Реферат: Інтерфейс IDE (Integrated Drive Electronics)

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.