Интерфейс ATA (AT Attachment for Disk Drives) предназначен для подключения накопителей на жестких магнитных дисках и аналогичных устройств. Стандарт определяет набор регистров устройств и назначение сигналов 40-контактного интерфейсного разъема. Интерфейс появился в результате переноса стандартного контроллера жесткого диска ближе к накопителю, то есть создания устройств со встроенным контроллером — IDE (Integrated Drive Electronics). Стандартный AT контроллер позволяет подключать два накопителя, что в интерфейсе АТА означает параллельное подключение контроллеров двух устройств. В спецификации АТА присутствуют следующие компоненты:
• Хост-адаптер — средства сопряжения интерфейса АТЛ с тиной компьютера.
Хост-контроллер более развитый вариант хост — адаптера.
• Ведущее устройство (Master) — НУ. в спецификации АТА официально называется Divece-0 (устройсгво-0).
• Ведомое устройство (Slave) — НУ, в спецификации АТА официально называется Divece-1 (устройство-1).
Хост-адаптер и устройства объединяются кабелем-шлейфом, соединяющим параллельно одноименные кош акты интерфейсных разъемов. Регистры обоих контроллеров располагаются в одних и тех же областях пространства ввода-вывода. Для выбора устройства, исполняющего текущую команду, используется бит выбора накопителя (DEV) в регистре номера устройства и головки. Если бит DF.V-«О. выбрано ведущее устройство, если DEV 1 — ведомое. Запись в этот регистр воспринимается сразу обоими устройствами, на обращение к остальным регистрам реагирует только выбранное. Универсальный набор сигналов позволяет подключать любое устройство со встроенным контроллером, которому в пространстве портов ввода-вывода достаточно того же набора регистров, способное поддержать режим выбора устройства. Принятая система команд и регистров, являющаяся частью спецификации АТА ориентирована на блочный обмен данными с устройствами прямого доступа. Для других устройств существует спецификация AT API, основанная на тех же аппаратных средствах, но позволяющая обмениваться пакетами управляющей информации (Package Interlace, PI). Структура и наполнение пакетов позаимствованы из универсального интерфейса SCSI.
Адресация в АТА изначально имела следующий вид: указывали адрес цилиндра , головки и сектора — так называемая трехмерная адресация CHS. Сначала эта адресация точно соответствовала реальной геометрии — физический сектор действительно находился по указанному адресу. Позже диски АТА стали описывать внешней геометрией. При этом одно и то же устройство может иметь различную внешнюю геометрию. Преобразование адресов в реальные выполняется встроенным контроллером устройства. В системе CHS устройство АТА позволяет адресовать до 267 386 880 секторов, что при размере сектора в 512 байт дает 137 1 байт. Позже пришли к линейной адресации логических блоков LBA, где адрес
блока определяется 28-битным числом, что позволяет адресовать 228 блоков. Для устройств АТА режим адресации определяется для каждой команды битом L регистра D/H; режимы могут чередоваться. Устройства ATAPI используют принятую в SCSI 32~бшную логическую адресацию, позволяющую адресован, до 2 «Гбайт дискового пространства.
Для устройств IDE существует несколько разновидности интерфейса:
• АТА. он же АТA -BUS, — 16-битный интерфейс подключения к тине компьютера. Наиболее распространенный 40-проводный сигнальный и 4-проводный питающий интерфейс для подключения дисковых накопителей.
• PC-Card ATA 16-битный интерфейс с 68-контактным разъемом PCMCIA для подключения блокнотных PC.
• MCA IDE (16 бит)- 72-проводный интерфейс, предназначенный для шины и накопителей PS/2.
• АТА-2 расширенная спецификация АТА. Включает 2 канала, 4 устройства, PIO Mode 3. Multiword DMA Mode 1, Block mode, объем диска до 8 Гбайт, поддержка LBА и CHS.
• Fast АТА-2 разрешает использовать Multiword DMA Mode 2 (13,3 Мбайт/с), PIO Mode 4.
• ATA-3 — расширение АТА-2. Включает средства парольной защиты, улучшенного управления питанием, самотестирования с предупреждением приближения отказа — SMART.
• АТА/ATAPI-4 — расширение АТА, включающее режим Ultra DMA со скоростью обмена до 33 Мбайт/с и пакетный интерфейс ATAPI. Поддерживает очереди и возможность перекрытия команд.
• ATAATAPI-5 — ревизия АТА/АТАРI-4: удалены устаревшие команды и биты, добавлены новые возможности защиты и управления энергопотреблением. Включает режим Ultra DMA со скоростью обмена до 66 Мбайт/с.
• ATA/ATAPI-6 — дополнение к ATA/ATAPI-5: потоковое расширение для чтения/записи аудио- и видеоданных, управление акустическим шумом, режим Ultra DMA со скоростью обмена до 100 Мбайт/c.
• Serial ATA — последовательный интерфейс.
• E-IDE — расширенный интерфейс IDE. Реализуется в адаптерах, для шин РСТ и VLB. Позволяет подключать до 4 устройств по двум каналам, включая CD-ROM и стриммеры (ATAPI). Поддерживает PIO Mode 3, Multiword DMA Mode 1, объем диска до 8 Гбайт. Полностью соответствует спецификации АТА-2.
Параллельный интерфейс АТА представляет собой шину, в которой все сигналы соответствуют стандартной логике ТТЛ:
— высокий уровень выходного сигнала не ниже 2,4В (при токе до 400 мкА, сигнал DMARQ (DMA Request) -до 500 мкА), низкий уровень не выше 0,5 В (при токе 4 мА, для линии DASP (Device Active, Slave Present) для совместимости со старыми устройствами — 12 мА);
— высокий уровень входного сигнала не ниже 2,0В, низкий уровень не выше 0,8В.
Все информационные сигналы интерфейса передаются через 40-контактный разъем, у которого ключом является отсутствующий на вилке и закрытый на розетке контакт 20. Для соединений устройств применяется плоский многожильный кабель-шлейф, длина кабеля не должна превышать 46 см. (18»), допустимая емкость проводников — не более 35 пФ.
Каждое устройство АТА имеет стандартный набор регистров, адресуемых сигналами от хост-адаптера. Набор регистров состоит из двух блоков, выбираемых сигналами CSO и CS1, из которых только один может быль активным. Адреса регистров в пространстве ввода-вывода компьютера для первого и второго каналов ЛТА делятся на несколько блоков, среди которых:
— Блок командных регистров служит для посылки 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 регистра состояния. Если устройство поддерживает управление энергопотреблением, то в спящем режиме содержимое этих регистров недействительно и запись игнорируется.
Программа общается с устройствами АТА через регистры, используя инструкции ввода-вывода IN и OUT. Для передачи данных с максимальной скоростью применяют программный доступ PIO (Programmed Input/Output) к регистру данных или по каналу DMA. Тип обмена определяется командой обращения. Программный доступ РIO выполняется в виде следующих друг за другом операций чтения и записи в пространстве ввода-вывода по адресу регистра данных. Готовность устройства проверяется перед началом передачи блока, после чего хост производит серию операций в определенном темпе, который определяется выбранным режимом от 0 до 4. Для каждого режима определены допустимые параметры временной диаграммы цикла обмена. Обмен РIO программно реализуется с помощью процессорных инструкции ввода-вывода строк REP 1NS или REP OUTS с занесенным в регистр СХ количеством слов (или байтов) в передаваемом блоке.
Простейший адаптер АТА содержит только буферы сигналов шины и дешифратор зоны адресов. Все регистры контроллера и схемы кодирования размещены в самом устройстве IDE. Шина АТА требует выделения системных ресурсов — двух областей портов ввода-вывода и линии прерывания; дополнительно может потребоваться канал DMA. На системных платах с шиной РСI стандартом является установка двухканального адаптера, обеспечивающего прямое управление шиной PCI при обмене с устройствами в режимах DMA и Ultra DMA. Прямое управление шиной повышает суммарную производительность компьютера в многозадачных и многопоточных операционных системах.
Спецификация PCI IDE описывает реализацию контроллера, совместимою с АТА. У данного контроллера в блоке управляющих регистров имеется только один адрес. Для контроллера определены два режима распределения ресурсов:
-режим совместимости, в котором каналам выделяются традиционные области адресов ввода-вывода и линии прерываний;
-естественный режим PCI, в котором базовые адреса блоков регистров и линии прерывания задаются в регистрах конфигурационного пространства и могут быть произвольно перемещены в любую область.