За время существования ПК было разработано несколько интерфейсов. В табл. 7.1 приведены типы интерфейсов и период их использования. С каждым новым поколением компьютеров появляются новые интерфейсы, в то же время старые отмирают и в современных системах не используются.
Таблица 1.1. Интерфейсы жестких дисков
| Интерфейс | Когда использовался |
| ST- 506/412 | 1978 -1989 годы (устарел) |
| ESDI | 1983 - 1991 годы (устарел) |
| IDE | 1987-1993 годы (устарел) |
| SCSI | С 1986 года по настоящее время |
| IDE (Parallel ATA) | С 1986 года по настоящее время |
| Serial ATA | С 2003 года по настоящее время |
Из них только первые два можно считать настоящими интерфейсами между контроллером и диском, и все они устарели. Версии интерфейса IDE (не ATA) использовались в основном в системах PS/2 и тоже отжили свое. Современные SCSI, ATA и SATA - это интерфейсы системного уровня, в которых контроллер одного из первых двух типов выполнен в виде набора микросхем и встроен в диск. Например, в большинстве дисков SCSI, IDE и SATA установлено устройство, собранное по той же схеме, что и автономный контроллер ESDI. В интерфейсе SCSI между контроллером и системной шиной вводится еще один уровень организации данных и управления, а IDE и SATA взаимодействуют непосредственно с системной шиной. Несмотря на эти отличия, платы SCSI, ATA и Serial ATA именуются не платами контроллера, а адаптерами интерфейса, так как реальные контроллеры встраиваются непосредственно в накопители на жестких дисках. Практически все современные накопители подключаются к ПК с помощью интерфейсов ATA, Serial ATA и SCSI.
Описание
Прототип накопителя ATA IDE, или 40-контактный разъем IDE, был разработан совместными усилиями компаний CDC, Western Digital и Compaq. Первым устройством ATA IDE стал жесткий диск формата 5,25 дюйма и емкостью 40 Мбайт, выпущенный CDC. В нем использовался встроенный контроллер компании Western Digital, а устанавливались эти диски в первых компьютерах Compaq 386 (1986 год).
Компания Compaq впервые представила в выпускаемых компьютерах специальный шинный адаптер, обеспечивший подключение 98_контактного краевого разъема шины АТ (также известной как ISA), расположенного на системной плате, к меньшему 40-контактному разъему, применяемому для соединения с накопителем. 40-контактного разъема оказалось вполне достаточно, поскольку контроллеру жесткого диска хватало 40 линий шины ISA. В меньших по размеру 2,5- дюймовых накопителях АТА, применяемых в портативных компьютерах, используется расширенный 44-контактный разъем, содержащий дополнительные контакты питания. Стандартному контроллеру жесткого диска АТ требуются только сигнальные контакты оригинальной шины ISA, поддерживаемые шиной АТА. Например, поскольку первичный контроллер диска АТ задействует лишь линию запроса прерывания 14 (IRQ 14), основной разъем системной платы АТА предоставляет только эту линию запроса, не требуя использования других линий IRQ. Даже если интерфейс АТА встроен в такой компонент набора микросхем системной логики, как южный мост или контроллер ввода-вывода (что типично для современных компьютеров), и работает на высоких тактовых частотах шины данных, схема расположения выводов и функциональное назначение контактов не отличаются от оригинальной конструкции шины ISA.
Стандарт АТА-1
Стандарт ATA-1 определяет оригинальный интерфейс AT Attachment (интегрированный интерфейс шины между дисковыми устройствами и адаптером к шине ISA). В спецификации_1 были определены и документированы следующие основные свойства:
· 40/44_контактный разъем и кабель;
· параметры выбора конфигурации диска (ведущий/ведомый);
· параметры сигналов для основных режимов PIO (программируемый ввод-вывод) и DMA (прямой доступ к памяти);
· преобразование параметров накопителя CHS (Cylinder Head Sector) и LBA (Large Block Address) для устройств емкостью до 267386880 секторов (136,9 Гбайт).
Хотя интерфейс ATA_1 используется с 1986 года, работу по его превращению в официальный стандарт Комитетом CAM (Common Access Method - общий метод доступа) начал только в 1988 году. Стандарт ATA-1 был завершен и официально опубликован в 1994 году под названием ANSI X3.221_1994, AT Attachment Interface for Disk Drives. Официально его поддержка была прекращена 6 августа 1999 года.
Хотя стандарт ATA-1 теоретически поддерживает диски емкостью до 136,9 Гбайт (228-220 =267386880 секторов), он не позволил обойти ограничения BIOS, из-за чего максимальный объем дисков составил 528 Мбайт (102416. 63 = 1032192 сектора). Ограничения BIOS удалось обойти только в последующих версиях стандарта ATA, поскольку на то время жестких дисков объемом более 528 Мбайт не существовало.
Стандарт ATA-2
Этот стандарт, опубликованный в 1996 году, представляет собой расширение первоначального стандарта ATA (IDE). Наиболее существенные дополнения таковы:
· возможность работы в режимах быстрого программного ввода-вывода (Faster PIO) и прямого доступа к памяти (DMA);
· поддержка расширенной системы управления питанием;
· поддержка съемных устройств;
· поддержка устройств PCMCIA (PC Card);
· поддержка команды Identify Drive, с помощью которой можно получить дополнительные сведения о диске;
· стандарт CHS/LBA, определенный для дисков емкостью до 8,4 Гбайт.
Наиболее важным нововведением в стандарте ATA_2 была поддержка более быстродействующих режимов PIO и DMA, а также накопителей объемом до 8,4 Гбайт на уровне BIOS, поскольку, несмотря на поддержку стандартом ATA_1 дисков емкостью до 136,9 Гбайт, первые версии PC BIOS позволяли работать с дисками объемом не более 528 Мбайт. Добавление функции трансляции параметров позволило увеличить объем поддерживаемых BIOS накопителей до 8,4 Гбайт. Подробнее об этом речь пойдет ниже.
Кроме того, ATA-2 вносит некоторые изменения в команду идентификации жесткого диска, в результате чего появляется возможность передавать в систему более подробные сведения о нем. Это особенно важно как для технологии Plug and Play, так и для совместимости с последующими версиями стандарта.
Стандарт ATA-2 иногда называют Fast_ATA или Fast_ATA_2 (компании Seagate/Quantum), а также EIDE (Enhanced IDE) (компания Western Digital).
Хотя работа над стандартом ATA-2 была начата в 1993 году, впервые он был опубликован в 1996 году под названием ANSI X3.279_1996 AT Attachment Interface with Extensions. Официальная поддержка ATA-2 прекращена в 2001 году.
Стандарт ATA-3
Стандарт ATA-3 предложил незначительные изменения по сравнению со своим предшественником. Среди наиболее заметных нововведений следующие:
· исключение 8-разрядного протокола передачи данных по каналам DMA;
· технология самоконтроля с анализом S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology) для предсказания снижения быстродействия устройства;
· поддержка режима LBA стала обязательной (раньше она таковой не являлась);
· добавлен режим Security ATA, позволяющий защитить паролем доступ к устройству;
· приведены рекомендации относительно терминаторов шины для обеспечения повышенной помехоустойчивости при высоких скоростях передачи данных.
Стандарт ATA-3 базируется на стандарте ATA-2, но обеспечивает более высокую надежность, особенно при использовании режимов обмена данными PIO Mode 4; однако в нем не определено ни одного более быстродействующего режима. При этом были добавлены такие функции, как защита паролем, расширенное управление электропитанием, а также поддержка технологии S.M.A.R.T. Это позволяет накопителю контролировать свое состояние и в случае обнаружения проблем сообщать об этом, благодаря чему предотвращается потеря данных.
Технология S.M.A.R.T. изначально была разработана компанией IBM.
Работа над стандартом ATA-3 была начата в 1995 году, а опубликован он в 1997 году под названием ANSI X3.298-1997, AT Attachment 3 Interface. Официальная поддержка стандарта ATA-3 прекращена в 2002 году.
Стандарт ATA/ATAPI-4
Спецификация ATA-4 была опубликована в 1998 году. В соответствии с ней пакетный интерфейс ATAPI рассматривается как полноправный, а не вспомогательный интерфейс ATA, причем полностью совместимый с ним. Это позволило подключать к стандартному интерфейсу такие устройства, как приводы оптических CD-ROM и CD-RW, приводы гибких дисков LS-120 SuperDisk, Zip_устройства, ленточные накопители и т.д. До этого времени стандарт ATAPI был формально отделен от ATA. Кроме того, ATA-4 поддерживает режимы UltraDMA (называемые также Ultra-ATA) для еще более быстрой передачи данных. Режим с самым высоким эксплуатационным показателем, называемый DMA/33, имеет пропускную способность 33 Мбайт/с.
Основные нововведения стандарта ATA-4 следующие:
· режим передачи данных Ultra-DMA, обеспечивающий скорость до 33 Мбайт/с;
· интегрированная поддержка ATAPI;
· поддержка расширенного управления питанием;
· новый 80-жильный 40-контактный кабель, обладающий повышенной помехозащищенностью;
· поддержка защищенной области жесткого диска (HPA);
· поддержка Compact Flash Adapter (CFA);
· улучшенная BIOS с поддержкой дисков большой емкости (более 9,4 трлн. гигабайт),
Хотя стандарт ATA по-прежнему ограничен максимальным объемом 136,9 Гбайт, степень поддержки и скорость интерфейса АТА в системе определяются,главным образом, набором микросхем используемой системной платы. Большинство микросхем системной логики поставляется с такими компонентами, как микросхемы южного моста или контроллера ввода-вывода, поддерживающие интерфейс АТА (а также другие функции).
Стандарт ATA/ATAPI-5
Стандарт ATA_5 был представлен в 1998 году и базируется на предыдущем стандарте, ATA-4. Он включает в себя спецификацию Ultra-ATA/66 (также известную как Ultra-DMA 6 или UDMA/66), в которой скорость пакетной передачи протокола Ultra-ATA удвоена за счет сокращения времени синхронизации и повышения частоты. Последнее привело к увеличению помех при передаче по стандартному 40-жильному кабелю, применяемому в интерфейсах ATA и Ultra-ATA. Для снижения уровня помех был разработан 80-жильный 40-контактный кабель. Он был впервые представлен для интерфейса ATA-4, однако стал обязательным для ATA-5 в случае использования режима UDMA/66. Этот кабель имеет 40 дополнительных заземляющих проводов между каждой из 40 основных сигнальных и заземляющих линий, что помогает изолировать сигналы от взаимных наводок. Данный кабель работает не только с устройствами Ultra-ATA, но и со старыми устройствами, поскольку все 40 контактов имеют то же назначение, что и раньше.
Работа над стандартом ATA-5 была начата в 1998 году, а официально он был опубликован в 2000 году под названием ANSI NCITS 340-2000, AT Attachment_5 with Packet Interface.
Этот стандарт был дополнен такими возможностями:
· режим передачи Ultra-DMA (UDMA), рассчитанный на скорость до 66 Мбайт/с (так называемая спецификация UDMA/66 или Ultra-ATA/66);
· 80-жильный кабель, необходимый для работы в режиме UDMA/66;