Обзор интерфейса IDE

Основной интерфейс, используемый для подключения жесткого диска к современному PC, называется IDE (IntegratedDrive Electronics). Фактически он представляет собой связь между системной платой и электроникой или контроллером, встроенными в накопитель. Этот интерфейс постоянно развивается - в настоящее время существует несколько его модификаций.

Интерфейс IDE, широко используемый в запоминающих устройствах современных компьютеров, разрабатывался как интерфейс жесткого диска. Однако сейчас он используется для поддержки не только жестких дисков, но и многих других устройств, например накопителей на магнитной ленте, CD/DVD-ROM, дисководов Zip и др. В этой главе подробно обсуждается функционирование интерфейса IDE.

История развития интерфейса IDE

В этом разделе вашему вниманию предлагается краткий экскурс в историю создания интерфейсов дисковых накопителей. Сегодня существует несколько типов интерфейсов жестких дисков. При модернизации или ремонте компьютера вы можете столкнуться с любым из них, поэтому необходимо знать интерфейсы всех типов, начиная от самых старых и заканчивая новейшими. Приведенные здесь параметры и технические характеристики могут оказаться полезными при выполнении разнообразных работ: поиске неисправностей, профилактическом обслуживании, модернизации и подключении жестких дисков с различными типами интерфейсов.

Кроме того, ниже рассматриваются стандартные контроллеры, принципы работы с ними и возможность их замены более быстродействующими устройствами. Правильный выбор интерфейса очень важен, поскольку от этого зависит тип и быстродействие жесткого диска, который можно установить в компьютер.

Замечание

Описание дисковых интерфейсов ST-506/412 и ESDI можно найти в дополнении на прилагаемом компакт-диске.

Основная функция контроллера накопителя, или интерфейса, - передача данных из системы в накопитель и обратно. От типа интерфейса зависит, с какой скоростью будут осуществляться эти операции, что во многом определяет общую производительность компьютера. Приводимые в технической литературе статистические данные не всегда точно отражают истинное положение дел. Я постараюсь отделить мифы, основанные на чересчур завышенных показателях, от реальности.

За время существования персональных компьютеров было разработано несколько интерфейсов. В табл. 7.1 приведены типы интерфейсов и период их использования.

Из них только первых два можно считать настоящими интерфейсами между контроллером и диском. SCSI и IDE - это интерфейсы системного уровня, в которых контроллер одного из первых двух типов выполнен в виде микросхемы (или комплекта микросхем) и встроен в диск. Например, в большинстве дисков SCSI и IDE установлено устройство, собранное по той же схеме, что и автономный контроллер ESDI. В интерфейсе SCSI между контроллером и системной шиной вводится еще один уровень организации данных и управления, а интерфейс IDE взаимодействует с системной шиной непосредственно.

Интерфейс

Когда использовался

ST-506/412

1978-1989 гг.

ESDI

1986-1991 гг.

SCSI

С 1986 г. по настоящее время С 1988 г. по настоящее время С 2001 г. по настоящее время

IDE

Serial ATA

Интерфейс IDE

Как уже отмечалось, IDE (Integrated Drive Electronics) представляет собой обобщающий термин, применимый практически к каждому дисководу со встроенным контроллером. В настоящий момент интерфейс IDE получил официальное название АТА (AT Attachment), принятое в качестве стандарта ANSI. Название АТА, относящееся к оригинальной параллельной версии интерфейса, обозначает жесткий диск, подключенный непосредственно к шине АТ, которая более известна как 16-разрядная шина ISA.

ATA является 16-разрядным параллельным интерфейсом, т. е. по кабелю интерфейса одновременно передается 16 бит. В начале 2001 года был официально представлен новый интерфейс, получивший название Serial ATA. Serial ATA (SATA) единовременно передает по кабелю не более одного бита данных, что позволяет значительно уменьшить сечение и длину используемого кабеля за счет повышения частоты передачи данных. SATA представляет собой совершенно новую конструкцию физического интерфейса, сохранившую при этом программную совместимость с параллельным интерфейсом ATA. Название АТА, встречающееся на страницах этой книги, относится к параллельной версии интерфейса, а название SATA - к интерфейсу Serial ATA.

Поскольку в накопителе IDE контроллер встроенный, его можно подключать непосредственно к разъему на плате адаптера или на системной плате. Это существенно упрощает установку жесткого диска, так как не нужно подсоединять отдельные кабели для подачи питания, сигналов управления и т. п. Кроме того, при объединении контроллера и жесткого диска сокращается общее количество элементов в устройстве, уменьшается длина соединительных проводов, а в результате повышается надежность, устойчивость к шумам и быстродействие системы по сравнению с тем, когда автономный контроллер подключается к жесткому диску с помощью длинных кабелей.

Объединяя контроллер (в том числе и входящий в его состав шифратор/дешифратор) с жестким диском, удается существенно повысить надежность воспроизведения данных по сравнению с системами, в которых используются автономные контроллеры. Происходит это потому, что кодирование данных и их преобразование из цифровой формы в аналоговую (и наоборот) осуществляется непосредственно в жестком диске при меньшем уровне внешних помех. В результате аналоговые сигналы, временные параметры которых весьма критичны, не передаются по плоским кабелям, где они могли бы "набрать" помех; кроме того, при передаче сигналов по кабелям могут возникнуть непредсказуемые задержки их распространения. В конечном счете совмещение контроллера и жесткого

диска в едином блоке позволило повысить тактовую частоту шифратора/дешифратора, плотность размещения данных на носителе и общее быстродействие системы.

Объединение контроллера и жесткого диска освободило разработчиков от необходимости строго следовать стандартам, что было неизбежно при использовании прежних интерфейсов. Взаимно согласованная и "подогнанная" пара "жесткий диск-контроллер" обладает гораздо большим быстродействием по сравнению с прежними комбинациями автономных устройств.

Разъем IDE на системной плате во многих компьютерах представляет собой просто "усеченный" разъем шины расширения. В стандартном варианте ATA IDE используются разъемы с 40 контактами из возможных 98, имеющихся в разъеме 16-разрядной шины ISA. Из всего набора сигнальных линий шины к разъему IDE подведены только те, которые необходимы для работы стандартного контроллера жесткого диска компьютеров XT и AT. Например, для контроллера жесткого диска в компьютере AT нужна линия IRQ 14, поэтому на разъем IDE системной платы AT выведена только эта линия IRQ. На разъем системной платы компьютера XT выведена только линия IRQ 5, к которой и подключен контроллер. Обратите внимание, что, даже если интерфейс ATA подключен к микросхеме South Bridge и работает на частоте шины PCI, разводка и назначение контактов все равно не изменяются.

Замечание

Многие пользователи полагают, что в компьютерах, в которых разъем IDE установлен на системной плате, контроллер жесткого диска расположен на ней же. На самом деле это не так: контроллер находится в самом жестком диске. Мне не доводилось сталкиваться с системами, в которых контроллер жесткого диска был бы смонтирован на системной плате.

Когда говорят о накопителях IDE, то обычно имеют в виду вариант ATA IDE, получивший наибольшее распространение. Однако существуют и другие разновидности накопителей IDE для других шин. Например, в некоторых компьютерах PS/2 устанавливаются жесткие диски, предназначенные для работы с шиной MCA и подключаемые непосредственно к разъему расширения (через адаптер). Существуют также накопители IDE, предназначенные для 8-разрядной шины ISA, но они не получили широкого распространения. В большинстве IBM-совместимых компьютеров с шинами ISA и EISA устанавливались 16-разрядные накопители ATA IDE. Сегодня интерфейс ATA IDE является самым распространенным. В ряде новейших систем применяется интерфейс Serial ATA.

Главное достоинство накопителей ATA - их дешевизна. Поскольку для них не нужен отдельный контроллер, количество кабелей и разъемов, необходимых для подключения жесткого диска, оказывается существенно меньшим, чем в былом варианте жесткого диска с автономным контроллером.

Еще одно достоинство накопителей ATA - быстродействие. Но, как ни странно, к данному классу относятся не только жесткие диски с максимальной производительностью, но и едва ли не самые "медленные" устройства. Это иллюстрация того, что многое зависит от конкретной реализации одной и той же технической идеи. Дать общую оценку производительности всех дисков ATA невозможно, поскольку каждая модель уникальна. Однако высококачественные устройства обладают быстродействием, равным или превосходящим аналогичный параметр для жестких дисков прочих типов (правда, при работе в автономном компьютере и под управлением однозадачной операционной системы).