Интерфейс ST-506 (ST-412) и ESDI

Первые накопители на жестких дисках имели интерфейс, напоминающий ин­терфейс НГМД. Это и понятно, поскольку НЖМД отличается только большим числом рабочих поверхностей (головок записи-считывания), более высокой скоростью вращения, а следовательно, и передачи данных, и несменяемостью но­сителя. Этот интерфейс по названию первых моделей контроллеров именуется ST-506 (ST-412). Поскольку первые контроллеры работали по схеме кодирова­ния MFM, этот интерфейс называют также и «интерфейсом дисков MFM». Такое название не совсем корректно, поскольку, по сути, этот же интерфейс использовался и для накопителей, допускающих использование схемы кодиро­вания RLL. Некоторые модели накопителей выпускались в версиях MFM и RLL и различались только качеством носителя — у схемы RLL требования выше.

Интерфейс использует два плоских кабеля (рис. 2.59). Магистральный 34-проводной кабель управления (табл. 2.34) позволяет подключать до двух накопи­телей, адрес накопителя определяется его положением на шлейфе. Все сигналы в данном кабеле имеют уровни ТТЛ, активный уровень — низкий. Система выборки напоминает применяемую в НГМД, но в кабеле перевернут фрагмент из 5 проводов 25-29. Устройства должны отзываться на сигнал DS0, к накоп­ителю С: должен подходить прямой кабель, к D: — с перевернутым фрагментом. Каждый накопитель с контроллером соединяется и 20-проводным кабелем данных, по которым передаются аналоговые сигналы усилителей головок записи-чтения (табл. 2.35). На накопителях применяются разъемы с печатными ламелями, на контроллере — со штырьковыми контактами.

 

Рис. 2.59. Кабели интерфейсов ST-506/412 и ESDI

 

Таблица 2.34. Кабель управления ST-506/412

Сигнал	Контакт	Контакт	Сигнал
GND			-HD SLCT 3
GND			-HD SLCT 2
GND			-Write Gate
GND			-Seek CMPLT
GND			-Track 0
GND			-Write Fault
GND			-HD SLCT 0
Ключ (нет контакта)			Not Connected
GND			-HD SLCT 1
GND			-Index
GND			-Ready
GND			-Step
GND			-DRV SLCT 0
GND			-DRV SLCT 1
GND			Not Connected
GND			Not Connected
GND			-Direction In

 

Передача аналоговых сигналов записи-чтения по длинным интерфейсным кабелям не позволяет достигать высокой скорости передачи данных и, следо­вательно, высокой плотности хранения информации. В режиме MFM диски имеют 17 секторов на трек, в режиме RLL — 26. Поскольку низкоуровневые форматы различных моделей контроллеров могут не совпадать, нет гарантии того, что данные накопителя, отформатированного на контроллере одной моде­ли, окажутся доступными для контроллера другой модели (даже если оба контроллера работают по одной схеме кодирования — MFM или RLL). Замена контроллера в большинстве случаев требует низкоуровневого форматирования дисков, причем для производительности критичен фактор чередования секторов, о котором говорилось выше.

Таблица 2.35. Кабель данных ST-506/412

Сигнал	Контакт	Контакт	Сигнал
-DRV SLCTD			GND
Not Connected			GND
Not Connected			GND
Not Connected			Ключ (нет контакта)
Not Connected			Not Connected
GND			GND
+MFM Write			-MFM Write
GND			GND
+MFM Read			-MFM Read
GND			GND

 

Интерфейс ESDI (Enhanced Small Device Interface — расширенный интер­фейс малых устройств) появился как развитие ST-506. Здесь существенная часть узлов контроллера перенесена на дисковод для повышения производительности (XFER до 1 Мбайт/с) и плотности записи (до 32-80 SPT). Накопители ESDI хранят описатели своих геометрических параметров и список дефектных блоков на самом диске, отсюда следует и установка «None» вместо типа диска в пара­метрах CMOS-конфигурации. Непонятно, ради какой унификации (скорее — путаницы) интерфейс (табл. 2.36, 2.37) сделали конструктивно совпадающим с ST-506. Назначение сигналов этих интерфейсов различно, и, естественно, вза­имной совместимости устройств с интерфейсами ESDI и ST-506 быть не может.

 

Таблица 2.36. Кабель управления ESDI

Сигнал	Контакт	Контакт	Сигнал
GND			-HD SLCT 3
GND			-HD SLCT 2
GND			-Write Gate
GND			-CNFG/Status
GND			-XFER ACK
GND			-Attention
GND			-HD SLCT 0
Ключ			-Sector
GND			-HD SLCT 1
GND			-Index
GND			-Ready
GND			-XFER REQ
GND			-DRV SLCT 0
GND			-DRV SLCT 1
GND			Reserved
GND			-Read Gate
GND			-CMD Data

 

Таблица 2.37. Кабель данных ESDI

Сигнал	Контакт	Контакт	Сигнал
-DRV SLCTD			-Sector
-CMD Complete			-ADDR MRK EN
GND			GND
+Write CLK			-Write CLK
GND			+RD/REF CLK
-RD/REF CLK			GND
+NRZ Write			-NRZ Write
GND			GND
+NRZ Read			-NRZ Read
GND			Index

 

Конфигурирование устройств с интерфейсами ST-506/412 и ESDI сводится к заданию адреса и установке терминатора. Если на устройстве имеются джамперы, обозначенные как DS0/DS1, следует установить джампер DS0. Если они обозначены как DS1/DS2, следует установить джампер DS1. Иногда используют управляющий кабель без перевернутого фрагмента, тогда в случае установки двух накопителей на устройстве С: устанавливают DS0, а на устройстве D: — DS1. Управляющий кабель должен иметь терминатор на последнем устройстве шлейфа. Терминаторы обычно представляют собой плоскую резисторную сборку со штырьковыми контактами, которая по умолчанию устанавливается в гнез­да всех накопителей. При установке двух накопителей на среднем устройстве шлейфа терминатор рекомендуется снимать.

Устройства с интерфейсами ST-506/412, ESDI имеют внешний контроллер, который обычно представляет собой плату, устанавливаемую в слот систем­ной шины ввода/вывода. Контроллеры жесткого диска HDC (Hard Disk Con­troller) для компьютеров XT и AT различны как по регистровым моделям, так и по занимаемым системным ресурсам.

 

Интерфейс АТА (IDE)

Интерфейс АТА (AT Attachment for Disk Drives) разрабатывался в 1986-1990 гг. для подключения накопителей на жестких магнитных дисках к компьютерам IBM PC AT с шиной ISA. Стандарт, выработанный комитетом ХЗТ10, определяет набор регистров устройств и назначение сигналов 40-контактного интерфейсного разъема. Интерфейс появился в результате переноса стандартного (для PC/AT) контроллера жесткого диска ближе к накопителю, то есть создания устройств со встроенным контроллером - IDE (Integrated Drive Electronics). Такие устройства имеют ряд преимуществ перед устройствами с отдельным контроллером:

· За счет минимального удаления контроллера от диска удается существенно повысить быстродействие, поскольку отпадает необходимость пе­редавать высокочастотные сигналы записи и чтения по длинным интерфейсным проводам.

· Снимается проблема совместимости накопителей и контроллеров по физическим форматам записи. Обмен с устройствами IDE происходит информационными и управляющими байтами или словами, а не закодированными последовательностями импульсных сигналов.

· Появляется больший простор для внутренних усовершенствований ус­тройств, направленных на повышение производительности, надежности, плотности хранения информации и другие цели. Эти усовершенствования отрабатываются встроенным контроллером и могут им не выноситься на уровень внешнего интерфейса.

· Упрощается схемотехника адаптера подключения устройств к шине ком­пьютера. Сигналы интерфейса представляют собой сокращенный набор буферизованных сигналов системной шины, а обязательная встроенная буферная память устройства позволяет не привязывать скорость обмена по внешнему интерфейсу к скорости обмена данными с собственно носителем информации. Таким образом, устройства IDE можно подключать через соответствующие адаптеры как к высокопроизводительной систем­ной шине, так и к медленному интерфейсу стандартного параллельного порта. Конечно, производительность обмена будет существенно различ­ной, но принципиальная возможность сопряжения есть.

Стандартный контроллер AT позволял подключать до двух накопителей, что в интерфейсе АТА означает параллельное подключение контроллеров двух устройств. В спецификации АТА фигурируют следующие компоненты.

· Хост-адаптер — средства сопряжения интерфейса АТА с шиной компьютера. Хостом мы будем называть компьютер с хост-адаптером интерфейса АТА. Хост-контроллер — более развитый вариант хост-адаптера.

· Ведущее устройство (Master) — ПУ, в спецификации АТА официально называемое Device-0 (устройство 0).

· Ведомое устройство (Slave) — ПУ, в спецификации официально называемое Device-1 (устройство 1).

Хост-адаптер и устройства объединяются кабелем-шлейфом, соединяющим параллельно одноименные контакты интерфейсных разъемов. Регистры обоих контроллеров оказываются расположенными в одних и тех же областях пространства ввода-вывода. Для выбора устройства, исполняющего текущую команду, используется бит выбора накопителя (DEV) в регистре номера устройства и головки (drive/head register). Если бит DEV=0, выбрано ведущее устройство, если DEV=1 - ведомое. Запись в этот регистр воспринимается сразу обоими устройствами, на обращения к остальным регистрам реагирует только выбранное. Достаточно универсальный набор сигналов позволяет подключать любое устройство со встроен­ным контроллером, которому в пространстве портов ввода-вывода достаточно того же набора регистров, и которое способно поддерживать режим выбора устройства через вышеупомянутый бит. Принятая система команд и регистров, являющаяся частью спецификации АТА, ориентирована на блочный обмен данными с устройствами прямого доступа. Для иных устройств существует спецификация ATAPI, основанная на тех же аппаратных средствах, но позволяющая обмениваться пакетами управляющей информации. ATAPI (ATA Package Interface - пакетный интерфейс ATA) — программная спецификация для подключения к интерфейсу ATA накопителей CD-ROM, стримеров и других устройств, которым недостаточно системы команд ATA, явно ориентированной на дисковые устройства. Устройство ATAPI поддерживает минимальный набор команд ATA, а для его расширения используется 12-байтный командный пакет, посылаемый хост-контроллером в регистр данных устройства. Структура командного пакета пришла от SCSI, что обеспечивает схожесть драйверов для одних и тех же устройств, имеющих интерфейсы SCSI и ATA. Интерфейс ATAPI может использоваться с любыми неинтеллектуальными адаптерами ATA. Сложные контроллеры интерфейса ATA, имеющие кэш-память и собственный процессор, не ориентированные на интерфейс ATAPI, могут и не догадаться, что в регистр данных устройства кроме 512-байтных блоков данных можно записывать и 12-байтный командный блок. Пакетный интерфейс позволяет расширить границы применения шины АТА.

Адресация в АТА имеет «дисковые корни»: для накопителей изначально указывали адрес цилиндра (cylinder), головки (head) и сектора (sector) — так называемая трехмерная адресация CHS. Сначала эта адресация точно соответствовала реальной геометрии - физически сектор действительно находился по указанному адресу. Позже по ряду причин диски АТА стали описывать внешней геометрией, отличающейся от реальной внутренней (например, разные зоны треков имеют разное число секторов, причем часть секторов может резервироваться на случай замены дефектных). При этом одно и то же устройство может иметь различную внешнюю геометрию. Преобразование адресов в реальные выполняется встроенным контроллером устройства. В системе CHS устройство АТА позволяет адресовать до 267 386 880 (65 536´ 16´ 255) секторов (блоков), что при размере сектора в 512 байт дает 136 902 082 560 байт (около 137 Гбайт). Позже пришли к линейной адресации логических блоков LBA (Logical Block Addressing), где адрес блока (сектора) определяется 28-битным числом, что позволяет адресовать до 268 435 455 (2²⁸) блоков (немного больше, чем в CHS). Для устройств АТА, поддерживающих и CHS, и LBA, режим адресации определяется для каждой команды битом L (бит 6) регистра D/H; режимы могут чередоваться произвольным образом. Устройства ATAPI используют принятую в SCSI 32-битную логическую адресацию, позволяющую адресовать до 2 Тбайт (при 512-байтном блоке).

Если к шине АТА подключено одно устройство, оно должно быть ведущим. Если подключены два устройства, одно должно быть ведущим, другое — ведомым. О своей роли (ведущее или ведомое) устройства «узнают» с помощью предварительно установленных конфигурационных джамперов. Если применяется «кабельная выборка» (см. ниже), роль устройства определяется его положением на специальном ленточном кабеле. Оба устройства воспринимают команды от хост-адаптера одновременно. Однако исполнять команду будет лишь выбранное устройство. Выводить выходные сигналы на шину АТА имеет право только выбранное устройство. Такая система подразумевает, что, начав операцию обмена с одним из устройств, хост-адаптер не может переключиться на обслуживание другого до завершения начатой операции. Параллельно могут работать только устройства IDE, подключаемые к разным шинам (каналам) АТА. Спецификация АТА-4 определяет способ обхода этого ограничения, но эту возможность используют редко.

Для стандартной BIOS IDE-устройство эмулирует один контроллер типа ST-506 с подключенным накопителем. Увеличение количества накопителей до двух (что предусматривает стандартный контроллер ST-506) создает некоторые сложности, поскольку реально каждое устройство IDE входит в систему со своим контроллером. Однако некоторыми ухищрениями эти сложности преодолели, хотя и не без потерь.

Для устройств IDE существует несколько разновидностей интерфейса.

· АТА, он же AT-BUS, — 16-битный интерфейс подключения к шине компьютера AT. Наиболее распространенный 40-проводный сигнальный и 4-проводный питающий интерфейс для подключения дисковых накопителей к компьютерам AT. Для миниатюрных (2, 5" и менее) накопителей используют 44-проводный кабель, по которому передается и питание.

· PC Card АТА — 16-битный интерфейс с 68-контактным разъемом PC Card (PCMCIA) для подключения к блокнотным PC.

· XT IDE (8 бит), он же XT-BUS, — 40-проводный интерфейс, похожий на АТА, но несовместимый с ним.

· МСА IDE (16 бит) — 72-проводный интерфейс, предназначенный специально для шины и накопителей PS/2.

· АТА-2 — расширенная спецификация АТА. Включает 2 канала, 4 устройства, PIO Mode 3, Multiword DMA Mode 1, Block mode, объем диска до 8 Гбайт, поддержка LBA и CHS.

· Fast ATA-2 разрешает использовать Multiword DMA Mode 2 (13, 3 Мбайт/с), PIO Mode 4.

· ATA-3 — расширение АТА-2. Включает средства парольной защиты, улучшенного управления питанием, самотестирования с предупреждением приближения отказа — SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology).

· ATA/ATAPI-4 — расширение АТА-3, включающее режим Ultra DMA со скоростью обмена до 33 Мбайт/с и пакетный интерфейс ATAPI. Появляется поддержка очередей и возможность перекрытия команд.

· ATA/ATAPI-5 — ревизия ATA/ATAPI-4: удаляются устаревшие команды и биты, добавляются новые возможности защиты и управления энергопотреблением. Включает режим Ultra DMA со скоростью обмена до 66 Мбайт/с.

· ATA/ATAPI-6 — дополнения к ATA/ATAPI-5: потоковое расширение для чтения/записи аудио- и видеоданных, управление акустическим шумом, режим Ultra DMA со скоростью обмена до 100 Мбайт/с.

· Serial АТА — последовательный интерфейс.

· E-IDE (Enhanced IDE) — расширенный интерфейс, введенный фирмой Western Digital. Реализуется в адаптерах для шин PCI и VLB. Позволяет подключать до 4 устройств (к двум каналам), включая CD-ROM и стриммеры (ATAPI). Поддерживает PIO Mode 3, Multiword DMA Mode 1, объем диска до 8 Гбайт, LBA и CHS. С аппаратной точки зрения практически полностью соответствует спецификации АТА-2.

Устройства АТА IDE, E-IDE, АТА-2, Fast АТА-2, АТА-3, ATA/ATAPI-4, АТА/ ATAPI-5 и ATA/ATAPI-6 электрически совместимы. Степень логической совместимости достаточно высока (все базовые возможности АТА доступны). Однако для полного использования всех расширений необходимо соответствие спецификаций устройств, хост-адаптера и его ПО.

Разработкой спецификаций ATA/ATAPI занимается технический комитет Т13 американского Национального Комитета по стандартизации в области информационных технологий (NCITS). Разработанные им спецификации оформляются в виде стандартов ANSI. Спецификация ATA/ATAPI-6 объявлена последней версией параллельного интерфейса АТА, за которой следует последовательный интерфейс Serial АТА.

С АТА связан также и программный интерфейс ATASPI (ATA Software Programming Interface) — менеджер ввода/вывода для Windows. Он обеспечивает асинхронные операции обмена с HDD, CD-ROM и стримерами, использует 32-битный доступ и управление несколькими шинами.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Асинхронные задачи интерфейса с устройствами ввода/вывода.
2. В данном случае были нарушены два принципа создания пользовательского интерфейса: руководство пользователя и принцип согласованности.
3. Внешние интерфейсы персональных компьютеров.
4. Вспомогательные элементы интерфейса
5. Выявление интерфейсных ошибок
6. Интерфейс JTAG (Boundary Scan)
7. Интерфейс программного обеспечения ИСАВП-РТ
8. Интерфейс программы MathCAD.
9. Интерфейс программы MathCAD. Построение арифметических и символьных выражений и их вычисление.
10. Интерфейсная шина CAN. Назначение, форматы передачи данных, основные технические характеристики
11. Лекция 6. Принципы дизайна интерфейса. Этапы создания интерактивных прототипов. Средства быстрого конструирования.