ATA ( Advanced Technology Attachment ) tai IDE ( Integrated Drive Electronics ) on rinnakkaisliitäntä asemien ( levykeasemat , kiintolevyt ja optiset asemat ) kytkemiseen tietokoneeseen . Oli standardi IBM PC - alustalla 1990 - luvulla ; on tällä hetkellä syrjäytynyt sen seuraajalla - SATA - ja sen ulkonäöllä kutsuttiin PATA (Parallel ATA).
Käyttöliittymän alustava nimi oli PC /AT Attachment , koska se oli tarkoitettu liitettäväksi 16-bittiseen ISA-väylään , joka tunnettiin tuolloin AT-väylänä . Lopullisessa versiossa nimeksi muutettiin "AT Attachment" tavaramerkkiongelmien välttämiseksi.
Standardin alkuperäinen versio kehitettiin vuonna 1986 Western Digitalin toimesta , ja sen nimi oli markkinointisyistä IDE ( Eng. Integrated Drive Electronics - "asemaan sisäänrakennettu elektroniikka"). Se korosti tärkeää innovaatiota: taajuusmuuttajan ohjain sijaitsee itsessään, ei erillisen laajennuskortin muodossa , kuten aiemmassa ST-506- standardissa ja silloin olemassa olevissa SCSI- ja ST-412- liitännöissä . Tämä mahdollisti asemien ominaisuuksien parantamisen (johtuen lyhyemmästä etäisyydestä ohjaimeen), yksinkertaistaa niiden hallintaa (koska IDE-kanavaohjain irtaantui taajuusmuuttajan toiminnan yksityiskohdista) ja alentaa tuotantokustannuksia (taajuusmuuttajan ohjain voisi suunniteltu vain "omalle" asemalle, ei kaikille mahdollisille; kanavaohjaimesta tuli yleensä vakio). IDE-kanavaohjainta kutsutaan oikeammin isäntäsovittimeksi , koska se on siirtynyt aseman suorasta ohjauksesta kommunikoimaan sen kanssa protokollan kautta.
ATA-standardi määrittelee ohjaimen ja taajuusmuuttajan välisen rajapinnan sekä sen kautta välitetyt komennot.
Liitännässä on 8 rekisteriä, jotka varaavat 8 osoitetta I/O-tilassa. Dataväylä on 16 bittiä leveä. Järjestelmässä olevien kanavien lukumäärä voi olla enemmän kuin 2. Tärkeintä on, että kanavien osoitteet eivät mene päällekkäin muiden I/O-laitteiden osoitteiden kanssa. Jokaiseen kanavaan voidaan liittää 2 laitetta (master ja slave), mutta vain yksi laite voi toimia kerrallaan.
CHS-osoiteperiaate on nimessä. Ensin asennoittimella asennetaan päälohko halutulle uralle (Cylinder), jonka jälkeen valitaan tarvittava pää (Head) ja sitten luetaan tiedot tarvittavalta sektorilta (Sector).
EIDE - standardi ( englanniksi Enhanced IDE - "laajennettu IDE"), joka ilmestyi IDE:n jälkeen, salli asemien käytön, joiden kapasiteetti ylitti 528 Mt (504 MiB ), jopa 8,4 Gt. Vaikka nämä lyhenteet ovat peräisin pikemminkin kauppanimistä kuin standardin virallisista nimistä, termejä IDE ja EIDE käytetään usein ATA :n sijasta . Serial ATA -standardin käyttöönoton jälkeen vuonna 2003 perinteinen ATA tunnettiin nimellä Parallel ATA , joka viittaa tapaan, jolla tiedot siirretään rinnakkaisen 40- tai 80-johtimisen kaapelin kautta.
Aluksi tätä käyttöliittymää käytettiin kiintolevyjen kanssa, mutta sitten standardia laajennettiin toimimaan muiden laitteiden kanssa, pääasiassa käyttämällä irrotettavaa tietovälinettä. Näitä laitteita ovat CD-ROM- ja DVD-ROM-asemat , nauha-asemat ja suuren kapasiteetin levykkeet, kuten ZIP ja levykkeet (käyttäen laserohjattuja magneettipäitä [1] [2] ) ( LS-120 /240). Lisäksi FreeBSD :n ytimen asetustiedostosta voimme päätellä, että jopa levykeasemat (levykkeet) oli kytketty ATAPI-väylään. Tätä laajennettua standardia kutsutaan nimellä Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), ja siksi standardin koko nimi näyttää muotolta ATA / ATAPI . ATAPI on lähes täysin sama kuin komentotason SCSI, ja itse asiassa on olemassa "SCSI over ATA cable".
Aluksi CD-ROM-asemien liittämiseen tarkoitettuja liitäntöjä ei standardoitu, ja ne olivat asemavalmistajien omaa kehitystä. Tämän seurauksena CD-ROM-levyn kytkemiseksi oli tarpeen asentaa erillinen tietylle valmistajalle, esimerkiksi Panasonicille , kuuluva laajennuskortti (CD-ROM-levyn liittämiseen oli vähintään 5 erityistä liitäntävaihtoehtoa). Jotkut äänikorttiversiot, kuten Sound Blaster , varustettiin juuri tällaisilla porteilla (usein CD-ROM-asema ja äänikortti toimitettiin multimediasarjana). ATAPI:n tulo mahdollisti kaikkien näiden oheislaitteiden standardoinnin ja mahdollistaa niiden liittämisen mihin tahansa ohjaimeen, johon kiintolevy voidaan liittää.
Toinen tärkeä askel ATA:n kehityksessä oli siirtyminen PIO :sta ( ohjelmoitu input/output ) DMA :han ( Direct memory access ) . PIO:ta käytettäessä tietojen lukemista levyltä ohjasi tietokoneen keskusprosessori, mikä johti prosessorin lisääntyneeseen kuormitukseen ja yleensä hidastumiseen. Tästä johtuen ATA-liitäntää käyttävät tietokoneet suorittivat levyyn liittyviä toimintoja yleensä hitaammin kuin SCSI- ja muita liitäntöjä käyttävät tietokoneet. DMA:n käyttöönotto on vähentänyt merkittävästi levytoimintojen suorittimen aikakustannuksia.
Tässä tekniikassa asema ohjaa itse tietovirtaa, lukee tietoja muistiin tai muistista lähes ilman prosessorin osallistumista, joka antaa vain komentoja yhden tai toisen toiminnon suorittamiseksi. Tässä tapauksessa kiintolevy lähettää DMARQ-pyyntösignaalin DMA-toimintoa varten ohjaimelle. Jos DMA-toiminta on mahdollista, ohjain antaa DMACK-signaalin ja kiintolevy alkaa tulostaa dataa 1. rekisteriin (DATA), josta ohjain lukee tiedot muistiin ilman prosessorin osallistumista.
DMA-toiminto on mahdollista, jos tilaa tukevat samanaikaisesti BIOS , ohjain ja käyttöjärjestelmä, muuten vain PIO-tila on mahdollinen.
Standardin (ATA-3) jatkokehityksessä otettiin käyttöön ylimääräinen UltraDMA 2 -tila (UDMA 33).
Tällä moodilla on DMA-moodin 2 ajoitusominaisuudet, mutta dataa siirretään sekä DIOR/DIOW-signaalin nousevalla että laskevalla reunalla. Tämä kaksinkertaistaa tiedonsiirtonopeuden rajapinnassa. Myös CRC-pariteettitarkistus on otettu käyttöön, mikä lisää tiedonsiirron luotettavuutta.
ATA:n kehityksen historiassa on ollut useita esteitä , jotka liittyvät tietojen käytön järjestämiseen. Useimmat näistä esteistä on voitettu nykyaikaisten osoitusjärjestelmien ja ohjelmointitekniikoiden ansiosta. Näitä ovat levyn enimmäiskoon rajoitukset 504 MiB , noin 8 GiB , noin 32 GiB ja 128 GiB. Muita esteitä oli, jotka liittyivät lähinnä laiteajureihin ja I/O-järjestelmään muissa kuin ATA-käyttöjärjestelmissä.
Alkuperäinen ATA-spesifikaatio sisälsi 28-bittisen osoitetilan. Tämä mahdollisti 2 28 (268 435 456) 512 tavun sektorin osoittamisen, jolloin maksimikapasiteetti oli 137 Gt (128 GiB). Tavallisissa tietokoneissa BIOS tuki jopa 7,88 GiB (8,46 Gt) muistia, mikä mahdollistaa enintään 1024 sylinteriä, 256 päätä ja 63 sektoria. Tämä CHS (Cyllinder-Head-Sector) sylinteri-/pää-/sektorirajoitus yhdistettynä IDE-standardiin johti 504 MiB:n (528 MB) osoitettavasta tilaan. Tämän rajoituksen voittamiseksi otettiin käyttöön LBA (Logical Block Address) -osoitejärjestelmä , joka mahdollisti osoitteen 7,88 GiB asti. Ajan myötä tämä rajoitus poistettiin, mikä mahdollisti ensin 32 GiB:n ja sitten kaikki 128 GiB:n osoittamisen käyttämällä kaikkia 28 bittiä ( ATA-4 :ssä) sektorin osoittamiseen. 28-bittisen luvun kirjoittaminen järjestetään kirjoittamalla sen osat taajuusmuuttajan vastaaviin rekistereihin (1 - 8 bittiä 4:ssä rekisterissä, 9-16 bitissä 5, 17-24 6:ssa ja 25-28 bitissä 7. ) .
Rekisterin osoitus järjestetään kolmella osoiterivillä DA0-DA2. Ensimmäinen rekisteri osoitteessa 0 on 16-bittinen ja sitä käytetään tiedon siirtämiseen levyn ja ohjaimen välillä. Loput rekisterit ovat 8-bittisiä ja niitä käytetään ohjaukseen.
Uusimmat ATA-spesifikaatiot olettavat 48-bittistä osoitusta, mikä laajentaa mahdollisen rajan 128 PiB:iin (144 petabyyttiin).
Nämä kokorajoitukset voivat ilmetä siinä, että järjestelmä luulee levykapasiteetin olevan pienempi kuin sen todellinen arvo, tai kieltäytyy käynnistymästä ollenkaan ja jumittuu kiintolevyn alustusvaiheessa. Joissakin tapauksissa ongelma voidaan ratkaista päivittämällä BIOS. Toinen mahdollinen ratkaisu on käyttää erikoisohjelmia, kuten Ontrack DiskManageria, jotka lataavat ohjaimensa muistiin ennen käyttöjärjestelmän latautumista. Tällaisten ratkaisujen haittana on se, että käytetään epästandardista levyosiointia, jossa levyosioihin ei pääse käsiksi, jos lataus tapahtuu esimerkiksi tavalliselta DOS-käynnistyslevykkeeltä. Monet nykyaikaiset käyttöjärjestelmät (alkaen Windows NT4 SP3:sta) voivat kuitenkin toimia suurempien levyjen kanssa, vaikka tietokoneen BIOS ei määritä tätä kokoa oikein.
Kiintolevyjen liittämiseen PATA-liitännällä käytetään yleensä 40-johtimista kaapelia (kutsutaan myös kaapeliksi ) . Jokaisessa kaapelissa on yleensä kaksi tai kolme liitintä, joista yksi liitetään emolevyn ohjainliittimeen (vanhemmissa tietokoneissa tämä ohjain sijaitsi erillisellä laajennuslevyllä), ja yksi tai kaksi muuta on kytketty asemiin. Yhdessä vaiheessa P-ATA-silmukka lähettää 16 bittiä dataa. Joskus on IDE-kaapeleita, jotka mahdollistavat kolmen aseman yhdistämisen yhteen IDE-kanavaan, mutta tässä tapauksessa yksi asemista toimii vain luku -tilassa.
| Ottaa yhteyttä | Tarkoitus | Ottaa yhteyttä | Tarkoitus |
|---|---|---|---|
| yksi | nollaa | 2 | Maadoitus |
| 3 | Tiedot 7 | neljä | Tiedot 8 |
| 5 | Tiedot 6 | 6 | Tiedot 9 |
| 7 | Tiedot 5 | kahdeksan | Tiedot 10 |
| 9 | Tiedot 4 | kymmenen | Tiedot 11 |
| yksitoista | Tiedot 3 | 12 | Tiedot 12 |
| 13 | Tiedot 2 | neljätoista | Tiedot 13 |
| viisitoista | Tiedot 1 | 16 | Tiedot 14 |
| 17 | Tiedot 0 | kahdeksantoista | Tiedot 15 |
| 19 | Maadoitus | kaksikymmentä | avain |
| 21 | DDRQ | 22 | Maadoitus |
| 23 | I/O Kirjoita | 24 | Maadoitus |
| 25 | I/O Lue | 26 | Maadoitus |
| 27 | IOC HRDY | 28 | Kaapelin valinta |
| 29 | DDACK | kolmekymmentä | Maadoitus |
| 31 | IRQ | 32 | Ei yhteyttä |
| 33 | lisäys 1 | 34 | GPIO_DMA66_Detect |
| 35 | 0 | 36 | lisäys 2 |
| 37 | Siru Valitse 1P | 38 | Chip Select 3P |
| 39 | Toiminta | 40 | Maadoitus |
ATA-kaapeli sisälsi pitkään 40 johdinta, mutta Ultra DMA/66 ( UDMA4 ) -tilan käyttöönoton myötä sen 80-johtiminen versio ilmestyi. Kaikki lisäjohtimet ovat maadoitusjohtimia vuorotellen tietojohtimien kanssa. Siten seitsemän maadoitusjohtimen sijasta niitä oli 47. Tällainen johtimien vuorottelu vähentää niiden välistä kapasitiivista kytkentää ja vähentää siten keskinäisiä häiriöitä. Kapasitiivinen kytkentä on ongelma suurilla siirtonopeuksilla, joten tämä innovaatio oli välttämätön UDMA4 -spesifikaatiossa määritellyn 66 MB/s (megatavua sekunnissa) siirtonopeuden oikean toiminnan varmistamiseksi. Nopeammat UDMA5- ja UDMA6-tilat vaativat myös 80-johtimisen kaapelin.
Vaikka johtimien määrä on kaksinkertaistunut, nastojen määrä on pysynyt samana, kuten myös liittimien ulkonäkö. Sisäinen johdotus on tietysti erilainen. 80-johtimisen kaapelin liittimissä on liitettävä suuri määrä maadoitusjohtimia pieneen määrään maadoitusnastoja, kun taas 40-johtimisessa kaapelissa johtimet kytketään kukin omaan nastaansa. 80-johtimisissa kaapeleissa liittimet ovat yleensä erivärisiä (sininen, harmaa ja musta), toisin kuin 40-johtimiskaapeleissa, joissa yleensä kaikki liittimet ovat samanvärisiä (yleensä mustia).
ATA-standardi on aina asettanut kaapelin maksimipituudeksi 45,7 cm (18 tuumaa). Tämä rajoitus vaikeuttaa laitteiden liittämistä suuriin koteloihin tai useiden asemien liittämistä yhteen tietokoneeseen ja eliminoi lähes kokonaan mahdollisuuden käyttää PATA-asemia ulkoisina asemina. Vaikka pidempiä kaapeleita on saatavana kaupallisesti, huomaa, että ne eivät ole standardin mukaisia. Samaa voidaan sanoa "pyöreistä" kaapeleista, jotka ovat myös laajalle levinneitä. ATA-standardi kuvaa vain litteitä kaapeleita, joilla on tietyt impedanssi- ja kapasitanssivaatimukset. Tämä ei tietenkään tarkoita, että muut kaapelit eivät toimisi, mutta joka tapauksessa ei-standardikaapeleita tulee käyttää varoen.
Jos kaksi laitetta on kytketty samaan silmukkaan, toista niistä kutsutaan yleensä isäntäksi ( englanniksi master ) ja toista orjaksi ( englanniksi slave ). Tyypillisesti isäntä tulee ennen orjaa tietokoneen tai käyttöjärjestelmän BIOSin listaamassa asemien luettelossa . Vanhemmissa BIOSeissa (486 ja aikaisemmat) levyt oli usein merkitty väärin kirjaimilla "C" (isäntä) ja "D" (orja).
Jos silmukassa on vain yksi asema, se tulisi useimmissa tapauksissa määrittää isäntäasemaksi. Joillakin levyillä (etenkin Western Digitalin levyillä ) on erityinen asetus nimeltä single (eli "yksi levy kaapelissa"). Useimmissa tapauksissa kaapelin ainoa asema voi kuitenkin toimia myös orjana (tämä on usein tilanne, kun CD-ROM-levy liitetään erilliseen kanavaan).
Asetus nimeltä kaapelin valinta kuvattiin valinnaiseksi ATA-1-spesifikaatiossa, ja se on yleistynyt ATA-5:n jälkeen, koska se eliminoi tarpeen vaihtaa asemien hyppyjohtimia uudelleenkytkennän aikana. Jos taajuusmuuttaja on asetettu kaapelin valintatilaan, se asetetaan automaattisesti isäntä- tai orjatilaksi riippuen sen sijainnista silmukassa. Jotta tämä sijainti voidaan määrittää, silmukka on kaapeloitava . Tällaisen kaapelin nastaa 28 (CSEL) ei ole kytketty yhteen liittimestä (harmaa, yleensä keskimmäinen). Ohjain maadoittaa tämän nastan. Jos taajuusmuuttaja havaitsee, että nasta on maadoitettu (eli se on looginen 0), se asetetaan isäntänä, muussa tapauksessa (korkean impedanssin tila) se asetetaan orjaksi.
40-johtimiskaapeleiden aikoina oli yleinen käytäntö asentaa kaapelivalitsin yksinkertaisesti leikkaamalla johto 28 kahden asemiin liitetyn liittimen välistä. Tässä tapauksessa orjakäyttö oli kaapelin päässä ja isäntäasema keskellä. Tämä sijoitus oli jopa standardoitu eritelmän myöhemmissä versioissa. Kun kaapeliin asetetaan vain yksi laite, tämä sijoitus johtaa tarpeettoman kaapelin päähän, mikä ei ole toivottavaa - sekä mukavuussyistä että fyysisten parametrien vuoksi: tämä kappale johtaa signaalin heijastumiseen, etenkin korkeilla taajuuksilla.
UDMA4:lle esitellyissä 80-johtimissa kaapeleissa ei ole näitä puutteita. Nyt päälaite on aina silmukan päässä, joten jos vain yksi laite on kytkettynä, et saa tätä tarpeetonta kaapelinpalaa. Niiden kaapelivalinta on "tehdas" - tehty itse liittimessä yksinkertaisesti sulkemalla pois tämä kosketin. Koska 80-johtimiset silmukat vaativat joka tapauksessa omat liittimet, tämän laajan käyttöönoton ei ollut suuri ongelma. Standardi edellyttää myös eriväristen liittimien käyttöä, mikä helpottaa sekä valmistajan että kokoajan tunnistamista. Sininen liitin on tarkoitettu liittämistä varten ohjaimeen, musta - isäntä, harmaa - orja.
Termit "isäntä" ja "orja" lainattiin teollisuuselektroniikasta (jossa tätä periaatetta käytetään laajalti solmujen ja laitteiden vuorovaikutuksessa), mutta tässä tapauksessa ne ovat virheellisiä, eikä niitä siksi käytetä ATA:n nykyisessä versiossa. standardi. On oikeampaa nimetä isäntä- ja orjalevyt vastaavasti laite 0 ( laite 0 ) ja laite 1 ( laite 1 ). On yleinen myytti, että päälevy ohjaa levyjen pääsyä kanavaan. Itse asiassa levykäyttöä ja komentojen suoritusjärjestystä ohjaa ohjain (jota puolestaan ohjaa käyttöjärjestelmän ohjain). Eli itse asiassa molemmat laitteet ovat orjia suhteessa ohjaimeen.
IDE-liitin 3,5" kovalevy
IDE-liitin 2,5" kovalevy
PCI Express -laajennuskortti, jossa PATA- ja SATA-ohjaimet ja lisäliittimet IDE- ja SATA-laitteiden liittämistä varten
IDE ↔ CompactFlash- sovitin
IDE-SATA-sovitin
Seuraavassa taulukossa on lueteltu ATA-standardiversioiden nimet ja niiden tuetut tilat ja tiedonsiirtonopeudet. Kunkin standardin kohdalla lueteltu bittinopeus (esimerkiksi 66,7 MB/s UDMA4:lle, jota yleisesti kutsutaan "Ultra-DMA 66":ksi) ilmaisee kaapelin teoreettisesti mahdollisen suurimman nopeuden (kaksi tavua kertaa todellinen taajuus) ja olettaa, että jokaista sykliä käytetään käyttäjätietojen siirtämiseen. Käytännössä nopeus on pienempi.
Ylikuormitus väylässä, johon ATA-ohjain on kytketty, voi myös rajoittaa enimmäissiirtotasoa. Esimerkiksi 33 MHz:n PCI-väylän, jonka leveys on 32-bittinen, maksimikaistanleveys on 133 MB/s, ja tämä nopeus jaetaan kaikkien väylään kytkettyjen laitteiden kesken.
| Vakio | Muut nimet | Siirtotilat lisätty (MB/s) | Suurin tuettu levytila | Muut ominaisuudet | ANSI-viite |
|---|---|---|---|---|---|
| ATA-1 | ATA, IDE | PIO 0,1,2 (3.3, 5.2, 8.3) Yksisanainen DMA 0,1,2 (2.1, 4.2, 8.3) Monisanainen DMA 0 (4.2) |
137 GB | 28-bittinen LBA | X3.221-1994 [3] (vanhentunut vuodesta 1999) |
| ATA-2 | EIDE, Fast ATA, Fast IDE, Ultra ATA |
PIO 3.4: (11.1, 16.6) Monisanainen DMA 1.2 (13.3, 16.6) |
X3.279-1996 [4] (vanhentunut vuodesta 2001) | ||
| ATA-3 | EIDE | SMART , turvallisuus |
X3.298-1997 [5] (vanhentunut vuodesta 2002) | ||
| ATA/ATAPI-4 | ATAPI-4, ATA-4, Ultra ATA/33 | Ultra DMA 0,1,2 (16.7, 25.0, 33.3) eli Ultra-DMA/33 |
ATAPI-liitäntä (irrotettavan tietovälineen tuki), isäntäsuojattu alue , solid-state-aseman tuki | NCITS 317-1998 | |
| ATA/ATAPI-5 | ATA-5, Ultra ATA/66 | Ultra DMA 3.4 (44.4, 66.7) eli Ultra DMA 66 |
80-johtimiset kaapelit | NCITS 340-2000 [6] | |
| ATA/ATAPI-6 | ATA-6, Ultra ATA/100 | UDMA 5 (100) eli Ultra DMA 100 |
144 PB | 48-bittinen LBA automaattinen akustinen hallinta |
NCITS 347-2001 |
| ATA/ATAPI-7 | ATA-7, Ultra ATA/133 | UDMA 6 (133) eli Ultra DMA 133 SATA/150 |
SATA 1.0, suoratoistotoimintosarja, pitkä looginen/fyysinen sektori ominaisuusjoukko ei-pakettilaitteille | NCITS 361-2002 |
| Tietokoneväylät ja rajapinnat | |
|---|---|
| Peruskonseptit | |
| Prosessorit | |
| Sisäinen | |
| kannettavat tietokoneet | |
| Asemat | |
| Periferia | |
| Laitteiden hallinta | |
| Universaali | |
| Videoliitännät | |
| Sisällytetty järjestelmä | |