Controller. Peripherieschnittstellen – wie alles funktioniert IDE-Komponenten und ihr Zweck

Übersicht der Festplattenschnittstellen

ATA (Advanced Technology Attachment)

ATA / PATA ist eine parallele Schnittstelle zum Anschließen von Festplatten und optischen Laufwerken, die in der zweiten Hälfte der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts erstellt wurde. Nach dem Auftritt serielle Schnittstelle SATA wurde PATA (Parallel ATA) genannt. Der Standard hat sich kontinuierlich weiterentwickelt und seine neueste Version, Ultra ATA/133, hat eine theoretische Datenübertragungsrate von etwa 133 Mb/s. Jedoch Festplatte PATA, das für den Massenmarkt entwickelt wurde, erreichte nur 66 Mb / s. Diese Methode der Datenübertragung ist bereits veraltet, jedoch ist auf modernen Mainboards noch ein PATA-Anschluss verbaut.

An einen PATA-Anschluss können zwei Geräte (Festplatten und/oder optische Laufwerke) angeschlossen werden. Dies kann zu einem Gerätekonflikt führen. Sie müssen ATA-Geräte manuell "brüten", indem Sie Schalter (Jumper) darauf installieren. Wenn die Jumper richtig gesetzt sind, kann der Computer erkennen, welches der Geräte der Master (Master) und welches der Slave (Slave) ist.

PATA verwendet 40-adrige oder 80-adrige Schnittstellenkabel, deren Länge standardmäßig 46 cm nicht überschreiten sollte Je mehr ATA-Geräte in der Systemeinheit vorhanden sind, desto schwieriger ist es, ihr optimales Zusammenspiel sicherzustellen. Zudem verhindern breite Kabel eine normale Luftzirkulation im Gehäuse. Außerdem können sie beim Anschließen oder Trennen eines Kabels ziemlich leicht beschädigt werden.

SATA (Serial-ATA)

SATA ist eine serielle Schnittstelle zum Anschluss von Datenträgern. Nachfolger von PATA in den frühen 2000er Jahren. Derzeit herrscht auf den meisten PCs die höchste Priorität. Die erste Version von SATA Revision 1.x (SATA/150) hatte eine theoretische Datenübertragungsrate von bis zu 150 Mb / s, die neueste - SATA rev. 3.0 (SATA/600) – Bietet einen Durchsatz von bis zu 600 Mb/s. Allerdings ist diese Geschwindigkeit noch nicht gefragt, da die Durchschnittsgeschwindigkeit der schnellsten Modelle für den Massenmarkt um die 150 Mb/s schwankt. Im Durchschnitt sind SATA-Laufwerke jedoch doppelt so schnell wie ihre Vorgänger.

Die drei Varianten der seriellen Schnittstelle werden oft als SATA I / SATA II / SATA III bezeichnet, was laut den Entwicklern nicht korrekt ist. Theoretisch sind verschiedene Versionen der Schnittstelle abwärtskompatibel. Das ist SATA-Rev. 2.x kann an ein Mainboard mit SATA rev. 1.x. Obwohl die Anschlüsse austauschbar sind, können verschiedene Motherboard-Modelle mit verschiedenen Festplattenmodellen in Wirklichkeit unterschiedlich interagieren.

SATA verwendet im Gegensatz zu PATA ein 7-poliges Schnittstellenkabel mit einer maximalen Länge von 1 Meter und einem kleinen Querschnitt (d. h. es ist viel schmaler als das PATA-Kabel). Es ist auch viel schwerer zu beschädigen und einfacher zu verbinden oder zu trennen. Für Besitzer alter Computer und Festplatten gibt es Adapter von SATA auf PATA und umgekehrt. "Hot Swapping" von Festplatten wird nicht unterstützt - bei eingeschalteter Systemeinheit können Sie keine SATA-Festplatten (aber auch PATA) trennen und anschließen.

Anschließen von Kabeln an Festplatten:
PATA (oben; breit grau) und SATA (unten; schmal rot)

eSATA (externes SATA)

Schnittstelle zum Anschluss externer Laufwerke. Erstellt im Jahr 2004. Unterstützt den Hot-Swap-Modus, der die Aktivierung des AHCI-Modus im BIOS erfordert. SATA- und eSATA-Anschlüsse sind nicht kompatibel. Kabellänge auf 2 Meter erhöht. Außerdem wurde ein Power eSATA-Anschluss entwickelt, mit dem Sie ein Schnittstellenkabel und ein Stromkabel kombinieren können.

FireWire (IEEE 1394)

Serielle Hzum Anschluss verschiedener Geräte an einen PC und zum Aufbau eines Computernetzwerks. Der IEEE 1394-Standard wurde 1995 verabschiedet. Seitdem wurden mehrere Schnittstellenoptionen mit unterschiedlichen Bandbreiten (FireWire 800 bis zu 80 Mb/s und FireWire 1600 bis zu 160 Mb/s) und verschiedenen Anschlusskonfigurationen entwickelt. FireWire ist Hot-Plug-fähig und erfordert kein separates Netzkabel.

Es wurde zuerst verwendet, um Filme von MiniDV-Camcordern aufzunehmen. Es wird häufiger zum Anschließen verschiedener Multimediageräte verwendet, seltener zum Anschließen von Festplatten und RAID-Arrays. Einst war FireWire als Ersatz für ATA geplant.

SCSI (Schnittstelle für kleine Computersysteme)

Parallele Schnittstelle zum Anschluss verschiedener Geräte (von Festplatten und optischen Laufwerken bis hin zu Scannern und Druckern). 1986 standardisiert und seitdem kontinuierlich weiterentwickelt. Die Ultra-320-SCSI-Schnittstellenversion hat einen Durchsatz von bis zu 320 Mb/s. Zum Anschluss von Geräten wird ein 50- und 68-poliges Kabel verwendet. Die neuesten Versionen von SCSI verwenden einen 80-Pin-Anschluss und sind Hot-Swap-fähig.

Diese Schnittstelle ist dem Massenbenutzer aufgrund der hohen Kosten von SCSI-Laufwerken nahezu unbekannt. Infolgedessen werden die meisten Motherboards ohne integrierten Controller veröffentlicht. Häufige Anwendungen für SCSI-Laufwerke sind Server, Hochleistungs-Workstations und RAID-Arrays. Sie gehört nach und nach der Vergangenheit an, da sie durch die SAS-Schnittstelle ersetzt wird.

SAS (Serial Attached SCSI)

Die serielle Schnittstelle, die SCSI ersetzt hat. Technisch fortschrittlicher und schneller (bis zu 600 Mb/s). Es gibt verschiedene Optionen für SAS-Anschlüsse. Die SCSI-Schnittstelle verwendet einen gemeinsamen Bus, sodass jeweils nur ein Gerät mit dem Controller arbeiten kann. SAS ist aufgrund der Implementierung dedizierter Kanäle frei von diesem Nachteil. Abwärtskompatibel mit SATA-Schnittstelle (SATA rev. 2.x und SATA rev. 3.x können daran angeschlossen werden, aber nicht umgekehrt). Im Gegensatz zu SATA ist es zuverlässiger, kostet aber deutlich mehr und verbraucht mehr Energie. Im Gegensatz zu SCSI hat es kleinere Anschlüsse, was die Verwendung von 2,5-Zoll-Laufwerken ermöglicht.

USB (Universeller serieller Bus)

Serielle Schnittstelle zur Datenübertragung verschiedener Geräte. Ein Bus transportiert Daten und Strom. Hot-Swap unterstützt. USB-Geräte haben möglicherweise keine eigene Stromversorgung: Der maximale Strom beträgt 500 mA für USB 2.0 und 900 mA für USB 3.0. In der Praxis bedeutet dies, dass externe 1,8-Zoll- und 2,5-Zoll-Festplatten über ein USB-Kabel mit Strom versorgt werden. 3,5" externe Laufwerke benötigen bereits eine separate Stromversorgung. Trotz der Tatsache, dass externes Laufwerk verbindet sich über USB und ist positioniert als " Festplatte USB HDD", im Inneren des Geräts befinden sich eine normale SATA-Festplatte und ein spezieller SATA-USB-Controller.

USB ist weit verbreitet. Die gebräuchlichste Version ist USB 2.0. USB 3.0 wird in den kommenden Jahren zum Standard werden, aber es gibt noch nicht viele USB 3.0-Geräte oder Motherboards auf dem Markt, die es unterstützen. Die Datenaustauschgeschwindigkeit hat sich im Vergleich zu USB 2.0 um das 10-fache auf 4,8 Gb/s erhöht. Die tatsächliche Geschwindigkeit von USB 3.0 beträgt, wie Tests zeigen, bis zu 380 Mb / s.

Die neue Schnittstelle verwendet neue Kabel: USB Typ A und USB Typ B. Ersteres ist mit USB 2.0 Typ A kompatibel.

Thunderbolt (früher bekannt als Light Peak)

Zukunftssichere Verbindungsschnittstelle Peripheriegeräte zum PC. Von Intel entwickelt, um Schnittstellen wie USB, SCSI, SATA und FireWire zu ersetzen. Im Mai 2010 wurde der erste Computer mit Light Peak vorgeführt und seit Februar dieses Jahres unterstützt Apple die Schnittstelle.

Datenübertragungsrate bis zu 10 Gbit/s (20 Mal schneller als USB 2.0), maximale Kabellänge 3 Meter. Gleichzeitige Verbindung mit vielen Geräten, Unterstützung verschiedener Protokolle, "heiße" Verbindung von Geräten möglich.

Trotz hervorragender Datenübertragungsraten ist noch nicht bekannt, ob Thunderbolt zum Standard auf Mainstream-PCs wird.

Von links nach rechts: USB 2.0, USB 3.0, Thunderbolt-Kabel

Netzwerk Schnittstellen

BEI letzten Jahren Netzwerkspeichersysteme werden immer beliebter. Tatsächlich handelt es sich hierbei um einen separaten Mini-Computer, der als Data Warehouse fungiert. Es heißt NAS (Network Attached Storage). Verbunden über Netzwerkkabel, konfiguriert und gesteuert von einem anderen PC über einen Browser. Einige NAS sind mit zusätzlichen Diensten ausgestattet (Fotogalerie, Medienzentrum, BitTorrent- und eMule-Clients, Mailserver usw.). Es wird für zu Hause gekauft, wenn ein großer Speicherplatz benötigt wird, der von vielen Familienmitgliedern genutzt wird (Fotos, Video, Audio). Daten werden von Netzwerkspeichern zu anderen Computern im Netzwerk über ein Kabel (normalerweise ein Standard-Gigabit-Ethernet-Netzwerk) oder über Wi-Fi übertragen.

Zusammenfassung

Wenn Sie also ein durchschnittlicher Computerbenutzer sind, dann haben Sie die Wahl zwischen einem internen SATA-Rev.-2.x- oder SATA-Rev.-3.x-Laufwerk. Es gibt praktisch keinen Geschwindigkeitsunterschied zwischen ihnen. PATA wird nicht mehr verkauft und ist veraltet, SCSI und SAS sind zu teuer. Wenn Sie mehrere Computer in Ihrem Haus haben und gemeinsam genutzte Ressourcen verwenden, ist es an der Zeit, über den Kauf von Netzwerkdateispeicher nachzudenken.

Eine Festplatte sieht aus wie eine einfache und kleine "Box", die riesige Mengen an Informationen im Computer eines jeden modernen Benutzers speichert.

Genau so scheint es von außen: eine eher unkomplizierte Kleinigkeit. Es kommt selten vor, dass sie beim Aufzeichnen, Löschen, Kopieren und anderen Aktionen mit Dateien unterschiedlicher Bedeutung über das Prinzip der Interaktion zwischen einer Festplatte und einem Computer nachdenken. Und um noch genauer zu sein - direkt mit dem Mainboard selbst.

Wie diese Komponenten zu einem einzigen, unterbrechungsfreien Betrieb verbunden sind, wie die Festplatte selbst aufgebaut ist, welche Anschlüsse sie hat und wofür sie jeweils vorgesehen sind – das sind die wichtigsten Informationen zum Massenspeicher, die jeder kennt.

HDD-Schnittstelle

Es ist dieser Begriff, der korrekt als Interaktion mit dem Motherboard bezeichnet werden kann. Das Wort selbst hat eine viel breitere Bedeutung. Zum Beispiel die Programmoberfläche. In diesem Fall ist der Teil gemeint, der eine Möglichkeit für eine Person bereitstellt, mit der Software zu interagieren (ein bequemes "freundliches" Design).

Es ist jedoch anders. Im Falle der HDD und des Motherboards stellt dies für den Benutzer kein angenehmes grafisches Design dar, sondern eine Reihe spezieller Leitungen und Datenübertragungsprotokolle. Diese Komponenten werden über eine Schleife miteinander verbunden - ein Kabel mit Eingängen an beiden Enden. Sie sind so konzipiert, dass sie mit Anschlüssen auf der Festplatte und dem Motherboard verbunden werden können.

Mit anderen Worten, die gesamte Schnittstelle dieser Geräte besteht aus zwei Kabeln. Einer ist an einem Ende mit dem Stromanschluss der Festplatte und am anderen Ende mit dem Netzteil des Computers selbst verbunden. Und das zweite der Kabel verbindet die Festplatte mit dem Motherboard.

Wie früher eine Festplatte angeschlossen war - ein IDE-Anschluss und andere Relikte der Vergangenheit

Ganz am Anfang, nach dem fortgeschrittenere HDD-Schnittstellen erscheinen. Ancient nach heutigen Maßstäben erschien um die 80er Jahre des letzten Jahrhunderts auf dem Markt. IDE bedeutet wörtlich "eingebetteter Controller".

Als parallele Datenschnittstelle wird sie im Volksmund auch ATA genannt - hat sich aber mit der Zeit gelohnt neue Technologie SATA und erfreuen sich großer Beliebtheit auf dem Markt, da das Standard-ATA in PATA (Parallel ATA) umbenannt wurde, um Verwirrung zu vermeiden.

Extrem langsam und sehr roh in Bezug auf seine technischen Fähigkeiten, konnte diese Schnittstelle in den Jahren ihrer Popularität von 100 auf 133 Megabyte pro Sekunde übergehen. Und dann nur in der Theorie, denn in der Praxis waren diese Zahlen noch bescheidener. Natürlich werden neuere Schnittstellen und Festplattenanschlüsse eine spürbare Lücke zwischen IDE und modernen Entwicklungen aufzeigen.

Sind Sie der Meinung, dass wir die attraktiven Seiten nicht unterschätzen sollten? Ältere Generationen erinnern sich wahrscheinlich daran Technische Fähigkeiten PATA ermöglichte es, zwei Festplatten gleichzeitig mit nur einem an das Motherboard angeschlossenen Kabel zu bedienen. Aber die Kapazität der Leitung war in diesem Fall ähnlich halbiert. Und dabei wird nicht einmal die Breite des Drahtes erwähnt, der mit seinen Abmessungen auf die eine oder andere Weise den Frischluftstrom von den Lüftern in der Systemeinheit verhindert.

Zu unserer Zeit ist die IDE bereits natürlich veraltet, sowohl physisch als auch moralisch. Und war dieser Stecker bis vor kurzem noch auf Mainboards des unteren und mittleren Preissegments zu finden, sehen die Hersteller selbst jetzt keine Perspektive mehr darin.

Jedermanns Lieblings-SATA

Die IDE ist seit langem die beliebteste Schnittstelle für die Arbeit mit Speichermedien. Doch die Technologien zur Datenübertragung und -verarbeitung stagnierten nicht lange und boten bald eine konzeptionell neue Lösung. Jetzt kann es in fast jedem Besitzer eines PCs gefunden werden. Und sein Name ist SATA (Serial ATA).

Besondere Merkmale dieser Schnittstelle sind parallel geringer Stromverbrauch (im Vergleich zu IDE), geringere Erwärmung der Komponenten. Im Laufe der Geschichte seiner Popularität hat SATA drei Revisionsphasen durchlaufen:

1. SATA I - 150 Mbit/s.
2. SATA II - 300 MB/s.
3. SATA III - 600 Mbit/s.

Für die dritte Revision wurden auch einige Updates entwickelt:

• 3.1 - erweiterte Bandbreite, aber immer noch begrenzt durch ein Limit von 600 MB / s.
• 3.2 mit der SATA Express-Spezifikation - eine erfolgreich umgesetzte Fusion von SATA- und PCI-Express-Geräten, die es ermöglichte, die Lese- / Schreibgeschwindigkeit der Schnittstelle auf bis zu 1969 MB / s zu erhöhen. Grob gesagt handelt es sich bei der Technik um einen „Adapter“, der den normalen SATA-Modus auf einen schnelleren umsetzt, den die PCI-Anschlussleitungen haben.

Die realen Zahlen wichen natürlich deutlich von den offiziell deklarierten ab. Dies liegt vor allem an der überschüssigen Bandbreite der Schnittstelle - für viele moderne Laufwerke sind die gleichen 600 MB / s unnötig, da sie ursprünglich nicht für eine solche Lese- / Schreibgeschwindigkeit ausgelegt waren. Erst mit der Zeit, wenn der Markt nach und nach mit Hochgeschwindigkeitslaufwerken mit heute unglaublicher Leistung gefüllt wird, wird das technische Potenzial von SATA voll ausgeschöpft.

Schließlich wurden viele physikalische Aspekte verbessert. SATA wurde entwickelt, um längere Kabel (1 Meter gegenüber 46 Zentimetern für Festplatten mit IDE-Anschluss) mit einer viel kleineren Größe und einem schönen Aussehen zu verwenden. Unterstützung für "Hot-Swapping"-HDDs wird bereitgestellt - Sie können sie anschließen/trennen, ohne den Computer auszuschalten (Sie müssen jedoch zuerst den AHCI-Modus im BIOS aktivieren).

Der Komfort beim Anschließen des Kabels an die Steckverbinder hat sich ebenfalls erhöht. Gleichzeitig sind alle Versionen der Schnittstelle untereinander abwärtskompatibel (eine SATA-III-Festplatte verbindet sich problemlos mit II auf dem Mainboard, SATA-I mit SATA-II usw.). Der einzige Vorbehalt ist, dass die maximale Geschwindigkeit beim Arbeiten mit Daten durch den "ältesten" Link begrenzt wird.

Auch Besitzer alter Geräte kommen nicht zu kurz – vorhandene Adapter von PATA auf SATA ersparen Ihnen die teurere Anschaffung einer modernen HDD oder eines neuen Mainboards.

Externes SATA

Aber nicht immer ist eine Standardfestplatte für die Aufgaben des Benutzers geeignet. Es müssen große Datenmengen gespeichert werden, die an verschiedenen Orten genutzt und entsprechend transportiert werden müssen. Für solche Fälle, wenn man nicht nur zu Hause mit einem Laufwerk arbeiten muss, wurden externe Festplatten entwickelt. Aufgrund der Besonderheiten ihres Geräts benötigen sie eine völlig andere Verbindungsschnittstelle.

Dies ist eine andere Art von SATA, die für externe Festplattenanschlüsse mit dem externen Präfix erstellt wurde. Physikalisch ist diese Schnittstelle nicht mit Standard-SATA-Anschlüssen kompatibel, hat aber eine ähnliche Bandbreite.

Es gibt Unterstützung für "Hot-Swap"-Festplatten und die Länge des Kabels selbst wurde auf zwei Meter erhöht.

In der ursprünglichen Version ermöglicht eSATA nur den Austausch von Informationen, ohne den entsprechenden Anschluss einer externen Festplatte mit dem erforderlichen Strom zu versorgen. Dieser Nachteil, der die gleichzeitige Verwendung von zwei Kabeln für die Verbindung überflüssig machte, wurde mit dem Aufkommen der Power eSATA-Modifikation behoben, die eSATA-Technologien (verantwortlich für die Datenübertragung) mit USB (verantwortlich für die Stromversorgung) kombinierte.

Universal Serial Bus

Tatsächlich ist der Universal Serial Bus, der zum gängigsten Standard für eine serielle Schnittstelle zum Anschließen digitaler Geräte geworden ist, heutzutage jedem bekannt.

Nach einer langen Geschichte ständiger großer Veränderungen dreht sich bei USB alles um die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung, die Stromversorgung einer beispiellosen Reihe von Peripheriegeräten und die Einfachheit und Bequemlichkeit im täglichen Gebrauch.

Die Schnittstelle wurde von Unternehmen wie Intel, Microsoft, Phillips und US Robotics entwickelt und ist der Inbegriff mehrerer technischer Bestrebungen:

• Erweiterung der Funktionalität von Computern. Vor dem Aufkommen von USB war die Vielfalt der Standard-Peripheriegeräte eher begrenzt, und für jeden Typ war ein separater Anschluss erforderlich (PS / 2, ein Anschluss zum Anschließen eines Joysticks, SCSI usw.). Mit dem Aufkommen von USB wurde angenommen, dass es ein einziger universeller Ersatz werden würde, der die Interaktion von Geräten mit einem Computer erheblich vereinfacht. Darüber hinaus sollte diese für die damalige Zeit neue Entwicklung auch das Aufkommen nicht-traditioneller Peripheriegeräte ankurbeln.
• Stellen Sie den Anschluss von Mobiltelefonen an Computer bereit. Der Trend des Übergangs breitete sich in jenen Jahren aus Mobilfunknetze zur digitalen Sprachübertragung ergab, dass keine der damals entwickelten Schnittstellen eine Daten- und Sprachübertragung vom Telefon aus ermöglichen konnte.
• Erfindung des komfortablen „Plug and Play“-Prinzips, geeignet für „Hot Plugging“.

Wie die überwiegende Mehrheit der Digitaltechnik ist auch der USB-Festplattenanschluss für uns längst ein völlig bekanntes Phänomen. In den verschiedenen Jahren ihrer Entwicklung hat diese Schnittstelle jedoch immer neue Höhen der Geschwindigkeitsindikatoren für das Lesen / Schreiben von Informationen demonstriert.

Zusätzlich zu dieser Spezifikation sind verschiedene USB-Versionen implementiert und unter verschiedene Typen Geräte. Unter den verschiedenen Kabeln und Steckern dieser Schnittstelle gibt es:

USB 3.0 könnte bereits einen weiteren neuen Typ bieten – C. Kabel dieses Typs sind symmetrisch und werden von jeder Seite in das entsprechende Gerät gesteckt.

Andererseits sieht die dritte Überarbeitung keine Mini- und Micro-„Untertypen“ von Kabeln für Typ A mehr vor.

Alternativ FireWire

Bei aller Popularität sind eSATA und USB nicht alle Optionen, um einen externen Festplattenanschluss an einen Computer anzuschließen.

FireWire ist in der Masse eine etwas weniger bekannte Hochgeschwindigkeitsschnittstelle. Ermöglicht den seriellen Anschluss externer Geräte, deren unterstützte Anzahl auch die Festplatte umfasst.

Seine Eigenschaft der isochronen Datenübertragung hat vor allem in der Multimediatechnik (Videokameras, DVD-Player, digitale Audiogeräte) Anwendung gefunden. Festplatten werden viel seltener an sie angeschlossen und bevorzugen SATA oder eine fortschrittlichere USB-Schnittstelle.

Diese Technologie erwarb nach und nach ihre modernen technischen Indikatoren. So war die ursprüngliche Version von FireWire 400 (1394a) schneller als der damalige Hauptkonkurrent USB 1.0 – 400 Megabit pro Sekunde gegenüber 12. Die maximal zulässige Kabellänge beträgt 4,5 Meter.

Das Aufkommen von USB 2.0 ließ den Konkurrenten hinter sich und ermöglichte den Datenaustausch mit einer Geschwindigkeit von 480 Megabit pro Sekunde. Mit der Veröffentlichung des neuen FireWire 800 (1394b)-Standards, der die Übertragung von 800 Megabit pro Sekunde bei einer maximalen Kabellänge von 100 Metern ermöglichte, war USB 2.0 am Markt jedoch weniger gefragt. Dies veranlasste die Entwicklung der dritten Version des seriellen Universalbusses, der die Datenaustauschobergrenze auf 5 Gb / s erweiterte.

Darüber hinaus ist eine Besonderheit von FireWire seine Dezentralisierung. Die Übertragung von Informationen über die USB-Schnittstelle erfordert zwingend einen PC. FireWire hingegen ermöglicht es Ihnen, Daten zwischen Geräten auszutauschen, ohne unbedingt einen Computer in den Prozess einzubeziehen.

Blitz

Intel hat zusammen mit Apple seine Vision gezeigt, welcher Festplattenanschluss in Zukunft zum unbedingten Standard werden soll, indem es die Thunderbolt-Schnittstelle (oder, wie der alte Codename lautet, Light Peak) der Welt vorstellte.

Dieses Design basiert auf PCI-E- und DisplayPort-Architekturen und ermöglicht die Übertragung von Daten, Video, Audio und Strom über einen einzigen Port mit wirklich beeindruckenden Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gb/s. In realen Tests war diese Zahl etwas bescheidener und erreichte maximal 8 Gb / s. Trotzdem übertraf Thunderbolt seine engsten Gegenstücke, FireWire 800 und USB 3.0, ganz zu schweigen von eSATA.

Aber diese vielversprechende Idee eines einzigen Ports und Steckers hat noch keine solche Massenverbreitung erhalten. Obwohl einige Hersteller heute erfolgreich externe Festplattenanschlüsse integrieren, ist Thunderbolt. Andererseits ist der Preis für die technischen Fähigkeiten der Technologie auch relativ hoch, weshalb diese Entwicklung vor allem bei teuren Geräten zu finden ist.

USB- und FireWire-Kompatibilität kann mit entsprechenden Adaptern erreicht werden. Durch diese Vorgehensweise werden sie in Bezug auf die Datenübertragung nicht schneller, da der Durchsatz beider Schnittstellen unverändert bleibt. Hier gibt es nur einen Vorteil: Thunderbolt stellt bei einer solchen Verbindung keine einschränkende Verbindung dar, sodass Sie alle technischen Möglichkeiten von USB und FireWire nutzen können.

SCSI und SAS - etwas, von dem nicht jeder gehört hat

Eine weitere parallele Schnittstelle zum Anschluss von Peripheriegeräten, die den Schwerpunkt ihrer Entwicklung irgendwann verlagerte Desktop-Computer zu einer breiteren Palette von Technologien.

Etwas früher als SATA II wurde das „Small Computer System Interface“ entwickelt. Als letzteres veröffentlicht wurde, waren beide Schnittstellen in ihren Eigenschaften nahezu identisch und in der Lage, einen Festplattenanschluss mit stabilem Betrieb von Computern bereitzustellen. Allerdings nutzte SCSI im Betrieb einen gemeinsamen Bus, weshalb nur eines der angeschlossenen Geräte mit dem Controller arbeiten konnte.

Die weitere Verfeinerung der Technologie, die den neuen Namen SAS (Serial Attached SCSI) erhielt, wurde bereits ihrer früheren Nachteile beraubt. SAS ermöglicht die Verbindung von Geräten mit einem Satz verwalteter SCSI-Befehle über eine physische Schnittstelle, die der gleichen SATA ähnelt. Allerdings mehr breite Möglichkeiten ermöglichen Ihnen nicht nur den Anschluss von Festplattenanschlüssen, sondern auch viele andere Peripheriegeräte (Drucker, Scanner usw.).

Hot-Swap-fähige Geräte werden unterstützt, Bus-Expander mit der Fähigkeit dazu gleichzeitige Verbindung mehrere SAS-Geräte an einem einzigen Port sowie Abwärtskompatibilität mit SATA.

NAS-Perspektiven

Eine interessante Möglichkeit, mit großen Datenmengen zu arbeiten, die bei modernen Benutzern schnell an Popularität gewinnt.

Oder kurz gesagt, NAS ist ein separater Computer mit einer Art Festplatten-Array, der mit einem Netzwerk verbunden ist (häufig ein lokales) und die Speicherung und Datenübertragung zwischen anderen verbundenen Computern ermöglicht.

Als Netzwerkspeicher wird dieser Mini-Server über ein gewöhnliches Ethernet-Kabel mit anderen Geräten verbunden. Der weitere Zugriff auf seine Einstellungen erfolgt über einen beliebigen Browser mit Verbindung zur Netzwerkadresse des NAS. Die darauf verfügbaren Daten können sowohl über ein Ethernet-Kabel als auch über Wi-Fi genutzt werden.

Diese Technologie ermöglicht es, ein ausreichend zuverlässiges Niveau der Informationsspeicherung bereitzustellen und es mit einem bequemen zu versehen einfacher Zugriff für Treuhänder.

Funktionen zum Anschließen von Festplatten an Laptops

Arbeitsprinzip der HDD Desktop-Computer extrem einfach und für jedermann verständlich - in den meisten Fällen müssen Sie die Stromanschlüsse der Festplatte mit dem entsprechenden Kabel an das Netzteil anschließen und das Gerät auf die gleiche Weise mit dem Motherboard verbinden. Bei Verwendung externer Laufwerke kommt man in der Regel mit nur einem Kabel aus (Power eSATA, Thunderbolt).

Aber wie verwendet man Laptop-Festplattenanschlüsse richtig? Schließlich verpflichtet ein anderes Design dazu, mehrere andere Nuancen zu berücksichtigen.

Erstens, um Speichermedien direkt „innerhalb“ des Geräts selbst anzuschließen, sollte beachtet werden, dass der HDD-Formfaktor mit 2,5 ” bezeichnet werden sollte.

Zweitens ist bei einem Laptop die Festplatte direkt mit dem Motherboard verbunden. Ohne zusätzliche Kabel. Schrauben Sie einfach die Abdeckung für die Festplatte an der Unterseite des zuvor ausgeschalteten Laptops ab. Es hat ein rechteckiges Aussehen und wird normalerweise mit einem Paar Schrauben befestigt. In dieser Kapazität sollte das Speichergerät platziert werden.

Alle Laptop-Festplattenanschlüsse sind absolut identisch mit ihren größeren "Brüdern", die für PCs entwickelt wurden.

Eine weitere Anschlussmöglichkeit ist die Verwendung eines Adapters. Beispielsweise kann ein SATA III-Laufwerk mit einem SATA-zu-USB-Adapter an USB-Anschlüsse angeschlossen werden, die auf einem Laptop installiert sind (es gibt eine große Anzahl solcher Geräte auf dem Markt für eine Vielzahl von Schnittstellen).

Sie müssen nur die Festplatte an den Adapter anschließen. Dieser wiederum wird zur Stromversorgung an eine 220V-Steckdose angeschlossen. Und schon mit einem USB-Kabel verbinden Sie diese gesamte Struktur mit einem Laptop, woraufhin die Festplatte während des Betriebs als weitere Partition angezeigt wird.

Betrachten Sie die gängigsten Schnittstellen von Peripheriegeräten (Tabelle 4.5).

Tabelle 4.5. Externe Geräteschnittstellen

IDE-Schnittstelle und ihre Varianten

IDE (Integra?ed Device Electronics)- Geräteschnittstelle mit eingebautem Controller (Abb. 4.21, 4.22). Bei der Erstellung dieser Schnittstelle konzentrierten sich die Entwickler auf den Anschluss eines Laufwerks. Durch die minimale Entfernung des Controllers von der Platte wird die Performance deutlich gesteigert.

Das Laufwerk-Computer-Problem besteht aus drei Teilen. Der Computer muss mit dem Controller interagieren (und umgekehrt), der Controller muss mit Daten arbeiten und mit dem Plattenlaufwerk interagieren (und umgekehrt).

Früher wurde das Problem von allen drei Seiten betrachtet, was die Laufwerkshersteller dazu zwang, alle zu erfüllen

EIDE, PCI VL oder PC-Motherboard

Primäre EIDE-Schnittstelle

ML, CD-ROM oder HDD kompatibel mit EIDE kompatibel mit EIDE

Reis. 4.21. EIDE-Schnittstelle

Reis. 4.22. Parallelanschluss ATA/1 DE ( a, b); serieller Anschluss

AN EINER ( in); Anschlüsse auf der Platine (g)

bot. Ein Großteil der „Intelligenz“ für die Datenübertragung zwischen dem Computer und dem Laufwerk konzentrierte sich auf den Controller und die Computerplatine. Wenn Sie also ein neues Laufwerk installieren oder ein altes Laufwerk ersetzen, musste sichergestellt werden, dass der Controller vollständig mit dem neuen kompatibel war Festplatte. IDE-Controller machten einen großen Unterschied, da der Controller auf der Laufwerkskarte in diesem Standard viel wichtiger wurde, sodass die eigentliche Schnittstelle zwischen dem Laufwerk und dem Computer relativ einfach wurde.

Die IDE (Integrated Drive Electronics)-Laufwerksschnittstellenfamilie hat die ST506- und ESDI-Schnittstellen ersetzt, die verwendet werden, um Festplatten mit ihren jeweiligen Controllern zu verbinden. Die IDE führte zum ersten Mal einen Standardbus für den Austausch mit dem Controller ein, indem eine spezielle Elektronik in Kombination mit der Platte verwendet wurde, um die Platte und diesen Bus (daher der Name der Schnittstelle) zu steuern. Die Übersetzung logischer Parameter in physikalische erfolgt durch die Disk-Elektronik. Der Begriff ATA (AT Attachment) wird als Synonym für die IDE-Schnittstelle verwendet.

Physikalisch wird die IDE-Schnittstelle über ein 40-adriges Flachkabel realisiert, das Anschlüsse zum Anschluss von einem oder zwei Geräten enthält. Die Gesamtlänge des Kabels darf 45 cm nicht überschreiten und der Abstand zwischen den Steckern muss mindestens 15 cm betragen.

Die IDE-Schnittstelle hat primäre und sekundäre Kanäle, die jeweils mit zwei Geräten verbunden werden können, d. h. es können insgesamt vier sein. Dies kann eine Festplatte, eine CD-ROM oder ein Plattenwechsler sein.

Die IDE-Schnittstelle unterstützt mehrere Möglichkeiten der gemeinsamen Nutzung. Zunächst war der Hauptaustauschmodus der PIO-Modus (Programmed Input / Output), in dem Daten über die Prozessorregister unter seiner direkten Kontrolle ausgetauscht wurden. Die Folge davon ist eine hohe CPU-Auslastung während I/O-Operationen.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, den DMA-Modus (Direct Memory Access) zu verwenden, bei dem der IDE-Schnittstellencontroller und der Direct-Memory-Access-Controller des Motherboards Daten zwischen der Festplatte und dem Computer übertragen RAM ohne die CPU zu belasten.

Es gibt mehrere Varianten der IDE-Schnittstelle, die untereinander Bottom-up-kompatibel sind.

Verbesserte IDE-Spezifikation. Um die Fähigkeiten der IDE-Schnittstelle weiterzuentwickeln, schlug Western Digital seine erweiterte Spezifikation Enhanced IDE (Synonyme: E-IDE, Fast ATA, ATA-2 und Fast ATA-2) vor, die dann den Status des amerikanischen ANSI-Standards erhielt ATA-2 (Abb. 4.23, Tabelle 4.6). Es enthält eine Reihe von Neuerungen: Unterstützung für IDE-on-Drives mit einer Kapazität von mehr als 504 MB, Unterstützung für mehrere IDE-Controller im System und Anschluss von bis zu vier Geräten an einen Controller sowie Unterstützung für andere Peripheriegeräte als Festplatten (CD-ROM-Laufwerke, CD-R und DVD-ROM, LS-120- und ZIP-Laufwerke, magneto-optische,

Tabelle 46. Paralleler ATA-Anschluss

Datenübertragung an Vorder- und Hinterflanke des Impulses

Reis. 4.23. Zeitdiagramme von ATA-2- und ATA-3-Schnittstellen ( a);

Ultra-ATA (b); Ultra-ATA/66 (in)

Streamer usw.). Eine Erweiterung der IDE-Spezifikation zur Unterstützung anderer Arten von IDE-Laufwerken wird auch ATAPI (ATA Packed Interface) genannt. Die Enhanced IDE führte auch Elemente der Parallelisierung von Austauschvorgängen und der Datenintegritätskontrolle während der Übertragung ein.

Unterstützung für DMA-Modus 3 und 4, DMA-Single-Word-Modus 2 und Multi-Word-DMA-Modus 1 und 2 wurde zur erweiterten IDE-Schnittstellenspezifikation hinzugefügt, und in Ryu-Modus 4 und Single-Word-DMA-Modus 2 – 16,7 MB/s. Der Multi-Word-DMA-Modus 2 ermöglicht Ihnen eine Spitzenaustauschrate von über 20 MB/s.

Der nächste Schritt in der Entwicklung der IDE/ATA-Schnittstelle war der Ultra ATA-Standard (auch bekannt als Ultra DMA, ATA-33, DMA-33, ATA-3). Ultra ATA ist der De-facto-Standard für die Verwendung des schnellen DMA-Modus - Modus 3, der Datenübertragungsraten bietet

Datenübertragung auf der Vorderflanke des Impulses

362 Kapitel 4. Schnittstellen

33,3 MB/s. Um eine zuverlässige Datenübertragung über dasselbe Kabel zu gewährleisten, werden spezielle Fehlerkontroll- und Korrekturschemata verwendet, während die Abwärtskompatibilität mit früheren Standards – ATA und ATA-2 – aufrechterhalten wird.

Schließlich die Schnittstellen Ultra ATA/66, Ultra ATA/100, Ultra ATA/133, die eine Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von 66, 100 bzw. 133-150 MB/s ermöglichen.

Serial ATA (SATA)-Schnittstelle. Zu den Hauptvorteilen von Serial ATA gegenüber Parallel ATA (PATA) gehören:

• die Anzahl der Steckerpins wird reduziert (bis zu 7 statt 40) und die Signalspannung wird reduziert (bis zu 500 mV, im Vergleich zu 5 V bei PATA);
• kleineres, bequemeres Kabel für die Verkabelung, bis zu 1 m lang;
• verbesserte Fehlererkennungs- und Korrekturfunktionen.

Erste Generation (bekannt als SATA/150 oder SATA.1)

kam Mitte 2002 auf den Markt und unterstützte Datenübertragungsraten bis zu 1,5 Gb/s. SATA. 1 verwendet ein 8-V-/10-V-Kodierungsschema für die Bitübertragungsschicht mit einer Effizienz von 80 %, was zu einer realen Geschwindigkeit von 1,2 Gbit/s oder 150 MB/s führt.

Die nächste Version (SATA 3,0 Gb/s) verwendet ebenfalls eine 8-V/10-V-Schaltung, sodass die maximale Übertragungsrate 2,4 Gb/s oder 300 MB/s beträgt. Heutige HDD-Geräte unterstützen diese Geschwindigkeiten jedoch nicht, sodass die tatsächliche Systemleistung durch die Kapazität des Laufwerks begrenzt ist. Die 3,0-Gbit/s-Spezifikation wird häufig als „Serial ATA II“ („SATA II“) sowie als SATA 3.0 oder SATA/300 bezeichnet und setzt die Linien von ATA/100, ATA/133 und SATA/150 fort.

MINISTERIUM FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT

STAATLICHE BILDUNGSEINRICHTUNG

HOCHSCHULBILDUNG

"STAATLICHE TECHNISCHE UNIVERSITÄT WORONESCH"

Fakultät für Automatisierung und Elektromechanik

Abteilung "Automatisierte und Computersysteme"

Spezialität "Computer, Komplexe, Systeme und Netzwerke"

Abstraktes Thema "Interne IDE-Schnittstellen und ihre Varianten"

Erfüllt

Kunst. GR. VM-083 Boldyrev E.V.

Geprüft von Plotnikov O.A.

Woronesch 2010

1. Der Ort des Objekts in den Computern und Computersystemen. Anwendungsgebiet

Die ursprüngliche Version des Standards wurde 1986 von Western Digital entwickelt und hieß aus Marketinggründen IDE (engl. Integrated Drive Electronics – „in das Laufwerk eingebaute Elektronik“). Dabei wurde eine wichtige Neuerung hervorgehoben: Der Laufwerkscontroller befindet sich in sich selbst und nicht in Form einer separaten Erweiterungsplatine, wie beim vorherigen ST-506-Standard und den damals existierenden SCSI- und ST-412-Schnittstellen. Dies ermöglichte es, die Eigenschaften von Laufwerken zu verbessern (aufgrund einer kürzeren Entfernung zum Controller), ihre Verwaltung zu vereinfachen (da der IDE-Kanal-Controller von den Details des Laufwerksbetriebs abstrahiert) und die Produktionskosten zu senken (der Laufwerkscontroller konnte nur für „seinen“ Antrieb ausgelegt werden und nicht für alle möglichen ; der Kanalregler wurde allgemein zum Standard). Es sei darauf hingewiesen, dass der IDE-Kanal-Controller korrekter als Host-Adapter bezeichnet wird, da er von der direkten Steuerung des Laufwerks zur Kommunikation mit ihm über ein Protokoll übergegangen ist.

IDE (Integrated Device Electronics) ist eine Geräteschnittstelle mit integriertem Controller. Bei der Erstellung dieser Schnittstelle konzentrierten sich die Entwickler auf den Anschluss eines Laufwerks. Die EIDE-Schnittstelle verfügt über primäre und sekundäre Kanäle, die jeweils mit zwei Geräten verbunden werden können, dh es können insgesamt vier vorhanden sein. Dies kann eine Festplatte, eine CD-ROM oder ein Plattenwechsler sein.

Tatsächlich handelt es sich um eine Verbindung zwischen der Systemplatine und der in das Laufwerk eingebauten Elektronik oder Steuerung. Diese Schnittstelle wird ständig weiterentwickelt - bis heute wurden mehrere Modifikationen erstellt. Die IDE-Schnittstelle, die in den Speichergeräten moderner Computer weit verbreitet ist, wurde als Festplattenschnittstelle entwickelt. Jetzt wird es jedoch verwendet, um nicht nur Festplatten zu unterstützen, sondern auch viele andere Geräte wie Bandlaufwerke, CD / DVD-ROM, Zip-Laufwerke usw.

Diese Geräte müssen dokumentiert werden als:

¾ Verbesserte IDE (EIDE)

¾ Fast ATA, Fast ATA-2 ist ein allgemeiner Begriff, der auf fast jede Festplatte mit integriertem Controller angewendet werden kann; Die Namen ATA und Serial ATA beziehen sich auf bestimmte Typen von IDE-Schnittstellen. Da ATA die häufigste Form von IDE ist, werden diese Begriffe oft synonym verwendet, was technisch nicht korrekt ist. Was Benutzer normalerweise als IDE bezeichnen, wird besser als ATA-Schnittstelle bezeichnet.

Physikalisch wird die IDE-Schnittstelle über ein 40-adriges Flachkabel realisiert, das über Anschlüsse zum Anschluss von einem oder zwei Geräten verfügen kann. Die Gesamtlänge des Kabels darf 45 cm nicht überschreiten, und zwischen den Steckern muss ein Abstand von mindestens 15 cm eingehalten werden.

Es gibt drei Hauptvarianten der IDE-Schnittstelle, die für die Interaktion mit den drei Standardbussen ausgelegt sind:

¾ Serieller AT-Anschluss (SATA);

¾ Parallel AT Attachment (ATA) IDE (16-Bit-ISA-Bus);

¾ XT IDE (8-Bit-ISA-Bus);

¾ MCA IDE (16-Bit-MCA-Bus).

Derzeit werden von allen aufgeführten Typen nur die ATA-Versionen verwendet. Es gibt schon schneller und leistungsstarke Versionen ATA- und Serial-ATA-Schnittstellen; insbesondere wurden verbesserte Varianten des ATA als ATA-2 ff. bezeichnet. Manchmal werden diese Versionen auch als EIDE (Enhanced IDE), Fast-ATA, Ultra-ATA oder Ultra-DMA bezeichnet. Trotz aller Möglichkeiten letzte Version ATA-6, im Allgemeinen, die Serial ATA-Schnittstelle demonstriert großartige Leistung und Funktionalität.

Bei den meisten neuen Computern ist ein ATA-Anschluss direkt auf der Systemplatine installiert. Falls nicht, können Sie eine optionale Adapterkarte verwenden, um ein ATA-IDE-Laufwerk an Ihren Computer anzuschließen. Typischerweise hat ein solcher Riser nur zwei Anschlüsse (einen 98-poligen gedruckten Busanschluss und einen 40-poligen IDE-Anschluss) und einen Satz Drähte. Diese Boards sind keine Controller, da diese bereits in die Festplatten eingebaut sind. Einige von ihnen montieren zwar zusätzliche Geräte, z. B. ein spezielles ROM-BIOS oder einen Cache-Speicher.

Um die Fähigkeiten der IDE-Schnittstelle weiterzuentwickeln, schlug Western Digital seine erweiterte Spezifikation Enhanced IDE (Synonyme: E-IDE, Fast ATA, ATA-2 und Fast ATA-2) vor, die dann den Status des amerikanischen ANSI-Standards erhielt ATA-2. Es enthält eine Reihe von Neuerungen: Unterstützung für IDE-Laufwerke größer als 504 MB, Unterstützung für mehrere IDE-Controller im System und bis zu vier an einen Controller angeschlossene Geräte sowie Unterstützung für andere Peripheriegeräte als Festplatten (CD-ROM, CD -R- und DVD-Laufwerke) -ROM-, LS-120- und ZIP-Laufwerke, magnetooptische Geräte, Streamer usw.). Eine Erweiterung der IDE-Spezifikation zur Unterstützung anderer Arten von IDE-Laufwerken wird auch ATAPI (ATA Packed Interface) genannt. Die Enhanced IDE führte auch Elemente der Parallelisierung von Austauschvorgängen und der Datenintegritätskontrolle während der Übertragung ein.

Zum Anschluss von Festplatten mit PATA-Schnittstelle wird meist ein 40-adriges Kabel (auch Flachkabel genannt) verwendet. Jedes Kabel hat normalerweise zwei oder drei Anschlüsse, von denen einer mit dem Controller-Anschluss auf der Hauptplatine verbunden ist (bei älteren Computern befand sich dieser Controller auf einer separaten Erweiterungskarte), und ein oder zwei andere sind mit den Laufwerken verbunden. Zu einem bestimmten Zeitpunkt überträgt die P-ATA-Schleife 16 Datenbits. Manchmal gibt es IDE-Kabel, mit denen drei Laufwerke an einen IDE-Kanal angeschlossen werden können, aber in diesem Fall arbeitet eines der Laufwerke im Nur-Lese-Modus.

Das ATA-Kabel enthielt lange Zeit 40 Adern, aber mit der Einführung des Ultra DMA/66 (UDMA4)-Modus erschien seine 80-adrige Version. Alle zusätzlichen Leiter sind Masseleiter, die sich mit Informationsleitern abwechseln. Dieser Wechsel von Leitern reduziert die kapazitive Kopplung zwischen ihnen, wodurch eine gegenseitige Beeinflussung reduziert wird. Die kapazitive Kopplung ist ein Problem bei hohen Übertragungsraten, daher war diese Innovation notwendig, um den ordnungsgemäßen Betrieb der UDMA4-Spezifikation mit 66 MB/s (Megabyte pro Sekunde) sicherzustellen. Die schnelleren UDMA5- und UDMA6-Modi erfordern ebenfalls ein 80-adriges Kabel.

Obwohl sich die Anzahl der Leiter verdoppelt hat, ist die Anzahl der Pins ebenso geblieben wie das Aussehen der Steckverbinder. Die interne Verkabelung ist natürlich anders. Steckverbinder für ein 80-adriges Kabel müssen eine große Anzahl von Masseleitern mit einer kleinen Anzahl von Massestiften verbinden, während bei einem 40-adrigen Kabel die Leiter jeweils mit einem eigenen Stift verbunden sind. Bei 80-adrigen Kabeln haben die Stecker normalerweise unterschiedliche Farben (blau, grau und schwarz), im Gegensatz zu 40-adrigen Kabeln, bei denen normalerweise alle Stecker die gleiche Farbe haben (normalerweise schwarz).

Der ATA-Standard hat immer eine maximale Kabellänge von 46 cm festgelegt, was das Anschließen von Geräten in großen Gehäusen oder das Anschließen mehrerer Laufwerke an einen einzelnen Computer erschwert und die Verwendung von PATA-Laufwerken als externe Laufwerke fast ausschließt. Obwohl längere Kabel im Handel erhältlich sind, beachten Sie bitte, dass diese nicht dem Standard entsprechen. Gleiches gilt für „runde“ Kabel, die ebenfalls weit verbreitet sind. Der ATA-Standard beschreibt nur Flachkabel mit bestimmten Impedanz- und Kapazitätsspezifikationen. Dies bedeutet natürlich nicht, dass andere Kabel nicht funktionieren, aber in jedem Fall sollte die Verwendung von nicht standardmäßigen Kabeln mit Vorsicht verwendet werden.

Wenn zwei Geräte an dieselbe Schleife angeschlossen sind, wird eines normalerweise als Master und das andere als Slave bezeichnet. Normalerweise steht der Master in der Liste der Laufwerke, die vom BIOS des Computers oder Betriebssystems aufgelistet werden, vor dem Slave. In älteren BIOS (486 und früher) wurden Festplatten oft fälschlicherweise mit den Buchstaben „C“ für Master und „D“ für Slave gekennzeichnet.

Befindet sich nur ein Antrieb in einem Loop, sollte dieser in den meisten Fällen als Master konfiguriert werden. Einige Discs (insbesondere die von Western Digital) haben eine spezielle Einstellung namens Single (d. h. „eine Disc auf einem Kabel“). In den meisten Fällen kann jedoch das einzige Laufwerk am Kabel auch als Slave arbeiten (dies ist häufig der Fall, wenn eine CD-ROM an einen separaten Kanal angeschlossen wird).

2. Zweck, Hauptmerkmale und Parameter des Objekts

Der nach IDE erschienene EIDE-Standard (eng. Enhanced IDE - „extended IDE“) erlaubte die Verwendung von Laufwerken mit einer Kapazität von mehr als 528 MB (504 MiB) bis zu 8,4 GB. Obwohl diese Akronyme eher als Handelsnamen denn als offizielle Namen für den Standard entstanden sind, werden die Begriffe IDE und EIDE oft anstelle von ATA verwendet. Nach der Einführung des Serial ATA-Standards im Jahr 2003 wurde das traditionelle ATA als Parallel ATA bekannt, was sich auf die Art und Weise bezieht, wie Daten über ein paralleles 40- oder 80-adriges Kabel übertragen werden.

Zuerst wurde diese Schnittstelle mit Festplatten verwendet, aber dann wurde der Standard erweitert, um mit anderen Geräten zu arbeiten, hauptsächlich unter Verwendung von Wechselmedien. Zu diesen Geräten gehören CD-ROM- und DVD-ROM-Laufwerke, Bandlaufwerke und Disketten mit hoher Kapazität wie ZIP- und magneto-optische Platten (LS-120/240). Außerdem können wir aus der FreeBSD-Kernel-Konfigurationsdatei schließen, dass sogar eine FDD (Floppy Disk) an den ATAPI-Bus angeschlossen war. Dieser erweiterte Standard wird als Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI) bezeichnet, weshalb der vollständige Name des Standards wie ATA/ATAPI aussieht.

Die ATA-Standards beseitigten Inkompatibilitäten und verschiedene Probleme zwischen IDE-Laufwerken und ISA/PCI-Bussen. Die ATA-Spezifikationen definieren die 40-Pin-Pin-Signale, ihre Funktionen und ihr Timing, Kabelstandards und so weiter. Der folgende Abschnitt listet einige der Elemente und Funktionen auf, die durch die ATA-Spezifikation definiert sind. ATA-E/A-Anschluss Um den 40/44-poligen ATA-Schnittstellenanschluss richtig anzuschließen, ist er normalerweise (aber nicht immer) mit einem Schlüssel versehen. In diesem Fall ist der Schlüssel der Schnitt des Ausgangs 20, und es gibt kein entsprechendes Loch im Gegenstück. Es wird dringend empfohlen, dass alle Hersteller codierte Stecker und Kabel verwenden, denn wenn das IDE-Kabel falsch angeschlossen wird, können sowohl der Controller als auch der Busadapter beschädigt werden (und das stimmt, obwohl bei meinen zahlreichen Fehlern der Rauch aus den Chips immer noch besteht ging nicht).

Neben dem 40-Pin-Hauptteil, der sich praktisch nicht vom Standard-ATA-Anschluss unterscheidet (bis auf den reduzierten Abstand zwischen den Pins), gibt es auch zusätzliche Strom- und Jumper-Pins. Typischerweise wird ein 44-Pin-Kabel zum Anschluss an den Anschluss verwendet, der die Versorgungsspannung und Standard-ATA-Signale überträgt. Der Status der Festplatte wird durch die Position des Jumpers oder Schalters darauf bestimmt: primär (Master), sekundär (Slave) oder Kabelauswahl (Select Cable).

Der ATA-Standard bietet eine Möglichkeit für zwei in Reihe geschaltete Festplatten, zusammenzuarbeiten. Der Status der Festplatte (primär oder sekundär) wird entweder durch Umstecken des Jumpers oder Schalters darin (mit der Bezeichnung Master für primär und Slave für sekundär) oder durch Anlegen eines Steuersignals CSEL (Cable SELect - Kabelauswahl) über bestimmt eine der Schnittstellenleitungen. Wenn nur eine Festplatte im System installiert ist, reagiert deren Controller auf alle Befehle, die vom Computer kommen. Wenn zwei Festplatten (und folglich zwei Controller) vorhanden sind, werden Befehle gleichzeitig an beide Controller gesendet. Sie müssen so konfiguriert werden, dass jede Festplatte nur auf an sie gerichtete Befehle antwortet. Dazu dienen der Master/Slave-Jumper (Schalter) und das CSEL-Steuersignal.

Die meisten IDE-Laufwerke können wie folgt konfiguriert werden:

¾ primär (ein Laufwerk);

¾ primär (zwei Laufwerke);

¾ sekundär (zwei Laufwerke);

¾ Kabelauswahl.

Jedem der beiden Festplattencontroller muss sein Status mitgeteilt werden – primär oder sekundär. Die meisten neuen Laufwerke verwenden nur einen Schalter (primär/sekundär), und einige verwenden auch einen Slave-Present-Schalter. Eigenschaften der IDE-Schnittstelle.

Tabelle 1 – Eigenschaften von IDE/ATA-Schnittstellen

Ursprünglich war die übliche Art, Daten über die IDE / ATA-Schnittstelle zu übertragen, ein Protokoll namens Programmed I / O oder PIO. Es gibt fünf PIO-Modi, die sich in den maximalen Burst-Übertragungsraten unterscheiden. Der gebräuchliche englische Name lautet PIO-Modi. Natürlich sprechen wir über die externe Datenübertragungsrate und bestimmen die Geschwindigkeit der Schnittstelle, nicht der Festplatte. Vor dem Aufkommen von DMA-33 war die maximale Datenübertragungsrate für PIO- und DMA-Modi gleich. Der Hauptnachteil der PIO-Modi besteht darin, dass der Prozessor die Datenübertragung steuert, was seine Last erheblich erhöht. Diese Modi erfordern jedoch keine speziellen Treiber und sind ideal für Singletasking-Betriebssysteme.

Tabelle 2 – Baudrate der Schnittstelle

In Wirklichkeit überschreitet die maximale Datenübertragungsrate für keine Festplatte 10 MB / s, da die mechanischen Eigenschaften der Festplatte nicht umgangen werden können. Hohe Geschwindigkeitswerte beziehen sich auf die Arbeit mit dem internen Cache der Festplatte.

3. Zeitdiagramme

Schnittstellen-Timing-Diagramme sind wie folgt

Abbildung 1 - Schemata der Zeitdiagramme (a - ATA 2 und ATA 3; b - Ultra ATA; c - Ultra ATA / 66.)

Unterstützung für PIO-Modus 3 und 4, DMA-Einzelwortmodus 2 und Mehrwort-DMA-Modus 1 und 2 zur erweiterten IDE-Schnittstellenspezifikation hinzugefügt PIO-Modus 4 und Einzelwort-DMA-Modus 2 – 16,7 MB/s. Der Multi-Word-DMA-Modus 2 ermöglicht Ihnen eine Spitzenaustauschrate von über 20 MB/s.

Der nächste Schritt in der Entwicklung der IDE/ATA-Schnittstelle war der Ultra ATA-Standard (auch bekannt als Ultra DMA, ATA-33, DMA-33, ATA-3). Ultra ATA ist der De-facto-Standard für die Verwendung des schnellen DMA-Modus - Modus 3, der eine Datenübertragungsrate von 33,3 MB / s bietet. Um eine zuverlässige Datenübertragung über dasselbe Kabel zu gewährleisten, werden spezielle Fehlerkontroll- und Korrekturschemata verwendet, während die Abwärtskompatibilität mit früheren Standards – ATA und ATA-2 – aufrechterhalten wird.

Abbildung 2 – Zeitdiagramme von Austauschzyklen auf dem IDE-Bus

Der Hauptnachteil der EIDE-Schnittstelle ist die fehlende "Intelligenz". Wenn eine Festplatte und ein CD-ROM-Laufwerk an denselben Kanal angeschlossen sind, dann wartet der Prozessor im Fall eines CD-ROM-Zugriffs, bis die CD-ROM-Operationen abgeschlossen sind, bevor er auf die Festplatte zugreifen kann. Daher ist es offensichtlich, dass Sie nicht gleichzeitig ein schnelles und ein langsames Gerät an denselben EIDE-Kanal anschließen können. CD-ROM sollte immer nur am zweiten Kanal angeschlossen werden. Die EIDE-Kanäle in modernen EIDE-Controllern neigen dazu, ziemlich unabhängig voneinander zu sein.

Um die Leistung von EIDE zu verbessern, werden PIO (Programming Input Output - programmierbare Ein-/Ausgabe), Einzelwort-DMA (Austausch einzelner Wörter im DMA-Modus - Direct Memory Access - direkter Speicherzugriff) und Mehrwort-DMA (Austausch mehrerer Wörter im DMA) verwendet Die Schnittstelle hat mehrere Varianten, die miteinander kompatibel sind (es reicht aus, passive Adapter zu haben). 8 Bit (50-Pin-Anschluss) oder 16 Bit (68-Pin-Anschluss für Wide SCSI). Die Busfrequenz kann 5 MHz (SCSI 1), 10 MHz (Fast SCSI), 20 MHz (Fast-20 oder Ultra SCSI) oder 40 MHz (Ultra-2 SCSI) betragen. Jetzt wird aktiv mit der Einführung des Ultra2 SCSI LVD-Standards begonnen, bei dem es sich um eine Variation von Ultra2 SCSI handelt. Der vollständige Name des Standards lautet Ultra2 SCSI (LVD) Low Voltage Differential Parallel SCSI Interface, dh. Niederspannungs-Differential-Parallel-SCSI-Schnittstelle. Diese SCSI-Variante unterscheidet sich in zweierlei Hinsicht deutlich von all ihren Vorgängern:

¾ Übertragungsrate auf 80 MB/s erhöht

¾ Die maximale Länge des Anschlusskabels kann bis zu 12 Meter betragen

Außerdem können bis zu 15 Geräte an eine Schleife angeschlossen werden. Die für SCSI-Geräte übliche Abwärtskompatibilität bleibt ebenfalls erhalten, und ein Ultra2-SCSI-LVD-Gerät kann an einen normalen SCSI-Controller angeschlossen werden. Mit dieser Schnittstelle sind ausschließlich Festplatten in 68-Pin (Wide) und SCA-Ausführung erhältlich.

Aber die Geschwindigkeit von 80 MB / s, wie sich herausstellte, ist heute nicht die Grenze. Die nächste Version von SCSI, offiziell SPI-3 (SCSI Parallel Interface - 3), inoffiziell Ultra160/m SCSI genannt, wird bereits von Herstellern von Controllern und Festplatten eingeführt. Es basiert auf Ultra2 SCSI LVD und bietet die doppelte Datenübertragungsrate. Wie dies erreicht wird, ist aus dem schematischen Zeitdiagramm ersichtlich.

Abbildung 3 – Zeitdiagramm der Datenrate

4. Schema des Geräts des Laufwerks auf Festplatten

Die Festplatte besteht aus einem Sicherheitsbereich und einer Elektronikeinheit.

Der Sicherheitsbereich umfasst einen Körper aus einer dauerhaften Legierung, die eigentlichen Scheiben (Platten) mit einer magnetischen Beschichtung, einen Kopfblock mit einer Positioniervorrichtung und einen elektrischen Spindelantrieb.

Der Kopfblock ist ein Paket von Hebeln aus federndem Stahl (ein Paar für jede Scheibe). An einem Ende sind sie auf der Achse nahe dem Rand der Scheibe befestigt. An den anderen Enden (oberhalb der Scheiben) sind Köpfe befestigt.

Scheiben (Platten) bestehen üblicherweise aus einer Metalllegierung. Obwohl es Versuche gab, sie aus Kunststoff und sogar Glas herzustellen, erwiesen sich solche Platten als zerbrechlich und kurzlebig. Beide Ebenen der Platten sind wie ein Band mit dem feinsten Staub eines Ferromagneten bedeckt - Oxiden von Eisen, Mangan und anderen Metallen. Die genaue Zusammensetzung und Anwendungstechnik werden geheim gehalten. Die meisten preisgünstigen Geräte enthalten 1 oder 2 Platten, aber es gibt Modelle mit mehr Platten.

Die Scheiben sind starr auf der Spindel befestigt. Im Betrieb dreht sich die Spindel mit einer Drehzahl von mehreren tausend Umdrehungen pro Minute (3600, 4200, 5000, 5400, 5900, 7200, 9600, 10.000, 12.000, 15.000). Bei dieser Geschwindigkeit wird nahe der Plattenoberfläche ein starker Luftstrom erzeugt, der die Köpfe anhebt und über die Plattenoberfläche schweben lässt. Die Form der Köpfe ist so berechnet, dass im Betrieb der optimale Abstand zum Einsatz gewährleistet ist. Während die Platten nicht auf die für das „Abheben“ der Köpfe erforderliche Geschwindigkeit beschleunigt haben, hält die Parkvorrichtung die Köpfe in der Parkzone. Dadurch wird eine Beschädigung der Köpfe und der Arbeitsfläche der Einsätze verhindert. Der Spindelmotor der Festplatte ist dreiphasig, was die Stabilität der Rotation von Magnetplatten gewährleistet, die auf der Achse (Spindel) des Motors montiert sind. Der Stator des Motors enthält drei Wicklungen, die durch einen Stern mit einem Abgriff in der Mitte verbunden sind, und der Rotor ist ein permanenter Teilmagnet. Um einen geringen Rundlauf bei hohen Drehzahlen zu gewährleisten, verwendet der Motor hydrodynamische Lager.

Der Kopfpositionierer besteht aus einem stationären Paar starker Neodym-Permanentmagnete und einer Spule auf einer beweglichen Kopfbaugruppe. Entgegen der landläufigen Meinung gibt es bei den allermeisten Geräten kein Vakuum im Containment. Einige Hersteller machen es luftdicht (daher der Name) und füllen es mit gereinigter und getrockneter Luft oder neutralen Gasen, insbesondere Stickstoff; und zum Druckausgleich ist eine dünne Metall- oder Kunststoffmembran eingebaut. (In diesem Fall befindet sich im Inneren des Festplattengehäuses eine kleine Tasche für einen Beutel mit Kieselgel, der den im Inneren des Gehäuses zurückgebliebenen Wasserdampf absorbiert, nachdem es versiegelt wurde.) Andere Hersteller gleichen den Druck durch eine kleine Öffnung mit einem Filter aus, der in der Lage ist, sehr feine (mehrere Mikrometer) Partikel einzufangen. Allerdings wird dabei auch die Luftfeuchtigkeit ausgeglichen und es können auch schädliche Gase eindringen. Ein Druckausgleich ist notwendig, um eine Verformung des Containmentgehäuses durch Änderungen des atmosphärischen Drucks (z. B. in einem Flugzeug) und der Temperatur sowie bei Erwärmung des Geräts während des Betriebs zu verhindern.

Staubpartikel, die während der Montage in den Containment-Bereich gelangten und auf die Oberfläche der Scheibe fielen, werden während der Rotation zu einem anderen Filter - einem Staubabscheider - transportiert.

In früh Festplatte Die Steuerlogik wurde auf die MFM- oder RLL-Computersteuerung übertragen, und die Elektronikplatine enthielt nur Module für die analoge Verarbeitung und Steuerung des Spindelmotors, des Positionierers und des Kopfschalters. Die Zunahme der Datenübertragungsraten zwang die Entwickler, die Länge des analogen Pfads bis an die Grenze zu reduzieren, und bei modernen Festplatten enthält die Elektronikeinheit normalerweise: eine Steuereinheit, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Pufferspeicher und eine Schnittstelleneinheit und eine digitale Signalverarbeitungseinheit.

Die Schnittstellenbox verbindet die Festplattenelektronik mit dem Rest des Systems.

Die Steuereinheit ist ein Steuersystem, das elektrische Signale zum Positionieren der Köpfe empfängt und Steueraktionen mit einem Schwingspulenantrieb erzeugt, Informationsflüsse von verschiedenen Köpfen umschaltet, den Betrieb aller anderen Knoten steuert (z. B. die Spindeldrehzahl steuert) und empfängt und Verarbeiten von Signalen von den Sensoren der Vorrichtung (das Sensorsystem kann einen einachsigen Beschleunigungsmesser, der als Stoßsensor verwendet wird, einen dreiachsigen Beschleunigungsmesser, der als Freifallsensor verwendet wird, einen Drucksensor, einen Winkelbeschleunigungssensor, einen Temperatursensor beinhalten ).

Die ROM-Einheit speichert Steuerprogramme für Steuereinheiten und digitale Signalverarbeitung sowie Serviceinformationen der Festplatte.

Der Pufferspeicher gleicht den Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Schnittstellenteil und dem Laufwerk aus (es wird ein statischer Hochgeschwindigkeitsspeicher verwendet). Durch Erhöhen der Größe des Pufferspeichers können Sie in einigen Fällen die Geschwindigkeit des Laufwerks erhöhen.

Die digitale Signalverarbeitungseinheit bereinigt das gelesene analoge Signal und dekodiert es (Extraktion digitaler Informationen). Für die digitale Verarbeitung werden verschiedene Methoden verwendet, zum Beispiel die PRML-Methode (Partial Response Maximum Likelihood – die maximale Wahrscheinlichkeit bei einer unvollständigen Antwort). Das empfangene Signal wird mit den Proben verglichen. In diesem Fall wird ein Abtastwert ausgewählt, der in Form und zeitlichen Eigenschaften dem decodierten Signal am ähnlichsten ist.

bootfähige Festplatte

5. Master Boot Record (MBR)

Am Ende des ROM-BIOS-Startvorgangs wird der erste physische Sektor der Diskette oder Festplatte gelesen und ausgeführt. Der erste Sektor einer Festplatte wird Master Boot Record genannt (manchmal werden auch die Begriffe „Partitionstabelle“ und „Master Boot Block“ verwendet). Am Anfang dieses Festplattensektors steht ein kleines Programm. Partitionsinformationen (Partitionstabelle) befinden sich am Ende des Sektors. Das Programm verwendet die Partitionsinformationen, um die Bootpartition (normalerweise die primäre DOS-Partition) zu ermitteln und versucht, das Betriebssystem von dieser zu booten.

Dieses Programm wird mit dem Befehl fdisk /mbr auf die Festplatte geschrieben und als Master Boot Record bezeichnet. Normalerweise schreibt Fdisk sie nur dann auf die Festplatte, wenn kein Master Boot Record vorhanden ist.

Der Master Boot Record (engl. Master Boot Record, MBR) ist der Code und die Daten, die zum Booten benötigt werden Betriebssystem(OS) befindet, belegt den ersten Sektor der Festplatte, um den Vorgang zu starten Windows-Start. Es enthält eine Festplattenpartitionstabelle (Partitionstabelle) und ein kleines Programm namens "Primary Loader" (Master Boot Record), das für die Platzierung des aktiven oder Bootsektors in der Partitionstabelle verantwortlich ist. Einmal in der Tabelle platziert, startet der Bootsektor den Windows-Start. Wenn der Master Boot Record beschädigt ist, kann der aktive Sektor das System nicht starten.

Der Zweck des MBR ist noch nicht das Booten des Betriebssystems, sondern nur die Wahl, „von welcher Partition der Festplatte das Betriebssystem geladen werden soll“. In der MBR-Phase wird die Festplattenpartition ausgewählt und nichts weiter. Das OS selbst wird zu einem späteren Zeitpunkt geladen.

Beim Startvorgang des Rechners nach Abschluss des Ersttests (Power On Self Test, POST) wird der MBR vom Basic Input/Output System (BIOS) in den Arbeitsspeicher geladen (bei Rechnern der IBM-PC-Architektur meist von Adresse 0000: 7c00) und die Kontrolle wird an den im MBR befindlichen Bootcode übergeben (normalerweise mit dem Long-Jump-Befehl).

6. Datenaufzeichnungstechnologien

Das Funktionsprinzip von Festplatten ähnelt dem Betrieb von Tonbandgeräten. Die Arbeitsfläche der Platte bewegt sich relativ zum Lesekopf (z. B. in Form eines Induktors mit einer Lücke im Magnetkreis). Wenn (während der Aufzeichnung) ein Wechselstrom an die Kopfspule angelegt wird, beeinflusst das resultierende magnetische Wechselfeld aus dem Kopfspalt den Ferromagneten der Plattenoberfläche und ändert die Richtung des Domänenmagnetisierungsvektors in Abhängigkeit von der Signalstärke. Beim Lesen führt die Bewegung der Domänen am Kopfspalt zu einer Änderung des Magnetflusses im Magnetkreis des Kopfes, was aufgrund der Wirkung elektromagnetischer Induktion zum Auftreten eines elektrischen Wechselsignals in der Spule führt.

Vor kurzem wurde der magnetoresistive Effekt zum Lesen verwendet, und magnetoresistive Köpfe wurden in Platten verwendet. Bei ihnen führt eine Magnetfeldänderung zu einer Widerstandsänderung, abhängig von der Änderung der Magnetfeldstärke. Solche Köpfe machen es möglich, die Wahrscheinlichkeit der Informationslesezuverlässigkeit zu erhöhen (insbesondere bei hohen Informationsaufzeichnungsdichten).

Längsaufzeichnungsverfahren

Informationsbits werden mit einem kleinen Kopf aufgezeichnet, der, wenn er über die Oberfläche einer rotierenden Scheibe fährt, Milliarden von horizontalen diskreten Regionen - Domänen - magnetisiert. In diesem Fall befindet sich der Domänenmagnetisierungsvektor in Längsrichtung; parallel zur Plattenoberfläche. Jeder dieser Bereiche ist je nach Magnetisierung eine logische Null oder Eins.

Die mit diesem Verfahren maximal erreichbare Aufzeichnungsdichte beträgt etwa 23 Gb/cm². Derzeit wird dieses Verfahren nach und nach durch das Perpendicular Recording-Verfahren ersetzt.

Senkrechte Aufnahmemethode

Das senkrechte Aufzeichnungsverfahren ist eine Technik, bei der Informationsbits in vertikalen Domänen gespeichert werden. Dadurch können Sie stärkere Magnetfelder verwenden und die Materialfläche reduzieren, die zum Aufzeichnen von 1 Bit erforderlich ist. Die Aufzeichnungsdichte moderner Muster beträgt 60 Gb/cm².

Festplatten mit senkrechter Aufzeichnung sind seit 2005 auf dem Markt.

Thermomagnetisches Aufzeichnungsverfahren

Das Verfahren der Thermomagnetischen Aufzeichnung (engl. Heat-assisted Magnetic Recording, HAMR) ist derzeit das vielversprechendste der bestehenden Verfahren, es wird nun aktiv weiterentwickelt. Bei dieser Methode wird die Platte punktuell erhitzt, wodurch der Kopf sehr kleine Bereiche ihrer Oberfläche magnetisieren kann. Nachdem die Scheibe abgekühlt ist, "fixiert" sich die Magnetisierung. Dieser Festplattentyp wurde noch nicht auf dem Markt vorgestellt (Stand 2009), es gibt nur Versuchsmuster mit einer Aufzeichnungsdichte von 150 Gb/cm². Die Entwicklung der HAMR-Technologien läuft schon seit geraumer Zeit, aber Experten gehen immer noch auseinander in ihren Schätzungen zur maximalen Aufzeichnungsdichte. So nennt Hitachi eine Grenze von 2,3-3,1 Tb / cm², und Vertreter von Seagate Technology schlagen vor, dass sie in der Lage sein werden, die Aufzeichnungsdichte von HAMR-Medien auf 7,75 Tb / cm² zu bringen. Der weitverbreitete Einsatz dieser Technologie ist für 2011-2012 zu erwarten.

7. Geometrie der Magnetplatte

Um den Raum zu adressieren, werden die Oberflächen der Plattenteller in Spuren unterteilt - konzentrische ringförmige Bereiche. Jede Spur ist in gleiche Segmente unterteilt - Sektoren. Die CHS-Adressierung geht davon aus, dass alle Spuren in einem bestimmten Plattenbereich die gleiche Anzahl von Sektoren haben.

Zylinder - eine Reihe von Spuren, die auf allen Arbeitsflächen von Festplattenplatten gleichmäßig von der Mitte beabstandet sind. Die Kopfnummer spezifiziert die verwendete Arbeitsfläche (d. h. die spezifische Spur von dem Zylinder), und die Sektornummer spezifiziert den spezifischen Sektor auf der Spur.

Um die CHS-Adressierung zu verwenden, müssen Sie die Geometrie der verwendeten Festplatte kennen: die Gesamtzahl der darin enthaltenen Zylinder, Köpfe und Sektoren. Anfangs mussten diese Informationen manuell eingegeben werden; Der ATA-1-Standard führte die Funktion der automatischen Erkennung der Geometrie ein (Befehl „Identify Drive“).

Merkmale der Geometrie von Festplatten mit eingebauten Controllern

Zonierung

Auf den Platten moderner Festplatten sind die Spuren in mehrere Zonen gruppiert (engl. Zoned Recording). Alle Spuren einer Zone haben die gleiche Anzahl von Sektoren. Auf den Gleisen der äußeren Zonen befinden sich jedoch mehr Sektoren als auf den Gleisen der inneren. Dadurch kann bei Verwendung einer längeren äußeren Spur eine gleichmäßigere Aufzeichnungsdichte erreicht werden, wodurch die Kapazität der Platte bei gleicher Produktionstechnologie erhöht wird.

Sektoren reservieren

Auf jeder Spur können zusätzliche Ersatzsektoren vorhanden sein, um die Lebensdauer der Festplatte zu verlängern. Wenn in einem Sektor ein nicht behebbarer Fehler auftritt, kann dieser Sektor durch einen Reservesektor ersetzt werden (engl. Remapping). Die darin gespeicherten Daten können mit ECC verloren gehen oder wiederhergestellt werden, und die Festplattenkapazität bleibt gleich. Es gibt zwei Umbelegungstabellen: eine wird im Werk ausgefüllt, die andere wird während des Betriebs ausgefüllt. Zonengrenzen, die Anzahl von Sektoren pro Spur für jede Zone und Sektorabbildungstabellen werden im Speicher der Elektronikeinheit gespeichert.

logische Geometrie

Als die Kapazität der hergestellten Festplatten zunahm, passte ihre physische Geometrie nicht mehr in die Beschränkungen, die durch Software- und Hardwareschnittstellen auferlegt wurden (siehe: Festplattengrößenbarrieren). Außerdem sind Spuren mit einer unterschiedlichen Anzahl von Sektoren nicht mit dem CHS-Adressierungsverfahren kompatibel. Infolgedessen begannen Festplattencontroller, nicht reale, sondern fiktive, logische Geometrien zu melden, die in die Einschränkungen von Schnittstellen passen, aber nicht der Realität entsprechen. Die maximale Anzahl von Sektoren und Köpfen für die meisten Modelle beträgt also 63 und 255 (die maximal möglichen Werte in den BIOS INT 13h-Interrupt-Funktionen), und die Anzahl der Zylinder wird entsprechend der Festplattenkapazität ausgewählt. Die physische Geometrie der Platte selbst kann im normalen Betrieb nicht ermittelt werden und ist anderen Teilen des Systems unbekannt.

Abbildung 4 - Diagramm von Zylindern, Spuren und Sektoren auf einer Festplatte.

8. Datenadressierung

Der kleinste adressierbare Datenbereich auf einer Festplatte ist ein Sektor. Die Sektorgröße beträgt traditionell 512 Byte. 2006 kündigte IDEMA einen Übergang zu einer Sektorgröße von 4096 Byte an, der bis 2010 abgeschlossen sein soll. Western Digitals hat bereits die Einführung einer neuen Formatierungstechnologie namens Advanced Format angekündigt und ein Laufwerk (WD10EARS-00Y5B1) herausgebracht, das die neue Technologie verwendet.

In der endgültigen Version von Windows Vista, die 2007 veröffentlicht wurde, gibt es eine eingeschränkte Unterstützung für Laufwerke mit dieser Sektorgröße.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Sektoren auf einer Festplatte zu adressieren: Zylinderkopfsektor (CHS) und lineare Blockadressierung (LBA).

Bei dieser Methode wird der Sektor durch seine physikalische Position auf der Platte mit 3 Koordinaten adressiert – Zylindernummer, Kopfnummer und Sektornummer. Bei modernen [wann?] Platten mit eingebauten Controllern entsprechen diese Koordinaten nicht mehr der physikalischen Position des Sektors auf der Platte und sind "logische Koordinaten" (siehe oben).

Bei diesem Verfahren wird die Adresse der Datenblöcke auf dem Träger durch eine logische lineare Adresse angegeben. Die LBA-Adressierung wurde 1994 in Verbindung mit dem EIDE-Standard (Extended IDE) implementiert und verwendet. Die ATA-Standards erfordern eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen CHS- und LBA-Modi:

LBA = [ (Zylinder * Anzahl der Köpfe + Köpfe) * Sektoren/Spur ] + (Sektor-1)

Das LBA-Verfahren entspricht dem Sector Mapping für SCSI. Das BIOS des SCSI-Controllers erledigt diese Aufgaben automatisch, dh die logische Adressierung war von Anfang an typisch für die SCSI-Schnittstelle.

9. Moderne Design- und Produktionstechnologien

Bis zu diesem Zeitpunkt ist die Produktion und Entwicklung der IDE-Schnittstelle aufgrund ihrer Ablösung durch modernere Schnittstellentypen zurückgegangen oder im Sande verlaufen. Beispielsweise ist SATA (Serial ATA) eine serielle Schnittstelle zum Datenaustausch mit Informationsspeichergeräten. SATA ist eine Weiterentwicklung der parallelen ATA-Schnittstelle (IDE), die nach dem Aufkommen von SATA in PATA (Parallel ATA) umbenannt wurde.

Diese Schnittstelle ist am beliebtesten für moderne Festplatten und optische Laufwerke für den Heimgebrauch. Bietet Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung. Diese Schnittstelle wird auch beim Anschluss interner Festplatten an Multimedia-Player verwendet.

SATA verwendet einen 7-Pin-Anschluss anstelle des 40-Pin-Anschlusses von PATA. Das SATA-Kabel hat eine kleinere Fläche, wodurch der Luftwiderstand, der über die Computerkomponenten bläst, verringert und die Verkabelung innerhalb der Systemeinheit vereinfacht wird.

Das SATA-Kabel ist aufgrund seiner Form widerstandsfähiger gegen Mehrfachverbindungen. Das SATA-Netzkabel ist ebenfalls auf mehrere Anschlüsse ausgelegt. Der SATA-Stromanschluss liefert 3 Versorgungsspannungen: +12 V, +5 V und +3,3 V; Moderne Geräte können jedoch ohne eine Spannung von +3,3 V betrieben werden, was die Verwendung eines passiven Adapters von einem Standard-IDE-zu-SATA-Stromanschluss ermöglicht. Einige SATA-Geräte sind mit zwei Stromanschlüssen ausgestattet: SATA und Molex.

Der SATA-Standard hat die herkömmliche PATA-Verbindung von zwei Geräten pro Kabel aufgegeben; Jedes Gerät ist auf ein separates Kabel angewiesen, wodurch das Problem der Unmöglichkeit beseitigt wird gleichzeitiger Betrieb Geräte, die sich am gleichen Kabel befinden (und die daraus resultierenden Verzögerungen), reduziert mögliche Montageprobleme (es gibt keinen Konflikt zwischen Slave-/Master-Geräten für SATA), eliminiert die Möglichkeit von Fehlern bei der Verwendung von nicht terminierten PATA-Kabeln.

Der SATA-Standard unterstützt die Befehlswarteschlangenfunktion (NCQ seit SATA Revision 2.x).

Der SATA-Standard sieht kein Hot-Swapping eines aktiven Geräts (vom Betriebssystem verwendet) vor (bis SATA Revision 3.x), zusätzlich angeschlossene Laufwerke können schrittweise getrennt werden - Strom, Kabel und in umgekehrter Reihenfolge angeschlossen - Kabel , Energie. Nach dem Trennen / Verbinden der Festplatte müssen Sie die Konfiguration im Geräte-Manager aktualisieren.

SATA Revision 3.x (bis zu 6 Gb/s)

Die SATA Revision 3.0-Spezifikation sieht die Möglichkeit der Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von bis zu 6 Gb / s (praktisch bis zu 4,8 Gb / s - 600 MB / s) vor. Unter den Verbesserungen in SATA Revision 3.0 im Vergleich zur vorherigen Version der Spezifikation ist neben höherer Geschwindigkeit auch eine verbesserte Energieverwaltung zu vermerken. Die Kompatibilität bleibt ebenfalls erhalten, sowohl auf der Ebene der SATA-Anschlüsse und -Kabel als auch auf der Ebene der Austauschprotokolle. Übrigens warnt das SATA-IO-Konsortium davor, für SATA-Generationen selbsterzeugte Begriffe wie SATA III, SATA 3.0 oder SATA Gen 3 zu verwenden.Der vollständige korrekte Name der Spezifikation lautet SATA Revision 3.0; Schnittstellenname - SATA 6 Gb/s

10. Marktübersicht

Festplatten mit IDE-Schnittstelle

Festplatten von Seagate. Seagate war das erste Unternehmen, das in seinen neuen Modellen Flüssigkeitslager verwendete, wodurch die Spindeldrehzahl auf 7200 U / min erhöht wurde. Aber leider, neueste Modelle, hergestellt von Seagate, sind nicht zuverlässig, obwohl sie als eine der schnellsten und ziemlich leisen gelten.

¾ Schutz gegen statische Elektrizität (besteht aus einer Platte, die die Festplattenplatine schützt);

¾ System zum Verfolgen von Änderungen und Beheben kleinerer Fehler und Ausfälle.

Die Festplatten Barracuda ATA II (eine weitere führende Serie) wurden die besten. Ihre Spindeldrehzahl beträgt 7200 U/min und die Aufzeichnungsdichte beträgt 250 GB pro Platter. Hersteller geben dieser Serie nicht nur garantierte Leistung, sondern auch Zuverlässigkeit.

Seagate hat offiziell vorgestellt Neue Serien Business-Class-Festplatten, genannt Cheetah. Festplatten sind in folgenden Größen erhältlich: 300 GB, 450 GB, 600 GB.

Seagate Cheetah-Festplatten drehen mit 15.000 U/min. Sie verfügen über 16 MB DRAM-Cache und zwei Schnittstellen zur Auswahl – 4 Gbit/s Fibre Channel oder 6 Gbit/s SAS 2.0.

Seagate Cheetah-Festplatten haben eine garantierte Betriebszeit (MTBF) von 1,6 Millionen Stunden.

Winchester Western Digital

Western Digital hat seine Höhen und Tiefen erlebt, die sich auch auf seine Produkte ausgewirkt haben. Aber am Ende haben IDE-Festplatten, die im Frequenzbereich von 83 bis 133 MHz arbeiten, ihren rechtmäßigen Platz auf dem Markt eingenommen.

Nehmen wir zum Beispiel die Festplatten der Western Digital Caviar-Serie, die zu ihrer Zeit die besten waren. Von der technischen Seite ist hier alles ganz einfach - die Spindeldrehzahl beträgt 5400 U / min, die Köpfe sind magnetische Gummis und die ATA-66-Schnittstelle. Aber das Merkmal ist das System Datenrettung. Dies ist ein System zum Schutz von Informationen vor Ausfällen. Winchester dieser Serie können eine hervorragende Lösung für Einsteiger- und Mittelklasse-Computer sein.

Western Digital bringt demnächst eine neue Festplatte mit einer Kapazität von 1 Terabyte und einer Aufzeichnungsdichte von 334 GB auf einer einzigen Platte auf den Markt. Aber vor fast einem Jahr hat der südkoreanische Konzern Samsung das gleiche Ergebnis erzielt.

Wenn Hersteller von Festplatten (HDDs) versuchen, immer höhere Aufzeichnungsdichten zu erreichen, profitieren alle davon: Je höher die Aufzeichnungsdichte pro Platter, desto weniger Festplatten werden benötigt, um die gleiche Lautstärke zu erreichen. Und dies wiederum bedeutet, dass die Festplatte weniger Strom verbraucht und weniger bewegliche Teile für die Ausführung von Festplattenoperationen angetrieben werden.Digital aktualisiert langsam seine Caviar GP-Festplattenlinie und ergänzt sie um eine Instanz mit einer Aufzeichnungsdichte von 334 GB und einer Kapazität von 1 TB. Aber diese HDDs werden immer noch mit einem 16 MB Cache ausgestattet sein.

Aber Western Digital ist nicht das einzige Unternehmen, das daran arbeitet, 334 GB auf einer einzigen Platte unterzubringen. Diese Woche kündigte Samsung eine neue EcoGreen-Festplatte mit 1 TB an, die auf AV-Anwendungen abzielt und 334-GB-Platten verwendet. Samsung behauptet, dass sein EcoGreen F1-Laufwerk 15 % weniger Stromverbrauch als andere energieeffiziente Festplatten und 50 % weniger Strom als herkömmliche 1-TB-7200-U/min-Festplatten liefert. Das Samsung EcoGreen F1 dreht mit 5400 U/min und verwendet eine 3 Gb/s SATA2-Schnittstelle. Sein Preis beträgt 199 $.

Im Januar 2008 führte Western Digital die 320-GB-Single-Platter-HDD ein, die die höchste Dichte aller anderen HDDs im Unternehmen hatte. Aber Samsung brachte bereits im Juni 2007 seine 1-TB-Festplatte mit einer Dichte von 334 GB pro Platte auf den Markt.

Referenzliste

1. - ATA-Schnittstelle

. - IDE-Schnittstelle

A. K. GULTJAEV Datenwiederherstellung. Peter, 2006, 352s. (83 S.)

Christoph Negus. Linux. Die Benutzerbibel, 5. Auflage. Dialektik, 2006, 700er. (259 Sek.)

. - Abschnitte für Entwickler, für Abonnenten.

. - Master Boot Record (MBR)

Smirnov Yu.K. - Geheimnisse des Betriebs von PC-Festplatten, BHV - St. Petersburg, 2006,

. - IDE-Schnittstelle