Реферат Інтерфейс IDE

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Курсовая работа Дипломная работа Контрольная работа Реферат Отчет по практике Эссе Доклад Решение задач Научно-исследовательская работа Монография Аспирантский реферат Магистерская работа Научная статья Публикация статьи в ВАК Публикация статьи в Scopus Дипломная работа MBA Бизнес-план Тест/экзамен online Чертеж Рецензия

Принимаю Политику конфиденциальности

Продолжить

Скидка 25% при заказе до 22.11.2024

Сучасні реалізації ATA/IDE

Запропонований наприкінці 80-х років інтерфейс ATA (AT Attachment), відомий також за назвою IDE (Integrated Drive Electronics) дуже швидко завоював широку популярність серед виробників і користувачів персональних комп'ютерів. Основними причинами швидкого і широкого поширення нового інтерфейсу послужили невисока ціна пристроїв, простота їхньої установки й експлуатації, а також високий рівень сумісності пристроїв IDE. Специфікація АТА уступає по швидкості обміну з дисками і ряду інших параметрів інтерфейсу SCSI, однак для більшості користувачів продуктивність відіграє меншу роль, у порівнянні із сумісністю, простотою і вартістю пристроїв.

Обмеженість АТА

Первісна версія стандарту IDE забезпечувала можливість підключення до комп'ютера чотирьох вінчестерів і дозволяла обмінюватися даними з диском на швидкості до 10Мбайт/сек, однак реальна швидкість обмежувалася насамперед можливостями самого вінчестера. Підключення чотирьох пристроїв, передбачене специфікацією IDE, у комп'ютерах сімейства IBM PC AT, у специфікації ATA/IDE реалізовано не було. Крім того, спільне використання стандарту ATA і програмного інтерфейсу Int 13 BIOS обмежувало розмір дискових пристроїв 528Мб. Природу цього обмеження, зв'язану з форматами чисел, використовуваних для адресації голівок, секторів і циліндрів вінчестера (CHS-адреса) у стандарті IDE і BIOS, можна зрозуміти з приведеної нижче таблиці і малюнка 3, що ілюструє взаємодію операційної системи з диском IDE.

Іншим істотним обмеженням стандарту IDE/ATA є неможливість підключення до контролера IDE яких-небудь пристроїв, за винятком вінчестерів.

Властивому інтерфейсу IDE/ATA обмеження гальмували розвиток недорогих комп'ютерних систем, розрахованих на масового користувача, у зв'язку з чим цілий ряд фірм почав спроби розширення можливостей класичного IDE. Найбільших успіхів на цьому шляху домоглася компанія Western Digital, що розробила специфікацію Enhanced IDE (EIDE), що дозволяє використовувати диски, розмір яких перевищує 528 Мб, і реальну можливість підключення, що забезпечила, до комп'ютера до чотирьох пристроїв IDE (не тільки вінчестерів, але і приводів CD-ROM чи стриммерів).

Іншим цікавим варіантом розвитку інтерфейсу IDE є технологія Fast ATA, розроблена компанією Seagate Technology за підтримкою фірми Quantum. Ця технологія спрямована в першу чергу на підвищення швидкості обміну даними з дисковими пристроями і не підтримує можливість підключення CD-ROM чи стриммерів, але забезпечує більш високий рівень сумісності за рахунок відповідності широко розповсюдженим промисловим стандартам.

Enhanced IDE

Технологія Enhanced IDE компанії Western Digital була розроблена в результаті аналізу потреб сучасного ринку ПК. У 1984 році компанія Western Digital створила контролери дисководів (WD1002) і вінчестерів (ST506), що були використані фірмою IBM при розробці комп'ютера IBM PC AT. Успіх архітектури АТ привів до значного розширення ринку IBM-сумісних ПК і зробив контролери Western Digital стандартом de facto.

У процесі становлення ринку персональних комп'ютерів фірма Western Digital прийшла до висновку про необхідність інтеграції електроніки контролера АТ і дискового пристрою. У результаті співробітництва з Compaq Computer Corporation був розроблений інтерфейс IDE (Integrated Drive Electronics), називаний також АТА (AT Bus attachment). Перші промислові пристрої на базі IDE/ATA були випущені в 1986 році.

Продовжуючи лідирувати в сфері IDE-пристроїв, компанія Western Digital запропонувала розширення інтерфейсу IDE. Нова специфікація - Enhanced IDE - підвищує швидкість обміну з диском, допускає застосування більш швидкісних дисків і забезпечує можливість установки в комп'ютері до чотирьох пристроїв IDE. Крім того, Enhanced IDE дозволяє підключати до контролера не тільки вінчестери, але й інші пристрої (приводи CD-ROM, стриммери), що підтримують специфікацію ATAPI (AT Attachment Packet Interface). Ця специфікація визначає інтерфейс із приводами CD-ROM і іншими недисковими пристроями, що дозволяє використовувати стандартні контролери і кабелі. Стандарт ATAPI одержав широку підтримку серед виробників CD-ROM-пристроїв і розроблювачів операційних систем, що ще більш розширило сферу поширення інтерфейсу IDE/ATA.

Специфікація EIDE дозволяє позбутися від цілого ряду обмежень, властивому інтерфейсу IDE/ATA. Таке розширення забезпечує істотний ріст можливостей пристроїв довгострокового збереження інформації без росту цін, ускладнення використання і втрати сумісності. Обмеження, властиві IDE, у порівнянні з іншими інтерфейсами (такими, як SCSI) не загрожують домінуванню IDE на сучасному ринку недорогих систем. Однак підвищення продуктивності процесорів, розробка нових ОС і високі запити сучасних додатків до дискового простору привели до того, що стандарт IDE уже не може задовольняти всім сучасним вимогам. Істотно і те, що стандартний інтерфейс IDE менш гнучкий і більш обмежений у порівнянні з SCSI:

• IDE підтримує тільки два вінчестери, а SCSI забезпечує можливість підключення великої кількості блокових пристроїв різних типів (принтери, CD-ROM, стриммери й ін.);

• розмір дисків IDE не може перевищувати 528Мб, оскільки для доступу до диска використовується інтерфейс Int 13 BIOS, тоді як SCSI не обмежує розмір диска;

• IDE забезпечує швидкість обміну з диском 2-3 Мб/сек, а SCSI - 10 чи 20Мб/сек (Fast/Wide).

Технологія Enhanced IDE дозволяє позбутися від основних обмежень стандарту IDE/ATA:

• граничний розмір диска 528Мб;

• мала швидкість обміну з диском;

• підтримка тільки двох пристроїв;

• неможливість підключення приводів CD-ROM і стриммеров.

Малюнок . Компоненти технології EIDE.

Як показано на малюнку, технологія Enhanced IDE містить у собі чотири основних компоненти, реалізовані спільно в периферійних пристроях, контролерах EIDE, BIOS і операційній системі:

1. Використання вінчестерів розміром більш 528Мб.
Ця можливість обумовлена внесеними в BIOS змінами, що дозволяють адресувати великі диски. Для роботи з дисками більш 528Мб потрібно підтримка з боку вінчестера, BIOS і операційної системи.

Вінчестер повинний підтримувати специфікацію ATA (цій вимозі задовольняє більшість сучасних вінчестерів).

BIOS також повинна підтримувати специфікацію ATA; більшість виробників системних плат і розроблювачів BIOS уже підтримують цей режим.

Може знадобитися підтримка роботи з великими дисками і з боку операційної системи. Windows 3.1 не цілком відповідає ATA, тому приходиться використовувати спеціальні драйвери (Windows "32-bit disk access"), поставля звичайно разом з контролерами EIDE. Більшість 32-розрядних операційних систем (таких, як OS/2) споконвічно підтримують роботу з великими дисками.

2. Прискорений обмін даними
заснований на використанні швидкісних режимів програмувального введення-висновку (PIO mode 3) і прямий доступи до пам'яті (DMA mode 1). Ці режими забезпечують швидкість обміну 11.1 і 13.3 Мб/сек, відповідно. Для реалізації швидкісного обміну потрібно підтримка з боку вінчестера і BIOS.

BIOS повинна підтримувати один зі швидкісних режимів обміну з диском (PIO mode 3 чи DMA mode 1), як правило це режим PIO.

З боку дискового пристрою також повинна забезпечуватися підтримка швидкісного обміну. Цю можливість забезпечує більшість сучасних вінчестерів (у тому числі диски Fast ATA).

Швидкісні режими обміну дозволяють повніше реалізувати можливості дискових контролерів, що використовують широкополосную локальну шину VESA чи PCI.

3. Підтримка двох портів ATA.
Для забезпечення цієї можливості використовуються зарезервовані для другого контролера адреси портів введення-висновку і переривання IRQ15. Для реалізації цієї можливості потрібно підтримка з боку контролера (хост-адаптера), BIOS і операційної системи.

До самих пристроїв (вінчестерам, приводам CD-ROM чи стриммерам) не пред'являється ніяких додаткових вимог.

Контролер повинний забезпечувати можливість установки адрес другого порту (це реалізовано аж ніяк не у всіх сучасних моделях).

Не всі BIOS підтримують можливість використання чотирьох пристроїв IDE, однак сучасні розробки включають цей режим.

Важливу роль грає підтримка використання чотирьох пристроїв з боку операційної системи. Ця можливість реалізована в більшості 32-розрядних ОС і в останніх версіях DOS.

4. Можливість підключення приводів CD-ROM і стриммерів.
Цей режим є недорогою альтернативою SCSI. Для забезпечення такої можливості потрібно потрібно підтримка декількох нових команд. Специфікація ATAPI (ATA Packet Interface), що знаходиться в стадії розробки, містить опис нових команд.

Для забезпечення можливості підключення до хост-адаптеру недискових пристроїв потрібно підтримка специфікації ATAPI з боку BIOS, хост-адаптера, операційної системи і самих периферійних пристроїв.

В даний час більшість пристроїв CD-ROM уже використовує інтерфейс IDE/ATAPI для підключення до другого порту сучасних контролерів.

Очевидно, що при такому достатку варіантів розширення можливостей IDE аж ніяк не всі пристрої, рекламовані як "Enhanced", підтримують усі чотири режими, додані в специфікацію Enhanced IDE. Не слід забувати також про те, що для забезпечення повної підтримки EIDE, цієї специфікації повинні задовольняти BIOS, хост-адаптер, операційна система і, нарешті, самі периферійні пристрої.

Використання дисків великого об’єму

Обмеження розміру вінчестерів з інтерфейсом IDE/ATA (528 Мб) є результатом спільного використання стандарту IDE і програмного інтерфейсу Int 13 BIOS. Технологія Enhanced IDE дає можливість внести в BIOS зміни, що дозволяють позбутися від цього обмеження.

Природа обмеження розміру дисків зв'язана з форматом (числом біт), використовуваним для завдання номерів голівок, циліндрів і секторів в інтерфейсах Int 13 і IDE (CHS-адресація). Оскільки обидва інтерфейси використовують різні формати, їхнє спільне застосування не дозволяє працювати з дисками розміром більш 528 мегабайт. У таблиці 3 приведені формати чисел, використовуваних для нумерації в BIOS і IDE:

Існує два способи перебороти обмеження розміру диска. Перший спосіб полягає у використанні трансляції адрес CHS (циліндр-голівка-сектор) - перерахування реальних значень у фіктивним, задовольняючим обмеженням BIOS. Контролер і BIOS використовують у цьому випадку різну геометрію для адресації даних на диску. Якщо диск містить 1500 секторів і має 16 голівок, то в результаті трансляції BIOS буде сприймати його як пристрій з 750 циліндрами і 32 голівками.

Технологія Enhanced IDE використовує інший метод, називаний логічною адресацією блоків (LBA - Logical Block Address). У цьому випадку використовується наскрізна нумерація секторів і адреса CHS перетвориться в одне 28-бітове число, використовуване для нумерації секторів - LBA-адреса. Метод LBA забезпечує більш ефективний спосіб роботи з великими дисками за рахунок простоти перетворення адреси. Крім того, цей спосіб представляється більш ефективним при розробці нових операційних систем. Схема адресації з використанням LBA була вперше застосована фірмою Western Digital наприкінці 1993 року, дозволивши створити диск IDE розмірів 540Мб (модель AC2540).

Підвищення швидкості обміну

Шина ISA забезпечує можливість обміну даними з диском на швидкості 2-3Мб/сек. У порівнянні зі швидкостями SCSI-контролерів (5, 10 і 20Мб/сек), ця швидкість занадто мала. Донедавна обмеження швидкості обміну не грало істотної ролі, оскільки самі пристрої IDE не дозволяли чи зчитувати записувати дані зі швидкістю вище 5 Мбит/сек. В міру удосконалювання дискових технологій швидкість контролера 2-3Мб/сек початку все-таки обмежувати можливості вінчестерів IDE. Для підвищення продуктивності дискової підсистеми комп'ютерів довелося використовувати буферну пам'ять, установлювану на платі чи вінчестера хост-адаптера. Сучасні вінчестери можуть забезпечувати швидкість читання/запису до 48 Мбит/сек і проста буферизация для підвищення продуктивності роботи буде занадто дорогим рішенням.

Швидкісні режими PIO

Для підвищення швидкості обміну даними в сучасних ПК широко використовуються локальні шини. Локальна шина VESA була розроблена для прискорення висновку зображень на екран, а в 1992 році був випущений перший контролер IDE із шиною VLB (VESA Local Bus), що забезпечила деякий ріст швидкості обміну з диском. Трохи пізніше була розроблена специфікація локальної шини PCI. Контролери IDE з локальною шиною VLB підтримують високу швидкість обміну між диском і буфером, але і вони не можуть зрівнятися з контролерами Fast-SCSI (10Мб/сек.) через використання "сліпого" обміну в режимі програмувального введення-висновку (PIO). "Сліпий" метод PIO заснований на тім, що контролер (ведучий пристрій) запитує дані в диска (відомий пристрій) чи передає їх йому. При такому режимі використовується тільки частина смуги пропущення шини, що не дозволяє домогтися істотного росту швидкості контролерів IDE.

Enhanced IDE включає операції, називані "керування потоком з використанням IORDY", що дозволяють диску включати пакетний режим передачі для 100% використання смуги пропущення шини. Режим керування потоком передає ініціативу пристрою (диску) і дозволяє позбутися від неефективних "сліпих" режимів PIO за рахунок установки смуги пропущення контролера відповідно до можливостей вінчестера. Це означає, що в тих випадках, коли доступна вся смуга, вінчестер буде керувати обміном даними з хост-адаптером.

Режим 3 PIO з періодом тактирования 180нсек. забезпечує швидкість обміну 11Мб/сек., що перевищує швидкість Fast-SCSI (10Мб/сек.). Керування потоком з боку диска включається контролером за допомогою команди Set Features, у результаті чого такий обмін підтримується одночасно і диском, і контролером. Вінчестер AC2540 (540Мб) випущений у 1993 році фірмою Western Digital, підтримував керування потоком за допомогою IORDY, реалізоване за допомогою спеціалізованою мікросхеми-контролера. Основні можливості цього контролера пізніше були включені в стандартні набори мікросхем IDE.

Режими DMA

Хоча режими програмувального введення-висновку (PIO) є стандартним методом, підтримуваним у серійних пристроях IDE, і відрізняються високою сумісністю, існують і інші способи підвищення швидкості обміну з вінчестерами. Метод прямого доступу до пам'яті (DMA) заснований на передачі даних між диском і пам'яттю комп'ютера без використання центрального процесора CPU). Тип B для DMA визначений у специфікації EISA і забезпечує обмін зі швидкістю 4Мб/сек. Цей метод дає перевага в порівнянні зі стандартною швидкістю для шини ISA, але значно уступає Fast-SCSI.

З розвитком технології локальних шин у специфікації PCI був запропонований новий варіант обміну з використанням DMA (тип F), що забезпечує швидкість 8.33 і 6.67Мб/сек. Відповідно до можливостей існуючих мікросхем була запропонована специфікація DMA Mode 1 з циклом 150нсек., що забезпечує швидкість обміну 13Мб/сек. за рахунок передачі декількох слів за один запит. Комплекти мікросхем з підтримкою DMA типу B (EISA) і типу F (PCI) поставляються з кінця 1993 року.

Порівняння DMA і PIO
Режими PIO у дискових контролерах IDE одержали більш широке поширення в порівнянні з режимами DMA. З цієї причини переривання BIOS Int 13 і драйвери пристроїв операційних систем підтримують режим PIO, а не DMA. Це означає, що для використання режимів DMA буде потрібно заміна BIOS і драйверів пристроїв.

Технологія Enhanced IDE компанії Western Digital забезпечує можливість вибору між режимами PIO з керуванням потоком через IORDY (mode 3) і DMA (тип B чи F), реалізованими за допомогою драйверів.

Збільшення числа пристроїв

В оригінальному IBM PC AT була зарезервована підтримка двох контролерів для роботи з вінчестерами і кожний з цих контролерів дозволяв підключити два диски. Однак BIOS і драйвери операційних систем не підтримували використання другого контролера, що обмежувало можливості дискової підсистеми ПК. Сьогоднішні операційні системи надають можливість використовувати в комп'ютері всі чотири пристрої IDE (два порти). Додавання другого порту IDE на плату хост-адаптера майже не збільшує вартості останнього. Більшість мікросхем, використовуваних для виготовлення контролерів уже містять другий порт і пристрій декодування адреси, тому вартість розширення можливостей контролера фактично зводиться до вартості установці на платі додаткового 40-контактного рознімання для підключення кабелю ($1). Розширення дискової системи комп'ютера до 4 пристроїв за допомогою нових контролерів IDE економічно більш ефективно в порівнянні з використанням пристроїв SCSI.

Технологія Enhanced IDE компанії Western Digital дозволяє BIOS визначити другий контролер по номері диска, переданому перериванню Int 13. DOS версії 3.30 і вище дозволяє використовувати в комп'ютері до семи пристроїв, тому для підтримки додаткових дисків IDE потрібно лише змінити BIOS, щоб забезпечити можливість використання другого каналу IDE. Операційні системи типу OS/2 і Windows NT дозволяють використовувати чотири пристрої IDE і зі старими BIOS; Novell NetWare дозволяє встановлювати в комп'ютер чотири контролери IDE, до яких можна підключити вісьмох пристроїв.

Підключення пристроїв ATAPI

Другий порт IDE не тільки дозволяє збільшити число дисків, але і забезпечує можливість підключення пристроїв, що не є вінчестерами - наприклад, приводів CD-ROM чи стриммеров. Підключення повільних пристроїв типу CD-ROM до другого порту забезпечує можливість роботи вінчестера без затримок навіть при відсутності роздільного тактирования пристроїв (при відсутності роздільного тактирования швидкість обміну з підключеними до одного порту пристроями визначається більш повільним з них).

Компанія Western Digital розробила специфікацію ATAPI (ATA Packet Interface) для підключення до контролера IDE нових пристроїв збереження, подібних до приводів CD-ROM і стриммерам. У традиційній комп'ютерній архітектурі використовувався механізм перенесення даних, заснований на регістрах. Сучасні варіанти архітектури використовують механізм передачі на основі пакетів. ATAPI є розширенням стандарту IDE, що забезпечує можливість роботи з пакетами. Специфікація ATAPI додає до IDE єдину нову команду, що розширює функції контролера, і дві нових команди адресації.

EIDE у порівнянні зі стандартним ATA

Сучасні технології пристроїв і контролерів IDE забезпечують їм можливість успішної конкуренції зі стандартом SCSI. IDE забезпечує гарну сумісність і простоту використання поряд з невисокою ціною. Крім того, сучасні варіанти IDE забезпечують не менш високу швидкість, чим SCSI (програючи тільки Fast/Wide SCSI). Істотна також можливість підключення недискових пристроїв до сучасних контролерів ATA/IDE.