додаткові властивості, введені в зазначеній версії, можуть не підтримуватися (на те вони і додаткові).

Дата добавления: 2014-01-04