Интерфейсы периферийных устройств

систем с шиной MCA.

    Накопители IDE с 8 разрядным интерфейсом впервые  появились в 8-разрядных системах ISA, к которым относится, например, компьютер PS/2 модели 30. В интерфейсе IDE систем XT также использовались 40-контактные разъемы, которые похожи на разъемы, применяемые в 16-разрядных моделях, но не совместимы с ними. Версии MCA и XT интерфейса IDE не получили широкого распространения и через несколько лет полностью исчезли с компьютерного рынка.

 

1.4 Происхождение ATA

    Прототип накопителя ATA IDE, или 40_контактный IDE_разъем, был разработан совместными усилиями компаний CDC, Western Digital и Compaq. Первым устройством ATA IDE стал жесткий диск формата 5,25 дюйма емкостью 40 Мбайт половинного размера, 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. Сорокаконтактного разъема оказалось вполне достаточно, поскольку контроллеру жесткого диска вполне 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), то основной разъем системной платы АТА предоставляет только эту линию запроса, не требуя использования других линий IRQ. Даже в том случае, если интерфейс АТА встроен в такой компонент набора микросхем системной логики, как южный мост или I/O

Controller Hub (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.

    Через  некоторое время 40-контактный разъем и метод построения дискового интерфейса были представлены на рассмотрение в Комитет по стандартам при ANSI. Совместными усилиями этого института и компаний изготовителей были устранены некоторые шероховатости, “подчищены хвосты”, и в марте 1989 года был опубликован стандарт на интерфейсы, известный как CAM ATA. Однако еще до появления этого стандарта многие компании, например Conner Peripherals, вслед за CDC внесли некоторые изменения в первоначальную конструкцию. В результате многие старые накопители ATA очень трудно объединять в двух дисковую конфигурацию, принятую для современных систем. Некоторые разделы стандарта ATA не конкретизированы, и изготовителям предоставлена определенная свобода творчества при введении собственных команд и функций. Кстати, именно поэтому низкоуровневое форматирование накопителей IDE превратилось в столь сложную проблему. Программа форматирования при перезаписи заголовков секторов и создании карты дефектов должна обладать возможностью использования набора команд, разработанного для конкретной модели жесткого диска. К сожалению, при таком подходе размывается само понятие “стандарт”.

    Стандартная шина АТА представляет собой 16-разрядный параллельный интерфейс, т.е. по интерфейсному кабелю одновременно передается 16 бит данных (разрядов). Новый интерфейс, получивший название Serial ATA (SATA), был официально представлен в конце 2000 года и начиная с 2003 года появился в готовых системах. Интерфейс SATA обеспечивает единовременную передачу по кабелю только одного бита данных, что позволяет уменьшить геометрические размеры используемого кабеля и обеспечить более высокую эффективность его работы, которая достигается за счет повышения циклической частоты передачи информации. Интерфейс SATA имеет полностью обновленную физическую архитектуру, обеспечивая при этом программную совместимость с параллельным АТА. Термин АТА, встречающийся в этом разделе, относится к параллельной версии интерфейса, в то время как его последовательная версия обозначается как SATA. На рис. 1.1 сравниваются размеры кабелей питания и данных шины SATA с геометрическими параметрами кабелей для параллельного интерфейса АТА (PATA).

Рис. 1.1. Кабели питания/данных SATA обладают гораздо меньшим размером, чем кабели параллельного интерфейса АТА 

    Основным преимуществом накопителей АТА по сравнению со старыми интерфейсами, созданными на основе отдельных контроллеров, а также более современными хост-интерфейсами шины данных, к которым относятся SCSI и IEEE_1394 (iLink или FireWire), является их низкая стоимость. Отсутствие отдельных контроллеров или хост-адаптеров позволяет упростить структуру кабельного соединения, благодаря чему стоимость накопителей АТА значительно ниже, чем стоимость комбинации стандартного контроллера и накопителя.

1.5 Стандарты ATA

    В настоящее время развитием интерфейса ATA занимается независимая группа, включающая в себя представителей различных компаний — разработчиков ПК, жестких дисков и комплектующих. Группа, получившая название Технический комитет Т13 (http://www.t13.org), отвечает

за развитие всех стандартов интерфейса Parallel AT Attachment. Комитет Т13 входит в Интернациональный  комитет по стандартам информационных технологий (InterNational Committee on Information Technology Standards — INCITS), который работает в соответствии с правилами государственной организации ANSI (Национальный институт стандартизации США). Для создания стандартов SATA была сформирована группа, получившая название Serial ATA Workgroup, в которую вошли многие специалисты Комитета по стандартам ANSI. Эволюция параллельного интерфейса АТА завершится, по всей вероятности, последней спецификацией ATA-7 (ATA/133), а в дальнейшем найдет воплощение в форме SATA.

    На данный момент рассмотрены и утверждены следующие стандарты ATA:

  - ATA-1 (1988–1994 гг.);

  - ATA-2 (1996 г., также называется Fast-ATA, Fast-ATA-2 или EIDE);

  - ATA-3 (1997 г.);

  - ATA-4 (1998 г., также называется Ultra-ATA/33);

  - ATA-5 (1999 г., также называется Ultra-ATA/66);

  - ATA-6 (2000 г., также называется Ultra-ATA/100);

  - ATA-7 (2001 г., также называется Ultra-ATA/133 или SATA);

  - ATA-8 (SATA II).

    Начиная с ATA-1, новые версии интерфейса ATA и обновленные версии BIOS обеспечивали поддержку более емких и быстрых накопителей, а также устройств других типов, отличных от жестких дисков. В стандарте ATA-2 и всех последующих исходный интерфейс ATA

был улучшен  в пяти направлениях.

  - Вторичный канал для подключения двух устройств.

  - Увеличенная максимальная емкость накопителей.

  - Увеличенная скорость передачи данных.

  - Поддержка интерфейса ATAPI (ATA Packet Interface — пакетный интерфейс периферийных устройств).

  - Поддержка SATA.

    Все версии стандарта ATA обратно совместимы, т.е. устройства ATA-1 или ATA-2 будут прекрасно работать с интерфейсом ATA-4 или ATA-5. Каждый последующий стандарт ATA основан на предыдущем. Это означает, что стандарт ATA-6, например, практически полностью соответствует функциональным особенностям ATA-7.

 

1.6 Особенности параллельного интерфейса ATA

Стандарты ATA позволили  избавиться от несовместимости и  различных проблем между дисководами IDE и шинами ISA/PCI. Спецификации ATA определяют сигналы выводов 40-контактного разъема, их функции и синхронизацию, стандарты кабеля и т.п. В этом разделе приведены некоторые элементы и функции, определяемые спецификацией АТА. Следует отметить, что после появления последовательного стандарта SATA параллельный интерфейс ATA стали называть PATA (parallel ATA). 

1.6.1 Разъем ввода"вывода параллельного ATA

Чтобы правильно  подключить 40/44-контактный разъем интерфейса ATA (рис. 1.2), его обычно (но не всегда) снабжают ключом. В данном случае ключом служит срез вывода 20, причем соответствующее отверстие в ответной части отсутствует. Всем изготовителям настоятельно рекомендуется использовать разъемы и кабели с ключами (рис. 1.3). Неправильное подключение кабеля IDE обычно не наносит существенного вреда, хотя может заблокировать систему, что приведет к ее “зависанию” или сделает запуск невозможным.

Рис. 1.2. Подключение жесткого диска ATA (IDE)

 

Рис. 1.3. Внешний вид 40-контактного разъема интерфейса ATA 

Назначение выводов разъема приведено в табл. 1.1 в приложении 1 

    В портативных компьютерах для подключения 2,5-дюймового дисковода обычно используется уменьшенный унифицированный 50-контактный разъем, выводы которого расположены на расстоянии 2 мм (0,079 дюйма) друг от друга. Кроме основной 40-контактной части, которая практически не отличается от стандартного разъема ATA (за исключением уменьшенного расстояния между выводами), существуют также дополнительные выводы питания и перемычек. Обычно для подключения к разъему используется 44-контактный кабель, передающий силовое напряжение питания и стандартные сигналы ATA. Статус жесткого диска определяется положением имеющейся на нем перемычки или переключателя: первичный (Master), вторичный

(Slave) или выбор кабеля (Cable Select). Унифицированный 50-контактный разъем, используемый для подключения 2,5=дюймовых дисководов ATA, показан на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Схема унифицированного 50-контактного разъема, используемого для подключения 2,5-дюймовых дисководов АТА в портативных компьютерах с помощью  44-контактного кабеля.

 

    Обратите внимание на выводы позиций A–D и удаленные выводы позиций E и F. Перемычка, используемая для определения статуса жесткого диска, обычно располагается между контактами позиций B и D. Выводы 41 и 42 разъема служат для подачи питания напряжением 5 В к логической схеме дисковода (на монтажную плату) и электродвигателю соответственно; вывод 43 заземлен (т.е. подключен к общему проводу); вывод 44 является резервным и в данной конструкции не используется. Обратите внимание, что в 2,5-дюймовых дисководах, в отличие от дисководов большего размера, используется электродвигатель с рабочим напряжением 5 В. Назначение выводов унифицированного 50-контактного разъема интерфейса ATA, используемого большинством 2,5-дюймовых дисководов (портативные компьютеры или ноутбуки), приведено в табл. 1.2 в приложении 1 

1.6.2 Управляющие сигналы параллельного интерфейса ATA

    Здесь описаны наиболее важные сигналы АТА, что позволяет получить более подробную информацию об установке и конфигурировании дисковода. В частности, приведенная информация поможет понять, как работает функция Cable Select (выбор кабеля).

    Вывод 20 играет роль ключа для правильной ориентации разъема и попросту отсутствует. Этот вывод и соответствующее отверстие в ответной части должны отсутствовать во всех разъемах интерфейса ATA. Все это необходимо для того, чтобы предотвратить неправильное

подключение кабеля. Естественно, никаких сигналов к  выводу 20 не подводится.

    На вывод 39 подается сигнал DA/SP (Drive Active/Slave Present), одновременно выполняющий две функции. Сразу после включения компьютера на вывод 39 поступает напряжение, свидетельствующее о наличии в системе вторичного жесткого диска. После этого каждый

жесткий диск периодически отсылает сигнал, подтверждающий его активность.

    Через вывод 28 может передаваться два сигнала: SPSYNC (Spindle Synchronization — синхронизация шпинделя) и CSEL (Cable Select — выбор кабеля). Однако во время установки можно так задать параметры, чтобы использовалась только одна из этих функций. Сигнал SPSYNC может понадобиться для синхронизации вращения шпиндельного двигателя, но чаще всего через указанный вывод передается второй из возможных сигналов — CSEL. С его помощью можно определить жесткий диск либо как первичный (присваивается номер 0), либо как вторичный (присваивается номер 1), не переставляя в них при этом никаких перемычек. Если линию CSEL, к которой подключен данный жесткий диск, заземлить (подсоединить к общему проводу), то накопитель будет первичным; если же оставить ее свободной (не подключать к общему проводу), то накопитель окажется вторичным.

   

Линии CSEL для  разных жестких дисков можно заземлить (подключить к общему проводу) каждую отдельно, воспользовавшись Y-образным кабелем-раздвоителем. В нем разъем, подключенный к шине IDE, смонтирован в середине кабеля, а разъемы для двух жестких дисков — на противоположных концах. В одной из ветвей кабеля линия CSEL заземлена (первичный жесткий диск), а в другой — свободна. 

Выводы  по разделу:

1. Интерфейс ATA/IDE является одним из самый первых интерфейсов, который создали и начали использовать ещё в далеком 1986 году.  

2. Развитие интерфейса ATA не стояло на месте, ведь каждые 2-3 года, начиная с 1988, выходили всё новые и новые стандарты интерфейса. 

3. Понемногу  ATA уходит из нашего обихода, т.к. ему есть достоянная замена, уже достаточно известный интерфейс SATA, который всё больше и больше поглощает компьютерный рынок. 
Раздел 2. Последовательные порты USB и IEEE 1394 (i.LINK и FireWire)