2.1. Режимы передачи данных

Для передачи данных между винчестером и памятью PC используются два режима:

- режим программного ввода/вывода PIO;

- режим прямого доступа к памяти DMA.

В режиме PIO информации с кэш-буфера (ОЗУ винчестера) жесткого диска сначала считыва­ется центральным процессором и только потом записывается в основную оперативную память. В зависимости от длительности цикла считывания и количества сек­торов, передаваемых за одно обращение к диску, различают режимы PIO0 (PIO Mode 0), PIO1, PIO2, PIO3, PIO4, PIO5. Характеристики режимов PIO приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3 Характеристики режимов PIO
Режим PIO	Длительность цикла чтение/запись, нс	Vпр, Мб/с	Интерфейс
0 1 2	600 330 240	3.3 5.2 8.3	IDE (АТА)
3 4 5	180 120 200	11.1 16.6 20.0	IDE (ATA – 2)

В режиме PIO за одно обращение к НЖМД обычно передается содержимое одного сектора (512 байт), а в режиме PIO 4 – 16 (или больше) секторов. Это способствует увеличению скорости передачи данных с 3.3 Мб в режиме PIO 0 до 20 Мб/с в режиме PIO 5 с использованием интерфейсов IDE или EIDE.

Однако режим PIO традиционно используются в однозадачных операционных системах. В многозадачных опера­ционных системах чаще используются режимы прямого доступа к оперативной памяти DMA. Ввод/вывод данных в этом режиме осуществляется в ОЗУ ПК, минуя МП. Обмен происходит под управлением контроллера НЖМД в паузах между обращениями МП к ОЗУ, что занижает скорость обмена, но освобождает МП от операции передачи данных между ОЗУ и НЖМД. Для режимов DMA используются специальные контроллеры и драйверы. Режимы DMA подразделяются на однословные DMA 0,1,2 (Singleword) и многословные DMA 33,100 (Multiword) в зависимости от количества слов, передаваемых за один цикл работы с системной шиной. Характеристики ранних способов реализации DMA представлены в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Характеристики ранних режимов DMA
Режим DMA		Длительность одного цикла передачи, нс	Скорость передачи, Мб/с
Однословный Многословный Ultra DMA/33	0 1 2 0 1 2 3	960 480 240 480 150 120 100 070	2.1 4.2 8.3 4.2 13.3 16.6 20.0 33.3

Для обеспечения большей производительности DMA в начале был разработан и внедрен режим Ultra DMA/33. Интерфейс Ultra АТА/33 (Ultra DMA/33 и АТА-33), предложенный компанией Quantum, обеспечивает передачу данных в режиме Multiword DMA со скоростью 33 Мб/с. В отличие от режима DMA 2, в режиме Ultra АТА/33 (рис. 4.4.) передача данных осуществляется по переднему и зад­нему фронтам тактового сигнала (ТИ). Это позволяет в 2 раза увеличить ско­рость передачи без увеличения тактовой частоты системной шины. Стандарт Ultra DMA/33 отличается от предыдущих версий IDE не только скоростью обмена. Впервые в нем используется механизм обнаружения ошибок с помощью циклического контрольного кода.

С появлением процессоров Pentium контроллеры EIDE обеспечивают функ­цию управления шиной (Bus Master). Это связано с тем, что в многозадачных операционных системах для повышения быстродействия вычислений МП освобождается от ввода/вывода данных между ОЗУ и НЖМД. По­этому контроллеры внешних устройств (EIDE в том числе) стали оборудо­ваться собственными микропроцессорами ввода/вывода. В этом случае МП выдает команду контроллеру EIDE, которая указывает ему, откуда он должен взять данные и в какую область памяти их поместить. После получения этих ука­заний контроллер захватывает управление системной шиной (PCI) и выполняет операции по считыванию данных с накопителей информации (например, с винчес­тера, приводов CD-ROM, CD-R, CD-RW) непосредственно в ОЗУ с по­мощью канала DMA. Однако выигрыш в производительности ПК при использовании функции Bus Master будет значителен лишь при одновременной работе нескольких при­ложений. Функцию Bus Master поддерживают практически все современные чипсеты.