Интерфейсы жесткого диска IDE, ATA, последовательный интерфейс SATA

Интерфейс IDE предназначен для подключения устройств хранения данных, обладающих собственным контроллером. В настоящее время интерфейс АТА/ AT API является самым массовым интерфейсом устройств хранения данных, причем не только в мире PC-совместимых компьютеров. Пока что наибольшее распространение получил его «классический» параллельный вариант, ему на смену идут последовательные интерфейсы Serial АТА (SATA) и Serial ATA-II (SATA-II). Теперь параллельный интерфейс ATA/ATAPI стали называть РАТА (Parallel АТА — параллельный интерфейс АТА).
Параллельный интерфейс АТА (Advanced Technology Attachment) был введен в конце 1980-х годов как интерфейс для подключения накопителей на жестких магнитных дисках к компьютерам IBM PC AT с шиной ISA. Интерфейс появился в результате переноса стандартного (для PC/AT) контроллера накопителя на жестком диске (Hard Disc Controller, HDC) ближе к накопителю, то есть создания устройств со встроенным контроллером (Integrated Drive Electronics, IDE). Для связи устройства с системной шиной ISA использовали лен точный кабель с параллельным шинным интерфейсом, получившим названия АТА и IDE, которые, фактически, являются синонимами. В этом интерфейсе используются сигналы шины ISA, часть из которых буферизовали на небольшой плате адаптера IDE, устанавливаемого в слот ISA, а часть направили прямо на разъем нового интерфейса.
При переносе регистровая модель HDC была сохранена из соображений совместимости. Поскольку стандартный контроллер AT позволял подключать до двух накопителей, эту возможность получил и интерфейс АТА. Однако теперь два накопителя стали означать и два контроллера, подключенных к одной интерфейсной шине. Чтобы сохранить программную совместимость со стандартным контроллером HDC, к которому подключено два накопителя, оба контроллера в новом интерфейсе должны располагаться в пространстве ввода-вывода по одним и тем же адресам, выделенным стандартному контроллеру HDC.
Интерфейс АТА предназначен для обмена с устройствами хранения блоками фиксированного размера — секторами по 512 байт. Адресация данных внутри устройств АТА имеет «дисковые корни»: для накопителей изначально указывали адреса цилиндра (cylinder), головки (head) и сектора (sector) — так называе
мая трехмерная адресация CHS. Позже пришли к линейной адресации логических блоков (Logical Block Address, LBA), где адрес блока (сектора) определяется 28-битным числом. Трехмерная и 28-битная линейная адресация в АТА имеют предел емкости устройств в 136,9 и 137,4 Гбайт соответственно, что по нынешним меркам недостаточно. В современных версиях интерфейса линейную адресацию расширили до 48-битной, при этом предел адресации составляет 248 - 281 474 976 710 656 секторов, или около 144 Пбайт (петабайт), то есть 144 115 188 075 855 360 байт. Устройство может поддерживать различные форматы адресации, причем формат адреса может меняться даже в соседних командах.
Принятая система команд и регистров, являющаяся частью спецификации АТА, ориентирована на блочный обмен данными с жесткими магнитными дисками — устройствами хранения с непосредственным доступом. Позже спецификацию расширили для иных устройств хранения:
¦ Спецификация ATAPI позволяет передавать пакет, содержащий командный блок (откуда и часть названия PI — Package Interface). Структура командного блока заимствована из SCSI, его содержимое определяется типом подключенного устройства: ленточного, оптического (CD, DVD), магнитооптического и т. п. ATAPI позволяет расширить границы применения шины АТА, введя всего лишь одну новую команду передачи управляющего пакета.
¦ Набор дополнительных команд CFA (Compact Flash Association) введен для устройств хранения на флэш-памяти. От обычных устройств хранения (с непосредственным доступом) флэш-память отличается сравнительно длительным стиранием данных перед перезаписью. Группа дополнительных команд позволяет более эффективно работать с этими устройствами (хотя возможен доступ к ним и обычными, «дисковыми» командами АТА).
Параллельный интерфейс АТА исчерпал свои ресурсы пропускной способности, достигшей 133 Мбайт/с в режиме UitraDMA Mode 6. Для дальнейшего повышения пропускной способности интерфейса (но, увы, не самих устройств хранения, которые имеют гораздо меньшие внутренние скорости обмена с носителем) было принято решение о переходе от параллельной шины к последовательному двухточечному интерфейсу Serial АТА (SATA). Цель перехода — улучшение и удешевление кабелей и коннекторов, улучшение условий охлаждения устройств внутри системного блока (избавление от широкого шлейфа), обеспечение возможности разработки компактных устройств, облегчение конфигурирования устройств пользователем.
Интерфейс SATA позволяет сохранить (и развивать) сложившуюся систему команд ATA/ATAPI, что обеспечивает преемственность и программную совместимость со старым ПО. Поначалу интерфейс SATA отличался только способом транспортировки данных и команд между контроллером и устройствами. Главная революция в организации обмена с устройствами хранения произведена в спецификации SATA II, в которой описан эффективный механизм обслуживания очередей — NCQ на базе механизма FPDMA. Для SATA II появилась новая спецификация контроллера — AHCI, которая меняет и идеологию взаимодействия (сохраняя команды), что выводит SATA на «профессиональный»
уровень интерфейса устройств хранения, почти не уступающий по возможностям интерфейсу SCSI.
Разработкой спецификаций ATA/ATAPI занимается технический комитет Т13 (прежде — Т10) Международного комитета по стандартизации в области информационных технологий (INCITS). Разработанные им спецификации оформляются в виде стандартов ANSI. Развитие интерфейса отражает история спецификаций, начавшаяся с АТА-1 (1994 г.). В 2005 году обсуждаются спецификации ATA/ATAPI-7 и ATA/ATAPI-8, в которые входят как параллельные шины (РАТА), так и последовательные интерфейсы (SATA). В Сети можно найти спецификации параллельной шины ATA/ATAPI (http://wwVv.tl3.org) и последовательного интерфейса Serial АТА (http://www.serialata.org).

Дата добавления: 2014-01-05