Спецификация PCI Express предусматривает схему организации, аналогичную универсальной сетевой архитектуре ISO/SOI. На самом верхнем уровне располагаются прикладные программы, использующие PCI-устройство. Для них в архитектуре ничего не меняется: при обмене данными через шину PCI Express приложения просто обращаются к операционной системе. На уровне драйверов и конфигурирования архитектура PCI Express полностью совместима с интерфейсом PCI и потому является прозрачной для любой операционной системы, поддерживающей PCI. Тем самым обеспечена поддержка спецификаций ACPI и Plug-and-Play без какой-либо доработки общих программных компонентов.

Однако на других уровнях архитектуры произошли кардинальные изменения. Прежде всего, добавлено два новых уровня (Transaction Layer и Link Layer), функции которых аналогичны сетевым протоколам TCP/IP.

Шина ata (ide)

Интерфейс ATA (AT Attachment for Disk Drives) разработан в 1986 г. для подключения накопителей на жестких магнитных дисках в компьютерах IBM PC/AT с шиной ISA-Bus. Интерфейс появился в результате установки контроллера жесткого диска в сам накопитель, то есть создания устройства со встроенным контроллером — IDE (Integrated Device Electronic). Фактически контроллер жесткого диска был перенесен с материнской платы PC/AT на плату электроники накопителя. Поскольку стандартный контроллер жестких дисков AT позволял подключать до двух накопителей, эту возможность включили и в новый интерфейс. Оба накопителя подключили к одной интерфейсной шине, а для обеспечения программной совместимости бит выбора накопителя в регистре номера головки и номера устройства стали использовать для выбора устройства (фактически, для выбора контроллера). Для организации взаимодействия пары устройств на шине ввели несколько дополнительных сигналов.

Поскольку набор сигналов получился достаточно универсальным, он позволяет подключать любое устройство со встроенным контроллером, которому в пространстве портов ввода/вывода достаточно того же набора регистров и которое способно поддержать принятый режим выбора устройства. Принятая система команд и регистров, являющаяся частью спецификации АТА, ориентирована на блочный обмен данными с устройствами прямого доступа. Для иных устройств существует спецификация ATAPI, основанная на тех же аппаратных средствах.

В системе адресации данных интерфейса ATА изначально указывается адрес цилиндра (Cylinder), головки (Head) и сектора (Sector) — CHS.

Позже стали различать физическую (реальную для накопителя) и логическую (по которой с устройством общается программа) адресацию CHS.

При этом одно и то же устройство могло иметь разные варианты логической архитектуры. Взаимное преобразование логической и физической адресации выполняется встроенным контроллером устройства. В настоящее время используется линейная адресация логического блока LBA (Logical Block Addressing), где адрес блока (для дисков — сектора) определяется 28-битным числом.

Архитектурой интерфейса АТА предусмотрены следующие компоненты:

• хост-адаптер для сопряжения интерфейса АТА с системной шиной;

• шлейф с 40 или 80 проводниками, с двумя или тремя разъемами;

• ведущее устройство (Master), официально именуемое Device 0;

• ведомое устройство (Slave), официально именуемое Device 1.

Если к шине АТА подключено одно устройство, оно должно быть ведущим. Если подключены два устройства, одно должно быть ведущим, другое — ведомым. Все иные варианты назначения устройств неработоспособны. Существует два способа задания адреса устройства на канале шины АТА: с помощью кабельной выборки или явным заданием адреса на каждом из устройств. Режим кабельной выборки включается перемычкой CS (Cable Select — кабельная выборка). В этом случае оба устройства на шине конфигурируются одинаково (в режим CS), а адрес устройства определяется его положением на шлейфе. Режим кабельной выборки работоспособен, если он поддерживается всеми устройствами данного канала шины, включая и хост-адаптер. Недостатком кабельной выборки является привязка физического положения устройств к кабелю: ведущее устройство должно быть ближе к адаптеру, чем ведомое устройство.

Более распространен режим явной адресации, когда адрес каждого устройства задается перемычками, состав которых у разных моделей варьируется. В принципе достаточно лишь указать устройству его роль (Master/Slave). Следует учитывать, что перестановка джамперов воспринимается устройством зачастую только по включении питания.

Оба устройства воспринимают команды от хост-адаптера одновременно. Однако исполнять команду будет лишь выбранное устройство, определяемое состоянием регистра выборки. Выходные сигналы на шину ATA имеет право выводить только выбранное устройство. Такая система подразумевает, что, начав операцию обмена с одним из устройств, хост-контроллер не может переключиться на обслуживание другого устройства той же шины ATА до завершения начатой операции обмена. Параллельно могут работать только устройства IDE, подключаемые к разным шинам (каналам) ATА.

Стандарт ATA имеет систему команд, рассчитанную на приводы магнитных дисков. Для операций, связанных с обменом данными, предназначены команды, использующие программные режимы РЮ (Programmed Input/Output) или блочные режимы DMA (Direct Memory Access). Блочный режим за счет сокращения числа прерываний, которые должен обслужить процессор, в многозадачной системе позволяет повысить производительность дискового обмена. Обмен по каналу DMA в отличие от РЮ занимает только шины ввода/вывода и памяти. Процессору требуется выполнить только процедуру инициализации канала, после чего до прерывания от устройства, полученному в конце передачи блока, он свободен. Режимы обмена по каналу DMA могут быть одиночными и множественными. При множественном режиме (Multiword DMA) на сигнал запроса хост отвечает потоком циклов DMA. Если устройство не справляется с этим потоком, оно может приостановить поток, а по готовности к продолжению — возобновить. Множественный режим позволяет развивать более высокую скорость передачи. В режиме Ultra DMA за каждый такт передаются два слова данных, одно по фронту синхронизирующего сигнала, другое по спаду.

Это позволяет повысить пропускную способность шины, не увеличивая максимальную частоту переключений сигналов.

На сегодняшний день последней спецификацией интерфейса считается АТА-133. Ее появление обусловлено тем, что спецификацией АТА100 допускалось использование жестких дисков объемом до 137 Гбайт, что связано с 28-битной адресацией сектора. Однако современные диски быстро преодолели этот рубеж. В спецификации АТА-133 используется 48-битная адресация сектора, что позволяет адресовать диски объемом до144 петабайт. Кроме того, внедрение режима Multiword DMA Mode 7 позволило увеличить скорость передачи до 133 Мбайт/с.