MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E CIÊNCIA

INSTITUIÇÃO DE EDUCAÇÃO DO ESTADO

EDUCAÇÃO SUPERIOR PROFISSIONAL

"UNIVERSIDADE TÉCNICA DO ESTADO DE VORONEZH"

Faculdade de Automação e Eletromecânica

Departamento de Sistemas Automatizados e Computacionais

Especialidade "Computadores, complexos, sistemas e redes"

Tópico abstrato: “Interfaces IDE internas e suas variedades”

Concluído

Arte. gr. VM-083 Boldyrev E.V.

Verificado por Plotnikov O.A.

Voronej 2010

1. Lugar do objeto em computadores e sistemas computacionais. Area de aplicação

A versão original do padrão foi desenvolvida em 1986 pela Western Digital e, por questões de marketing, foi chamada de IDE (Integrated Drive Electronics). Ele enfatizou uma inovação importante: o controlador do drive está localizado no próprio drive, e não na forma de uma placa de expansão separada, como no padrão ST-506 anterior e nas interfaces SCSI e ST-412 então existentes. Isso possibilitou melhorar as características dos drives (devido à menor distância até o controlador), simplificar seu gerenciamento (já que o controlador de canal IDE foi abstraído dos detalhes de operação do drive) e reduzir o custo de produção (o controlador do drive poderia ser projetado apenas para “seu” drive, e não para todos os drives possíveis; Deve-se notar que o controlador de canal IDE é mais corretamente chamado de adaptador host, uma vez que passou do controle direto da unidade para a troca de dados com ela por meio de um protocolo.

IDE (Integrated Device Electronics) - interface de dispositivos com controlador integrado. Ao criar esta interface, os desenvolvedores se concentraram em conectar uma unidade de disco. A interface EIDE possui um canal primário e um secundário, cada um dos quais pode conectar dois dispositivos, podendo haver um total de quatro. Pode ser um disco rígido, um CD-ROM ou um switch de unidade.

É essencialmente a conexão entre a placa-mãe e os componentes eletrônicos ou controlador embutido na unidade. Esta interface está em constante evolução - várias modificações foram criadas até o momento. A interface IDE, amplamente utilizada em dispositivos de armazenamento de computadores modernos, foi projetada como uma interface de disco rígido. No entanto, agora é usado para suportar não apenas discos rígidos, mas também muitos outros dispositivos, como unidades de fita, CD/DVD-ROMs, unidades Zip e outros.

Esses dispositivos devem ser documentados como:

¾ IDE aprimorado (EIDE)

¾ Fast ATA, Fast ATA-2 é um termo geral que pode ser aplicado a quase qualquer disco rígido com um controlador integrado; os nomes ATA e Serial ATA referem-se a tipos específicos de interfaces IDE. Como ATA é a forma mais comum de IDE, esses termos são frequentemente usados ​​de forma intercambiável, o que é tecnicamente incorreto. O que os usuários costumam chamar de IDE é mais corretamente chamado de interface ATA.

Fisicamente, a interface IDE é implementada por meio de um cabo plano de 40 núcleos, que pode possuir conectores para conexão de um ou dois dispositivos. O comprimento total do cabo não deve ultrapassar 45 cm, devendo haver uma distância de pelo menos 15 centímetros entre os conectores.

Existem três tipos principais de interface IDE, projetadas para interagir com três barramentos padrão:

¾ Anexo Serial AT (SATA);

¾ IDE AT Attachment (ATA) paralelo (barramento ISA de 16 bits);

¾ XT IDE (barramento ISA de 8 bits);

¾ MCA IDE (barramento MCA de 16 bits).

Atualmente, de todos os tipos listados, apenas as versões ATA são utilizadas. Já surgiram versões mais rápidas e poderosas das interfaces ATA e Serial ATA; em particular, as variantes melhoradas do ATA foram chamadas de ATA-2 em diante. Às vezes, essas versões também são chamadas de EIDE (IDE aprimorado), Fast-ATA, Ultra-ATA ou Ultra-DMA. Apesar de todos os recursos da versão mais recente do ATA-6, em geral a interface Serial ATA demonstra maior desempenho e funcionalidade.

A maioria dos novos computadores possui um conector ATA instalado diretamente na placa do sistema. Se não estiver lá, você pode usar uma placa adaptadora adicional para conectar uma unidade ATA IDE ao seu computador. Normalmente, essa placa riser contém apenas dois conectores (um conector de barramento impresso de 98 pinos e um conector IDE de 40 pinos) e um conjunto de fios. Essas placas não são controladoras, pois estas já estão integradas aos discos rígidos. É verdade que alguns deles possuem dispositivos adicionais instalados, como ROM BIOS especializado ou memória cache.

Para desenvolver os recursos da interface IDE, a Western Digital propôs sua especificação Enhanced IDE expandida (sinônimos: E-IDE, Fast ATA, ATA-2 e Fast ATA-2), que então adquiriu o status do padrão ANSI americano chamado ATA-2. Ele contém uma série de inovações: suporte para unidades IDE com capacidade superior a 504 MB, suporte para vários controladores IDE no sistema e conexão de até quatro dispositivos a um controlador, bem como suporte para dispositivos periféricos que não sejam discos rígidos ( Unidades de CD-ROM, CD-R e DVD) -ROM, unidades LS-120 e ZIP, magneto-óptica, streamers, etc.). Uma extensão da especificação IDE para suportar outros tipos de unidades com interface IDE também é chamada de ATAPI (ATA Packed Interface). O IDE aprimorado também introduz elementos de paralelização de operações de troca e monitoramento da integridade dos dados durante a transmissão.

Para conectar discos rígidos com interface PATA, geralmente é usado um cabo de 40 fios (também chamado de cabo). Cada cabo geralmente possui dois ou três conectores, um dos quais se conecta ao conector do controlador na placa-mãe (em computadores mais antigos, esse controlador estava localizado em uma placa de expansão separada) e um ou dois outros se conectam às unidades. Em determinado momento, o cabo P-ATA transmite 16 bits de dados. Às vezes, existem cabos IDE que permitem conectar três unidades a um canal IDE, mas neste caso uma das unidades opera em modo somente leitura.

Durante muito tempo, o cabo ATA continha 40 condutores, mas com a introdução do modo Ultra DMA/66 (UDMA4), surgiu sua versão de 80 fios. Todos os condutores adicionais são condutores de aterramento alternados com condutores de informação. Esta alternância de condutores reduz o acoplamento capacitivo entre eles, reduzindo assim a interferência mútua. O acoplamento capacitivo é um problema em altas taxas de transferência, portanto essa inovação foi necessária para suportar a taxa de transferência de 66 MB/s (megabyte por segundo) da especificação UDMA4. Os modos UDMA5 e UDMA6 mais rápidos também requerem cabo de 80 fios.

Embora o número de condutores tenha duplicado, o número de contatos permanece o mesmo, assim como a aparência dos conectores. A fiação interna é, obviamente, diferente. Os conectores para um cabo de 80 fios devem conectar um grande número de condutores de aterramento a um pequeno número de pinos de aterramento, enquanto um cabo de 40 fios conecta os condutores a cada um de seus próprios pinos. Os cabos de 80 fios geralmente possuem conectores de cores diferentes (azul, cinza e preto), ao contrário dos cabos de 40 fios, onde normalmente todos os conectores são da mesma cor (geralmente preto).

O padrão ATA sempre definiu um comprimento máximo de cabo de 46 cm. Essa limitação dificulta a conexão de dispositivos em gabinetes grandes ou a conexão de várias unidades a um único computador e elimina quase completamente a possibilidade de usar unidades PATA como unidades externas. Embora comprimentos de cabos maiores estejam amplamente disponíveis, lembre-se de que eles não são padrão. O mesmo pode ser dito dos cabos “redondos”, que também são amplamente utilizados. O padrão ATA descreve apenas cabos planos com características específicas de impedância e capacitância. É claro que isso não significa que outros cabos não funcionarão, mas em qualquer caso, o uso de cabos não padronizados deve ser tratado com cautela.

Se dois dispositivos estiverem conectados a um loop, um deles é geralmente chamado de mestre (mestre inglês) e o outro escravo (escravo inglês). Normalmente, o dispositivo mestre vem antes do dispositivo escravo na lista de unidades listadas pelo BIOS ou sistema operacional do computador. Em BIOS mais antigos (486 e anteriores), as unidades eram frequentemente designadas incorretamente por letras: “C” para mestre e “D” para escravo.

Se houver apenas um drive em um loop, ele deverá, na maioria dos casos, ser configurado como mestre. Algumas unidades (particularmente aquelas fabricadas pela Western Digital) possuem uma configuração especial chamada single (ou seja, “uma unidade por cabo”). No entanto, na maioria dos casos, a única unidade no cabo também pode funcionar como escravo (isso geralmente ocorre ao conectar um CD-ROM a um canal separado).

2. Finalidade, principais características e parâmetros do objeto

O padrão EIDE (Enhanced IDE), que seguiu o IDE, permitia a utilização de drives com capacidades superiores a 528 MB (504 MiB), até 8,4 GB. Embora essas abreviaturas tenham sido originadas como nomes comerciais e não como nomes oficiais do padrão, os termos IDE e EIDE são frequentemente usados ​​no lugar de ATA. Após a introdução do padrão Serial ATA em 2003, o ATA tradicional passou a ser chamado de ATA Paralelo, referindo-se ao método de transmissão de dados por meio de um cabo paralelo de 40 ou 80 núcleos.

No início, essa interface era utilizada com discos rígidos, mas depois o padrão foi ampliado para funcionar com outros dispositivos, principalmente utilizando mídias removíveis. Esses dispositivos incluem unidades de CD-ROM e DVD-ROM, unidades de fita e disquetes de alta capacidade, como ZIP e discos magneto-ópticos (LS-120/240). Além disso, a partir do arquivo de configuração do kernel do FreeBSD podemos concluir que até mesmo um FDD (disquete) foi conectado ao barramento ATAPI. Esse padrão estendido é chamado Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI) e, portanto, o nome completo do padrão é ATA/ATAPI.

Os padrões ATA eliminaram a incompatibilidade e vários problemas entre unidades IDE e barramentos ISA/PCI. As especificações ATA definem os sinais dos pinos do conector de 40 pinos, suas funções e temporização, padrões de cabeamento, etc. A seção a seguir descreve alguns dos elementos e funções definidos pela especificação ATA. Conector de E/S ATA Para conectar corretamente o conector de interface ATA de 40/44 pinos, ele geralmente é (mas nem sempre) fornecido com uma chave. Neste caso, a chave é o corte do pino 20 e não há furo correspondente na peça correspondente. Todos os fabricantes são fortemente aconselhados a usar conectores e cabos chaveados, pois se o cabo IDE não estiver conectado corretamente, tanto o controlador quanto o adaptador de barramento podem ser danificados (e isso é verdade, embora em meus muitos erros ainda não houvesse fumaça saindo de as fichas).

Além da parte principal de 40 pinos, que é praticamente idêntica a um conector ATA padrão (exceto pelo espaçamento reduzido entre os pinos), há também pinos adicionais de alimentação e jumper. Normalmente, um cabo de 44 pinos é usado para conectar ao conector, transmitindo tensão de alimentação e sinais ATA padrão. O status do disco rígido é determinado pela posição do jumper ou interruptor nele: primário (Master), secundário (Slave) ou cabo selecionado (Select Cable).

O padrão ATA fornece uma maneira de organizar a colaboração de dois discos rígidos conectados sequencialmente. O status do disco rígido (primário ou secundário) é determinado reorganizando o jumper ou chave nele (designado Master para o primário e Slave para o secundário), ou aplicando o sinal de controle CSEL (Cable SELect) através de um dos linhas de interface. Quando apenas um disco rígido está instalado no sistema, seu controlador responde a todos os comandos vindos do computador. Se houver dois discos rígidos (e, portanto, dois controladores), os comandos serão enviados para ambos os controladores simultaneamente. Eles devem ser configurados para que cada disco rígido responda apenas aos comandos endereçados a ele. É precisamente para isso que servem o jumper (interruptor) Mestre/Escravo e o sinal de controle CSEL.

A maioria das unidades IDE pode ser configurada da seguinte forma:

¾ primário (uma unidade);

¾ primário (duas unidades);

¾ secundário (dois drives);

¾ seleção de cabo.

Cada um dos controladores dos dois discos rígidos deve ser informado sobre seu status – primário ou secundário. A maioria das novas unidades usa apenas uma chave (primária/secundária) e algumas também usam uma chave de presença escrava. Características da interface IDE.

Tabela 1 - Características das interfaces IDE/ATA

Especificação
Sinônimos		EIDE, ATA rápido, IDE rápido, Ultra ATA		ATA-4, UltraATA/33	ATA-5, UltraATA/66	ATA-6, Ultra ATA/100	ATA-7, Ultra ATA/133
Largura de banda, MBy/s
Número de conexões				2 por cabo	2 por cabo	2 por cabo	1 por cabo
Características do cabo	40 contatos	40 contatos	40 contatos	40 contatos	40 contatos, 80 fios	40 contatos, 80 fios	7 contatos
Novas propriedades		Endereçamento de bloco lógico (LBA) de 28 bits		Interface ATAPI, suporte para CD-ROM, streamers, etc.	Cabo de 80 núcleos	LBA de 48 bits	SATA 1.0, suporte para longos blocos lógicos/físicos
Tamanho máximo do disco	137 GB (128 GiBi)					144 PB (128 PiBi)
Sem controle CRC

Inicialmente, o método comumente usado para transmissão de dados pela interface IDE/ATA era um protocolo chamado E/S Programada ou PIO. Existem cinco modos PIO, diferindo nas taxas máximas de transferência de burst. O nome comum em inglês é modos PIO. Naturalmente, estamos falando da taxa de transferência externa de dados e determina a velocidade da interface, não do disco. Antes do advento do modo DMA-33, a taxa máxima de transferência de dados para os modos PIO e DMA era a mesma. A principal desvantagem dos modos PIO é que a transferência de dados é controlada pelo processador, o que aumenta significativamente sua carga. Mas esses modos não requerem drivers especiais e são ideais para sistemas operacionais de tarefa única.

Tabela 2 – taxa de transmissão da interface

A taxa máxima de transferência de dados possível para a interface IDE (também conhecida como ATA)
palavra única DMA 0
DMA de palavra única 1, DMA de múltiplas palavras 0
A taxa máxima de transferência de dados possível para a interface EIDE (também conhecida como ATA-2)
DMA multipalavras 1
A taxa máxima de transferência de dados possível para a interface Ultra-ATA (também conhecida como ATA-3) (também conhecida como Ultra DMA/33)
DMA multipalavras 2
A taxa máxima de transferência de dados possível para a interface Ultra-ATA/66 (também conhecida como ATA-4) (também conhecida como UltraDMA/66)
DMA multipalavras 2

Na realidade, a velocidade máxima de transferência de dados para qualquer disco não excede 10 MB/s, uma vez que as características mecânicas do disco não podem ser ignoradas. Velocidades mais altas referem-se ao trabalho com o cache interno do disco rígido.

3. Diagramas de tempo

Os diagramas de temporização da interface são assim:

Figura 1 - Diagramas de temporização, (a - ATA 2 e ATA 3; b - Ultra ATA; c - Ultra ATA/66.)

A especificação de interface IDE aprimorada adiciona suporte para PIO Mode 3 e 4, bem como DMA Single Word Mode 2 e Multi Word DMA Mode 1 e 2. A taxa máxima de transferência de dados no barramento no PIO Mode 3 é de 4,1 MB/s, e Modo PIO 4 e Modo DMA de palavra única 2 - 16,7 MB/s. O Multi Word DMA Mode 2 permite obter uma velocidade máxima de transferência de mais de 20 MB/s.

O próximo passo no desenvolvimento da interface IDE/ATA foi o padrão Ultra ATA (também conhecido como Ultra DMA, ATA-33, DMA-33, ATA-3). Ultra ATA é o padrão de fato para usar o modo DMA rápido - modo 3, fornecendo uma taxa de transferência de dados de 33,3 MB/s. Para garantir uma transmissão confiável de dados no mesmo cabo, são utilizados circuitos especiais de controle e correção de erros, mantendo a compatibilidade retroativa com os padrões anteriores - ATA e ATA-2.

Figura 2 - Diagramas de temporização dos ciclos de troca no barramento IDE

A principal desvantagem da interface EIDE é a falta de “inteligência”. Se um disco rígido e uma unidade de CD-ROM estiverem conectados no mesmo canal, se o CD-ROM for acessado, o processador aguardará até que a operação do CD-ROM seja concluída antes de poder acessar o disco rígido. Portanto, é óbvio que você não pode conectar um dispositivo rápido e um lento ao mesmo canal EIDE ao mesmo tempo. O CD-ROM deve estar sempre conectado apenas ao segundo canal. Os canais EIDE nos controladores EIDE modernos geralmente são bastante independentes uns dos outros.

Para melhorar o desempenho do EIDE, os modos PIO (Programming Input Output), DMA de palavra única (Acesso direto à memória) e DMA de múltiplas palavras (acesso direto à memória) foram desenvolvidos e padronizados. (adaptadores passivos são suficientes). 8 bits (conector de 50 pinos) ou 16 bits (conector de 68 pinos para Wide SCSI). A frequência do barramento pode ser 5 MHz (SCSI 1), 10 MHz (Fast SCSI), 20 MHz (Fast-20 ou Ultra SCSI) ou 40 MHz (Ultra-2 SCSI). Agora, o padrão Ultra2 SCSI LVD, que é uma variação do Ultra2 SCSI, começou a ser implementado ativamente. O nome completo do padrão é Interface SCSI Paralela Diferencial de Baixa Tensão Ultra2 SCSI (LVD), ou seja, interface SCSI paralela diferencial de baixa tensão. Esta variante SCSI difere significativamente de todos os seus antecessores de duas maneiras:

¾ Velocidade de transferência aumentada para 80 MB/s

¾ O comprimento máximo do cabo de conexão pode chegar a 12 metros

Além disso, até 15 dispositivos podem ser conectados a um loop. A compatibilidade com versões anteriores, como é habitual para dispositivos SCSI, também é mantida e um dispositivo com Ultra2 SCSI LVD pode ser conectado a um controlador SCSI normal. Somente discos rígidos com conector de 68 pinos (Wide) e SCA estão disponíveis com esta interface.

Mas a velocidade de 80 MB/s, ao que parece, não é o limite hoje. Os fabricantes de controladores e discos rígidos já estão começando a implementar a próxima versão do SCSI, oficialmente chamada de SPI-3 (SCSI Parallel Interface - 3), não oficialmente Ultra160/m SCSI. É baseado em Ultra2 SCSI LVD e apresenta taxas duplas de transferência de dados. Como isso é conseguido pode ser visto no diagrama esquemático de temporização.

Figura 3 - Diagrama de temporização da taxa de transferência de dados

4. Diagrama do dispositivo da unidade de disco rígido

O disco rígido consiste em uma zona hermética e uma unidade eletrônica.

A zona hermética inclui um corpo feito de liga durável, discos (placas) com revestimento magnético, um bloco de cabeça com dispositivo de posicionamento e um acionamento elétrico do fuso.

O bloco principal é um pacote de alavancas feitas de aço para molas (um par para cada disco). Em uma extremidade eles são fixados a um eixo próximo à borda do disco. As cabeças são fixadas nas outras extremidades (acima dos discos).

Os discos (placas), via de regra, são feitos de liga metálica. Embora tenha havido tentativas de fabricá-las em plástico e até mesmo em vidro, essas placas revelaram-se frágeis e de curta duração. Ambos os planos das placas, como uma fita magnética, são cobertos com a mais fina poeira ferromagnética - óxidos de ferro, manganês e outros metais. A composição exata e a tecnologia de aplicação são mantidas em segredo. A maioria dos dispositivos econômicos contém 1 ou 2 placas, mas existem modelos com mais placas.

Os discos são rigidamente fixados ao fuso. Durante a operação, o fuso gira a uma velocidade de vários milhares de rotações por minuto (3600, 4200, 5000, 5400, 5900, 7200, 9600, 10.000, 12.000, 15.000). Nessa velocidade, um poderoso fluxo de ar é criado próximo à superfície da placa, que levanta as cabeças e as faz flutuar acima da superfície da placa. O formato das cabeças é calculado de forma a garantir a distância ideal da placa durante a operação. Até que os discos acelerem até a velocidade necessária para que os cabeçotes “decolem”, o dispositivo de estacionamento mantém os cabeçotes na zona de estacionamento. Isso evita danos às cabeças e à superfície de trabalho das placas. O motor do fuso do disco rígido é trifásico, o que garante a estabilidade de rotação dos discos magnéticos montados no eixo (fuso) do motor. O estator do motor contém três enrolamentos conectados em estrela com uma derivação no meio, e o rotor é um ímã seccional permanente. Para garantir baixo desvio em altas velocidades, o motor utiliza rolamentos hidrodinâmicos.

O dispositivo de posicionamento da cabeça consiste em um par fixo de fortes ímãs permanentes de neodímio, bem como uma bobina em um bloco de cabeça móvel. Ao contrário da crença popular, a grande maioria dos dispositivos não possui vácuo dentro da área de contenção. Alguns fabricantes o vedam (daí o nome) e o enchem com ar purificado e seco ou gases neutros, principalmente nitrogênio; e para equalizar a pressão, uma fina membrana de metal ou plástico é instalada. (Neste caso, há um pequeno bolso dentro do gabinete do disco rígido para um pacote de sílica gel, que absorve o vapor de água que permanece dentro do gabinete após ser selado). Outros fabricantes equalizam a pressão através de um pequeno orifício com um filtro capaz de reter partículas muito pequenas (alguns micrômetros). Porém, neste caso, a umidade também é equalizada e gases nocivos também podem penetrar. A equalização de pressão é necessária para evitar a deformação do corpo da zona de contenção durante mudanças na pressão atmosférica (por exemplo, em um avião) e na temperatura, bem como quando o dispositivo aquece durante a operação.

Partículas de poeira que ficam na zona hermética durante a montagem e caem na superfície do disco são transportadas durante a rotação para outro filtro - um coletor de pó.

Nos primeiros discos rígidos, a lógica de controle era colocada no controlador MFM ou RLL do computador, e a placa eletrônica continha apenas módulos para processamento analógico e controle do motor do fuso, posicionador e interruptor principal. O aumento nas taxas de transferência de dados forçou os desenvolvedores a reduzir o comprimento do caminho analógico ao limite, e nos discos rígidos modernos a unidade eletrônica geralmente contém: uma unidade de controle, memória somente leitura (ROM), memória buffer, uma unidade de interface e uma unidade de processamento de sinal digital.

A unidade de interface faz a interface dos componentes eletrônicos do disco rígido com o restante do sistema.

A unidade de controle é um sistema de controle que recebe sinais elétricos de posicionamento do cabeçote e gera ações de controle com um acionamento de bobina de voz, alternando fluxos de informações de vários cabeçotes, controlando a operação de todos os outros componentes (por exemplo, controlando a velocidade do fuso), recebendo e processando sinais de sensores de dispositivo (o sistema de sensor pode incluir um acelerômetro uniaxial usado como sensor de choque, um acelerômetro triaxial usado como sensor de queda livre, um sensor de pressão, um sensor de aceleração angular, um sensor de temperatura).

O bloco ROM armazena programas de controle para unidades de controle e processamento de sinais digitais, bem como informações de serviço do disco rígido.

A memória buffer suaviza a diferença de velocidade entre a parte da interface e a unidade (é usada memória estática de alta velocidade). Aumentar o tamanho da memória buffer em alguns casos permite aumentar a velocidade da unidade.

A unidade de processamento de sinal digital limpa o sinal analógico lido e o decodifica (extrai informações digitais). Vários métodos são utilizados para processamento digital, por exemplo, o método PRML (Máxima Verossimilhança de Resposta Parcial - máxima verossimilhança com resposta incompleta). O sinal recebido é comparado com as amostras. Neste caso, é selecionada uma amostra que seja mais semelhante em forma e características de tempo ao sinal que está sendo decodificado.

disco rígido inicializável

5. Registro mestre de inicialização (MBR)

No final da inicialização, o ROM BIOS lê e executa o primeiro setor físico do disquete ou disco rígido. O primeiro setor do disco rígido é chamado de registro mestre de inicialização (às vezes são usados ​​os termos “tabela de partição” e “bloco mestre de inicialização”). No início deste setor do disco rígido existe um pequeno programa. As informações de partição (tabela de partição) estão localizadas no final do setor. O programa usa informações de partição para determinar a partição de inicialização (geralmente a partição DOS primária) e tenta inicializar o sistema operacional a partir dela.

Este programa é gravado no disco usando o comando fdisk /mbr e é chamado de registro mestre de inicialização. Normalmente, o Fdisk só irá gravá-lo no disco se não houver nenhum registro mestre de inicialização.

O registro mestre de inicialização (MBR) é o código e os dados necessários para inicializar o sistema operacional (SO), localizado no primeiro setor do disco rígido para iniciar o procedimento de inicialização do Windows. Ele contém a tabela de partição do disco e um pequeno programa chamado registro mestre de inicialização, que é responsável por colocar o setor ativo ou de inicialização na tabela de partição. Uma vez colocado na tabela, o setor de boot começa a iniciar o Windows. Se o registro mestre de inicialização estiver danificado, o setor ativo não poderá iniciar o sistema.

O objetivo do MBR ainda não é inicializar o sistema operacional, mas apenas selecionar “de qual partição do disco rígido o sistema operacional deve ser carregado”. No estágio MBR, a partição do disco é selecionada e nada mais. O próprio sistema operacional é carregado posteriormente.

Durante o processo de inicialização do computador após o término do teste inicial (Power On Self Test, POST), o MBR é carregado pelo sistema básico de entrada/saída (BIOS) na RAM (em computadores com arquitetura IBM PC, geralmente do endereço 0000:7c00 ) e o controle é transferido para o código de inicialização localizado no MBR (geralmente com o comando de salto em distância).

6. Tecnologias de gravação de dados

O princípio de funcionamento dos discos rígidos é semelhante ao funcionamento dos gravadores. A superfície de trabalho do disco se move em relação ao cabeçote de leitura (por exemplo, na forma de um indutor com uma lacuna no circuito magnético). Quando uma corrente elétrica alternada é fornecida (durante a gravação) à bobina da cabeça, o campo magnético alternado resultante da folga da cabeça afeta o ferromagneto da superfície do disco e muda a direção do vetor de magnetização do domínio dependendo da intensidade do sinal. Durante a leitura, o movimento dos domínios no vão da cabeça leva a uma mudança no fluxo magnético no circuito magnético da cabeça, o que leva ao aparecimento de um sinal elétrico alternado na bobina devido ao efeito da indução eletromagnética.

Recentemente, o efeito magnetorresistivo tem sido utilizado para leitura e cabeças magnetorresistivas são utilizadas em discos. Neles, uma mudança no campo magnético leva a uma mudança na resistência, dependendo da mudança na intensidade do campo magnético. Tais cabeçotes permitem aumentar a probabilidade de leitura confiável de informações (especialmente em altas densidades de registro de informações).

Método de gravação longitudinal

Bits de informação são registrados por meio de uma pequena cabeça que, passando pela superfície de um disco giratório, magnetiza bilhões de áreas horizontais discretas - domínios. Neste caso, o vetor de magnetização do domínio está localizado longitudinalmente, ou seja, paralelo à superfície do disco. Cada uma dessas regiões é um zero ou um lógico, dependendo da magnetização.

A densidade de gravação máxima alcançável usando este método é de cerca de 23 Gbit/cm². Atualmente, este método está sendo gradativamente substituído pelo método de registro perpendicular.

Método de gravação perpendicular

O método de gravação perpendicular é uma tecnologia na qual bits de informação são armazenados em domínios verticais. Isso permite o uso de campos magnéticos mais fortes e reduz a área de material necessária para escrever 1 bit. A densidade de gravação de amostras modernas é de 60 Gbit/cm².

Os discos rígidos de gravação perpendicular estão disponíveis no mercado desde 2005.

Método de gravação termomagnética

O método de gravação magnética assistida por calor (HAMR) é atualmente o mais promissor dos existentes e está sendo desenvolvido ativamente. Este método utiliza aquecimento pontual do disco, o que permite que a cabeça magnetize áreas muito pequenas de sua superfície. Depois que o disco é resfriado, a magnetização é “fixa”. Discos rígidos deste tipo ainda não foram apresentados no mercado (em 2009 existem apenas amostras experimentais com densidade de gravação de 150 Gbit/cm²); O desenvolvimento das tecnologias HAMR já ocorre há algum tempo, mas os especialistas ainda divergem nas estimativas da densidade máxima de gravação. Assim, a Hitachi nomeia o limite como 2,3-3,1 Tbit/cm², e representantes da Seagate Technology sugerem que serão capazes de aumentar a densidade de gravação da mídia HAMR para 7,75 Tbit/cm². A utilização generalizada desta tecnologia deverá ser esperada em 2011-2012.

7. Geometria do disco magnético

Para endereçar o espaço, as superfícies dos pratos do disco são divididas em trilhas – áreas anulares concêntricas. Cada faixa é dividida em seções iguais - setores. O endereçamento CHS assume que todas as trilhas em uma determinada área do disco possuem o mesmo número de setores.

Um cilindro é um conjunto de trilhas igualmente espaçadas do centro em todas as superfícies de trabalho dos pratos do disco rígido. O número do cabeçote especifica a superfície de trabalho usada (ou seja, uma trilha específica do cilindro) e o número do setor especifica um setor específico na trilha.

Para usar o endereçamento CHS, você precisa conhecer a geometria do disco que está sendo usado: o número total de cilindros, cabeçotes e setores nele. Inicialmente, esta informação teve que ser inserida manualmente; O padrão ATA-1 introduziu a função de geometria automática (comando Identifique Drive).

Recursos de geometria de discos rígidos com controladores integrados

Zoneamento

Nos discos rígidos modernos, as trilhas são agrupadas em várias zonas (Zoned Recording). Todas as trilhas de uma zona possuem o mesmo número de setores. Porém, existem mais setores nas pistas das zonas externas do que nas pistas das internas. Isto permite, utilizando uma maior extensão de faixas externas, obter uma densidade de gravação mais uniforme, aumentando a capacidade do prato com a mesma tecnologia de produção.

Setores de reserva

Para aumentar a vida útil do disco, setores sobressalentes adicionais podem estar presentes em cada trilha. Se ocorrer um erro incorrigível em algum setor, esse setor poderá ser substituído por um de backup (remapeamento). Os dados armazenados nele podem ser perdidos ou restaurados usando ECC, e a capacidade do disco permanecerá a mesma. Existem duas tabelas de reatribuição: uma é preenchida na fábrica e a outra durante a operação. Os limites das zonas, o número de setores por trilha para cada zona e as tabelas de remapeamento de setores são armazenados na memória eletrônica.

Geometria lógica

À medida que a capacidade dos discos rígidos fabricados crescia, sua geometria física não se enquadrava mais nas limitações impostas pelas interfaces de software e hardware (consulte: Barreiras de tamanho do disco rígido). Além disso, faixas com diferentes números de setores não são compatíveis com o método de endereçamento CHS. Como resultado, os controladores de disco começaram a relatar uma geometria lógica não real, mas fictícia, que se enquadra nas limitações das interfaces, mas não corresponde à realidade. Assim, os números máximos de setor e cabeçote para a maioria dos modelos são 63 e 255 (os valores máximos possíveis nas funções de interrupção BIOS INT 13h), e o número de cilindros é selecionado de acordo com a capacidade do disco. A geometria física do disco em si não pode ser obtida em operação normal e é desconhecida por outras partes do sistema.

Figura 4 - Diagrama de cilindros, trilhas e setores de um disco rígido.

8. Endereçamento de dados

A área mínima de dados endereçáveis ​​em um disco rígido é um setor. O tamanho do setor é tradicionalmente de 512 bytes. Em 2006, o IDEMA anunciou uma transição para um tamanho de setor de 4.096 bytes, que está planejado para ser concluído até 2010. A Western Digitals já anunciou o uso de uma nova tecnologia de formatação chamada Advanced Format e lançou uma unidade (WD10EARS-00Y5B1) usando a nova tecnologia.

A versão final do Windows Vista, lançada em 2007, tinha suporte limitado para discos com esse tamanho de setor.

Existem 2 maneiras principais de endereçar setores em um disco: setor da cabeça do cilindro (CHS) e endereçamento de bloco linear (LBA).

Com este método, o setor é endereçado pela sua posição física no disco com 3 coordenadas - número do cilindro, número da cabeça e número do setor. Nos discos modernos[quando?] com controladores integrados, essas coordenadas não correspondem mais à posição física do setor no disco e são “coordenadas lógicas” (veja acima).

Com este método, o endereço dos blocos de dados na mídia é especificado usando um endereço linear lógico. O endereçamento LBA começou a ser implementado e utilizado em 1994 em conjunto com o padrão EIDE (Extended IDE). Os padrões ATA exigem uma correspondência individual entre os modos CHS e LBA:

LBA = [(Cilindro * número de cabeçotes + cabeçotes) * setores/trilha] + (Setor-1)

O método LBA corresponde ao Mapeamento de Setor para SCSI. O BIOS do controlador SCSI executa essas tarefas automaticamente, ou seja, o método de endereçamento lógico era originalmente característico da interface SCSI.

9. Design moderno e tecnologias de produção

Neste momento, a produção e desenvolvimento da interface IDE chegou ao fim ou está desaparecendo, devido à sua substituição por tipos de interfaces mais modernos. Por exemplo, SATA (Serial ATA) é uma interface serial para troca de dados com dispositivos de armazenamento. SATA é um desenvolvimento da interface paralela ATA (IDE), que após a introdução do SATA foi renomeada como PATA (Parallel ATA).

Essa interface é mais popular para discos rígidos e unidades ópticas modernas para uso doméstico. Fornece alta velocidade de transferência de dados. Esta interface também é usada ao conectar discos rígidos internos a reprodutores multimídia.

SATA usa um conector de 7 pinos em vez do conector de 40 pinos do PATA. O cabo SATA possui uma área menor, devido à qual a resistência ao sopro de ar pelos componentes do computador é reduzida e a fiação dentro da unidade do sistema é simplificada.

Devido ao seu formato, o cabo SATA é mais resistente a múltiplas conexões. O cabo de alimentação SATA também foi projetado para acomodar múltiplas conexões. O conector de alimentação SATA fornece 3 tensões de alimentação: +12 V, +5 V e +3,3 V; entretanto, dispositivos modernos podem operar sem +3,3 V, o que possibilita o uso de um adaptador passivo de um conector de alimentação IDE padrão para SATA. Vários dispositivos SATA vêm com dois conectores de alimentação: SATA e Molex.

O padrão SATA abandonou a tradicional conexão PATA de dois dispositivos por cabo; a cada dispositivo é atribuído um cabo separado, o que elimina o problema da impossibilidade de operação simultânea de dispositivos localizados no mesmo cabo (e os atrasos que daí decorrem), reduz possíveis problemas durante a montagem (não há problema de conflito entre Escravo/ Dispositivos Master para SATA), elimina a possibilidade de erros ao usar loops PATA não terminados.

O padrão SATA suporta a função de enfileiramento de comandos (NCQ, começando com SATA Revisão 2.x).

O padrão SATA não fornece troca a quente do dispositivo ativo (usado pelo sistema operacional) (até SATA Revisão 3.x), unidades conectadas adicionalmente podem ser desconectadas gradualmente - alimentação, cabo e conectadas na ordem inversa - cabo, energia. Após desconectar/conectar o disco, você precisa atualizar a configuração no Gerenciador de Dispositivos.

Revisão SATA 3.x (até 6 Gbps)

A especificação SATA Revisão 3.0 oferece a capacidade de transferir dados em velocidades de até 6 Gbit/s (quase até 4,8 Gbit/s - 600 MB/s). Dentre as melhorias do SATA Revisão 3.0 em relação à versão anterior da especificação, além da maior velocidade, pode-se destacar o aprimoramento do gerenciamento de energia. A compatibilidade também será mantida, tanto ao nível dos conectores e cabos SATA, como ao nível dos protocolos de troca. A propósito, o consórcio SATA-IO alerta contra o uso de termos locais como SATA III, SATA 3.0 ou SATA Gen 3 para se referir às gerações SATA. O nome completo e correto da especificação é SATA Revision 3.0; nome da interface - SATA 6Gb/s

10. Visão geral do mercado

Discos rígidos com interface IDE

Discos rígidos Seagate. A Seagate foi a primeira a utilizar rolamentos líquidos em seus novos modelos, graças aos quais aumentou a velocidade do fuso para 7.200 rpm. Mas, infelizmente, os modelos mais recentes produzidos pela Seagate não são confiáveis, embora sejam considerados um dos mais rápidos e bastante silenciosos.

¾ proteção contra eletricidade estática (consiste em uma placa que protege a placa do disco rígido);

¾ um sistema para rastrear alterações e corrigir pequenos erros e falhas.

Os discos rígidos Barracuda ATA II (outra série líder) tornaram-se os melhores. A velocidade do fuso é de 7.200 rpm e a densidade de gravação é de 250 GB por prato. Os fabricantes dão a esta série não apenas desempenho garantido, mas também confiabilidade.

A Seagate lançou oficialmente uma nova série de discos rígidos de classe empresarial, chamada Cheetah. Os discos rígidos estão disponíveis nas seguintes capacidades: 300 GB, 450 GB, 600 GB.

A velocidade do eixo dos discos rígidos Seagate Cheetah é de 15.000 rpm. Eles têm um cache DRAM de 16 MB e duas interfaces para escolher - Fibre Channel de 4 Gbps ou SAS 2.0 de 6 Gbps.

O tempo de operação garantido (MTBF) dos discos rígidos Seagate Cheetah é de 1,6 milhão de horas.

Discos rígidos Western Digital

A Western Digital teve seus altos e baixos, o que também afetou seus produtos. Mas no final, os discos rígidos IDE operando na faixa de frequência de 83 a 133 MHz ocuparam seu devido lugar no mercado.

Por exemplo, tomemos os discos rígidos da série Western Digital Caviar, que foram os melhores em sua época. Do lado técnico, tudo é bastante simples aqui - a velocidade do fuso é de 5400 rpm, os cabeçotes são de borracha magnética e a interface ATA-66. Mas o recurso especial é o sistema Data Lifeguard. Este é um sistema para proteger informações contra falhas. Os discos rígidos desta série podem ser uma excelente solução para computadores básicos e médios.

A Western Digital vai lançar um novo disco rígido com capacidade de 1 Terabyte e densidade de gravação de 334 GB em um único prato. Mas há quase um ano, a empresa sul-coreana Samsung alcançou o mesmo resultado.

Quando os fabricantes de unidades de disco rígido (HDD) tentam alcançar densidades de gravação cada vez mais altas, todos ao seu redor se beneficiam disso: quanto maior a densidade de gravação por prato, menos discos rígidos são necessários para atingir o mesmo volume. E isso, por sua vez, significa que o HDD consome menos energia e menos elementos móveis são acionados para realizar operações no disco. A Digital está atualizando lentamente sua linha de HDD Caviar GP, adicionando uma cópia com densidade de gravação de 334 GB e capacidade de 1TV. Mas esses HDDs ainda serão equipados com memória cache de 16 MB.

Mas a Western Digital não é a única empresa que trabalha para colocar 334 GB em um único prato. Esta semana, a Samsung anunciou um novo 1TV HDD EcoGreen, voltado para aplicações de áudio e vídeo, e utiliza pratos com capacidade de 334GB. A Samsung afirma que seu disco EcoGreen F1 oferece 15% menos consumo de energia do que outros discos rígidos com eficiência energética e 50% menos consumo de energia do que os discos rígidos tradicionais de 1 TB 7200 rpm. Samsung EcoGreen F1 gira a 5400 rpm e usa uma interface SATA2 de 3 Gb/s. Seu preço é de US$ 199.

Em janeiro de 2008, a Western Digital lançou o HDD de prato único de 320 GB, que tinha a maior densidade dos outros HDDs da empresa. Mas a Samsung lançou seu HDD de 1TV com densidade de 334 GB por prato em junho de 2007.

Bibliografia

1. -Interface ATA

. -Interface IDE

A.K. Recuperação de dados. Pedro, 2006, 352 p. (83 pp.)

Cristóvão Negus. Linux. Bíblia do usuário, 5ª edição. Dialética, 2006, 700 p. (259 pp.)

. - seções para desenvolvedores, para assinantes.

. - Registro mestre de inicialização (MBR)

Smirnov Yu. K. - Segredos da operação de discos rígidos de PC, BHV - São Petersburgo, 2006,

. -Interface IDE

PATA— Parallel Advanced Technology Attachment - interface paralela para conectar unidades, na verdade outro nome para IDE

ATA— Advanced Technology Attachment - interface para conectar unidades
ATAPI— Advanced Technology Attachment Packet Interface — opção de interface para conectar dispositivos removíveis (CD/DVD ROM)

Ambiente de desenvolvimento integrado- Eletrônica de dispositivos integrados - literalmente dispositivos eletrônicos integrados - ou seja, o controlador está embutido na própria unidade (veja DMA abaixo)
DMA— Acesso direto à memória - acesso direto à memória

SCSI — Small Computer System Interface é uma variante do PATA para servidores.

Agora mais detalhes.

Uma etapa importante no desenvolvimento do ATA foi a transição de PIO (Entrada/Saída Programada) para DMA (Acesso Direto à Memória). Ao usar o PIO, a leitura dos dados do disco era controlada pelo processador central do computador, o que levava ao aumento da carga do processador e à operação mais lenta em geral. Por causa disso, os computadores que usavam a interface ATA normalmente executavam operações relacionadas ao disco mais lentamente do que os computadores que usavam SCSI e outras interfaces. A introdução do DMA reduziu significativamente o tempo de CPU gasto em operações de disco.

No início, o padrão funcionava apenas com discos rígidos, mas posteriormente foi modificado para funcionar com outros dispositivos. Esses dispositivos incluem unidades de CD e DVD-ROM, discos magneto-ópticos e unidades de fita. Este novo padrão (expandido) ficou conhecido como "Advanced Technology Attachment Packet Interface" ( ATAPI) e, portanto, seu nome completo se parece com - “ ATA/ATAPI».

Toda a cronologia de desenvolvimento e conquistas ao longo do caminho para a formação da interface ATA pode ser apresentada na forma da tabela de resumo a seguir.

As taxas de troca de dados através da interface aumentavam constantemente, o que, por sua vez, na fase de introdução da revisão “Ultra ATA Mode 4” (também conhecida como Ultra DMA/66 com velocidade de transferência de 66 megabytes por segundo), exigiu a introdução de um novo cabo de interface com o dobro do número de condutores (quarta coluna da tabela). Anteriormente, todos os cabos tinham exatamente 40 núcleos. Mas o fato é que, com o aumento nas taxas de transferência de dados, o papel da interferência mútua e da interferência de condutores individuais no cabo entre si aumentou drasticamente.

É por isso que o novo cabo foi introduzido. Além disso, todos os vinte pares adicionais de seus fios são condutores de aterramento (Terra), alternados com condutores de informação. Esta alternância reduz o acoplamento capacitivo entre os núcleos individuais e, assim, reduz a interferência mútua. Com o aumento das taxas de transferência de dados, surge outra limitação - no comprimento máximo permitido do cabo. O padrão ATA sempre definiu esse limite em 46 cm. Ainda existem 40 contatos (pinos) no dispositivo (excluindo a “chave”) – um para cada fio. Os modos subsequentes (mais rápidos) "UDMA5" e "UDMA6" também exigiam um cabo de 80 núcleos.

Instalando jumpers para unidades IDE e conectando cabos

Antes de conectar o cabo IDE, você deve configurar corretamente os jumpers nos dispositivos. Cada loop suporta dois dispositivos, um deve ser Master e o segundo deve ser Slave.
Por que isso é necessário? O padrão ATA é por natureza interface paralela. Isso significa que cada canal a qualquer momento pode processar apenas uma solicitação para um (de um) dispositivo. A próxima solicitação, mesmo para outro dispositivo, aguardará a conclusão da solicitação atual. Diferentes canais IDE podem funcionar de forma totalmente independente. Para que o controlador “entenda” a solicitação vinda de “quem” (DVD ou HDD) são necessários jumpers.

O jumper fica assim - é um jumper especial para dois pinos:

A maneira mais fácil para unidades ópticas é escolher entre 3 opções.

Às vezes, o fabricante não indica a pinagem - mas ela pode ser facilmente lembrada.
Os pinos mais próximos do bloco de conexão IDE são MA (Master), o jumper é instalado
Pinos intermediários - SL (escravo)
Os pinos extremos são CS (Cable Select).

Existem mais opções para discos rígidos.

Vemos escolhas familiares nas três primeiras opções e em duas opções adicionais:
Mestre com escravo não compatível com ATA - mestre com escravo incompatível (somente Mestre funcionará)
Limite a capacidade da unidade a 32 Gbytes - limite a capacidade do disco a 32 GB (para placas-mãe mais antigas).

Agora vamos dar uma olhada no próprio cabo IDE, ele se parece com isto (80 núcleos):


O conector azul (dos fabricantes certos) se conecta à placa-mãe, o conector preto oposto ao dispositivo Master e o conector cinza do meio ao dispositivo Slave. Se a cor das almofadas for diferente (de fabricantes errados), nos concentramos nas especificações. A extremidade da seção mais longa do cabo é conectada à placa-mãe e os dois conectores restantes (na seção mais curta) são conectados aos dispositivos. Além disso, “Mestre” é sempre encontrado no final do cabo, e “Slave” está mais próximo do meio.

Por que o mestre está sempre no final do cabo?

Se houver apenas um dispositivo, ele deverá ser o mestre e estar na extremidade do cabo. Ao conectar um dispositivo ao conector cinza, tal posicionamento resulta no aparecimento de um pedaço de cabo desnecessário na extremidade, o que é indesejável. Tanto por questões de comodidade quanto por questões físicas: esta peça leva à reflexão do sinal, principalmente em altas frequências (aparecem erros, o controlador começa a reduzir a velocidade de transmissão).

O que é “Ativar seleção de cabo”, que vimos ao instalar jumpers (abreviado como “ Seleção de cabo", Muito brevemente - " C.S.")? Este é um modo no qual (dependendo da localização no loop) “Master” e “Slave” são determinados automaticamente. Para implementá-lo, é necessário um cabo especial com amostragem de cabo (ruptura de 28 condutores).

Aqui está uma foto de um cabo de 40 fios.

Aqui está uma foto do cabo real com amostragem de cabo.

Assim, em um dos dispositivos o pino 28 está aterrado (modo Master) e no outro está livre (Slave). Este modo funciona corretamente somente se houver dois dispositivos no cabo e jumpers instalados no CS. Este modo não funciona em um cabo normal.

Há também uma opção de cabo exótico para o modo Cable Select. É simétrico, ou seja, Se você dobrar ao meio, haverá um conector exatamente no meio. É isso que se conecta à placa-mãe, e os dois “pads” externos restantes se conectam aos dispositivos IDE. Este regime não criou raízes.

Marcações adicionais para conexão correta do cabo IDE.

Em qualquer cabo ATA (padrão), o primeiro pino (fio) está sempre marcado (geralmente vermelho). Os fabricantes colocam dicas visuais na placa-mãe para ajudá-lo a navegar.

aqueles. O fio vermelho deve ser conectado ao pino 1. Outra dica é que o cabo de dados deve ser sempre instalado com o primeiro pino (etiquetado) voltado para o conector de alimentação do disco rígido.


Por que todas essas dificuldades e dicas? Como você pode conectar um cabo IDE (ATA) incorretamente se ele possui uma “chave” em seu conector? O fato é que durante a transição de um cabo de interface com 40 condutores para um cabo de 80 condutores (com aterramento adicional), o primeiro deles não possuía essa “chave” e poderia ser conectado à placa-mãe pelo lado errado. Na foto abaixo você pode ver os dois tipos de cabo de interface (à esquerda, o cabo de 80 fios tem um pino faltando no meio do conector, à direita está o antigo cabo de 40 fios).

Conexão correta de vários dispositivos

Sim, você pode conectar vários dispositivos da maneira mais conveniente possível :) Mas do ponto de vista do desempenho, é desejável:
— é melhor conectar dois dispositivos ativos a cabos diferentes
— É melhor conectar HDD IDE e DVD-ROM IDE a cabos diferentes, porque os protocolos são diferentes (PATA/ATAPI) e a velocidade do drive óptico é uma ordem de grandeza menor que a do HDD

E um pouco sobre SCSI.

SCSI - Small Computer System Interface - uma interface paralela, principalmente para soluções de servidor.

Existem três padrões para organização elétrica da interface SCSI paralela:

• SE (single-ended) - SCSI assimétrico; um condutor separado é usado para transmitir cada sinal.
• LVD (diferencial de baixa tensão) - interface de barramento diferencial de baixa tensão, sinais de polaridade positiva e negativa passam por diferentes fios físicos - par trançado. Existe um par trançado de condutores por sinal. A tensão usada na transmissão de sinais é de ±1,8 V.
• HVD (diferencial de alta tensão) - interface de barramento diferencial de alta tensão, difere do LVD no aumento da tensão e em transceptores especiais.

Todas as versões são mostradas na tabela.

Nome	Largura de banda	Número máximo de dispositivos
SCSI	5 MB/seg	8
SCSI rápido	10 MB/seg	8
SCSI amplo	20 MB/seg	16
Ultra SCSI	20 MB/seg	4-8
SCSI ultra amplo	40 MB/seg	4-16
Ultra2SCSI	40 MB/seg	8
Ultra2 SCSI amplo	80 MB/seg	16
Ultra3SCSI	160 MB/seg	16
Ultra-320 SCSI	320 MB/seg	16
Ultra-640 SCSI	640 MB/seg	16

Um disco rígido é uma “caixa” simples e pequena que armazena grandes quantidades de informações no computador de qualquer usuário moderno.

Isto é exatamente o que parece visto de fora: uma coisinha bastante descomplicada. Raramente alguém, ao gravar, excluir, copiar e outras ações com arquivos de importância variada, pensa no princípio da interação entre o disco rígido e o computador. E para ser ainda mais preciso - diretamente com a própria placa-mãe.

Como esses componentes são conectados em uma única operação ininterrupta, como o próprio disco rígido é projetado, quais conectores de conexão ele possui e para que serve cada um deles - essas são informações importantes sobre o dispositivo de armazenamento de dados que todos conhecem.

Interface do disco rígido

Este é o termo que pode ser usado corretamente para descrever a interação com a placa-mãe. A palavra em si tem um significado muito mais amplo. Por exemplo, a interface do programa. Neste caso, queremos dizer a parte que fornece uma maneira de uma pessoa interagir com o software (design conveniente e “amigável”).

No entanto, há discórdia. No caso do HDD e da placa-mãe, não apresenta um design gráfico agradável ao usuário, mas sim um conjunto de linhas especiais e protocolos de transferência de dados. Esses componentes são conectados entre si por meio de um cabo – um cabo com entradas em ambas as extremidades. Eles são projetados para serem conectados às portas do disco rígido e da placa-mãe.

Em outras palavras, toda a interface nesses dispositivos consiste em dois cabos. Um está conectado ao conector de alimentação do disco rígido em uma extremidade e à própria fonte de alimentação do computador na outra. E o segundo cabo conecta o HDD à placa-mãe.

Como um disco rígido era conectado antigamente - o conector IDE e outras relíquias do passado

O começo, após o qual aparecem interfaces de HDD mais avançadas. Antigo para os padrões atuais, surgiu no mercado por volta da década de 80 do século passado. IDE significa literalmente “controlador incorporado”.

Por ser uma interface de dados paralela, também é comumente chamada de ATA - Porém, assim que a nova tecnologia SATA apareceu com o tempo e ganhou enorme popularidade no mercado, o ATA padrão foi renomeado como PATA (Parallel ATA) para evitar confusão.

Extremamente lenta e completamente crua em suas capacidades técnicas, essa interface durante os anos de sua popularidade poderia transferir de 100 a 133 megabytes por segundo. E só em teoria, porque na prática real esses indicadores eram ainda mais modestos. É claro que as interfaces e conectores de disco rígido mais recentes mostrarão um atraso notável entre o IDE e os desenvolvimentos modernos.

Você acha que não devemos minimizar os lados atraentes? As gerações mais antigas provavelmente se lembram que as capacidades técnicas do PATA tornaram possível atender dois HDDs ao mesmo tempo usando apenas um cabo conectado à placa-mãe. Mas a capacidade da linha, neste caso, foi distribuída de forma semelhante pela metade. E isso sem falar na largura do fio, que de alguma forma, devido às suas dimensões, impede o fluxo de ar fresco dos ventiladores da unidade do sistema.

A esta altura, o IDE está naturalmente desatualizado, tanto física quanto moralmente. E se até recentemente esse conector era encontrado em placas-mãe dos segmentos de preço baixo e médio, agora os próprios fabricantes não veem nenhuma perspectiva nele.

O SATA favorito de todos

Por muito tempo, o IDE se tornou a interface mais popular para trabalhar com dispositivos de armazenamento de informações. Mas as tecnologias de transmissão e processamento de dados não estagnaram por muito tempo, oferecendo em breve uma solução conceptualmente nova. Agora ele pode ser encontrado em quase todos os proprietários de um computador pessoal. E seu nome é SATA (Serial ATA).

As características distintivas desta interface são o baixo consumo de energia paralelo (em comparação com IDE), menos aquecimento dos componentes. Ao longo da história de sua popularidade, o SATA passou por desenvolvimento em três etapas de revisões:

1. SATAI - 150 Mb/s.
2. SATA II - 300 MB/s.
3. SATA III - 600 MB/s.

Algumas atualizações também foram desenvolvidas para a terceira revisão:

• 3.1 – throughput mais avançado, mas ainda limitado ao limite de 600 MB/s.
• 3.2 com a especificação SATA Express - uma fusão implementada com sucesso de dispositivos SATA e PCI-Express, que tornou possível aumentar a velocidade de leitura/gravação da interface para 1969 MB/s. Grosso modo, a tecnologia é um “adaptador” que converte o modo SATA normal para um de maior velocidade, que é o que possuem as linhas de conectores PCI.

Os indicadores reais, é claro, diferiam claramente dos anunciados oficialmente. Em primeiro lugar, isso se deve ao excesso de largura de banda da interface - para muitos drives modernos os mesmos 600 MB/s são desnecessários, uma vez que eles não foram originalmente projetados para operar nessas velocidades de leitura/gravação. Somente com o tempo, quando o mercado for gradualmente preenchido com unidades de alta velocidade com velocidades operacionais incríveis para os dias de hoje, o potencial técnico do SATA será totalmente utilizado.

Finalmente, muitos aspectos físicos foram melhorados. O SATA foi projetado para usar cabos mais longos (1 metro versus 46 centímetros que eram usados ​​para conectar discos rígidos com conector IDE) com tamanho muito mais compacto e aparência agradável. É fornecido suporte para HDDs “hot-swap” - você pode conectá-los/desconectá-los sem desligar o computador (no entanto, você ainda precisa primeiro ativar o modo AHCI no BIOS).

A conveniência de conectar o cabo aos conectores também aumentou. Além disso, todas as versões da interface são compatíveis entre si (um disco rígido SATA III se conecta sem problemas ao II na placa-mãe, SATA I ao SATA II, etc.). A única ressalva é que a velocidade máxima de trabalho com dados será limitada pelo link “mais antigo”.

Os proprietários de dispositivos antigos também não ficarão de fora - os adaptadores PATA para SATA existentes muitas vezes evitam a compra mais cara de um HDD moderno ou de uma nova placa-mãe.

SATA externo

Mas um disco rígido padrão nem sempre é adequado para as tarefas do usuário. Há necessidade de armazenar grandes volumes de dados que requerem utilização em diversos locais e, consequentemente, transporte. Para esses casos, quando você precisa trabalhar com um disco não apenas em casa, foram desenvolvidos discos rígidos externos. Devido às especificidades do seu dispositivo, eles requerem uma interface de conexão completamente diferente.

Este é outro tipo de SATA, criado para conectores de disco rígido externo, com o prefixo externo. Fisicamente, esta interface não é compatível com portas SATA padrão, mas possui rendimento semelhante.

Há suporte para HDD hot-swap e o comprimento do cabo em si foi aumentado para dois metros.

Na sua forma original, o eSATA permite apenas a troca de informações, sem fornecer a eletricidade necessária ao conector correspondente do disco rígido externo. Essa desvantagem, que dispensa o uso de dois cabos ao mesmo tempo para conexão, foi corrigida com o advento da modificação Power eSATA, combinando tecnologias eSATA (responsável pela transferência de dados) com USB (responsável pela alimentação).

barramento serial universal

Na verdade, tendo se tornado o padrão de interface serial mais comum para conectar equipamentos digitais, o Universal Serial Bus é conhecido por todos atualmente.

Tendo passado por uma longa história de grandes mudanças constantes, o USB representa altas velocidades de transferência de dados, potência para uma variedade sem precedentes de dispositivos periféricos e facilidade e conveniência para o uso diário.

Desenvolvida por empresas como Intel, Microsoft, Phillips e US Robotics, a interface tornou-se a personificação de diversas aspirações técnicas:

• Expandindo a funcionalidade dos computadores. Os periféricos padrão antes do advento do USB eram bastante limitados em variedade e cada tipo exigia uma porta separada (PS/2, porta para conectar um joystick, SCSI, etc.). Com o advento do USB, pensava-se que ele se tornaria um substituto universal único, simplificando significativamente a interação dos dispositivos com um computador. Além disso, este desenvolvimento, novo para a época, também deveria estimular o surgimento de dispositivos periféricos não tradicionais.
• Fornece conexão de telefones celulares a computadores. A tendência generalizada naqueles anos de transição das redes móveis para a transmissão digital de voz revelou que nenhuma das interfaces então desenvolvidas poderia fornecer transmissão de dados e voz a partir do telefone.
• Inventar um princípio conveniente de "plug and play", adequado para "hot plugging".

Como acontece com a grande maioria dos equipamentos digitais, o conector USB para um disco rígido tornou-se um fenômeno completamente familiar há muito tempo. Porém, nos diferentes anos de seu desenvolvimento, esta interface sempre demonstrou novos picos nos indicadores de velocidade de leitura/escrita de informações.

Versão USB	Descrição	Largura de banda
	A primeira versão da interface após várias versões preliminares. Lançado em 15 de janeiro de 1996.	Modo de baixa velocidade: 1,5 Mbps Modo de velocidade total: 12 Mbps
	Melhoria da versão 1.0, corrigindo muitos de seus problemas e erros. Lançado em setembro de 1998, ganhou popularidade em massa.
	Lançada em abril de 2000, a segunda versão da interface possui um novo modo de operação de alta velocidade, mais rápido.	Modo de baixa velocidade: 1,5 Mbps Modo de velocidade total: 12 Mbps Modo de alta velocidade: 25-480 Mbps
	A última geração de USB, que recebeu não apenas indicadores de largura de banda atualizados, mas também vem nas cores azul/vermelho. Data de aparição: 2008.	Até 600 MB por segundo
	Desenvolvimento adicional da terceira revisão, publicada em 31 de julho de 2013. Está dividido em duas modificações, que podem dotar qualquer disco rígido com conector USB com velocidade máxima de até 10 Gbit por segundo.	USB 3.1 Gen 1 – até 5 Gbps USB 3.1 Gen 2 – até 10 Gbps

Além desta especificação, diferentes versões de USB são implementadas para diferentes tipos de dispositivos. Entre as variedades de cabos e conectores desta interface estão:

USB 2.0	Padrão

O USB 3.0 já poderia oferecer outro novo tipo - C. Os cabos desse tipo são simétricos e inseridos no dispositivo correspondente em ambos os lados.

Por outro lado, a terceira revisão não prevê mais “subtipos” de cabos Mini e Micro para o tipo A.

FireWire alternativo

Apesar de toda a sua popularidade, eSATA e USB não são todas opções de como conectar um conector de disco rígido externo a um computador.

FireWire é uma interface de alta velocidade um pouco menos conhecida entre as massas. Fornece conexão serial de dispositivos externos, cujo número suportado também inclui HDD.

Sua propriedade de transmissão isócrona de dados encontrou aplicação principalmente em tecnologia multimídia (câmeras de vídeo, DVD players, equipamentos de áudio digital). Os discos rígidos são conectados a eles com muito menos frequência, dando preferência ao SATA ou a uma interface USB mais avançada.

Essa tecnologia adquiriu gradativamente suas características técnicas modernas. Assim, a versão original do FireWire 400 (1394a) era mais rápida que seu então principal concorrente USB 1.0 - 400 megabits por segundo versus 12. O comprimento máximo permitido do cabo era de 4,5 metros.

A chegada do USB 2.0 deixou seu rival para trás, permitindo a troca de dados a uma velocidade de 480 megabits por segundo. Porém, com o lançamento do novo padrão FireWire 800 (1394b), que permitia a transmissão de 800 megabits por segundo com comprimento máximo de cabo de 100 metros, o USB 2.0 passou a ser menos procurado no mercado. Isso levou ao desenvolvimento da terceira versão do barramento serial universal, que expandiu o teto de troca de dados para 5 Gbit/s.

Além disso, uma característica distintiva do FireWire é a sua descentralização. A transferência de informações através de uma interface USB requer um PC. FireWire permite a troca de dados entre dispositivos sem necessariamente envolver um computador no processo.

Raio

A Intel, junto com a Apple, mostrou sua visão de qual conector de disco rígido deveria se tornar um padrão incondicional no futuro, apresentando ao mundo a interface Thunderbolt (ou, de acordo com seu antigo codinome, Light Peak).

Construído em arquiteturas PCI-E e DisplayPort, este design permite transferir dados, vídeo, áudio e energia através de uma única porta com velocidades verdadeiramente impressionantes de até 10 Gb/s. Em testes reais, esse valor foi um pouco mais modesto e atingiu no máximo 8 Gb/s. Mesmo assim, o Thunderbolt ultrapassou seus análogos mais próximos, FireWire 800 e USB 3.0, sem mencionar o eSATA.

Mas essa ideia promissora de uma única porta e conector ainda não recebeu tanta distribuição em massa. Embora alguns fabricantes hoje integrem com sucesso conectores para discos rígidos externos, a interface Thunderbolt. Por outro lado, o preço das capacidades técnicas da tecnologia também é relativamente alto, razão pela qual este desenvolvimento é encontrado principalmente entre dispositivos caros.

A compatibilidade com USB e FireWire pode ser obtida usando adaptadores apropriados. Esta abordagem não os tornará mais rápidos em termos de transferência de dados, uma vez que o rendimento de ambas as interfaces permanecerá o mesmo. Há apenas uma vantagem aqui - Thunderbolt não será o link limitante com tal conexão, permitindo que você use todos os recursos técnicos de USB e FireWire.

SCSI e SAS - algo que nem todo mundo já ouviu falar

Outra interface paralela para conexão de dispositivos periféricos, que a certa altura mudou o foco de seu desenvolvimento dos computadores desktop para uma gama mais ampla de equipamentos.

"Small Computer System Interface" foi desenvolvido um pouco antes do SATA II. Na época em que este último foi lançado, ambas as interfaces eram quase idênticas em suas propriedades, capazes de fornecer ao conector do disco rígido uma operação estável dos computadores. No entanto, o SCSI usava um barramento comum, razão pela qual apenas um dos dispositivos conectados poderia funcionar com o controlador.

O refinamento adicional da tecnologia, que adquiriu o novo nome SAS (Serial Attached SCSI), já estava desprovido de sua desvantagem anterior. O SAS fornece conexão de dispositivos com um conjunto de comandos SCSI gerenciados por meio de uma interface física, semelhante ao SATA. No entanto, recursos mais amplos permitem conectar não apenas conectores de disco rígido, mas também muitos outros periféricos (impressoras, scanners, etc.).

Suporta dispositivos hot-swap, expansores de barramento com a capacidade de conectar simultaneamente vários dispositivos SAS a uma porta e também é compatível com versões anteriores de SATA.

Perspectivas para NAS

Uma forma interessante de trabalhar com grandes volumes de dados, que está ganhando popularidade rapidamente entre os usuários modernos.

Ou, abreviados como NAS, são um computador separado com alguma matriz de disco, que está conectado a uma rede (geralmente local) e fornece armazenamento e transmissão de dados entre outros computadores conectados.

Atuando como um dispositivo de armazenamento de rede, este miniservidor é conectado a outros dispositivos por meio de um cabo Ethernet comum. O acesso adicional às suas configurações é fornecido através de qualquer navegador conectado ao endereço de rede NAS. Os dados disponíveis nele podem ser utilizados tanto via cabo Ethernet quanto via Wi-Fi.

Essa tecnologia permite fornecer um nível bastante confiável de armazenamento de informações e fornecer acesso fácil e conveniente a pessoas de confiança.

Recursos de conexão de discos rígidos a laptops

O princípio de operação de um HDD com um computador desktop é extremamente simples e compreensível para todos - na maioria dos casos, você precisa conectar os conectores de alimentação do disco rígido à fonte de alimentação usando o cabo apropriado e conectar o dispositivo à placa-mãe em o mesmo caminho. Ao usar unidades externas, geralmente você pode usar apenas um cabo (Power eSATA, Thunderbolt).

Mas como usar corretamente os conectores de disco rígido do laptop? Afinal, um design diferente exige levar em conta nuances ligeiramente diferentes.

Em primeiro lugar, para conectar dispositivos de armazenamento de informações diretamente “dentro” do próprio dispositivo, deve-se levar em consideração que o formato do HDD deve ser designado como 2,5”

Em segundo lugar, em um laptop o disco rígido está conectado diretamente à placa-mãe. Sem quaisquer cabos adicionais. Simplesmente desparafuse a tampa do HDD na parte inferior do laptop previamente desligado. Tem uma aparência retangular e geralmente é fixada com um par de parafusos. É nesse recipiente que deve ser colocado o dispositivo de armazenamento.

Todos os conectores de disco rígido de laptop são absolutamente idênticos aos seus “irmãos” maiores destinados a PCs.

Outra opção de conexão é usar um adaptador. Por exemplo, uma unidade SATA III pode ser conectada a portas USB instaladas em um laptop usando um adaptador SATA-USB (há um grande número de dispositivos semelhantes no mercado para uma variedade de interfaces).

Você só precisa conectar o HDD ao adaptador. Ele, por sua vez, está conectado a uma tomada de 220V para fornecer energia. E use um cabo USB para conectar toda essa estrutura ao laptop, após o qual o disco rígido aparecerá como outra partição durante a operação.

Desde a criação dos computadores pessoais, vários tipos de interfaces para conexão de discos rígidos foram desenvolvidos. As duas primeiras interfaces - ST-506/412 (da Seagate Technologies) e ESDI (Enhanced Small Device Interface) não estão em uso atualmente. O desenvolvimento de interfaces seguiu o caminho de combinar um controlador e um disco rígido, o que possibilitou aumentar a velocidade de processamento de dados, a densidade de dados na mídia e o desempenho geral do sistema. Como as interfaces modernas são usadas para troca de dados não apenas com discos rígidos, mas também com outros dispositivos de memória externa (por exemplo, unidades ópticas ou unidades de fita magnética), elas são mais corretamente chamadas de interfaces de memória externa.

Atualmente, são utilizadas duas interfaces de memória externa: IDE (ATA) e SCSI.

A interface de memória externa mais comum em computadores compatíveis com IBM é o padrão IDE (IDE significa eletrônica de unidade inteligente ou eletrônica de unidade integrada). Outro nome oficial para a interface é ATA (AT Attachment), já que esta interface foi utilizada pela primeira vez em computadores da série IBM PC AT.

Os padrões para a interface ATA estão sendo desenvolvidos atualmente pelo comitê T13 do Comitê Internacional de Padrões de Tecnologia da Informação - INCITS (Comitê Internacional de Padrões de Tecnologia da Informação), que inclui principalmente especialistas de empresas que desenvolvem e fabricam dispositivos de memória externos (unidades rígidas e ópticas). ). Uma vez desenvolvidos, os padrões são aprovados pelo American National Standards Institute - ANSI (American National Standards Institute), sob cuja liderança o INCITS opera.

A interface ATA é uma interface de nível de sistema na qual o controlador é feito na forma de um microcircuito instalado na placa do drive. O padrão define conectores e cabos para conexão de dispositivos de memória externa à placa-mãe, características do sinal, conjunto de registros executivos, além de comandos e protocolos utilizados no dispositivo de memória externa.

O padrão atualmente aceito oficialmente é a sexta versão do padrão ATA - ATA/ATAPI-6 (2002) e a sétima versão do padrão ATA - ATA/ATAPI-7 (2004). No final de 2008, foi adotado o próximo padrão ATA - ATA/ATAPI-8.

A partir da versão ATA-4, a especificação ATA inclui a especificação ATAPI (AT Attachment Packet Interface), que anteriormente era uma especificação separada. Esta especificação fornece uma interface comum não apenas para discos rígidos, mas também para outros dispositivos: unidades ópticas e unidades de fita.

Os padrões definem:

· requisitos gerais para um dispositivo ATA;

· registradores de entrada/saída de dispositivos;

· conjunto de comandos do dispositivo;

· protocolos de troca de dados entre o dispositivo e o computador.

A especificação também define a tecnologia de análise e saída de monitoramento - SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), que tornou os dispositivos IDE mais confiáveis. A proteção por senha também foi adicionada ao acessar dispositivos. Além disso, existe um modo de economia de energia: o mecanismo do disco rígido para se não houver acesso ao disco por um intervalo de tempo definido pelo usuário do sistema.

As especificações ATA fornecem vários modos para troca rápida de dados com discos rígidos, que são chamados de modos PIO (Entrada/Saída Programada) com taxas de transferência de dados de 3,3-20 MB/s. Esses modos proporcionam troca entre RAM e discos rígidos com a participação do processador.

Com o advento dos processadores Pentium, os controladores ATA fornecem a função Bus Master. Neste modo, o processador informa ao controlador ATA de onde deve retirar os dados e em qual área da RAM eles devem ser colocados. Depois disso, o controlador assume o controle do barramento PCI e executa operações de E/S sem a participação do processador. Este modo é denominado modo de acesso direto à memória - DMA (Direct Memory Access). As vantagens do modo Bus Master são especialmente perceptíveis quando vários aplicativos estão sendo executados simultaneamente.

O controlador ATA possui dois canais (primário e secundário), cada um dos quais você pode conectar até dois dispositivos (quatro dispositivos no total) usando um cabo. Para que dois dispositivos operem no mesmo cabo, utiliza-se o modo “mestre-escravo”. O dispositivo no canal primário - o "mestre" - permite que o dispositivo no canal secundário - o "escravo" troque dados somente se o "mestre" não estiver ocupado trocando dados, portanto, toda vez que um dispositivo conectado ao canal secundário precisar para trocar dados, ele solicita permissão do dispositivo no canal primário. Conectar dois dispositivos a um cabo e, consequentemente, a uma porta de E/S é chamado de ATA paralelo (Parallel ATA - P-ATA). A especificação ATA/ATAPI-7 define o modo Ultra ATA/133, que fornece modos de troca de dados de até 133 MB/s.

A especificação ATA define dois tipos de cabo: o antigo, de 40 bits, e o novo, de 80 bits, que proporciona velocidades de transferência mais altas - no modo Ultra DMA - de até 66,67 MB/s (Figura 1.3.7a). Os cabos antigos e novos usam os mesmos conectores de 40 pinos, mas a fiação interna dos cabos é diferente. O circuito eletrônico do dispositivo detecta automaticamente que tipo de cabo está conectado e determina a taxa máxima de transferência de dados.

Existem dois tipos de cabos usados ​​para conectar dispositivos IDE (ATA) à placa-mãe: cabo barramento e cabo redondo. As cores dos conectores nos cabos são fixas: o conector azul é para conectar à placa-mãe, preto – ao dispositivo no canal primário, cinza – ao dispositivo no canal secundário (Fig. 1.3.7b). O conector para conectar o cabo IDE (ATA) na placa-mãe é mostrado na Fig. 1.3.7v, e o conector para conectar o cabo IDE (ATA) ao dispositivo é mostrado na Fig. 1,3,7g.

Arroz. 1.3.7. Interface IDE (ATA): a) comparação de um cabo de 80 bits (parte superior) e um cabo de 40 bits (parte inferior); b) conectar o barramento e o cabo redondo (1 – ao dispositivo secundário; 2 – ao dispositivo primário; 3 – à placa-mãe ou controlador)

c) conector para conexão do cabo na placa-mãe;

d) conector para conectar o cabo no dispositivo

Ao contrário da interface IDE (ATA), na qual os dados são transmitidos em paralelo, a interface serial ATA - SATA (Serial ATA) implementa a transmissão serial de dados em dois pares trançados. Assim como no barramento PCI Express, essa troca é implementada pelo método LDVS.

A primeira versão do SATA (SATA I) foi definida em 2002 pela especificação T13 ATA/ATAPI-7.

Nesta versão, o barramento SATA opera a 1,5 GHz. A largura de banda real do barramento é um pouco menor (devido ao método de codificação de dados usado) e é de 1,2 Gbit/s ou 150 MB/s.

Em 2003, o Grupo de Trabalho Serial ATA do Comitê T13 começou a desenvolver a especificação SATA II, também chamada de SATA 2. Com base nesse grupo, em 2004 foi criada a Organização Internacional Serial ATA sem fins lucrativos - SATA-IO (Serial ATA). Organização), que atualmente determina os principais rumos e conceitos para o desenvolvimento da interface SATA. A última revisão da especificação SATA II, Especificação Serial ATA Revisão 2.6, foi lançada em 2007. Esta especificação também é chamada de SATA 2.6.

No SATA II, ao aumentar a frequência para 3 GHz, foi adicionada uma taxa de transferência de dados de 300 MB/s. Além disso, a tecnologia de enfileiramento de comandos de hardware – NCQ (Native Command Queuing) – foi adicionada como um componente opcional ao SATA II. Dispositivos com suporte NCQ podem aceitar simultaneamente vários pedidos de troca de dados, ao contrário dos ATA e SATA I paralelos. A ordem de execução dos pedidos é determinada tendo em conta a minimização do tempo total de acesso aos dados, o que é especialmente importante quando vários programas estão a funcionar simultaneamente em o computador. Um recurso opcional no SATA II também é a conexão “quente” de dispositivos.

Em 2009, SATA-IO adotou uma nova especificação SATA, a Especificação Serial ATA Revisão 3.0, também chamada de especificação SATA III ou especificação SATA 3.0. Esta especificação adiciona uma taxa de transferência de dados de 600 MB/s (até 6 GHz). Além disso, o NCQ adicionou um modo de transferência isócrona para aplicações multimídia, melhorou o gerenciamento de energia do dispositivo e adicionou dois novos conectores para dispositivos pequenos.

A transferência de dados para SATA é realizada através de um cabo de 7 fios (4 fios de par trançado, 2 fios terra por par e um fio terra comum). Cada dispositivo é conectado à placa-mãe por meio de seu próprio cabo e conectores (Fig. ????a). O comprimento máximo de um cabo SATA é de 1 m. Devido ao seu formato semelhante à letra L, o conector SATA às vezes é chamado de conector L.

Um cabo SATA de 22 fios é usado para transmitir dados e fornecer energia (7 fios para dados e 15 para fonte de alimentação) (Fig. ????b).

Na edição SATA 2.6, foi introduzido um conector Micro SATA interno de 16 fios para discos rígidos pequenos (Fig. ????c) e um conector Slimline SATA interno de 13 fios para unidades ópticas finas do tipo Slim (fino) ( Fig. ?? ??G).

Atualmente, a grande maioria dos discos rígidos, unidades de estado sólido e unidades ópticas em um gabinete de sistema são conectadas ao computador usando a interface SATA.

Arroz. ?????. Interfaces SATA: a) Interface SATA de 7 fios: 1 – cabo; 2 – soquete na placa-mãe; 3 – tomada no aparelho; b) Interface SATA de 22 fios:

1 – cabo; 2 – contatos de dados; 3 – contatos de alimentação; 4 – tomada no aparelho;

c) Plugue Micro SATA 16 fios: 1 – contatos de dados; 2 – contatos de alimentação; 3 – tomada no aparelho; c) Conector Slimline SATA de 13 fios: 1 – contatos de dados;

2 – contatos de alimentação; 3 – tomada no aparelho

Para conectar dispositivos externos a um computador através da interface SATA, a organização SATA-IO desenvolveu a tecnologia SATA externa - eSATA (SATA externo).

No eSATA, os dispositivos são conectados ao computador através do barramento PCI ou PCI Express através de uma placa de expansão eSATA (Fig. ????a), contendo um controlador eSATA e soquetes para conexão de dispositivos externos (Fig. ????b) . O cabo eSATA para conexão de dispositivos (Fig. ????c), assim como o cabo SATA, possui 7 fios com as mesmas finalidades. Ao contrário de um cabo SATA, um cabo eSATA é blindado e, portanto, tem um comprimento máximo de 2 m. Os conectores eSATA (conectores I) diferem dos conectores SATA L tanto no formato quanto no tamanho.

O número de dispositivos externos conectados é determinado pelo número de conectores na placa de expansão eSATA. Para conectar mais dispositivos, você pode usar uma segunda placa de expansão ou hubs eSATA (Fig. ????d). Um exemplo de conexão de dispositivos externos a um computador usando tecnologia eSATA é mostrado na (Fig. ????e).

A tecnologia xSATA desenvolvida pela SATA-IO prevê um aumento no comprimento do cabo para conexão de um dispositivo para 8 m, o que permitirá a criação de redes SATA.

Arroz. ?????. Meios de conexão de dispositivos via interface eSATA: a) cabo eSATA;

b) tomada de conexão do dispositivo eSATA; c) Placa de expansão eSATA para dois dispositivos com interface PCI Express: 1 – tomadas de conexão

dispositivos externos; 2 – controlador eSATA; d) hub eSATA: 1 – tomadas para conexão de dispositivos; 2 – tomada de alimentação; 3 – tomada para conexão a um computador; e) um exemplo de conexão de dispositivos externos através da interface eSATA (media player e, através de um hub, um dispositivo de memória externo contendo dois discos rígidos com interface eSATA)

Modo de transferência UltraDMA (UDMA) 5, que permite a transferência de dados em velocidades de até 100 MB/s (a chamada especificação UDMA/100, UltraATA/100 ou simplesmente ATA/100);

o número de setores por comando aumentou de números de 8 bits (256 setores ou 131 KB) para números de 16 bits (65.536 setores ou 33,5 MB), o que melhorou a eficiência da transferência de arquivos grandes;

expansão do endereçamento LBA de 2 28 para 2 48 (281474976710656) setores, o que permite suportar discos com capacidade de até 144,12 PB (1 PB equivale a 1 quatrilhão de bytes);

O endereçamento CHS foi descontinuado; as unidades devem usar apenas endereçamento LBA de 28 ou 48 bits.

Além de aumentar as taxas de transferência de dados para 100 MB/s, o ATA-6 aumentou muito oportunamente a capacidade do disco suportada. Os padrões ATA-5 e anteriores suportam unidades com capacidade máxima de 136,9 GB, o que limita o aumento na capacidade das unidades produzidas. Em 2001, surgiram os primeiros discos comerciais de 3,5 polegadas, cuja capacidade ultrapassava 137 GB. Naquela época, existiam apenas versões SCSI dessas unidades, devido às limitações dos padrões ATA. Ao utilizar o padrão ATA-6, o endereçamento LBA foi ampliado de 228 para 248 setores. Isso significa que em vez do número de 28 bits usado pelo bloco de endereçamento lógico, o padrão ATA-6 pode usar um número de 48 bits, se necessário. Isso permite que uma capacidade de setor de 512 bytes aumente a capacidade máxima suportada da unidade para 144,12 PB (ou seja, mais de 144,12 quatrilhões de bytes!) Deve-se observar que o endereçamento de 48 bits é opcional e é usado apenas para unidades de disco, cuja capacidade excede 137 GB. Unidades com capacidade menor ou igual a 137 GB podem usar endereçamento de 28 ou 48 bits.

Padrão ATA/ATAPI-7

O trabalho no padrão ATA-7 começou no final de 2001 e sua versão final foi publicada em 2004. Como todos os padrões ATA, ele se baseia na versão anterior, adicionando alguns recursos a ela.

Entre as principais inovações do padrão ATA-7 estão as seguintes.

Adicionado 6 modos Ultra DMA, aumentando a velocidade de transferência de dados para 133 MB/s. Tal como acontece com o modo 5 (100 MB/s) e o modo 4 UDMA (66 MB/s), o uso de um cabo de 80 núcleos é obrigatório.

Adicionado suporte para setores físicos longos. Isto permite que os dispositivos sejam formatados de modo que um setor físico contenha vários setores lógicos. Cada setor físico armazena um campo de código de correção de erros (ECC), portanto, o aumento da capacidade do setor físico permitiu aumentar a eficiência dos códigos ECC, que agora são em menor número.

Adicionado suporte para setores lógicos longos. Isso permitiu que os aplicativos de servidor em cada setor usassem os bytes extras (520 ou 528 bytes em vez de 512 bytes). Dispositivos que usam setores lógicos longos não são compatíveis com versões anteriores de dispositivos e aplicativos que usam setores padrão de 512 bytes (como sistemas padrão de desktop e laptop).

O padrão ATA-7 inclui requisitos para a interface Serial ATA (SATA).

O documento padrão ATA-7 está dividido em três volumes. O primeiro volume incluía o conjunto de instruções e registradores lógicos. O segundo volume é dedicado aos protocolos de transferência paralela de dados e o terceiro volume é dedicado aos protocolos de transferência serial de dados.

Graças ao uso dos modos UDMA, o rendimento da interface que conecta o controlador integrado ao drive à placa-mãe aumentou significativamente. Mas, apesar disso, a velocidade máxima média de transferência de leitura na maioria das unidades ATA, que inclui unidades que suportam o modo UDMA 6 (133 MB/s), ainda não excede 60 MB/s. Isso significa que ao usar drives ATA modernos, que permitem a transferência de dados do drive para a placa-mãe a uma velocidade de 133 MB/s, a velocidade real de transferência dos dados lidos pelos cabeçotes dos discos rígidos do drive será de aproximadamente metade da velocidade. Com base nessas considerações, você pode ver que usar uma unidade que suporta o Modo UDMA 6 (133 MB/s) e uma placa-mãe que suporta apenas o Modo UDMA 5 (100 MB/s) resulta em uma redução muito pequena na velocidade real de transferência de dados. Da mesma forma, substituir um adaptador host ATA de 100 MB/s por um dispositivo de 133 MB/s não melhorará as velocidades reais de transferência de dados ao usar uma unidade que lê dados de discos rígidos em aproximadamente metade da velocidade. Ao escolher uma unidade, lembre-se de que a velocidade de transferência de mídia é mais importante que a velocidade de transferência da interface, pois é o principal fator limitante.

O modo de transferência de dados de 133 MB/s foi originalmente proposto pela Maxtor, e apenas alguns fabricantes o apoiaram posteriormente. Entre os fabricantes de chipsets, VIA, ALi e SiS integraram suporte para o modo ATA/133 antes de migrar para a interface Serial ATA; A Intel se absteve desta etapa. Isto significa que a grande maioria dos sistemas não suporta o modo ATA/133; ao mesmo tempo, todos os dispositivos ATA/133 são capazes de operar no modo ATA/100.

Deve-se notar que o ATA-7 foi a versão mais recente do venerável padrão de interface paralela ATA. O futuro do padrão ATA é a interface serial SATA, que será discutida a seguir e que foi integrada ao padrão ATA-7.

Padrão SATA/ATAPI-8

Em 2004, começaram os trabalhos no padrão SATA-8, que é baseado no padrão ATA-7 e implica um maior desenvolvimento do Serial ATA e, ao mesmo tempo, oferece suporte total à interface ATA paralela. As principais inovações do padrão SATA-8 são as seguintes:

Pela primeira vez, a Compaq introduziu um adaptador de barramento especial em seus computadores que conectava o conector de barramento AT de borda de 98 pinos (também conhecido como ISA) localizado na placa do sistema a um conector menor de 40 pinos usado para conectar à unidade. O conector de 40 pinos acabou sendo suficiente, já que o controlador do disco rígido precisava de 40 linhas de barramento ISA. As unidades ATA menores de 2,5 polegadas usadas em laptops usam um conector estendido de 44 pinos que contém pinos de alimentação adicionais. Um controlador de disco rígido AT padrão requer apenas os pinos de sinal do barramento ISA originais suportados pelo barramento ATA. Por exemplo, como o controlador de disco AT primário usa apenas a linha de solicitação de interrupção 14 (IRQ 14), o conector principal da placa-mãe ATA fornece apenas essa linha de solicitação sem exigir o uso de outras linhas de IRQ. Mesmo que a interface ATA esteja integrada em um componente de chipset, como uma ponte sul ou um controlador de E/S (como é típico em computadores modernos), e opere em altas velocidades de clock do barramento de dados, a pinagem e a funcionalidade dos pinos são as mesmas do ISA original. projeto de ônibus.

Observação!
Muitos usuários acreditam que em computadores nos quais o conector IDE está instalado na placa-mãe, o controlador do disco rígido está localizado nele. Na verdade, não é esse o caso: o controlador está localizado no próprio disco rígido. Apesar de as portas ATA integradas na placa-mãe serem frequentemente chamadas de controladores, do ponto de vista técnico seria mais correto chamá-las de adaptadores de controlador (embora eu nunca tenha ouvido tal termo), ou seja, dispositivos que conectam o controlador ao barramento.

Depois de algum tempo, o conector de 40 pinos e o método para construir uma interface de disco foram submetidos ao Comitê de Padrões ANSI para consideração. Através dos esforços conjuntos deste instituto e das empresas fabricantes, algumas arestas foram eliminadas, as caudas foram limpas e, em março de 1989, foi publicado um padrão de interface conhecido como CAM ATA. No entanto, mesmo antes do advento deste padrão, muitas empresas, como a Conner Peripherals, seguiram o CDC ao fazer algumas alterações no design original. Como resultado, muitas unidades ATA mais antigas são muito difíceis de combinar na configuração de unidade dupla encontrada em sistemas modernos. No início da década de 1990, a maioria dos fabricantes de discos rígidos adequou seus dispositivos ao padrão oficial, o que resolveu todos os problemas de compatibilidade.

Algumas seções do padrão ATA não são especificadas e os fabricantes recebem alguma liberdade criativa para introduzir seus próprios comandos e funções. A propósito, é por isso que a formatação de baixo nível de unidades IDE se tornou um problema tão difícil. Ao reescrever cabeçalhos de setor e criar um mapa de defeitos, o programa de formatação deve ser capaz de usar um conjunto de comandos desenvolvidos para um modelo específico de disco rígido. Infelizmente, com esta abordagem o próprio conceito de “padrão” fica confuso. A maioria dos fabricantes de discos rígidos publica programas de formatação de baixo nível em seus sites de suporte.

Observação!
Muitas pessoas confundem conexões de disco rígido de 16 e 32 bits com barramentos de 16 e 32 bits. A conexão do barramento PCI permite uma conexão de 32 bits (e em algumas versões de 64 bits) entre o barramento e a interface de gerenciamento ATA, que geralmente está localizada na ponte sul ou no controlador de E/S do chipset. Ao mesmo tempo, a interface PATA paralela entre a interface de controle e o próprio dispositivo é de 16 bits. Assim, a transferência simultânea de dados entre o dispositivo e a interface de controle na placa-mãe é realizada em um total de 16 canais. Apesar disso, a velocidade do clock da interface ATA é alta o suficiente para atender um ou dois discos rígidos enquanto utiliza totalmente o canal de 16 bits. O mesmo se aplica à interface SATA: embora apenas um bit seja transmitido por vez, esta interface é capaz de taxas de transferência de dados extremamente altas.

O barramento PATA padrão é uma interface paralela de 16 bits, ou seja, 16 bits de dados (bits) são transmitidos simultaneamente pelo cabo de interface. A interface SATA garante que apenas um bit de dados seja transmitido pelo cabo por vez, o que permite reduzir as dimensões geométricas do cabo utilizado e garantir maior eficiência de seu funcionamento, o que é conseguido aumentando a frequência cíclica da informação transferir. A figura compara as dimensões dos cabos de alimentação e dados do barramento SATA com os parâmetros geométricos dos cabos para a interface paralela ATA (PATA).

A principal vantagem dos drives ATA em comparação com interfaces mais antigas baseadas em controladores separados, bem como interfaces host de barramento de dados mais modernas, que incluem SCSI e IEEE-1394 (iLink ou FireWire), é seu baixo custo. A ausência de controladores separados ou adaptadores host permite que a estrutura de conexão do cabo seja simplificada, tornando o custo das unidades ATA significativamente menor do que o custo de uma combinação padrão de controlador e unidade.

Em termos de características de desempenho, os drives ATA estão entre os dispositivos mais eficientes, apesar de também poderem ser classificados como de baixo desempenho. A inconsistência destas afirmações é resultado da grande variedade de impulsos deste tipo. Cada unidade é única à sua maneira, por isso é quase impossível fazer generalizações. No entanto, os modelos topo de linha não são de forma alguma inferiores em suas características de desempenho a outros tipos de unidades disponíveis no mercado de sistemas operacionais de usuário único e tarefa única.