ATA ( Adjunto de tecnología avanzada ) o IDE ( Electrónica de unidad integrada ) es una interfaz paralela para conectar unidades ( disqueteras , discos duros y unidades ópticas ) a una computadora . Fue un estándar en la plataforma IBM PC durante la década de 1990 ; actualmente es reemplazado por su sucesor, SATA , y con su aparición se denominó PATA (Parallel ATA).
El nombre provisional de la interfaz era PC /AT Attachment , ya que estaba destinado a conectarse al bus ISA de 16 bits , entonces conocido como bus AT . En la versión final, el nombre se cambió a "AT Attachment" para evitar problemas de marca registrada.
La versión original del estándar fue desarrollada en 1986 por Western Digital y, por razones de marketing, se denominó IDE ( Ing. Integrated Drive Electronics - "electrónica integrada en la unidad"). Enfatizó una innovación importante: el controlador de la unidad está ubicado en sí mismo, y no en forma de una placa de expansión separada , como en el estándar ST-506 anterior y las interfaces SCSI y ST-412 existentes en ese momento . Esto hizo posible mejorar las características de las unidades (debido a la menor distancia al controlador), simplificar su gestión (ya que el controlador de canal IDE se abstrajo de los detalles de la operación de la unidad) y reducir el costo de producción (el controlador de la unidad podría estar diseñado para "su propio" accionamiento, y no para todos los posibles; el controlador de canal generalmente se convirtió en estándar). El controlador de canal IDE se llama más correctamente adaptador de host , ya que ha pasado del control directo de la unidad a comunicarse con ella a través de un protocolo.
El estándar ATA define la interfaz entre el controlador y la unidad, así como los comandos que se transmiten a través de ella.
La interfaz tiene 8 registros que ocupan 8 direcciones en el espacio de E/S. El bus de datos tiene 16 bits de ancho. La cantidad de canales presentes en el sistema puede ser más de 2. Lo principal es que las direcciones de los canales no se superponen con las direcciones de otros dispositivos de E / S. Se pueden conectar 2 dispositivos (maestro y esclavo) a cada canal, pero solo un dispositivo puede funcionar a la vez.
El principio de direccionamiento CHS está en el nombre. Primero, el posicionador instala el bloque de cabeza en la pista requerida (Cilindro), luego se selecciona la cabeza requerida (Cabeza) y luego se lee la información del sector requerido (Sector).
El estándar EIDE ( English Enhanced IDE - "IDE extendido"), que apareció después del IDE, permitió el uso de unidades con una capacidad superior a 528 MB (504 MiB ), hasta 8,4 GB. Aunque estos acrónimos se originaron como nombres comerciales en lugar de nombres oficiales para el estándar, los términos IDE y EIDE se usan a menudo en lugar de ATA . Después de la introducción del estándar Serial ATA en 2003, el ATA tradicional se conoció como Parallel ATA , en referencia a la forma en que se transfieren los datos a través de un cable paralelo de 40 u 80 hilos.
Al principio, esta interfaz se usaba con discos duros, pero luego se amplió el estándar para trabajar con otros dispositivos, principalmente usando medios extraíbles. Estos dispositivos incluyen unidades de CD-ROM y DVD-ROM, unidades de cinta y disquetes de alta capacidad como ZIP y disquetes (que utilizan cabezales magnéticos guiados por láser [1] [2] ) ( LS-120 /240). Además, del archivo de configuración del kernel de FreeBSD , podemos concluir que incluso las unidades de disquete (disquetes) estaban conectadas al bus ATAPI. Este estándar extendido se denomina Interfaz de paquete de datos adjuntos de tecnología avanzada (ATAPI) y, por lo tanto, el nombre completo del estándar parece ATA/ATAPI . ATAPI coincide casi por completo con SCSI a nivel de comando y, de hecho, existe "SCSI sobre cable ATA".
Inicialmente, las interfaces para conectar unidades de CD-ROM no estaban estandarizadas y eran desarrollos exclusivos de los fabricantes de unidades. Como resultado, para conectar un CD-ROM, fue necesario instalar una placa de expansión separada específica para un fabricante en particular, por ejemplo, Panasonic (había al menos 5 opciones de interfaz específicas para conectar un CD-ROM). Algunas variantes de tarjetas de sonido, como Sound Blaster , estaban equipadas con esos puertos (a menudo, la unidad de CD-ROM y la tarjeta de sonido se suministraban como un kit multimedia). La llegada de ATAPI hizo posible estandarizar todos estos periféricos y hacer posible conectarlos a cualquier controlador al que se pueda conectar un disco duro.
Otro paso importante en el desarrollo de ATA fue la transición de PIO ( entrada/salida programada ) a DMA ( acceso directo a memoria ) . Al usar PIO, la lectura de datos del disco estaba controlada por el procesador central de la computadora, lo que provocó una mayor carga en el procesador y una ralentización en general. Debido a esto, las computadoras que usan la interfaz ATA generalmente realizan operaciones relacionadas con el disco más lentamente que las computadoras que usan SCSI y otras interfaces. La introducción de DMA ha reducido significativamente el costo del tiempo del procesador para las operaciones de disco.
En esta tecnología, la propia unidad controla el flujo de datos, leyendo o sacando datos de la memoria casi sin la participación del procesador, que solo emite comandos para realizar una u otra acción. En este caso, el disco duro emite una señal de solicitud DMARQ para una operación DMA al controlador. Si la operación DMA es posible, el controlador emite una señal DMACK y el disco duro comienza a enviar datos al primer registro (DATA), desde el cual el controlador lee los datos en la memoria sin la participación del procesador.
La operación DMA es posible si el BIOS , el controlador y el sistema operativo admiten simultáneamente el modo; de lo contrario, solo es posible el modo PIO.
En el desarrollo posterior del estándar (ATA-3), se introdujo un modo UltraDMA 2 adicional (UDMA 33).
Este modo tiene las características de temporización del modo DMA 2, pero los datos se transmiten tanto en el borde ascendente como en el descendente de la señal DIOR/DIOW. Esto duplica la tasa de transferencia de datos en la interfaz. También se ha introducido una verificación de paridad CRC, que aumenta la confiabilidad de la transmisión de información.
En la historia del desarrollo de ATA, ha habido una serie de barreras asociadas con la organización del acceso a los datos. La mayoría de estas barreras, gracias a los modernos sistemas de direccionamiento y técnicas de programación, se han superado. Estos incluyen límites en el tamaño máximo del disco de 504 MiB , alrededor de 8 GiB , alrededor de 32 GiB y 128 GiB. Había otras barreras, en su mayoría relacionadas con los controladores de dispositivos y E/S en sistemas operativos que no son ATA.
La especificación ATA original proporcionaba un modo de direccionamiento de 28 bits. Esto permitió direccionar 2 28 (268 435 456) sectores de 512 bytes cada uno, dando una capacidad máxima de 137 GB (128 GiB). En las PC estándar , el BIOS admitía hasta 7,88 GiB (8,46 GB), lo que permitía un máximo de 1024 cilindros, 256 cabezales y 63 sectores. Este límite de cilindro/cabezal/sector CHS (Cyllinder-Head-Sector) , combinado con el estándar IDE, resultó en un límite de espacio direccionable de 504 MiB (528 MB). Para superar esta limitación, se introdujo el esquema de direccionamiento LBA (Logical Block Address) , que permitía direccionar hasta 7,88 GiB. Con el tiempo, se eliminó esta restricción, lo que hizo posible abordar primero 32 GiB y luego los 128 GiB, utilizando los 28 bits (en ATA-4 ) para abordar el sector. La escritura de un número de 28 bits se organiza escribiendo sus partes en los registros correspondientes de la unidad (de 1 a 8 bits en el 4° registro, 9-16 en el 5°, 17-24 en el 6° y 25-28 en el 7° ) .
El direccionamiento de registros se organiza utilizando tres líneas de dirección DA0-DA2. El primer registro en la dirección 0 es de 16 bits y se usa para transferir datos entre el disco y el controlador. Los registros restantes son de 8 bits y se utilizan para el control.
Las últimas especificaciones de ATA asumen un direccionamiento de 48 bits, lo que amplía el límite posible a 128 PiB (144 petabytes).
Estas restricciones de tamaño pueden manifestarse en el hecho de que el sistema piensa que la capacidad del disco es menor que su valor real, o se niega a arrancar y se bloquea en la etapa de inicialización del disco duro. En algunos casos, el problema se puede resolver actualizando el BIOS. Otra posible solución es utilizar programas especiales, como Ontrack DiskManager, que cargan su controlador en la memoria antes de que se cargue el sistema operativo. La desventaja de tales soluciones es que se utilizan particiones de disco no estándar, en las que las particiones de disco son inaccesibles, en caso de carga, por ejemplo, desde un disquete de arranque normal de DOS. Sin embargo, muchos sistemas operativos modernos (a partir de Windows NT4 SP3) pueden funcionar con discos más grandes, incluso si el BIOS de la computadora no determina correctamente este tamaño.
Para conectar discos duros con interfaz PATA se suele utilizar un cable de 40 hilos (también llamado cable ) . Cada cable generalmente tiene dos o tres conectores, uno de los cuales se conecta al conector del controlador en la placa base (en las computadoras más antiguas, este controlador estaba ubicado en una placa de expansión separada), y uno o dos más están conectados a las unidades. En un momento dado, el bucle P-ATA transmite 16 bits de datos. A veces hay cables IDE que permiten conectar tres unidades a un canal IDE, pero en este caso una de las unidades funciona en modo de solo lectura.
| Contacto | Objetivo | Contacto | Objetivo |
|---|---|---|---|
| una | Reiniciar | 2 | Terrestre |
| 3 | Datos 7 | cuatro | Datos 8 |
| 5 | Datos 6 | 6 | Datos 9 |
| 7 | Datos 5 | ocho | Datos 10 |
| 9 | Datos 4 | diez | Datos 11 |
| once | Datos 3 | 12 | Datos 12 |
| 13 | Datos 2 | catorce | Datos 13 |
| quince | Datos 1 | dieciséis | Datos 14 |
| 17 | Datos 0 | Dieciocho | Datos 15 |
| 19 | Terrestre | veinte | llave |
| 21 | DDRQ | 22 | Terrestre |
| 23 | Escritura de E/S | 24 | Terrestre |
| 25 | Lectura de E/S | 26 | Terrestre |
| 27 | HRDY del COI | 28 | Seleccionar cable |
| 29 | DDACK | treinta | Terrestre |
| 31 | IRQ | 32 | No conecta |
| 33 | dirección 1 | 34 | GPIO_DMA66_Detectar |
| 35 | 0 | 36 | dirección 2 |
| 37 | Seleccionar chip 1P | 38 | Selección de chips 3P |
| 39 | Actividad | 40 | Terrestre |
Durante mucho tiempo, el cable ATA contenía 40 conductores, pero con la introducción del modo Ultra DMA/66 ( UDMA4 ), apareció su versión de 80 hilos. Todos los conductores adicionales son conductores de tierra que se alternan con conductores de información. Por lo tanto, en lugar de siete conductores de puesta a tierra, había 47. Tal alternancia de conductores reduce el acoplamiento capacitivo entre ellos, lo que reduce la interferencia mutua. El acoplamiento capacitivo es un problema a altas tasas de transferencia, por lo que esta innovación fue necesaria para garantizar el funcionamiento adecuado de la tasa de transferencia de 66 MB/s (megabytes por segundo) especificada por la especificación UDMA4 . Los modos UDMA5 y UDMA6 más rápidos también requieren un cable de 80 hilos.
Aunque la cantidad de conductores se ha duplicado, la cantidad de pines se ha mantenido igual, al igual que la apariencia de los conectores. El cableado interno, por supuesto, es diferente. Los conectores para un cable de 80 hilos deben conectar una gran cantidad de conductores de tierra a una pequeña cantidad de clavijas de tierra, mientras que en un cable de 40 hilos, los conductores están conectados cada uno a su propia clavija. En los cables de 80 hilos, los conectores suelen tener colores diferentes (azul, gris y negro), a diferencia de los cables de 40 hilos, donde normalmente todos los conectores son del mismo color (normalmente negro).
El estándar ATA siempre ha establecido una longitud máxima de cable de 45,7 cm (18 pulgadas). Esta limitación dificulta la conexión de dispositivos en cajas grandes o la conexión de varias unidades a una sola computadora, y elimina casi por completo la posibilidad de utilizar unidades PATA como unidades externas. Aunque hay cables más largos disponibles comercialmente, tenga en cuenta que no cumplen con el estándar. Lo mismo puede decirse de los cables "redondos", que también están muy extendidos. El estándar ATA solo describe cables planos con especificaciones específicas de impedancia y capacitancia. Esto, por supuesto, no significa que otros cables no funcionen, pero, en cualquier caso, el uso de cables no estándar debe usarse con precaución.
Si dos dispositivos están conectados al mismo bucle, uno de ellos generalmente se llama maestro ( maestro en inglés ) y el otro, esclavo ( esclavo en inglés ). Por lo general, el maestro viene antes que el esclavo en la lista de unidades enumeradas por el BIOS de la computadora o el sistema operativo . En los BIOS más antiguos (486 y anteriores), los discos a menudo se etiquetaban incorrectamente con las letras "C" para maestro y "D" para esclavo.
Si solo hay una unidad en un bucle, en la mayoría de los casos debe configurarse como maestra. Algunos discos (sobre todo los fabricados por Western Digital ) tienen una configuración especial llamada sencillo (es decir, "un disco en un cable"). Sin embargo, en la mayoría de los casos, la única unidad del cable también puede funcionar como esclava (este suele ser el caso cuando se conecta un CD-ROM a un canal separado).
Una configuración llamada selección de cable se describió como opcional en la especificación ATA-1 y se ha generalizado desde ATA-5, ya que elimina la necesidad de cambiar los puentes en las unidades durante las reconexiones. Si la unidad está configurada en el modo de selección de cable, se configura automáticamente como maestro o esclavo según su ubicación en el bucle. Para poder determinar esta ubicación, el lazo debe estar cableado . Para tal cable, el pin 28 (CSEL) no está conectado a uno de los conectores (gris, generalmente el del medio). El controlador pone a tierra este pin. Si el variador ve que el pin está conectado a tierra (es decir, es un 0 lógico), se configura como maestro; de lo contrario (estado de alta impedancia), se configura como esclavo.
En los días de los cables de 40 hilos, era una práctica común instalar una selección de cables simplemente cortando el hilo 28 entre los dos conectores que conectaban a las unidades. En este caso, la unidad esclava estaba al final del cable y la unidad maestra estaba en el medio. Esta ubicación incluso se estandarizó en versiones posteriores de la especificación. Cuando solo se coloca un dispositivo en el cable, esta ubicación da como resultado una pieza de cable innecesaria al final, lo cual no es deseable, tanto por razones de conveniencia como de parámetros físicos: esta pieza conduce a la reflexión de la señal, especialmente a altas frecuencias.
Los cables de 80 hilos presentados para UDMA4 no tienen estas deficiencias. Ahora, el dispositivo maestro siempre está al final del bucle, por lo que si solo se conecta un dispositivo, no obtiene este cable innecesario. Su selección de cable es "de fábrica" - hecho en el propio conector simplemente excluyendo este contacto. Dado que los bucles de 80 cables requerían sus propios conectores de todos modos, la adopción generalizada de esto no fue un gran problema. La norma también exige el uso de conectores de diferentes colores, para facilitar la identificación tanto por parte del fabricante como del ensamblador. El conector azul es para conectar al controlador, negro - al maestro, gris - al esclavo.
Los términos "maestro" y "esclavo" se tomaron prestados de la electrónica industrial (donde este principio se usa mucho en la interacción de nodos y dispositivos), pero en este caso son incorrectos y, por lo tanto, no se usan en la versión actual de ATA. estándar. Es más correcto nombrar los discos maestro y esclavo, respectivamente , dispositivo 0 ( dispositivo 0 ) y dispositivo 1 ( dispositivo 1 ). Existe un mito común de que el disco maestro controla el acceso de los discos al canal. De hecho, el acceso al disco y el orden de ejecución de los comandos están controlados por el controlador (que, a su vez, está controlado por el controlador del sistema operativo). Es decir, de hecho, ambos dispositivos son esclavos en relación con el controlador.
Conector IDE disco duro de 3,5"
Conector IDE Disco duro de 2,5"
Placa de expansión PCI Express con controladores PATA y SATA y conectores adicionales para conectar dispositivos IDE y SATA
Adaptador IDE ↔ CompactFlash
Adaptador IDE a SATA
La siguiente tabla enumera los nombres de las versiones estándar de ATA y sus modos admitidos y velocidades de transmisión. La tasa de bits enumerada para cada estándar (por ejemplo, 66,7 MB/s para UDMA4, comúnmente conocida como "Ultra-DMA 66") indica la velocidad máxima teóricamente posible en el cable (dos bytes por la frecuencia real) y asume que cada ciclo se utiliza para transferir datos de usuario. En la práctica, la velocidad es menor.
Una sobrecarga en el bus al que está conectado el controlador ATA también puede limitar el nivel máximo de transferencia. Por ejemplo, el ancho de banda máximo de un bus PCI de 33 MHz con un ancho de 32 bits es de 133 MB/s, y esta velocidad se comparte entre todos los dispositivos conectados al bus.
| Estándar | Otros nombres | Modos de transferencia agregados (MB/s) | Espacio máximo en disco admitido | Otras propiedades | Referencia ANSI |
|---|---|---|---|---|---|
| ATA-1 | ATA, IDE | PIO 0,1,2 (3,3, 5,2, 8,3) DMA de una sola palabra 0,1,2 (2,1, 4,2, 8,3) DMA de varias palabras 0 (4,2) |
137 GB | LBA de 28 bits | X3.221-1994 [3] (obsoleto desde 1999) |
| ATA-2 | EIDE, ATA rápido, IDE rápido, Ultra ATA |
PIO 3.4: (11.1, 16.6) DMA de múltiples palabras 1.2 (13.3, 16.6) |
X3.279-1996 [4] (obsoleto desde 2001) | ||
| ATA-3 | EIDE | INTELIGENTE , Seguridad |
X3.298-1997 [5] (obsoleto desde 2002) | ||
| ATA/ATAPI-4 | ATAPI-4, ATA-4, Ultra ATA/33 | Ultra DMA 0,1,2 (16.7, 25.0, 33.3) también conocido como Ultra-DMA/33 |
Interfaz ATAPI (soporte de medios extraíbles), área protegida de host , soporte de unidad de estado sólido | NTICS 317-1998 | |
| ATA/ATAPI-5 | ATA-5, Ultra ATA/66 | Ultra DMA 3.4 (44.4, 66.7) también conocido como Ultra DMA 66 |
cables de 80 hilos | NTICS 340-2000 [6] | |
| ATA/ATAPI-6 | ATA-6, Ultra ATA/100 | UDMA 5 (100) también conocido como Ultra DMA 100 |
144 PB | Gestión acústica automática LBA de 48 bits |
NTICS 347-2001 |
| ATA/ATAPI-7 | ATA-7, Ultra ATA/133 | UDMA 6 (133) también conocido como Ultra DMA 133 SATA/150 |
SATA 1.0, conjunto de funciones de transmisión, conjunto de funciones de sector lógico/físico largo para dispositivos que no son paquetes | NTICS 361-2002 |
| Buses e interfaces de computadora | |
|---|---|
| Conceptos básicos | |
| Procesadores | |
| Interno | |
| portátiles | |
| Unidades | |
| Periferia | |
| Gestión de equipos | |
| Universal | |
| Interfaces de vídeo | |
| Sistemas embebidos | |