Ide (Integrated Drive Electronics) — Встроенная электроника управления диском

________________________________________________________________

Весьма распространенный промышленный стандартный интерфейс накопителей на же­стких дисках, разработанный в 1986 году компаниями Western Digital и Compaq в ка­честве усовершенствованного варианта ин­терфейсов ST-506 и ST-412 компании IBM, которые в то время были наиболее распрос­траненными интерфейсами дисковых нако­пителей для ПК. Разработанный интерфейс стал настолько популярным, что теперь под­держивается даже в компьютерах Macintosh До появления стандарта IDE дисковые накопители обладали интерфейсами весьма низкого уровня. Например, по одному про­воду обычно передавались импульсы для пошагового перемещения головки чтения-записи, а по другому — сигналы, определяв­шие направление пошагового перемещения. При этом указанные импульсы пошагового перемещения обычно формировались диско­вым контроллером после того, как он был запрограммирован компьютером на частоту,

с которой конкретный накопитель способен принимать импульсы. Интерфейс дискового контроллера с компьютером обычно состоял из нескольких регистров, в которые можно было записать, например, номер требуемого цилиндра назначения. При этом контроллер дискового накопителя формировал правиль­ное число импульсов пошагового перемеще­ния в нужном направлении, в результате чего головка чтения-записи оказывалась на дан­ном цилиндре.

Эти регистры имеются и в накопителе IDE, причем логические схемы дискового контроллера встроены в электронику, необ­ходимую для управления дисковым накопи­телем (отсюда и название этого интерфейса). Это означает, что интерфейс IDE состоит из регистров, находившихся ранее на дисковом контроллере, однако теперь они являются составной частью дискового накопителя. Собственно 40-контактный интерфейс IDE, в сущности, представляет собой соединение между шиной ISA и дисковым накопителем IDE. Для данного интерфейса требуется весь­ма незначительное количество управляющей логики.

Конкретный программируемый интер­фейс IDE состоит из девяти 8-разрядных ре­гистров управления и состояния плюс один 16-разрядный регистр чтения-записи.

Физический интерфейс IDE поддержива­ет максимум два стандартных накопителя на жестких дисках: главный и подчиненный, выбор которых осуществляется на самих на­копителях.

Типичная максимальная устойчивая ско­рость передачи данных составляет от 1 до 3 Мбайт/с.

Для обеспечения сопряжения с операци­онной системой компьютера в интерфейсе IDE используется прерывание 13₁₆ BIOS.

Поскольку BIOS допускает до 1024 ци­линдров и 63 сектора на каждую дорожку, интерфейс IDE допускает до 16 головок, а DOS поддерживает 512 байт на каждый сектор, следовательно, максимальная емкость накопи­теля IDE составляет 504 Мбайт или 512 х 63 х х 1024 х 16 = 528,482,394 байт, где Мбайт -это 1024 х 1024 байт = 1048576 байт.

Как показано на приведенной ниже ди­аграмме генеалогического дерева, интерфейс IDE был впервые разработан в 1986 году, причем главным образом компанией Western Digital, и стал фактически установившимся стандартом. Затем Комитет по малым конст­руктивным параметрам (small form factor committee — SFFC) взял на себя руководство разработкой соответствующего стандарта и представил его на рассмотрение в качестве стандарта ANSI, что и произошло в 1989 году. Институт ANSI присвоил интерфейсу IDE наименование АТА (подключение к шине AT). Затем комитет SFFC сделал два усовершенствования:

• Интерфейс АТА-2 — усовершенствован­ный вариант интерфейса АТА (в конце концов, что это за стандарт, если отсут­ствует второй его вариант). Интерфейс АТА-2 и его преемники иногда еще на­зываются Advanced ATA (Усовершенство­ванный интерфейс АТА). Интерфейс АТА-2 обеспечивает следующие усовер­шенствования интерфейса IDE:

Режимы 3 и 4 программируемого ввода/ вывода (PIO), которые обеспечивают ско­рость передачи данных 11.11 и 16.66 Мбайт/с

Режимы 1 и 2 многословного ПДП (Multiword DMA), которые обеспечивают скорость передачи данных 13.33 и 16.66 Мбайт/с

Более подробный ответ накопителя при определении типа накопителя (identify drive), в частности, поддержка конкрет­ного режима (PIO или DMA), а также информация, необходимая для поддерж­ки автоматической конфигурации (Plug and Play).

Адресация секторов диска в виде логи­ческих блоков. Это превращает дисковый накопитель в длинную последователь­ность 512-байтных блоков данных. При этом конкретные номера цилиндров, го­ловок и секторов накопителей скрыты от компьютера, как это происходит в интер­фейсе SCSI. Это упрощает сопряжение с дисковым накопителем, поскольку ком­пьютеру не нужно знать физические раз­меры геометрической формы дискового накопителя, а значит, эту информацию не нужно задавать в КМОП-памяти ПК, а также ускоряет доступ к диску со сто­роны операционных систем по сравне­нию с применяемой внутренним образом адресацией секторов диска типа LBA (Logical block addressing — логическая адресация блоков). В BIOS и DOS адре­сация LBA не используется, поэтому что­бы воспользоваться ею, необходимо до­полнительное программное обеспечение и время ЦП для выполнения соответству­ющего преобразования.

• Интерфейс ATA-PI, обозначаемый также ATAPI (пакетный интерфейс АТА). Как правило, он требует загрузки программ­ных драйверов и обладает по сравнению с интерфейсом IDE рядом следующих новых свойств:

Поддержка накопителей CD-ROM, нако­пителей на магнитной ленте и других ти­пов сменных запоминающих устройств, подключаемых к шлейфу IDE.

SCSI-подобные команды вместо регист­рового типа интерфейса IDE.

Следует заметить, что во всех этих интер­фейсах применяется первоначально утверж­денный в качестве стандартного 40-контакт­ный соединитель и кабель.

Fast-ATA — это наименование реализа­ции интерфейса АТА-2, осуществленной компанией Seagate Technology Inc. Как пока­зано на приведенной выше диаграмме, интер­фейс Fast-ATA не поддерживает функциональ­ные возможности интерфейса ATA-PI.

Усовершенствованный интерфейс IDE (Enhanced IDE, E-IDE или EIDE) компании

РИС, 26.

Western Digital представляет собой реализацию обоих интерфейсов ATA-PI и АТА-2. Он состо­ит из аппаратной и программной части:

• Программная часть. Эта часть иногда еще называется усовершенствованным BIOS (Enhanced BIOS либо E-BIOS) и обеспе­чивает преобразование максимальных номеров цилиндров, головок и секторов, которые могут адресоваться стандартным BIOS и накопителем IDE, чтобы, таким образом, можно было адресовать более 504 МБ.

• Аппаратная часть. Сюда относятся новые возможности, которые поддерживают оба интерфейса ATA-PI и АТА-2. Следова­тельно, при этом поддерживаются режи­мы 3 и 4 PIO, режим 2 DMA и ряд дру­гих возможностей.

В приведенной ниже таблице показан определенный промежуток времени между 16-разрядными передачами и получающаяся в результате скорость передачи данных для

режимов передачи PIO интерфейсов АТА и АТА-2. Для управления потоком данных на­копители должны поддерживать сигнал I/O Channel Ready (готовность канала ввода-вы­вода).

В приведенных ниже таблицах показан определенный промежуток времени между 16-разрядными передачами и получающаяся в результате скорость передачи данных для редко используемого однословного (Single word) режима передачи интерфейсов АТА и АТА-2 и многословного (Multiword) режима ПДП, который поддерживается на компью­терах с шинами EISA, VLB и PCI и допуска­ет передачу более одного 16-разрядного слова до возвращения контроля шиной ЦП. Пере­дача в режиме ПДП прерывает работу ЦП только один раз, т.е. по завершении всей передачи. Следовательно, такой режим пере­дачи забирает намного меньше времени ЦП, чем передача в режиме PIO, в котором пре­рывание происходит после передачи каждых 256 16-разрядных слов или еще чаще, если используется многоблочный режим.

Режим PIO	Время на каждую 16-разрядную передачу (нс)	Скорость передачи данных (Мбайт/с)	Где определено
0	600	3.33	Первоначальный вариант интерфейса АТА
1	383	5.22
2	240	8.33
3	180	11.11	Интерфейс АТА-2
4	120	16.66

Однослов­ный ре­жим ПДП	Время на каждую 16-разрядную передачу (нс)	Скорость передачи данных (Мбайт/с)	Где определено
0	960	2.08	Первоначальный вариант интерфейса АТА
1	480	4.16
2	240	8.33

Много­словный режим ПДП	Время на каждую 16-разрядную передачу (нс)	Скорость передачи данных (Мбайт/с)	Где определено
0	480	4.16	Первоначальный вариант интерфейса АТА
1	150	13.33	Интерфейс АТА-2
2	120	16.66

Интерфейс АТА-4 определяет контроль CRC для каждого блока передаваемых дан­ных, чтобы тем самым гарантировать отсут­ствие ошибок на этапе между дисковым контроллером и интерфейсом дискового на­копителя (было обнаружено, что ошибки при этих передачах вызывали проблемы переда­чи в режиме 4 PIO). Кроме того, интерфейс АТА-4 определяет синхронный режим ПДП с более жесткими временными допусками, благодаря чему на каждую передачу необхо­димо отпускать меньше времени. Этот режим называется Ultra DMA, Ultra DMA/33, a иногда еще и Ultra-ATA. Он поддерживает скорости передачи данных до 33 Мбайт/с, хотя конкретное значение может изменять­ся под влиянием других факторов, в частно­сти, скорости дискового накопителя, ошибок и времени обработки ЦП.

Производители могут заявлять о соответ­ствии своей продукции интерфейсу АТА-4 в том случае, если они поддерживают по мень­шей мере режимы 0 и 3 РІО.

Теперь, когда интерфейс IDE использу­ется для сопряжения не только с дисковыми накопителями, некоторые расшифровывают его аббревиатуру как "Встроенная электро­ника управления устройством" (Integrated Device Electronics).

Стандартные дисковые накопители IDE могут быть подключены к контроллерам, которые поддерживают интерфейс АТА-2, например, контролерам EIDE и Fast-ATA, однако при этом будут доступны только свойства IDE. Некоторые контроллеры по­зволяют одновременно подключать накопи­тели IDE и АТА-2, осуществляя передачу данных на любой максимальной скорости, которую поддерживает каждый накопитель.

Аналогично будут работать накопители EIDE и Fast-ATA, подключенные к стандар­тным интерфейсам IDE, однако при этом будут поддерживать только стандартные свойства интерфейса IDE.

Аналогичным образом осуществляется обратная совместимость накопителей Ultra

DMA на 33 Мбайт/с с более старыми нако­пителями и контроллерами, т.е. они будут отлично работать с соответствии с ранее при­нятым общим стандартом на накопители и контроллеры.

Усовершенствованный интерфейс IDE (Enhanced IDE — EIDE) компании Western Digital является альтернативным вариантом интерфейса Fast ATA компании Seagate.

Кроме того, IDE является сокращением термина интегрированная среда разработки (integrated development environment), который относится к программам и утилитам, необ­ходимым для разработки, редактирования, компиляции и отладки новых компьютерных программ.

Такое сокращение IDE не имеет ничего общего с интерфейсом дисковых накопите­лей и является лишь еще одним примером нехватки уникальных сокращений (см. сло­варную статью TLA).

Некоторые полезные сведения об интер­фейсах дисковых накопителей находятся по адресу: http://www.wi.leidenuniv.nl/ata/.

У компании Seagate Technology есть WWW-сервер http://www.seagate.com, у компа­нии Western Digital — http://www.wdc.com.

См. AT, ATA, АТА-2, АТА-3, ATASPI, BIOS, DISK DRIVE, FAST ATA, FAT, EIDE, IRQ, ISA, PC, PIO, SCSI1 и WINCHESTER.

Режим Ultra DMA	Время на каждую 16-разрядную передачу (нс)	Скорость передачи данных (Мбайт/с)	Где определено
0	235	16	Интерфейс АТА-4
1	160	24
2	120	33