Введение
Стандарт интерфейса для подключения устройств хранения данных, компьютерный адаптер хранения. Parallel ATA (PATA), первоначально также известный как Integrated Drive Electronics (IDE), — это стандартный интерфейс, разработанный для компьютеров, совместимых с IBM PC. Он был впервые разработан компаниями Western Digital и Compaq в 1986 году для совместимых жестких дисков и CD- или DVD-приводов. Это соединение используется для устройств хранения данных, таких как жесткие диски, дискеты, оптические диски и ленточные накопители в компьютерах. Стандарт поддерживается комитетом X3/INCITS. Он использует базовые стандарты (ATA) и пакетный интерфейс (ATAPI). Стандарт Parallel ATA является результатом длительной истории постепенной технической эволюции, которая началась с оригинального интерфейса AT Attachment, разработанного для использования в раннем оборудовании PC AT. Сам интерфейс ATA развивался в несколько этапов, начиная с оригинального интерфейса Integrated Drive Electronics (IDE) от Western Digital. В результате многие близкие синонимы для ATA/ATAPI и его предыдущих версий до сих пор широко используются в неформальной речи, в частности, Extended IDE (EIDE) и Ultra ATA (UATA). После появления SATA в 2003 году оригинальный ATA был переименован в Parallel ATA, или PATA (для краткости). Кабели Parallel ATA имеют максимальную допустимую длину. Из-за этого ограничения технология обычно используется как внутренний интерфейс компьютерного хранения. На протяжении многих лет ATA был наиболее распространенным и экономичным интерфейсом для этой цели. В более новых системах он в значительной степени заменен SATA.
the computer storage adapter
Parallel ATA (PATA), originally , also known as Integrated Drive Electronics (IDE), is a standard interface designed for IBM PC compatible computers. It was first developed by Western Digital and Compaq in 1986 for compatible hard drives and CD or DVD drives. The connection is used for storage devices such as hard disk drives, floppy disk drives, optical disc drives, and tape drives in computers. The standard is maintained by the X3/INCITS committee. It uses the underlying (ATA) and Packet Interface (ATAPI) standards. The Parallel ATA standard is the result of a long history of incremental technical development, which began with the original AT Attachment interface, developed for use in early PC AT equipment. The ATA interface itself evolved in several stages from Western Digital's original Integrated Drive Electronics (IDE) interface. As a result, many near synonyms for ATA/ATAPI and its previous incarnations are still in common informal use, in particular Extended IDE (EIDE) and Ultra ATA (UATA). After the introduction of SATA in 2003, the original ATA was renamed to Parallel ATA, or PATA for short. Parallel ATA cables have a maximum allowable length of Because of this limit, the technology normally appears as an internal computer storage interface. For many years, ATA provided the most common and the least expensive interface for this application. It has largely been replaced by SATA in newer systems.
История и терминология
Стандарт изначально задумывался как "AT Bus Attachment", официально называемый "AT Attachment" и сокращенно "ATA", поскольку его основной особенностью было прямое подключение к 16-битной шине ISA, представленной вместе с IBM PC/AT. В оригинальных спецификациях ATA, опубликованных комитетами по стандартизации, используется название "AT Attachment". "AT" в IBM PC/AT обозначало "Advanced Technology", поэтому ATA также называли "Advanced Technology Attachment". Когда в 2003 году был представлен более новый Serial ATA (SATA), оригинальный ATA был переименован в Parallel ATA, или PATA для краткости. Физические интерфейсы ATA стали стандартным компонентом во всех ПК, сначала на адаптерах шины хоста, иногда на звуковой карте, но в конечном итоге в виде двух физических интерфейсов, встроенных в чип Southbridge на материнской плате. Эти интерфейсы, называемые "первичным" и "вторичным" ATA, получали базовые адреса 0x1F0 и 0x170 в системах с шиной ISA. Впоследствии они были заменены интерфейсами SATA.
IDE и ATA-1
Первая версия того, что сейчас называется интерфейсом ATA/ATAPI, была разработана компанией Western Digital под названием Integrated Drive Electronics (IDE). Вместе с Compaq Computer (первоначальным заказчиком) они работали с различными производителями дисковых накопителей для разработки и выпуска первых продуктов с целью обеспечения программной совместимости с существующим интерфейсом жестких дисков IBM PC. Первые такие накопители появились внутри компьютеров Compaq в 1986 году, а впервые были предложены отдельно компанией Conner Peripherals под названием CP342 в июне 1987 года. Термин "Integrated Drive Electronics" (интегрированная электроника привода) отражает тот факт, что контроллер привода интегрирован непосредственно в сам привод, в отличие от отдельного контроллера, расположенного на другом конце соединительного кабеля. В IBM PC-совместимых, CP/M машинах или аналогичных системах это обычно представляло собой карту, установленную на материнскую плату. Интерфейсные карты, используемые для подключения параллельного диска ATA, например, к слоту ISA, не являются контроллерами дисков: они служат лишь мостами между системной шиной и интерфейсом ATA. Поскольку оригинальный интерфейс ATA по сути является 16-битной шиной ISA, замаскированной под другой вид, мост был особенно прост в случае, когда разъем ATA располагался на карте интерфейса ISA. Интегрированный контроллер представлял накопитель хост-компьютеру в виде массива 512-байтных блоков с относительно простым командным интерфейсом. Это освобождало материнскую плату и интерфейсные карты в хост-компьютере от задач позиционирования головки диска, перемещения головки внутрь и наружу и т.д., что требовалось для более ранних жестких дисков ST 506 и ESDI. Все эти детали низкоуровневого механического управления приводом теперь обрабатывались контроллером, расположенным непосредственно на самом приводе. Это также устранило необходимость в разработке единого контроллера, способного работать со многими различными типами приводов, поскольку контроллер мог быть уникальным для каждого привода. Хост-компьютеру требовалось лишь запросить чтение или запись определенного сектора или блока, и либо принять данные с привода, либо отправить ему данные. Интерфейс, используемый этими дисками, был стандартизирован в 1994 году как ANSI X3.221 1994, AT Attachment Interface for Disk Drives. После разработки более поздних версий стандарта он стал известен как "ATA 1". Существовала недолговечная и редко используемая реализация ATA для IBM XT и аналогичных машин, которые использовали 8-битную версию шины ISA. Она получила названия "XT IDE", "XTA" или "XT Attachment".
and were first separately offered by Conner Peripherals as the CP342 in June 1987. The term Integrated Drive Electronics refers to the fact that the drive controller is integrated into the drive, as opposed to a separate controller situated at the other side of the connection cable to the drive. On an IBM PC compatible, CP/M machine, or similar, this was typically a card installed on a motherboard. The interface cards used to connect a parallel ATA drive to, for example, an ISA Slot, are not drive controllers: they are merely bridges between the host bus and the ATA interface. Since the original ATA interface is essentially just a 16 bit ISA bus in disguise, the bridge was especially simple in case of an ATA connector being located on an ISA interface card. The integrated controller presented the drive to the host computer as an array of 512 byte blocks with a relatively simple command interface. This relieved the mainboard and interface cards in the host computer of the chores of stepping the disk head arm, moving the head arm in and out, and so on, as had to be done with earlier ST 506 and ESDI hard drives. All of these low level details of the mechanical operation of the drive were now handled by the controller on the drive itself. This also eliminated the need to design a single controller that could handle many different types of drives, since the controller could be unique for the drive. The host need only to ask for a particular sector, or block, to be read or written, and either accept the data from the drive or send the data to it. The interface used by these drives was standardized in 1994 as ANSI standard X3.221 1994, AT Attachment Interface for Disk Drives. After later versions of the standard were developed, this became known as "ATA 1". A short lived, seldom used implementation of ATA was created for the IBM XT and similar machines that used the 8 bit version of the ISA bus. It has been referred to as "XT IDE", "XTA" or "XT Attachment".
UDMA и ATA-4
Стандарт ATA/ATAPI 4 также представил несколько режимов передачи данных "Ultra DMA". Изначально они поддерживали скорости от 16 до 33 МБ/с. В последующих версиях были добавлены более быстрые режимы Ultra DMA, для которых потребовались новые 80-проводные кабели с целью снижения взаимных помех. Последние версии Parallel ATA поддерживают скорости до 133 МБ/с.
Ультра АТА
Ultra ATA, сокращенно UATA, — это обозначение, которое Western Digital преимущественно использовала для различных усовершенствований стандартов ATA/ATAPI. Например, в 2000 году Western Digital опубликовала документ, описывающий "Ultra ATA/100", который повысил производительность действующего на тот момент стандарта ATA/ATAPI 5 за счет увеличения максимальной скорости интерфейса Parallel ATA с 66 до 100 МБ/с. Большинство изменений, предложенных Western Digital, а также других производителей, были включены в стандарт ATA/ATAPI 6 (2002).
Текущая терминология
Термины "интегрированная электроника дисководов" (IDE), "расширенная IDE" и "EIDE" стали использоваться как взаимозаменяемые с ATA (теперь Parallel ATA, или PATA). Помимо этого, на рынок выходило несколько поколений дисков "EIDE", соответствующих различным версиям спецификации ATA. Ранний диск "EIDE" мог быть совместим с ATA 2, а более поздний – с ATA 6. Однако запрос на диск "IDE" или "EIDE" у поставщика компьютерных комплектующих почти всегда приведет к получению диска, который будет работать с большинством интерфейсов Parallel ATA. Также распространена практика называть версию спецификации по самой высокой поддерживаемой скорости передачи данных. Например, ATA 4 поддерживала режимы Ultra DMA от 0 до 2, последний из которых обеспечивал максимальную скорость передачи 33 мегабайта в секунду. Поэтому диски ATA 4 иногда называют "UDMA 33", а иногда – "ATA 33". Аналогично, ATA 6 представила максимальную скорость передачи 100 мегабайт в секунду, и некоторые диски, соответствующие этой версии стандарта, продаются как диски "PATA/100".
Ограничения размера BIOS x86
Первоначально размер диска ATA хранился в системе x86 BIOS с использованием номера типа (от 1 до 45), который предопределял параметры C/H/S, а также часто зону посадки, где головки диска паркуются в неактивном состоянии. Позже появился формат с определяемыми пользователем параметрами.
Ограничения размера интерфейса
Первый интерфейс диска использовал 22-битный режим адресации, что привело к максимальной емкости диска в два гигабайта. Позже, первая формализованная спецификация ATA использовала 28-битный режим адресации через LBA28, позволяя адресацию 2<sup>28</sup> секторов (блоков) по 512 байтов каждый, в результате чего максимальная емкость составила 128 GiB (137 GB). ATA 6 ввела 48-битную адресацию, увеличив лимит до 128 PiB (144 PB). Следовательно, любой ATA-накопитель емкостью более 137 ГБ должен соответствовать стандарту ATA 6 или более позднему. Подключение такого диска к хосту с интерфейсом ATA 5 или более ранним ограничит доступную емкость до максимальной емкости этого интерфейса. Некоторые операционные системы, включая Windows XP до SP1 и Windows 2000 до SP3, по умолчанию отключают LBA48, требуя от пользователя дополнительных действий для использования всей емкости ATA-диска, превышающей примерно 137 гигабайт. Более старые операционные системы, такие как Windows 98, вообще не поддерживают 48-битную LBA. Однако участники сторонней группы MSFN модифицировали дисковые драйверы Windows 98, добавив неофициальную поддержку 48-битного LBA для Windows 95 OSR2, Windows 98, Windows 98 SE и Windows ME. Некоторые 16-битовые и 32-битовые операционные системы, поддерживающие LBA48, все равно могут не поддерживать диски размером более 2 ТиБ из-за использования только 32-битной арифметики; это ограничение также распространяется на многие загрузочные секторы.
Преимущество и устаревание
Параллельный ATA (тогда просто называемый ATA или IDE) вскоре после появления стал основным интерфейсом для устройств хранения данных в ПК. В некоторых системах предусматривались третий и четвертый интерфейсы на материнской плате, позволяя подключать до восьми устройств ATA. Часто эти дополнительные разъемы реализовывались с помощью недорогих RAID-контроллеров. Вскоре после появления Serial ATA (SATA) в 2003 году использование Parallel ATA стало сокращаться. Первые материнские платы со встроенными интерфейсами SATA обычно имели только один разъем PATA (для подключения до двух устройств PATA) и несколько разъемов SATA. В некоторые ПК и ноутбуки того времени устанавливали жесткий диск SATA и оптический привод, подключенный к PATA. Начиная с 2007 года, некоторые чипсеты для ПК, например Intel ICH10, перестали поддерживать PATA. Производители материнских плат, желающие по-прежнему предлагать поддержку Parallel ATA с этими чипсетами, должны были включать в комплект дополнительный чип интерфейса. В более современных компьютерах интерфейс Parallel ATA используется редко, даже если он присутствует, поскольку на материнской плате обычно имеется четыре или более разъемов Serial ATA, а устройства SATA всех типов широко распространены. После прекращения Western Digital выпуска продукции с интерфейсом PATA, жесткие диски с интерфейсом PATA больше не производились после декабря 2013 года, за исключением специализированных применений.
44-контактный вариант
44-контактный разъем PATA используется для 2,5-дюймовых накопителей внутри ноутбуков. Расстояние между контактами составляет 2,0 мм, а сам разъем физически меньше 40-контактного разъема. Дополнительные контакты обеспечивают питание.
80-проводниковый вариант
В течение большей части своей истории кабели ATA имели 40 проводников (44 проводника для версии меньшего форм-фактора, используемой для 2,5-дюймовых дисков, с четырьмя дополнительными для питания), но версия с 80 проводниками появилась с введением режима UDMA/66. Все дополнительные проводники в новом кабеле – это заземление, чередующееся с сигнальными проводниками для уменьшения влияния емкостной связи между соседними сигнальными проводниками, что снижает перекрестные помехи. Емкостная связь представляет большую проблему при более высоких скоростях передачи, и это изменение было необходимо для обеспечения надежной работы скорости передачи 66 мегабайт в секунду (МБ/с) в UDMA4. Более быстрые режимы UDMA5 и UDMA6 также требуют кабелей с 80 проводниками. Хотя количество проводников удвоилось, количество контактов и их расположение остались такими же, как у кабелей с 40 проводниками, а внешний вид разъемов идентичен. Внутренне разъемы отличаются: разъемы для кабеля с 80 проводниками подключают большее количество заземляющих проводников к контактам заземления, в то время как разъемы для кабеля с 40 проводниками подключают заземляющие проводники к контактам заземления один к одному. Кабели с 80 проводниками обычно поставляются с тремя разъемами разных цветов (синий, черный и серый для контроллера, ведущего и ведомого дисков соответственно), в отличие от разъемов кабелей с 40 проводниками, окрашенных в один цвет (обычно все серые). Серый разъем в кабелях с 80 проводниками имеет отключенный контакт CSEL (28), что делает его положением для ведомого диска при конфигурации выбора кабелем.
Различия между разъемыми
На изображении справа показаны разъемы PATA после снятия защиты от изгиба, крышки и кабеля. Первый вывод находится в нижнем левом углу разъемов, второй – в верхнем левом углу и так далее, за исключением того, что нижнее изображение синего разъема показывает вид с противоположной стороны, и первый вывод находится в верхнем правом углу. Разъем является разъемом с вытеснением изоляции: каждый контакт состоит из пары точек, которые вместе прокалывают изоляцию плоского кабеля с такой точностью, что обеспечивают соединение с нужным проводником, не повреждая изоляцию соседних проводников. Центральный ряд контактов соединен с общей шиной заземления и подключен к нечетным проводникам кабеля. Верхний ряд контактов представляет собой гнезда четного номера (предназначенные для подключения к выводам четного номера на плате) и подключается к каждому второму четному проводнику кабеля. Нижний ряд контактов представляет собой гнезда нечетного номера (предназначенные для подключения к выводам нечетного номера на плате) и подключается к оставшимся четным проводникам кабеля. Обратите внимание на соединения с общей шиной заземления от гнезд 2 (верхний левый угол), 19 (центр нижнего ряда), 22, 24, 26, 30 и 40 на всех разъемах. Также обратите внимание (увеличенная деталь внизу, вид с противоположной стороны разъема), что гнездо 34 синего разъема не контактирует ни с одним проводником, но, в отличие от гнезда 34 двух других разъемов, оно подключено к общей шине заземления. На сером разъеме обратите внимание, что гнездо 28 полностью отсутствует, поэтому вывод 28 устройства, подключенного к серому разъему, будет разомкнут. На черном разъеме гнезда 28 и 34 полностью исправны, поэтому выводы 28 и 34 устройства, подключенного к черному разъему, будут подключены к кабелю. Вывод 28 черного устройства достигает вывода 28 разъема хоста, но не вывода 28 серого устройства, в то время как вывод 34 черного устройства достигает вывода 34 серого устройства, но не вывода 34 хоста. Вместо этого вывод 34 хоста заземлен. Стандарт предусматривает цветовое кодирование разъемов для облегчения идентификации как установщиками, так и производителями кабелей. Все три разъема отличаются друг от друга. Синий (хост) разъем имеет гнездо для вывода 34, подключенное к земле внутри разъема, но не подключенное ни к одному проводнику кабеля. Поскольку старые 40-проводные кабели не заземляют вывод 34, наличие заземления указывает на то, что установлен 80-проводный кабель. Проводник для вывода 34 подключается нормально на других типах разъемов и не заземлен. Установка кабеля в неправильном порядке (черный разъем на системной плате, синий разъем на удаленном устройстве и серый разъем на центральном устройстве) заземлит вывод 34 удаленного устройства и соединит вывод 34 хоста с выводом 34 центрального устройства. Серый центральный разъем не обеспечивает соединения с выводом 28, но обеспечивает нормальное соединение с выводом 34, в то время как черный концевой разъем обеспечивает нормальное соединение с обоими выводами 28 и 34.
Несколько устройств на одном кабеле
Если к одному кабелю подключено два устройства, одно из них должно быть обозначено как Устройство 0 (ранее обычно обозначалось как ведущее), а другое – как Устройство 1 (ранее обычно обозначалось как ведомое). Термины "устройство" и "привод" используются как взаимозаменяемые в отрасли, например, "ведущий привод" или "ведущее устройство". Привод Устройство 0 – это привод, который обычно определяется "первым" в BIOS и/или операционной системе компьютера. В большинстве персональных компьютеров диски часто обозначаются как "C:" для Устройства 0 и "D:" для Устройства 1, ссылаясь на один активный первичный раздел на каждом из них. Режим работы устройства часто задается перемычкой на самом устройстве, которую необходимо вручную установить в положение Устройство 0 (ведущее) или Устройство 1 (ведомое). Если к кабелю подключено только одно устройство, оно должно быть настроено как Устройство 0. Однако некоторые приводы определенной эпохи имеют специальную настройку "Single" для этой конфигурации (в частности, Western Digital). Кроме того, в зависимости от доступного оборудования и программного обеспечения, одиночный привод на кабеле часто будет надежно работать, даже если он настроен как привод Устройство 1 (чаще всего встречается, когда оптический привод является единственным устройством на вторичном интерфейсе ATA). Термины "первичный" и "вторичный" обычно относятся к двум кабелям IDE, каждый из которых может поддерживать два диска (первичный ведущий, первичный ведомый, вторичный ведущий, вторичный ведомый).
Выбор кабеля
Режим работы, называемый cable select, был описан как опциональный в ATA 1 и получил довольно широкое распространение с ATA 5 и более поздних версий. Устройство, настроенное на "cable select", автоматически конфигурируется как Устройство 0 или Устройство 1 в зависимости от его положения на кабеле. Управление cable select осуществляется с помощью контакта 28. Хост-адаптер заземляет этот контакт; если устройство обнаруживает, что контакт заземлен, оно становится Устройством 0 (мастер); если обнаруживает, что контакт 28 разомкнут, устройство становится Устройством 1 (слейв). Эта настройка обычно выбирается перемычкой на устройстве, называемой "cable select", обычно обозначаемой CS, которая отличается от настройки Устройства 0/1. Обратите внимание, что если два устройства настроены вручную как Устройство 0 и Устройство 1, эта конфигурация не обязана соответствовать их положению на кабеле. Контакт 28 используется только для определения устройствами их положения на кабеле; он не используется хостом при обмене данными с устройствами. Иными словами, ручная настройка мастер/слейв с помощью перемычек на устройствах имеет приоритет и позволяет свободно размещать их на любом разъеме шлейфа. С 40-проводным кабелем было очень распространено реализовывать cable select путем простого перерезания провода контакта 28 между двумя разъемами устройств; устройство-слейв (Устройство 1) размещалось на конце кабеля, а мастер-устройство (Устройство 0) – на среднем разъеме. Эта схема в конечном итоге была стандартизирована в более поздних версиях. Однако у нее был один недостаток: если на 2-устройственном кабеле присутствует только одно мастер-устройство, использующее средний разъем, это приводит к неиспользованному отрезку кабеля, что нежелательно с точки зрения удобства и электрических характеристик. Отрезок вызывает отражение сигнала, особенно при более высоких скоростях передачи. Начиная с 80-проводного кабеля, определенного для использования в ATAPI5/UDMA4, мастер-устройство (Устройство 0) подключается к черному разъему на конце кабеля со стороны хоста, слейв-устройство (Устройство 1) – к серому среднему разъему, а синий разъем подключается к хосту (например, к разъему IDE на материнской плате или к IDE-карте). Таким образом, если на 2-устройственном кабеле присутствует только одно устройство (Устройство 0), использующее черный разъем, не образуется отрезка кабеля, вызывающего отражения (неиспользуемый разъем теперь находится в середине шлейфа). Кроме того, cable select теперь реализован в сером среднем разъеме устройства, обычно путем простого отсутствия контакта 28 в корпусе разъема.
Сериализированные, перекрывающиеся и в очереди операции
Параллельные протоколы ATA до версии ATA 3 требуют, чтобы после отправки команды через интерфейс ATA она завершилась, прежде чем можно будет отправить следующую. Операции с устройствами должны выполняться последовательно, с одновременным выполнением только одной операции относительно интерфейса хоста ATA. Удобно представить, что интерфейс хоста ATA занят обработкой первого запроса на протяжении всего времени его выполнения и, следовательно, не может получить информацию о другом запросе, пока первый не будет завершен. Функция последовательной обработки запросов к интерфейсу обычно выполняется драйвером устройства в операционной системе хоста. В ATA 4 и последующих версиях спецификации были добавлены "набор функций с перекрытием" и "набор функций в очереди" в качестве необязательных функций, обе из которых получили название "Tagged Command Queuing" (TCQ) – отсылка к набору функций SCSI, которые версия ATA пытается эмулировать. Однако поддержка этих функций крайне редка в реальных продуктах и драйверах параллельного ATA, поскольку эти наборы функций были реализованы таким образом, чтобы обеспечить программную совместимость с его историческим наследием как первоначального расширения шины ISA. Эта реализация привела к чрезмерной загрузке процессора, что в значительной степени нивелировало преимущества командной очереди. В отличие от этого, перекрывающиеся и пакетные операции были широко распространены в других шинах хранения данных; в частности, версия SCSI с помеченной командной очередью не требовала совместимости с API, разработанными для ISA, что позволяло ей достигать высокой производительности с минимальными накладными расходами на шинах, поддерживающих DMA первого уровня, таких как PCI. Это долгое время считалось одним из основных преимуществ SCSI. Стандарт Serial ATA поддерживает собственную командную очередь (NCQ) с момента своего первого выпуска, но это необязательная функция как для адаптеров хоста, так и для целевых устройств. Многие устаревшие материнские платы ПК не поддерживают NCQ, но современные жесткие диски SATA и твердотельные накопители SATA обычно поддерживают NCQ, в отличие от съемных (CD/DVD) накопителей, поскольку набор команд ATAPI, используемый для их управления, запрещает пакетную обработку операций.
Два устройства на одном кабеле - скорость удара
Существует множество споров о том, как сильно медленное устройство может повлиять на производительность более быстрого устройства, подключенного к одному и тому же кабелю. Влияние есть, но дискуссия осложняется смешением двух принципиально разных причин, которые мы здесь будем называть "Минимальная скорость" и "Последовательное выполнение операций".
"Самая низкая скорость"
На ранних хост-адаптерах ATA скорость передачи данных обоих устройств может быть ограничена скоростью самого медленного из них, если к одному кабелю подключены два устройства с разными характеристиками скорости. Однако для всех современных хост-адаптеров ATA это не верно, так как они поддерживают независимую синхронизацию устройств. Это позволяет каждому устройству на кабеле передавать данные с максимальной для него скоростью. Даже в случае использования более ранних адаптеров без независимой синхронизации, данный эффект проявляется только на фазе передачи данных при операциях чтения или записи.
"Одна операция за раз"
Это вызвано тем, что в большинстве продуктов Parallel ATA отсутствует поддержка одновременной обработки и постановки в очередь нескольких наборов функций. На одном кабеле одновременно может выполняться только одна операция чтения или записи; поэтому быстрое устройство, подключенное к тому же кабелю, что и медленное, при интенсивной нагрузке будет вынуждено ждать завершения операции медленным устройством. Однако большинство современных устройств сообщают об окончании операции записи сразу после сохранения данных во встроенный кэш, до фактической записи данных на (медленный) магнитный носитель. Это позволяет отправлять команды другому устройству на кабеле, смягчая влияние ограничения "одна операция за раз". Влияние этого на производительность системы зависит от конкретной задачи. Например, при копировании данных с оптического привода на жесткий диск (например, во время установки программного обеспечения) этот эффект, скорее всего, будет незаметен. Такие операции в любом случае ограничены скоростью оптического привода. Но если от жесткого диска требуется обеспечивать высокую пропускную способность и для других задач одновременно, его не следует подключать к тому же кабелю, что и оптический привод.
Версии стандартов ATA, скорости передачи и функции
В следующей таблице приведены названия версий стандартов ATA и режимы передачи и скорости, поддерживаемые каждым из них. Следует отметить, что скорость передачи для каждого режима (например, 66,7 МБ/с для UDMA4, обычно называемого "Ultra DMA 66", определённого стандартом ATA 5) указывает максимальную теоретическую скорость передачи по кабелю. Это просто два байта, умноженные на эффективную тактовую частоту, при условии, что каждый тактовый цикл используется для передачи данных конечному пользователю. На практике, конечно, протокольные накладные расходы снижают это значение. Загруженность хост-шины, к которой подключен адаптер ATA, также может ограничить максимальную скорость пакетной передачи. Например, максимальная скорость передачи данных для стандартной шины PCI составляет 133 МБ/с, и она распределяется между всеми активными устройствами на шине. Кроме того, в 2005 году не существовало жестких дисков ATA, способных демонстрировать устойчивую скорость передачи данных выше 80 МБ/с. Более того, тесты устойчивой скорости передачи не дают реалистичной оценки пропускной способности для большинства рабочих нагрузок: они используют нагрузки ввода-вывода, специально разработанные для минимизации задержек, связанных со временем поиска или временем разгона. Производительность жесткого диска в большинстве случаев ограничивается, в первую очередь, этими двумя факторами, а скорость передачи данных по шине имеет лишь третье по значимости место. Следовательно, ограничения скорости передачи данных выше 66 МБ/с действительно влияют на производительность только в том случае, когда жесткий диск может удовлетворить все запросы ввода-вывода, считывая данные из своего внутреннего кэша – ситуация весьма необычная, особенно учитывая, что такие данные обычно уже буферизуются операционной системой. По состоянию на 2021 год механические жесткие диски могут передавать данные со скоростью до 524 МБ/с, что значительно превышает возможности спецификации PATA/133. Высокопроизводительные твердотельные накопители могут передавать данные со скоростью до 7000–7500 МБ/с. Только режимы Ultra DMA используют CRC для обнаружения ошибок при передаче данных между контроллером и диском. Это 16-битный CRC, который используется только для блоков данных. Передача командных и статусных блоков не использует методы быстрой сигнализации, требующие CRC. Для сравнения, в Serial ATA используется 32-битный CRC как для команд, так и для данных.
Особенности, вводимые с каждой версией ATA
Стандарт Другие названия Новые режимы передачи Максимальный размер диска (512 байт сектора) Другие существенные изменения ANSI ссылка IDE (до ATA) IDE PIO 0 2 GiB (2,1 GB) 22-битная логическая блочная адресация (LBA) – ATA 1 ATA, IDE PIO 0, 1, 2[[WDMA (компьютер) Многословный DMA 0 128 GiB (137 GB) 28-битная логическая блочная адресация (LBA) X3.221 1994 (устарел с 1999) ATA 2 EIDE, Fast ATA, Fast IDE, Ultra ATA PIO 3, 4, Многословный DMA 1, 2 PCMCIA разъем. Команда идентификации диска. Поддержка Plug and Play. X3.279 1996 (устарел с 2001) ATA 3 EIDE Режимы однословного DMA исключены S. M. A. R. T., Безопасность, 44-контактный разъем для 2,5" дисков X3.298 1997 (устарел с 2002) ATA/ATAPI 4 ATA 4, Ultra ATA/33 Ultra DMA 0, 1, 2, также известный как UDMA/33 AT Attachment Packet Interface (ATAPI) (поддержка CD-ROM, магнитных лент и т.д.), дополнительные функции набора команд с перекрытием и очередью, Защищенная область хоста (HPA), набор функций CompactFlash Association (CFA) для твердотельных накопителей NCITS 317 1998 ATA/ATAPI 5 ATA 5, Ultra ATA/66 Ultra DMA 3, 4, также известный как UDMA/66 80-проводные кабели; CompactFlash разъем NCITS 340 2000 ATA/ATAPI 6 ATA 6, Ultra ATA/100 UDMA 5, также известный как UDMA/100 128 PiB (144 PB) 48-битная LBA, Наложение конфигурации устройства (DCO), Автоматическое управление акустикой (AAM) Метод адресации данных CHS устарел NCITS 361 2002 ATA/ATAPI 7 ATA 7, Ultra ATA/133 UDMA 6, также известный как UDMA/133, SATA/150 Набор функций потоковой передачи, набор функций длинных логических/физических секторов для непокетных устройств INCITS 397 2005 (том 1) INCITS 397 2005 (том 2) INCITS 397 2005 (том 3) ATA/ATAPI 8 ATA 8 – Гибридный накопитель с энергонезависимой кэш-памятью для ускорения критически важных файлов ОС INCITS 452 2008 ATA/ATAPI 8 ACS 2 – Управление наборами данных, Расширенные условия питания, CFast, дополнительная статистика и т.д. INCITS 482 2012
Скорость определенных режимов передачи
+Режимы передачи Режим # Максимальная скорость передачи (МБ/с) Время цикла PIO 0 3,3 600 нс 1 5,2 383 нс 2 8,3 240 нс 3 11,1 180 нс 4 16,7 120 нс Однословный DMA 0 2,1 960 нс 1 4,2 480 нс 2 8,3 240 нс Многословный DMA 0 4,2 480 нс 1 13,3 150 нс 2 16,7 120 нс 3 20 100 нс 4 167 24 нс ÷ 2
ATAPI устройство с вынимаемыми носителями (ARMD)
Устройства ATAPI со сменными носителями, за исключением CD и DVD-приводов, классифицируются как ARMD (ATAPI Removable Media Device) и могут отображаться в операционной системе как супердискета (несмещенные носители) или жесткий диск (смещенные носители). Они могут поддерживаться как загрузочные устройства BIOS, соответствующим спецификации ATAPI Removable Media Device BIOS, первоначально разработанной компаниями Compaq Computer Corporation и Phoenix Technologies. Эта спецификация определяет механизмы в BIOS персонального компьютера, позволяющие загружать компьютер с устройств, таких как диски Zip, диски Jaz, диски SuperDisk (LS 120) и аналогичные устройства. Эти устройства используют сменные носители, подобные дискетам, но обладают емкостью, сопоставимой с жесткими дисками, и требуют иного подхода к программированию. Из-за ограничений интерфейса контроллера дискет большинство этих устройств были устройствами ATAPI, подключенными к одному из интерфейсов ATA хост-компьютера, аналогично жесткому диску или CD-ROM-приводу. Однако существующие стандарты BIOS не поддерживали эти устройства. BIOS, соответствующий ARMD, позволяет загружаться с этих устройств и использовать их в операционной системе без необходимости в специфическом коде для этих устройств в ОС. BIOS, реализующий ARMD, позволяет пользователю включать устройства ARMD в порядок загрузки. Обычно устройство ARMD конфигурируется в порядке загрузки раньше жесткого диска. Подобно дискете, если на устройстве ARMD присутствует загрузочный носитель, BIOS загрузится с него; в противном случае BIOS продолжит поиск, обычно завершая его жестким диском. Существуют два варианта ARMD: ARMD FDD и ARMD HDD. Изначально ARMD представлял устройства как своего рода очень большую дискету, либо как первичное устройство дискеты 00h, либо как вторичное устройство 01h. Некоторые операционные системы требовали изменений кода для поддержки дискет с емкостью, значительно превышающей емкость стандартной дискеты. Кроме того, стандартная эмуляция дискет оказалась неподходящей для некоторых дискет большой емкости, таких как диски Iomega Zip. Позже был разработан вариант ARMD HDD, ARMD "устройство жесткого диска", для решения этих проблем. В режиме ARMD HDD устройство ARMD отображается в BIOS и операционной системе как жесткий диск.
ATA через Ethernet
В августе 2004 года Сэм Хопкинс и Брэнтли Койл из Coraid разработали облегчённый протокол ATA over Ethernet для передачи команд ATA по сети Ethernet вместо непосредственного подключения к хост-адаптеру PATA. Это позволило повторно использовать существующий блочный протокол в приложениях сети хранения данных (SAN).