
- •Интерфейсы жестких дисков
- •Интерфейс ATA
- ••Хост-контроллер (хост-адаптер) взаимодействует с контроллером винчестера по специальному протоколу
- •Эволюция ATA. Версии интерфейса
- ••ATA/ATAPI-4:
- ••Интерфейс Serial ATA является наследником ATA/ATAPI, но по сути разработан и поддерживается другой
- •Электрический интерфейс ATA
- ••Проверив заземление на 28 контакте, винчестер может определить, является ли он Master
- •Описание сигналов ATA
- •Переопределение сигналов в режиме Ultra DMA
- •Регистры устройства ATA
- •Блок командных регистров
- ••011 R/W: SN (Sector Number) – номер сектора (CHS) или биты [0:7] адреса
- ••111 R: SR (Status Register) – регистр состояния. Чтение регистра вызывает сброс некоторых
- •Блок управляющих регистров
- •Адресация секторов
- •Адресация CHS
- •Адресация LBA
- •Команды. Общая информация
- •Протокол 1: PIO In
- •Протокол 2: PIO Out
- •Протокол 3: DMA
- •Режимы обмена данными
- •Параметры режимов PIO
- •Режимы DMA и UDMA
- •Параметры режимов DMA/Ultra DMA
- •Дополнительные функции ATA
- •Шина SCSI
- •Архитектурная модель SCSI
- ••Помимо классического транспортного протокола SIP (SCSI Interlocked Protocol), архитектурная модель предполагает использование других
- •Архитектурная модель SCSI
- •Применение SCSI для подключения жестких дисков
- •Отличия между SCSI и ATA
- ••Интерфейс SCSI:
- •Электрический интерфейс SCSI SPI
- ••Существует несколько видов кабелей и разъемов для параллельного интерфейса SCSI
- ••Кабели:
- •Сигналы интерфейса SPI SCSI
- •Адресация шины SCSI
- •Фазы шины
- •–Message: фаза сообщений используется для управления шиной. Сообщения бывают однобайтными, двухбайтными и расширенными
- •Порядок следования фаз при обмене данными
- •Порядок следования фаз при возобновлении обмена

Протокол 1: PIO In
•Дождаться обнуления бита BSY
•Записать в регистр DH адрес головки и номер устройства (1 – Slave, 0 – Master)
•Дождаться обнуления бита DRQ
•Заполнить остальные регистры нужными значениями
•Записать код команды в регистр CR
•Цикл чтения сектора (блока):
–Дождаться обнуления бита BSY + установки бита DRQ или сигнала прерывания
–Сбросить сигнал прерывания, прочитав регистр SR
–Проверить бит ошибки ERR, остановить обмен при необходимости
–Прочитать сектор (512 байт по 2 байта) или блок (размера блока задается при конфигурировании) из регистра DR
•Цикл повторяется до снятия бита DRQ или появления ошибки. В последнем случае сбойный сектор можно прочитать, а также узнать его адрес

Протокол 2: PIO Out
•Дождаться обнуления бита BSY
•Записать в регистр DH адрес головки и номер устройства (1 – Slave, 0 – Master)
•Дождаться обнуления бита DRQ
•Заполнить остальные регистры нужными значениями
•Записать код команды в регистр CR
•Цикл записи данных:
–Дождаться обнуления бита BSY и установки бита DRQ
–Записать данные сектора или блока в регистр DR
–Дождаться появления сигнала прерывания или обнуления бита BSY
–Прочитать регистр SR для проверки результата и снятия запроса прерывания
•Проверка на ошибку выполняется чтением регистра ER, если бит ERR установлен. Можно получить адрес сбойного сектора при ошибке, проверив регистры DH, CH, CL, SN

Протокол 3: DMA
•Дождаться обнуления бита BSY
•Записать в регистр DH адрес головки и номер устройства (1 – Slave, 0 – Master)
•Дождаться обнуления бита DRQ
•Заполнить остальные регистры нужными значениями
•Инициализировать канал DMA (процедура зависит от типа хост-контроллера)
•Записать код команды в регистр CR
•Дождаться прерывания от устройства
•Сбросить канал DMA
•Прочитать регистр SR, чтобы проверить ошибку и снять сигнал прерывания

Режимы обмена данными
•Существуют два базовых режима – программный доступ (PIO) и режим прямого доступа к памяти (DMA)
•Режим PIO характеризуется передачей или приемом данных через порты ввода-вывода с использованием команд процессора REP OUTS и REP INS
•Локальная шина, к которой подключен хост- контроллер, может обеспечивать более высокую пропускную способность по сравнению с интерфейсом
•Пропускная способность интерфейса в режиме PIO задается командой Set Features, подкомандой Set Transfer Mode
•Устройство сдерживает обмен по интерфейсу в соответствии с режимом PIO, выставляя такты задержки сигналом IORDY

Параметры режимов PIO
Режим |
Длительность |
Пропускная |
Введен |
|
цикла, нс |
способность, |
начиная с |
|
|
Мб/с |
версии |
PIO Mode 0 |
600 |
3,3 |
ATA-1 |
PIO Mode 1 |
383 |
5,2 |
ATA-1 |
PIO Mode 2 |
240 |
8,3 |
ATA-1 |
PIO Mode 3 |
180 |
11,1 |
ATA-2 |
PIO Mode 4 |
120 |
16,6 |
Fast ATA-2 |

Режимы DMA и UDMA
•Позволяют разгрузить процессор, так как вместо записи в регистры требуется только ожидать прерывание
•Режим Single Word требует выполнения процедуры обмена сигналами DMARQ и DMACK# для каждого передаваемого слова
•Режим Multi-Word DMA предполагает однократное выставление сигнала DMARQ и удержание его до конца передачи сектора или блока
•Режим Ultra DMA предполагает дополнительное стробирование от источника данных, остановку передачи по инициативе каждой из сторон, подсчет и проверку контрольной суммы данных всего цикла (коды CRC)
•Для режимов Ultra DMA Mode 3 и выше требуется 80- жильный кабель

Параметры режимов DMA/Ultra DMA
Режим |
Длительность |
Пропускная |
Введен |
|
цикла, нс |
способность, Мб/с |
|||
|
|
|||
SW DMA Mode 0 |
960 |
2 |
ATA |
|
SW DMA Mode 1 |
480 |
4,16 |
ATA |
|
SW DMA Mode 2 |
240 |
8,33 |
ATA |
|
MW DMA Mode 0 |
480 |
4,16 |
ATA |
|
MW DMA Mode 1 |
150 |
13,3 |
ATA-2 |
|
MW DMA Mode 2 |
120 |
16,6 |
Fast ATA-2 |
|
UDMA Mode 0 |
120 |
16,6 |
ATA/ATAPI-4 |
|
UDMA Mode 1 |
80 |
25 |
ATA/ATAPI-4 |
|
UDMA Mode 2 |
60 |
33 |
ATA/ATAPI-4 |
|
UDMA Mode 3 |
45 |
44,4 |
ATA/ATAPI-5 |
|
UDMA Mode 4 |
30 |
66,6 |
ATA/ATAPI-5 |
|
UDMA Mode 5 |
20 |
100 |
ATA/ATAPI-6 |
|
UDMA Mode 6 |
15 |
133,3 |
ATA/ATAPI-7 |

Дополнительные функции ATA
•SMART
•Streaming
•Security: Password, Erase, HPA
•RAID

Шина SCSI
•SCSI – Small Computer System Interface, системный интерфейс малых компьютеров
•Впервые был стандартизован в 1986 году институтом ANSI, получил код X3.131-1986
•Это специализированная периферийная шина, предназначенная для обмена данными по внешним каналам как между компьютерами, так и между компьютером и устройствами ввода/вывода и обработки данных
•Шина SCSI учитывает специфику устройств различного класса – хранения данных, управления носителями данных, графического ввода (сканеры), вывода на твердый носитель (принтеры), коммуникации (модемы)
•Шина позволяет использовать различные физические интерфейсы для передачи данных, имеется возможность встраивать новые интерфейсы

Архитектурная модель SCSI
•Начиная с версии SCSI-3 (принят в 1995 году) была принята обобщенная архитектурная модель интерфейса SCSI
•Она включает несколько наборов команд: первичный набор общих команд SCP (SCSI Primary Commands) расширяется за счет наборов команд для устройств конкретных классов:
–SBC – устройства хранения данных блочного типа (прямой доступ к памяти)
–SSC – устройства хранения данных потокового типа (последовательный доступ к памяти)
–SGC – устройства графического ввода/вывода (сканеры и принтеры)
–SMC – устройства смены носителей (диски и кассеты)
–SCC – хост-контроллеры SCSI