Interfejsy dysków twardych

Obecnie rozróżniamy następujące interfejsy:

•E-IDE (ATA)

•SCSI

•Serial ATA (SATA)

Interfejs IDE wprowadzono w połowie lat osiemdziesiątych, po

raz pierwszy w komputerach IBM PC AT (ang, Advanced

Technology). Standard ten (któremu nadano również nazwę

ATA - AT Attachment) wyposażono w 16-bitową szynę danych,

z myślą o współpracy z magistralą ISA.

Dyski z interfejsem IDE posiadają zintegrowaną z

mechanizmem elektronikę: układy zapisu i odczytu danych oraz

układy sterowania (stąd nazwa interfejsu IDE - IntegratedDrive

Electronics). Dyski IDE/ATA pierwotnie mogły osiągnąć

maksymalną pojemność równą 504 MB. Ograniczał tę wartość

BIOS starszych komputerów IBM PC. Ze względu na niską

przepustowość magistrali ISA, szybkość transmisji danych nie

mogła być większa niż 8,33 MB/s. Interfejs pozwalał dołączyć

do systemu dwa dyski twarde.

Współczesne dyski (tak jak wszelkie urządzenia peryferyjne)

mogą współpracować z pamięcią operacyjną komputera (czyli

wykonywać operacje wejścia/wyjścia) na dwa sposoby:

•pod nadzorem procesora (sygnały sterujące i adresy,

niezbędne do przesłania informacji do/z pamięci operacyjnej

generowane są przez procesor - ten sposób operacji zwany jest

trybem PIO - ang. Programmed Input/Output); w trakcie tej

czynności procesor nie może wykonywać żadnych innych

operacji - fakt ten spowalnia pracę komputera,

•bezpośredni dostęp do pamięci (ang. Direct Memory Access - DMA)

podczas którego wymiana informacji pomiędzy pamięcią operacyjną a

urządzeniem peryferyjnym zachodzi bez udziału procesora (który w tym

czasie może wykonywać inne operacje); sterowanie operacją

wejścia/wyjścia realizowane jest przez specjalny układ zwany

kontrolerem DMA.

•Dla dysków z interfejsem IDE opracowano wiele protokołów wymiany

informacji z pamięcią operacyjną; są to protokoły PIO oraz protokoły

DMA (tzw. jednosłowowy bezpośredni dostęp do pamięci - ang. single

word DMA i wielosłowowy, szybszy - ang. multiword DMA). Nazwy tych

protokołów (trybów pracy) oraz odpowiadające im szybkości transmisji

danych pokazano w poniższej tabeli.

Maksymalną pojemność 504 MB, jaką mogły osiągnąć pierwotnie dyski

IDE, narzucił pierwszy scalony kontroler dysku twardego (firmy Western

Digital z roku 1984) WD1003 i bazujący na nim BIOS w komputerach

IBM PC-AT. BIOS płyty głównej komputera AT wyposażony w procedury

obsługujące ten sterownik wprowadził metodę adresowania dysku

twardego, zwaną CHS - "Cylinder, Head, Sector". Metoda ta pozwalała

obsługiwać dyski posiadające maksymalnie: 1024 cylindry, 16 głowic i 63

sektory (po 512 bajtów każdy). Dla pokonania granicy 504 MB

współczesne standardy wykorzystują metodę adresowania LBA (ang.

Logical Block Address), która dokonuje translacji adresów rzeczywistych

na adresy logiczne (zamienia rzeczywisty numer cylindra, głowicy i

sektora na logiczny odpowiednik); odpada więc skomplikowana

adresacja za pomocą metody CHS.

Wraz z opracowaniem nowych protokołów transmisji i nowych

metod adresacji danych, przechowywanych na dysku,

stworzone zostały nowe standardy (wg zasady, iż każdy nowy

standard jest kompatybilny ze swoimi poprzednikami): ATA-2,

ATA-3, ATAPI, Ultra ATA(/66, /100, /133), E-IDE.

Współczesne płyty główne wyposażane są w dwa kanały E-IDE

(w dwa 40-stykowe złącza), do których można podłączyć po

dwa urządzenia, które pracują w systemie Master i Slave.

Rysunek ilustruje sposób połączenia dwóch dysków twardych

do jednego ze złącz płyty głównej. Blok zworek, umieszczonych

na każdym dysku, pozwala skonfigurować te urządzenia. Jeśli

do sterownika będzie dołączony jeden dysk twardy, wtedy

należy zewrzeć zworki MASTER. Jeśli natomiast w kanale będą

pracować dwa dyski twarde, wtedy na pierwszym należy

zewrzeć zworki MASTER oraz SLAYE PRESENT, na drugim

zaś nie zwierać żadnej z tych zworek. Dysk wyposażony jest

ponadto w 4-stykowe (czasami w 3-stykowe) złącze zasilania

(ang. 4-Pin DC Power).

Standard Ultra ATA/66 zapewnia szybkości przesyłania danych

(do 66,6 MB/s), dzięki podwojeniu częstotliwości impulsów

Strobe. Tak duża szybkość transmisji (podobnie jak w

przypadku Ultra ATA/100), wymaga zastosowania specjalnego

80-żyłowego kabla (łączącego dysk z systemem), w którym linie

sygnałowe oddzielone są od siebie liniami masy (40 linii

standardowego interfejsu i 40 linii uziemienia). Warto

zaznaczyć, iż dysk Ultra ATA/66/100 sprawdza czy kabel

łączący go z systemem jest 80-żyłowy. Jeśli okaże się, że jest

to zwykły 40-żyłowy kabel, dysk realizuje transmisję wg

starszego standardu.