Реферат: Інтерфейс IDE (Integrated Drive Electronics)

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.

Таблиця 2.
	BIOS	IDE	Результат
Максимальне число секторів на доріжці	63	255	63
Максимальне число голівок	255	16	16
Максимальне число циліндрів	1024	65536	1024
Максимальний розмір диска	8.4Гб	136.9Гб	528Мб

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:

Таблиця 3.
Число	BIOS	IDE	Результат
секторів на доріжці	63	255	63
голівок	255	16	16
циліндрів	1024	65536	1024
Максимальний розмір	8.4Гб	136.9Гб	528Мб