Энциклопедия PC

13.1. ИнтерфейсАТА(IDE) 751

»PC Card АТА — 16-битный интерфейс с 68-контактным разъемом PC Card (PCMCIA) дляподключениякблокнотнымPC.

*XT IDE (8 бит), он же XT-BUS, — 40-проводный интерфейс, похожий на АТА, нонесовместимыйсним.

ш MCA IDE (16 бит) — 72-проводный интерфейс, предназначенный специальнодляшиныинакопителейPS/2.

* АТА-2 — расширенная спецификация АТА. Включает 2 канала, 4 устрой-

ства, РЮ Mode 3, Multiword DMA Mode 1, Block mode, объем диска — до8 Гбайт, поддержкаLBA иCHS.

тFast АТА-2 разрешает использовать Multiword DMA Mode 2 (13,3 Мбайт/с), РЮMode 4.

$ АТА-3 — расширение АТА-2. Включает средства парольной защиты, улучшенного управления питанием, самотестирования с предупреждением при-

ближения отказа — SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology).

& ATA/ATAPI-4 — расширение АТА-3, включающее режим Ultra DMA со скоростью обмена до 33 Мбайт/с и пакетный интерфейс ATAPI. Имеются поддержкаочередейивозможностьперекрытиякоманд.

»ATA/ATAPI-5 — ревизия ATA/ATAPI-4: удаляются устаревшие команды и биты, добавляются новые возможности защиты и управления энергопотреблением. Включает режим Ultra DMA со скоростью обмена до 66 Мбайт/с.

шATA/ATAPI-6 — дополнения к ATA/ATAPI-5: потоковое расширение для чтения-записи аудио- и видеоданных, управление акустическим шумом, режимUltra DMA соскоростьюобменадо100 Мбайт/с.

шE-IDE (Enhanced IDE) — расширенный интерфейс, введенный фирмой Western Digital. Реализуется в адаптерах для шин PCI и VLB. Позволяет подключать до 4 устройств (к двум каналам), включая CD-ROM и стри-

меры (ATAPI). Поддерживает РЮ Mode 3, Multiword DMA Mode 1, объем диска — до 8 Гбайт, LBA и CHS. С аппаратной точки зрения практически полностьюсоответствуетспецификацииАТА-2.

Устройства АТА IDE, E-IDE, АТА-2, Fast АТА-2, АТА-3, ATA/ATAPI-4, АТА/ ATAPI-5 и ATA/ATAPI-6 электрически совместимы. Степень логической совместимости достаточно высока (все базовые возможности АТА доступны). Однако для полного использования всех расширений необходимо соответствие спецификацийустройств, хост-адаптераиегоПО.

Разработкой спецификаций AT A/ATAPI занимается технический комитет Т13 американского Национального комитета по стандартизации в области информационных технологий (NCITS). Разработанные им спецификации оформляются в виде стандартов ANSI. В 1998 году был принят стандарт ATA/ATAPI-4 (ANSI NCITS 317-1998 AT Attachment - 4 with Packet Interface Extension), в 2000 году завершена работа над ATA/ATAPI-5 и ведется проработка ATA/ATAPI-6. Предполагается, чтоэтобудетпоследнейверсиейпараллельногоинтерфейсаАТА, ав

752 Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

2001-2002 годах появится последовательный интерфейс Serial АТА. Про него пока что известно, что с программной точки зрения он будет совместим с прежними, а электрический интерфейс изменится в корне. Цель перехода на последовательный интерфейс — улучшение и удешевление кабелей и коннекторов, улучшение условий охлаждения (избавление от широкого шлейфа), обеспечение возможности разработки компактных устройств, облегчение конфигурирования устройств пользователем. Последовательный интерфейс АТА, как и его параллельный предшественник, предназначен для подключений устройств внутри компьютера. Для внешнихустройствпредназначаютсяшиныSCSI, USB иFire Wire.

13.1.1. Электрическийинтерфейс

ВсесигналыАТАявляютсялогическимисостандартнымиТТЛ-уровнями.

Все информационные сигналы интерфейса передаются через 40-контактный разъем, у которого ключом является отсутствующий на вилке и закрытый на розетке контакт 20. Использование в качестве ключа выступа на корпусе розетки и прорези в бандаже вилки стандартом не приветствуется. Для соединения устройств применяется плоский многожильный кабель-шлейф, длина кабеля не должна превышать 0,46 м (18"), допустимая емкость проводников — не более 35 пФ. Терминаторы стандартом не предусматриваются (они имеются в каждом устройстве и хост-адаптере), но если кабель с тремя разъемами (розетками) используют для подключения одного устройства, то устройство и хост-адаптер рекомендуется подключать к противоположным концам кабеля. Состав информационных сигналов интерфейса АТА приведен в табл. 13.1, вид кабеля — на рис. 13.1. В большинстве кабелей одноименные контакты всех разъемов соединяются своими проводами и все коннекторы равноправны. Встречаются (редко) ленточные кабели с кабельной выборкой, изображенные на рис. 13.2. В них провод 28 перерезан, так что контакт 28 (CSEL) для ведущего устройства заземлен через хостадаптер, а для ведомого — не подключен. Кабель должен соответствовать системе адресации, выбраннойдляобоихустройств.

. Маркировкакраской

Устройство Устройство

Рис. 13.1. ИнтерфейсныйкабельАТА

13.1. Интерфейс АТА(IDE) 753 Устройство1

УстройствоО

МаркировкакраскойРис. 13.2. ЛенточныйкабельинтерфейсаАТА

скабельнойвыборкой

Таблица13.1. ИнтерфейсАТА(IDE)

754 Глава 13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

Таблица13.1 (продолжение)

1Типсигналадляустройства: I — вход, О— выход, I/O — двунаправленный, TS — тристабильный, ОК

— открытыйколлектор. Дляхост-адаптеразначенияI иОимеютпротивоположныйсмысл.

2УстарыхустройствсигналможетиметьтипОК(приразнотипныхсигналахнаоднойшиневозможенконфликт).

3Сигналы, приведенныепослесимвола/, используютсятольковрежимеUltra DMA (ATA-4).

4Уведущегоустройства— вход, уведомого— выход.

5Уведомогоустройства— тольковыход.

6Контакты41-44 используютсятолькодляминиатюрныхдисков.

7НачинаясАТА-3 — толькоCSEL.

8НачинаясАТА-3 — зарезервирован.

Начиная с ATA/ATAPI-4, в шлейфах узаконили кабельную выборку и для подключения устройства-1 определили средний коннектор. В нем контакт 28 либо не соединен с проводом, либо просто отсутствует. Вполне понятно, что при кабельной выборке хост-контроллер подключать к среднему коннектору нельзя (как и к правому на рис. 13.2). Если номер устройства назначается джампером, то для 40проводного кабеля можно подключать устройства и хост-контроллер к любым коннекторам произвольно (но желательно избегать «висячих» концов).

Для устойчивой работы в режиме Ultra DMA рекомендуется применение 80проводных кабелей, обеспечивающих чередование сигнальных цепей и проводов схемной земли (GND). Такие кабели, требуемые для режимов UltraDMA выше 2 (скорость выше 33 Мбайт/с), разделываются на специальные разъемы, имеющие 40контактные гнезда с обычным назначением контактов, но ножевые контакты для врезки 80 проводов. В шлейфе для схемной земли используются либо все четные, либо все нечетные провода — это зависит от применяемых разъемов (на них должна быть маркировка «EVN GND» или «ODD GND» соответственно). Установка на одном шлейфе разнотипных разъемов недопустима (тогда все 80 проводов окажутся соединенными вместе). На 80-проводном кабеле в разъеме для подключения контроллера контакт 34 соединен с шиной GND и не соединен с проводом шлейфа, этим обеспечивается идентификация типа кабеля (CBLID). Провод шлейфа соединяет контакты 34 разъемов устройств, что обеспечивает прохождение сигнала PDIAG# от ведомого устройства к ведущему. С учетом возможности кабельной выборки на 80-проводном шлейфе положение коннекторов уже однозначно.

ш Коннектор хост-контроллера расположен на конце шлейфа, у него контакт 34 заземлен и не соединен со шлейфом. Корпус коннектора должен быть

синегоцвета.

«Коннектор устройства 0 расположен на противоположном конце шлейфа, у него все контакты соединены со шлейфом. Корпус коннектора должен быть

черногоцвета.

»Коннектор устройства-1 (необязательный) расположен в середине шлейфа, у него контакт 28 не соединен со шлейфом. Корпус коннектора должен быть

серого цвета.

13.1. Интерфейс АТА(IDE) 755

Если кабельная выборка не используется, то устройства 0 и 1 можно менять местами.

Спецификация АТА «узаконивает» как 40-контактный интерфейсный разъем, так и 4-контактный разъем питания (рис. 13.3), но для малогабаритных устройств питание может подаваться по 44-проводному интерфейсному кабелю.

Рис. 13.3. РазъемыинтерфейсаАТА(вилкинаустройствах): а— интерфейсный; б— питания

Для большинства устройств применяется 40-контактный разъем с шагом контактов 2,54 мм. Рядом с ним могут располагаться дополнительные контакты, служащие для конфигурирования устройства и технологических целей (диагностики и других операций по служебному последовательному интерфейсу). Спецификация ATA/ATAPI предусматривает два варианта, приведенные на рис. 13.4, а и б. Здесь пустым квадратиком обозначены позиции ключевых (пропущенных) выводов, контакты 1-40 используются для интерфейса (см. табл. 13.1), а контакты А-Н — для установки джамперов (табл. 13.2) и технологических целей. Для миниатюрных устройств предназначен 50-контактный разъем с шагом выводов 2 мм (рис. 13.4, в), у которого контакты 1-44 соответствуют табл. 13.1, контакты A-D используются для конфигурирования (см. табл. 13.2) и пара пропущенных контактов является дополнительным ключом. Для 50-контактного кабеля принято назначение выводов накопителей IBM Thinkpad/Travelstar:

»контакт «А» через резистор 10 кОм соединяется с шиной +5 В;

*контакт «В» для устройства задает его роль: низкий уровень — устрой-ство-0, высокий— устройство-1;

»контакт «С» определяет режим устройства по включению питания: низкий уровень— Standby, высокий— Idle;

«контакт «D» соединяется с контактом 28 (CSEL) и через резистор 10 кОм — с шиной +5 В.

Это назначение, позволяющее конфигурировать и адресацию, и режим потребления, применяется не на всех устройствах. На винчестерах фирмы Toshiba контакты А и В могут использоваться как выход и вход последовательного интерфейса (В подтянут к шине +5 В через резистор 47 кОм), С — GND, D — роль устройства (низкий уровень для устройства-1).

Таблица13.2. Использованиедополнительныхконтактов

13.1. ИнтерфейсАТА(IDE) 757

тDASP# (Device Active, Slave Present) — сигнал двойного назначения: индикатор активности устройстваиприсутствия ведомогоустройства;

ж SPSYNC/CSEL (Spindle Synchronization/Cable Select) — синхронизация шпин-

деля/выборка кабелем.

При использовании режима Ultra DMA четыре линии (контакты 23, 25, 27, 34) получаютновоеназначениесигналов:

ж STOP (Stop Ultra DMA burst) — останов передачи пакета Ultra DMA;

ш DDMARDY# (Device Ultra DMA ready) — готовность устройства при приеме пакета Ultra DMA (управление потоком);

« DSTROBE (Host Ultra DMA data strobe) — строб данных устройства при передачепакетахосту(данныепередаютсяпообоимперепадамDSTROBE);

» HDMARDY# (Host Ultra DMA ready) — готовность хоста при приемеимпакета Ultra DMA (управление потоком);

ш HSTROBE (Host Ultra DMA data strobe) — строб данных хоста при передаче пакетаустройству(данныепередаютсяпообоимперепадамHSTROBE);

»CBLID (Cable Identifier) — идентификатор типа кабеля (40или 80-провод- ный).

Для блокнотных ПК в стандарте имеется вариант интерфейса IDE на 68-кон- тактном разъеме PCMCIA (PC Card), описанный в табл. 13.3. Здесь имеется ряд специфичныхсигналов:

*SELATA# (Select 68-pin ATA) — сигнал, которым хост указывает режим использования разъема: PC Card (сигнал снят) или АТА (сигнал установлен, то естьнизкийуровень);

т CD1# и CD2# (Card Detect) заземляются в устройстве — по ним хост определяетприсутствиеустройства;

*CS1# (Device chip select 1) — выбор устройства, подается хостом на оба контакта(11 и42), ноустройствовоспринимаеттолькоодинизних;

*СигналыDMARQ, DMACK# иIORDY необязательныдляиспользования; ж

M/S# (Master/Slave) — инверсиясигналаCSEL

Для «горячего» подключения разъем для цепи GND обеспечивает более раннее соединение при подключении и более позднее при отключении. В устройстве сигналыCSO#, CS1#, RESET# иSELATA# подтягиваютсякпассивномусостоянию.

Для компьютеров класса XT существует 8-битная версия интерфейса, называемая XT-IDE, реже — XT-Bus. Этот интерфейс, как и АТА, реализован на 40проводном кабеле, и многие его сигналы совпадают с 16-битной шиной АТА. Интерфейс XT-IDE можно рассматривать как подмножество АТА, хотя прямой совместимости нет. Ряд устройств АТА имеют джампер выбора режима XT/AT (в накопителях Seagate на это указывает окончание «АХ» в обозначениимодели).

13.1. ИнтерфейсАТА(IDE) 757

я DASP# (Device Active, Slave Present) — сигнал двойного назначения: инди-

каторактивностиустройстваиприсутствияведомогоустройства;

ш SPSYNC/CSEL (Spindle Synchronization/Cable Select) — синхронизация шпин-

деля/выборкакабелем.

При использовании режима Ultra DMA четыре линии (контакты 23, 25, 27, 34) получаютновоеназначениесигналов:

тSTOP (Stop Ultra DMA burst) — останов передачи пакета Ultra DMA; т DDMARDY# (Device Ultra DMA ready) — готовностьустройстваприприеме пакета Ultra DMA (управление потоком);

тDSTROBE (Host Ultra DMA data strobe) — строб данных устройства при передачепакетахосту(данныепередаютсяпообоимперепадамDSTROBE);

тHDMARDY# (Host Ultra DMA ready) — готовностьхостаприприемеимпакета Ultra DMA (управление потоком);

*HSTROBE (Host Ultra DMA data strobe) — строб данных хоста при передаче пакетаустройству(данныепередаютсяпообоимперепадамHSTROBE);

тCBLID (Cable Identifier) — идентификатор типа кабеля (40или 80-провод- ный).

Для блокнотных ПК в стандарте имеется вариант интерфейса IDE на 68-кон- тактном разъеме PCMCIA (PC Card), описанный в табл. 13.3. Здесь имеется ряд специфичныхсигналов:

тSELATA# (Select 68-pin ATA) — сигнал, которым хост указывает режим использования разъема: PC Card (сигналснят) илиАТА(сигналустановлен, то естьнизкийуровень);

тCD1# и CD2# (Card Detect) заземляются в устройстве — по ним хост определяетприсутствиеустройства;

«CS1# (Device chip select 1) — выбор устройства, подается хостом на оба контакта(11 и42), ноустройствовоспринимаеттолькоодинизних;

тСигналыDMARQ, DMACK# иIORDY необязательныдляиспользования;

жM/S# (Master/Slave) — инверсиясигналаCSEL.

Для «горячего» подключения разъем для цепи GND обеспечивает более раннее соединение при подключении и более позднее при отключении. В устройстве сигналыCSO#, CS1#, RESET# иSELATA# подтягиваютсякпассивномусостоянию.

Для компьютеров класса XT существует 8-битная версия интерфейса, называемая XT-IDE, реже — XT-Bus. Этот интерфейс, как и АТА, реализован на 40проводном кабеле, и многие его сигналы совпадают с 16-битной шиной АТА. Интерфейс XT-IDE можно рассматривать как подмножество АТА, хотя прямой совместимости нет. Ряд устройств АТА имеют джампер выбора режима XT/AT (в накопителях Seagate на это указывает окончание «АХ» в обозначениимодели).

13.1.2. Регистрыустройств

Каждое устройство АТА имеет стандартный набор регистров, адресуемых сигна-

ламиотхост-адаптера(CSO#, CS1#, DA2, DA1, DAO, DIOR# иDIOW#). Наборрегистров

(табл. 13.4) состоит из двух блоков, выбираемых сигналами С50# и CS1#, из которых активным (низкий уровень, ноль) может быть только один. В таблице приведены адреса регистров в пространстве ввода-вывода IBM PC-совместимого ПК для первого и второго каналов АТА. При обращении к регистрам сигнал DMACK# должен быть неактивным. Блок командных регистров служит для по-

13.1. ИнтерфейсАТА(IDE) 759

сылки команд устройству и чтения информации о его состоянии. Блок управляющих регистров используется для управления устройством и получения более подробной информации о его состоянии. На действительность содержимого регистров командного блока и альтернативного регистра состояния указывает нулевое значение бита BSY регистра состояния. Запись в регистры должна производиться лишь при BSY=0 и DRQ=0, кроме особо оговоренных случаев. Если устройство поддерживает управление энергопотреблением, в «спящем» режиме содержимое этих регистров недействительно и запись игнорируется, кроме особо оговоренных случаев.

Таблица 13.4. РегистрыконтроллеровустройствАТА

1 Рекомендуется, чтобына сигнал чтения поэтому адресу устройство неотвечало.

2 Регистры сектора, цилиндра иголовки врежиме LBA содержат указанные битылогического адреса.