واجهات الأجهزة الطرفية - كيف يعمل كل شيء. ما هي معلمات تكوين جهاز SATA SCSI

وزارة التعليم والعلوم

مؤسسة تعليمية حكومية

التعليم المهني العالي

"جامعة فورونيج التقنية الحكومية"

كلية الأتمتة والكهروميكانيكا

قسم النظم الآلية والحاسوبية

تخصص "الكمبيوتر والمجمعات والأنظمة والشبكات"

موضوع الملخص: "واجهات IDE الداخلية وأنواعها"

مكتمل

فن. غرام. VM-083 بولديريف إي.في.

تم فحصه بواسطة بلوتنيكوف O.A.

فورونيج 2010

1. مكان الكائن في أجهزة الكمبيوتر وأنظمة الحوسبة. منطقة التطبيق

تم تطوير الإصدار الأصلي من المعيار في عام 1986 بواسطة شركة Western Digital، ولأسباب تسويقية، سُمي IDE (إلكترونيات المحرك المتكاملة). وشدد على ابتكار مهم: وحدة التحكم في محرك الأقراص موجودة في محرك الأقراص نفسه، وليس في شكل بطاقة توسيع منفصلة، كما هو الحال في معيار ST-506 السابق وواجهات SCSI وST-412 الموجودة آنذاك. هذا جعل من الممكن تحسين خصائص محركات الأقراص (بسبب المسافة الأقصر إلى وحدة التحكم)، وتبسيط إدارتها (حيث تم استخراج وحدة تحكم قناة IDE من تفاصيل تشغيل محرك الأقراص) وتقليل تكلفة الإنتاج (وحدة تحكم محرك الأقراص يمكن تصميمه فقط لمحرك الأقراص "الخاص به"، وليس لجميع محركات الأقراص الممكنة). ؛ أصبحت وحدة التحكم في القناة قياسية بشكل عام). تجدر الإشارة إلى أن وحدة التحكم في قناة IDE تسمى بشكل صحيح محول مضيف، لأنها انتقلت من التحكم المباشر في محرك الأقراص إلى تبادل البيانات معه عبر البروتوكول.

IDE (إلكترونيات الأجهزة المتكاملة) - واجهة الأجهزة المزودة بوحدة تحكم مدمجة. عند إنشاء هذه الواجهة، ركز المطورون على توصيل محرك الأقراص. تحتوي واجهة EIDE على قناة أساسية وثانوية، يمكن لكل منها توصيل جهازين، بحيث يمكن أن يكون هناك أربعة أجهزة. قد يكون هذا محرك أقراص ثابتًا أو قرصًا مضغوطًا أو مفتاح محرك أقراص.

إنه في الأساس الاتصال بين اللوحة الأم والإلكترونيات أو وحدة التحكم المدمجة في محرك الأقراص. تتطور هذه الواجهة باستمرار - وقد تم إجراء العديد من التعديلات حتى الآن. تم تصميم واجهة IDE، المستخدمة على نطاق واسع في أجهزة تخزين الكمبيوتر الحديثة، كواجهة للقرص الصلب. ومع ذلك، فهو يستخدم الآن ليس فقط لدعم محركات الأقراص الثابتة، ولكن أيضًا العديد من الأجهزة الأخرى، مثل محركات الأشرطة، وأقراص CD/DVD-ROM، ومحركات الأقراص المضغوطة، وغيرها.

يجب توثيق هذه الأجهزة على النحو التالي:

¾ بيئة تطوير متكاملة (IDE) مُحسّنة

¾ Fast ATA، Fast ATA-2 هو مصطلح عام يمكن تطبيقه على أي محرك أقراص ثابت مزود بوحدة تحكم مدمجة؛ يشير الاسمان ATA وSerial ATA إلى أنواع معينة من واجهات IDE. نظرًا لأن ATA هو الشكل الأكثر شيوعًا لـ IDE، فغالبًا ما يتم استخدام هذه المصطلحات بالتبادل، وهو أمر غير صحيح من الناحية الفنية. ما يسميه المستخدمون عادة IDE يسمى بشكل صحيح واجهة ATA.

ماديًا، يتم تنفيذ واجهة IDE باستخدام كبل مسطح ذو 40 نواة، والذي يمكن أن يحتوي على موصلات لتوصيل جهاز واحد أو جهازين. يجب ألا يتجاوز الطول الإجمالي للكابل 45 سم، ويجب أن تكون هناك مسافة لا تقل عن 15 سم بين الموصلات.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من واجهة IDE، مصممة للتفاعل مع ثلاث ناقلات قياسية:

¾ مرفق AT التسلسلي (SATA)؛

¾ متوازي AT المرفق (ATA) IDE (ناقل ISA 16 بت)؛

¾ XT IDE (ناقل ISA 8 بت)؛

¾ MCA IDE (ناقل MCA 16 بت).

حاليًا، من بين جميع الأنواع المدرجة، يتم استخدام إصدارات ATA فقط. لقد ظهرت بالفعل إصدارات أسرع وأقوى من واجهات ATA وSerial ATA؛ على وجه الخصوص، تم تسمية متغيرات ATA المحسنة باسم ATA-2 وما بعده. في بعض الأحيان تسمى هذه الإصدارات أيضًا EIDE (IDE المحسن) أو Fast-ATA أو Ultra-ATA أو Ultra-DMA. على الرغم من كل إمكانيات الإصدار الأحدث من ATA-6، إلا أن واجهة Serial ATA عمومًا تُظهر أداءً ووظائف أكبر.

تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر الجديدة على موصل ATA مثبت مباشرة على لوحة النظام. إذا لم يكن هناك، فيمكنك استخدام بطاقة محول إضافية لتوصيل محرك أقراص ATA IDE بجهاز الكمبيوتر الخاص بك. عادةً، لا تحتوي هذه اللوحة الصاعدة إلا على موصلين (موصل ناقل مطبوع ذو 98 سنًا وموصل IDE ذو 40 سنًا) ومجموعة من الأسلاك. هذه اللوحات ليست وحدات تحكم، حيث أن الأخيرة مدمجة بالفعل في محركات الأقراص الثابتة. صحيح أن بعضها يحتوي على أجهزة إضافية مثبتة، مثل ROM BIOS المتخصص أو ذاكرة التخزين المؤقت.

ومن أجل تطوير قدرات واجهة IDE، اقترحت ويسترن ديجيتال مواصفات IDE المحسنة الموسعة (المرادفات: E-IDE، Fast ATA، ATA-2 وFast ATA-2)، والتي اكتسبت بعد ذلك مكانة معيار ANSI الأمريكي المسمى أتا-2. يحتوي على عدد من الابتكارات: دعم محركات أقراص IDE بسعة تزيد عن 504 ميجابايت، ودعم وحدات تحكم IDE المتعددة في النظام وتوصيل ما يصل إلى أربعة أجهزة بوحدة تحكم واحدة، بالإضافة إلى دعم الأجهزة الطرفية بخلاف محركات الأقراص الثابتة ( محركات الأقراص المضغوطة، وCD-R، وDVD) -ROM، وLS-120، ومحركات ZIP، والبصريات الممغنطة، وأجهزة البث، وما إلى ذلك). يُطلق على امتداد مواصفات IDE لدعم الأنواع الأخرى من محركات الأقراص ذات واجهة IDE أيضًا اسم ATAPI (واجهة ATA المعبأة). يقدم IDE المحسن أيضًا عناصر موازنة عمليات التبادل ومراقبة سلامة البيانات أثناء النقل.

لتوصيل محركات الأقراص الثابتة بواجهة PATA، يُستخدم عادةً كبل ذو 40 سلكًا (يُسمى أيضًا كبل). يحتوي كل كابل عادةً على موصلين أو ثلاثة موصلات، يتصل أحدها بموصل وحدة التحكم الموجود على اللوحة الأم (في أجهزة الكمبيوتر القديمة، كانت وحدة التحكم هذه موجودة على بطاقة توسيع منفصلة)، ويتصل موصل أو اثنان آخران بمحركات الأقراص. في وقت ما، ينقل كابل P-ATA 16 بت من البيانات. في بعض الأحيان توجد كبلات IDE تسمح بتوصيل ثلاثة محركات أقراص بقناة IDE واحدة، ولكن في هذه الحالة يعمل أحد محركات الأقراص في وضع القراءة فقط.

لفترة طويلة، كان كابل ATA يحتوي على 40 موصلًا، ولكن مع إدخال وضع Ultra DMA/66 (UDMA4)، ظهرت نسخته المكونة من 80 سلكًا. جميع الموصلات الإضافية هي موصلات أرضية تتناوب مع موصلات المعلومات. يؤدي هذا التناوب بين الموصلات إلى تقليل الاقتران السعوي بينها، وبالتالي تقليل التداخل المتبادل. يمثل الاقتران السعوي مشكلة في معدلات النقل العالية، لذلك كان هذا الابتكار ضروريًا لدعم معدل النقل الخاص بمواصفات UDMA4 والذي يبلغ 66 ميجابايت/ثانية (ميجابايت في الثانية). يتطلب الوضعان الأسرع UDMA5 وUDMA6 أيضًا كابلًا مكونًا من 80 سلكًا.

على الرغم من تضاعف عدد الموصلات، إلا أن عدد نقاط الاتصال يظل كما هو، كما هو الحال مع مظهر الموصلات. الأسلاك الداخلية مختلفة بالطبع. يجب أن تقوم موصلات الكابل المكون من 80 سلكًا بتوصيل عدد كبير من الموصلات الأرضية بعدد صغير من المسامير الأرضية، بينما يقوم الكابل المكون من 40 سلكًا بتوصيل الموصلات بكل طرف من أطرافها. عادةً ما تحتوي الكابلات ذات 80 سلكًا على موصلات بألوان مختلفة (الأزرق والرمادي والأسود)، على عكس الكابلات ذات 40 سلكًا، حيث تكون جميع الموصلات عادةً بنفس اللون (عادةً أسود).

يحدد معيار ATA دائمًا الحد الأقصى لطول الكابل وهو 46 سم، وهذا القيد يجعل من الصعب توصيل الأجهزة في الحالات الكبيرة، أو توصيل محركات أقراص متعددة بجهاز كمبيوتر واحد، ويزيل تمامًا إمكانية استخدام محركات أقراص PATA كمحركات أقراص خارجية. على الرغم من أن أطوال الكابلات الأطول متاحة على نطاق واسع، ضع في اعتبارك أنها ليست قياسية. ويمكن قول الشيء نفسه عن الكابلات "المستديرة"، والتي تستخدم أيضًا على نطاق واسع. يصف معيار ATA فقط الكابلات المسطحة ذات خصائص المعاوقة والسعة المحددة. هذا، بالطبع، لا يعني أن الكابلات الأخرى لن تعمل، ولكن على أي حال، يجب التعامل مع استخدام الكابلات غير القياسية بحذر.

إذا تم توصيل جهازين بحلقة واحدة، عادةً ما يسمى أحدهما السيد (سيد اللغة الإنجليزية)، والعبد الآخر (العبد الإنجليزي). عادةً ما يأتي الجهاز الرئيسي قبل الجهاز التابع في قائمة محركات الأقراص المدرجة بواسطة BIOS أو نظام التشغيل الخاص بالكمبيوتر. في أنظمة BIOS الأقدم (486 والإصدارات الأقدم)، غالبًا ما يتم تحديد محركات الأقراص بشكل غير صحيح بواسطة الحروف: "C" للرمز الرئيسي و"D" للتابع.

إذا كان هناك محرك أقراص واحد فقط في الحلقة، فيجب في معظم الحالات تكوينه كمحرك رئيسي. تحتوي بعض محركات الأقراص (خاصة تلك التي تصنعها شركة Western Digital) على إعداد خاص يسمى فردي (أي "محرك أقراص واحد لكل كابل"). ومع ذلك، في معظم الحالات، يمكن أن يعمل محرك الأقراص الوحيد الموجود على الكبل أيضًا كعبد (يحدث هذا غالبًا عند توصيل قرص مضغوط بقناة منفصلة).

2. الغرض والخصائص الرئيسية والمعلمات للكائن

سمح معيار EIDE (IDE المحسن)، الذي أعقب IDE، باستخدام محركات الأقراص ذات السعات التي تتجاوز 528 ميجابايت (504 ميجابايت)، حتى 8.4 جيجابايت. على الرغم من أن هذه الاختصارات نشأت كأسماء تجارية وليست أسماء رسمية للمعيار، إلا أن المصطلحين IDE وEIDE غالبًا ما يستخدمان بدلاً من ATA. بعد إدخال معيار Serial ATA في عام 2003، بدأ تسمية ATA التقليدي باسم Parallel ATA، في إشارة إلى طريقة نقل البيانات عبر كابل متوازي 40 أو 80 نواة.

في البداية، تم استخدام هذه الواجهة مع محركات الأقراص الثابتة، ولكن بعد ذلك تم توسيع المعيار للعمل مع الأجهزة الأخرى، وذلك باستخدام الوسائط القابلة للإزالة بشكل أساسي. تتضمن هذه الأجهزة محركات الأقراص المضغوطة ومحركات أقراص DVD-ROM ومحركات الأشرطة والأقراص المرنة ذات السعة العالية مثل ZIP والأقراص الضوئية الممغنطة (LS-120/240). بالإضافة إلى ذلك، من ملف تكوين kernel FreeBSD، يمكننا أن نستنتج أنه حتى FDD (القرص المرن) كان متصلاً بناقل ATAPI. يُطلق على هذا المعيار الموسع اسم واجهة حزم المرفقات التقنية المتقدمة (ATAPI)، وبالتالي فإن الاسم الكامل للمعيار هو ATA/ATAPI.

لقد ساهمت معايير ATA في القضاء على عدم التوافق والمشاكل المختلفة بين محركات أقراص IDE وحافلات ISA/PCI. تحدد مواصفات ATA الإشارات الدبوسية للموصل ذي 40 سنًا ووظائفها وتوقيتها ومعايير الكابلات وما إلى ذلك. يوضح القسم التالي بعض العناصر والوظائف التي تحددها مواصفات ATA. موصل ATA I/O لتوصيل موصل واجهة ATA ذو 40/44 سنًا بشكل صحيح، يتم عادةً (ولكن ليس دائمًا) تزويده بمفتاح. في هذه الحالة، المفتاح هو قطع الدبوس 20، ولا يوجد ثقب مماثل في جزء التزاوج. يُنصح جميع الشركات المصنعة بشدة باستخدام الموصلات والكابلات ذات المفاتيح، لأنه إذا لم يتم توصيل كبل IDE بشكل صحيح، فقد يتلف كل من وحدة التحكم ومحول الناقل (وهذا صحيح، على الرغم من أنه في أخطائي العديدة لم يكن هناك دخان قادم من الشرائح).

بالإضافة إلى الجزء الرئيسي المكون من 40 سنًا، والذي يطابق فعليًا موصل ATA القياسي (باستثناء تباعد الدبوس المنخفض)، هناك أيضًا دبابيس طاقة إضافية ودبابيس توصيل. عادةً، يتم استخدام كبل ذو 44 سنًا للاتصال بالموصل، ونقل جهد مصدر الطاقة وإشارات ATA القياسية. يتم تحديد حالة القرص الصلب من خلال موضع وصلة العبور أو المفتاح الموجود عليه: أساسي (رئيسي)، ثانوي (تابع) أو كابل محدد (تحديد كابل).

يوفر معيار ATA طريقة لتنظيم التعاون بين محركي أقراص ثابتة متصلين بشكل تسلسلي. يتم تحديد حالة محرك الأقراص الثابتة (أساسي أو ثانوي) إما عن طريق إعادة ترتيب وصلة العبور أو المفتاح فيه (المعيَّن Master للمحرك الأساسي والتابع للثانوي)، أو عن طريق تطبيق إشارة التحكم CSEL (Cable SELect) عبر أحد خطوط الواجهة. عند تثبيت محرك أقراص ثابت واحد فقط في النظام، تستجيب وحدة التحكم الخاصة به لجميع الأوامر الواردة من الكمبيوتر. إذا كان هناك محركي أقراص ثابتة (وبالتالي وحدتي تحكم)، فسيتم إرسال الأوامر إلى كلا وحدتي التحكم في وقت واحد. يجب تكوينها بحيث يستجيب كل محرك أقراص ثابت فقط للأوامر الموجهة إليه. وهذا هو بالضبط ما يخدمه وصلة العبور الرئيسية/التابعة (المفتاح) وإشارة التحكم CSEL.

يمكن تكوين معظم محركات أقراص IDE على النحو التالي:

¾ أساسي (محرك واحد)؛

¾ أساسي (محركان)؛

¾ ثانوي (محركان)؛

¾ اختيار الكابل.

يجب إعلام كل وحدة تحكم في محركي الأقراص الثابتة بحالتها - الأساسية أو الثانوية. تستخدم معظم محركات الأقراص الجديدة مفتاحًا واحدًا فقط (أساسي/ثانوي)، ويستخدم بعضها أيضًا مفتاحًا تابعًا موجودًا. خصائص واجهة IDE.

الجدول 1 - خصائص واجهات IDE/ATA

تخصيص
المرادفات		EIDE، ATA السريع، IDE السريع، Ultra ATA		أتا-4، ألترااتا/33	أتا-5، ألترااتا/66	ATA-6، الترا ATA/100	ATA-7، الترا ATA/133
عرض النطاق الترددي، ميغا بايت/ثانية
عدد الاتصالات				2 لكل كابل	2 لكل كابل	2 لكل كابل	1 لكل كابل
خصائص الكابل	40 جهة اتصال	40 جهة اتصال	40 جهة اتصال	40 جهة اتصال	40 جهة اتصال، 80 سلكًا	40 جهة اتصال، 80 سلكًا	7 اتصالات
خصائص جديدة		عنونة الكتلة المنطقية 28 بت (LBA)		واجهة ATAPI، ودعم الأقراص المضغوطة، وأجهزة البث، وما إلى ذلك.	كابل 80 النواة	48 بت LBA	SATA 1.0، يدعم الكتل المنطقية/المادية الطويلة
الحد الأقصى لحجم القرص	137 جيجابايت (128 جيجابايت)					144 بيتا بايت (128 بيبي)
لا يوجد تحكم CRC

في البداية، كانت الطريقة الشائعة الاستخدام لنقل البيانات عبر واجهة IDE/ATA عبارة عن بروتوكول يسمى الإدخال/الإخراج المبرمج أو PIO. هناك خمسة أوضاع PIO، تختلف في الحد الأقصى لمعدلات نقل الرشقات. الاسم الإنجليزي الشائع هو أوضاع PIO. وبطبيعة الحال، نحن نتحدث عن معدل نقل البيانات الخارجية ويحدد سرعة الواجهة، وليس القرص. قبل ظهور وضع DMA-33، كان الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات لوضعي PIO وDMA هو نفسه. العيب الرئيسي لأوضاع PIO هو أن نقل البيانات يتم التحكم فيه بواسطة المعالج، مما يزيد بشكل كبير من حمله. لكن هذه الأوضاع لا تتطلب برامج تشغيل خاصة وهي مثالية لأنظمة التشغيل ذات المهام الواحدة.

الجدول 2 - معدل الباود للواجهة

الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات الممكن لواجهة IDE (ويعرف أيضًا باسم ATA)
كلمة واحدة DMA 0

كلمة واحدة DMA 1، عدة كلمات DMA 0

الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات الممكن لواجهة EIDE (المعروف أيضًا باسم ATA-2)

متعدد الكلمات DMA 1
الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات الممكن لواجهة Ultra-ATA (المعروفة أيضًا باسم ATA-3) (المعروفة أيضًا باسم Ultra DMA/33)
متعدد الكلمات DMA 2
الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات الممكن لواجهة Ultra-ATA/66 (المعروفة أيضًا باسم ATA-4) (المعروفة أيضًا باسم UltraDMA/66)
متعدد الكلمات DMA 2

في الواقع، لا تتجاوز السرعة القصوى لنقل البيانات لأي قرص 10 ميجابايت/ثانية، حيث لا يمكن تجاوز الخصائص الميكانيكية للقرص. تشير السرعات الأعلى إلى العمل مع ذاكرة التخزين المؤقت لمحرك الأقراص الثابتة الداخلي.

3. مخططات التوقيت

تبدو مخططات توقيت الواجهة كما يلي:

الشكل 1 - مخططات التوقيت، (أ - ATA 2 وATA 3؛ ب - Ultra ATA؛ ج - Ultra ATA/66.)

تضيف مواصفات واجهة IDE المحسنة دعمًا لوضع PIO 3 و4، بالإضافة إلى وضع DMA Single Word 2 ووضع Multi Word DMA 1 و2. الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات على الناقل في وضع PIO 3 هو 4.1 ميجابايت/ثانية، و وضع PIO 4 ووضع DMA للكلمة الواحدة 2 - 16.7 ميجابايت/ثانية. يتيح لك وضع Multi Word DMA 2 الحصول على سرعة نقل قصوى تزيد عن 20 ميجابايت/ثانية.

كانت الخطوة التالية في تطوير واجهة IDE/ATA هي معيار Ultra ATA (المعروف أيضًا باسم Ultra DMA وATA-33 وDMA-33 وATA-3). Ultra ATA هو المعيار الفعلي لاستخدام وضع DMA السريع - الوضع 3، مما يوفر معدل نقل بيانات يبلغ 33.3 ميجابايت/ثانية. لضمان نقل البيانات بشكل موثوق عبر نفس الكابل، يتم استخدام دوائر خاصة للتحكم وتصحيح الأخطاء، مع الحفاظ على التوافق مع المعايير السابقة - ATA وATA-2.

الشكل 2 - مخططات توقيت دورات التبادل على ناقل IDE

العيب الرئيسي لواجهة EIDE هو الافتقار إلى "الذكاء". إذا كان محرك الأقراص الثابتة ومحرك الأقراص المضغوطة متصلين على نفس القناة، ففي حالة الوصول إلى القرص المضغوط، سينتظر المعالج حتى تكتمل عملية تشغيل القرص المضغوط قبل أن يتمكن من الوصول إلى محرك الأقراص الثابتة. لذلك، من الواضح أنه لا يمكنك توصيل جهاز سريع وجهاز بطيء بنفس قناة EIDE في نفس الوقت. يجب أن يكون القرص المضغوط متصلاً دائمًا بالقناة الثانية فقط. عادةً ما تكون قنوات EIDE في وحدات تحكم EIDE الحديثة مستقلة تمامًا عن بعضها البعض.

لتحسين أداء EIDE، تم تطوير وتوحيد أوضاع PIO (مخرجات إدخال البرمجة)، وDMA (الوصول المباشر للذاكرة) وDMA متعدد الكلمات (الوصول المباشر للذاكرة). وضع DMA). تحتوي الواجهة على العديد من الأصناف المتوافقة مع بعضها البعض (المحولات السلبية كافية). 8 بت (موصل 50 سنًا) أو 16 بت (موصل 68 سنًا لـ SCSI الواسع). يمكن أن يكون تردد الناقل 5 ميجا هرتز (SCSI 1)، 10 ميجا هرتز (SCSI سريع)، 20 ميجا هرتز (Fast-20 أو Ultra SCSI) أو 40 ميجا هرتز (Ultra-2 SCSI). الآن بدأ تنفيذ معيار Ultra2 SCSI LVD، وهو أحد أشكال Ultra2 SCSI، بشكل نشط. الاسم الكامل للمعيار هو Ultra2 SCSI (LVD) واجهة SCSI المتوازية ذات الجهد المنخفض، أي. واجهة SCSI متوازية تفاضلية منخفضة الجهد. يختلف متغير SCSI هذا بشكل كبير عن جميع الإصدارات السابقة بطريقتين:

¾ تمت زيادة سرعة النقل إلى 80 ميجابايت/ثانية

¾ الحد الأقصى لطول كابل التوصيل يمكن أن يصل إلى 12 مترًا

بالإضافة إلى ذلك، يمكن توصيل ما يصل إلى 15 جهازًا في حلقة واحدة. يتم أيضًا الحفاظ على التوافق مع الإصدارات السابقة، كما هو معتاد لأجهزة SCSI، ويمكن توصيل جهاز مزود بـ Ultra2 SCSI LVD بوحدة تحكم SCSI عادية. تتوفر فقط محركات الأقراص الثابتة المزودة بموصل 68 سنًا (عريض) وSCA مع هذه الواجهة.

ولكن تبين أن سرعة 80 ميجابايت/ثانية ليست الحد الأقصى اليوم. بدأت الشركات المصنعة لكل من وحدات التحكم ومحركات الأقراص الثابتة بالفعل في تنفيذ الإصدار التالي من SCSI، والذي يسمى رسميًا SPI-3 (SCSI Parallel Interface - 3)، بشكل غير رسمي Ultra160/m SCSI. يعتمد على Ultra2 SCSI LVD ويتميز بمعدلات نقل بيانات مزدوجة. كيف يتم تحقيق ذلك يمكن رؤيته من مخطط التوقيت التخطيطي.

الشكل 3 - مخطط توقيت معدل نقل البيانات

4. رسم تخطيطي لجهاز القرص الصلب

يتكون القرص الصلب من منطقة محكمة الغلق ووحدة إلكترونية.

تشتمل المنطقة المحكم على غلاف مصنوع من سبيكة متينة، وأقراص (ألواح) ذات طلاء مغناطيسي، وكتلة رأس مزودة بجهاز تحديد المواقع، ومحرك مغزل كهربائي.

كتلة الرأس عبارة عن مجموعة من الرافعات المصنوعة من الفولاذ الزنبركي (زوج لكل قرص). وفي أحد طرفيها يتم تثبيتها على محور قريب من حافة القرص. يتم ربط الرؤوس بالأطراف الأخرى (فوق الأقراص).

الأقراص (الألواح)، كقاعدة عامة، مصنوعة من سبيكة معدنية. على الرغم من وجود محاولات لجعلها من البلاستيك وحتى الزجاج، فقد تبين أن هذه اللوحات هشة وقصيرة الأجل. كلا المستويين من الصفائح، مثل الشريط المغناطيسي، مغطى بأدق الغبار المغناطيسي - أكاسيد الحديد والمنجنيز والمعادن الأخرى. يتم الحفاظ على سرية التركيب الدقيق وتكنولوجيا التطبيق. تحتوي معظم الأجهزة ذات الميزانية المحدودة على لوحة واحدة أو لوحتين، ولكن هناك نماذج تحتوي على المزيد من اللوحات.

يتم تثبيت الأقراص بشكل صارم على المغزل. أثناء التشغيل، يدور المغزل بسرعة عدة آلاف من الثورات في الدقيقة (3600، 4200، 5000، 5400، 5900، 7200، 9600، 10000، 12000، 15000). بهذه السرعة، يتم إنشاء تدفق هواء قوي بالقرب من سطح اللوحة، مما يرفع الرؤوس ويجعلها تطفو فوق سطح اللوحة. يتم حساب شكل الرؤوس لضمان المسافة المثلى من اللوحة أثناء التشغيل. وإلى أن تتسارع الأقراص إلى السرعة المطلوبة "لإقلاع" الرؤوس، فإن جهاز ركن السيارة يبقي الرؤوس في منطقة ركن السيارة. وهذا يمنع تلف الرؤوس وسطح العمل للألواح. المحرك المغزلي للقرص الصلب ثلاثي الطور مما يضمن ثبات دوران الأقراص المغناطيسية المثبتة على محور (مغزل) المحرك. يحتوي الجزء الثابت للمحرك على ثلاث ملفات متصلة على شكل نجمة مع وجود صنبور في المنتصف، والدوار عبارة عن مغناطيس مقطعي دائم. لضمان انخفاض الجريان عند السرعات العالية، يستخدم المحرك محامل هيدروديناميكية.

يتكون جهاز تحديد موضع الرأس من زوج ثابت من مغناطيس النيوديميوم القوي الدائم، بالإضافة إلى ملف على كتلة رأس متحركة. وخلافًا للاعتقاد الشائع، فإن الغالبية العظمى من الأجهزة لا تحتوي على فراغ داخل منطقة الاحتواء. بعض الشركات المصنعة تجعله مغلقًا (ومن هنا الاسم) ويملأه بالهواء النقي والمجفف أو الغازات المحايدة، على وجه الخصوص النيتروجين؛ ومن أجل معادلة الضغط، يتم تركيب غشاء معدني أو بلاستيكي رقيق. (في هذه الحالة، يوجد جيب صغير داخل علبة القرص الصلب لحزمة من هلام السيليكا، الذي يمتص بخار الماء المتبقي داخل العلبة بعد إغلاقها). تقوم الشركات المصنعة الأخرى بموازنة الضغط من خلال ثقب صغير باستخدام مرشح قادر على محاصرة جزيئات صغيرة جدًا (بضعة ميكرومترات). ومع ذلك، في هذه الحالة، يتم تعادل الرطوبة أيضا، ويمكن أن تخترق الغازات الضارة أيضا. تعد معادلة الضغط ضرورية لمنع تشوه جسم منطقة الاحتواء أثناء التغيرات في الضغط الجوي (على سبيل المثال، في الطائرة) ودرجة الحرارة، وكذلك عندما يسخن الجهاز أثناء التشغيل.

يتم نقل جزيئات الغبار التي تجد نفسها في المنطقة المحكمية أثناء التجميع وتهبط على سطح القرص أثناء الدوران إلى مرشح آخر - مجمع الغبار.

في محركات الأقراص الثابتة المبكرة، تم وضع منطق التحكم على وحدة التحكم MFM أو RLL الخاصة بالكمبيوتر، وكانت اللوحة الإلكترونية تحتوي فقط على وحدات للمعالجة التناظرية والتحكم في محرك المغزل ومحدد الموضع ومفتاح الرأس. لقد أجبرت الزيادة في معدلات نقل البيانات المطورين على تقليل طول المسار التناظري إلى الحد الأقصى، وفي محركات الأقراص الثابتة الحديثة تحتوي وحدة الإلكترونيات عادةً على: وحدة تحكم، ذاكرة للقراءة فقط (ROM)، ذاكرة مؤقتة، وحدة واجهة ووحدة معالجة الإشارات الرقمية.

تعمل وحدة الواجهة على ربط إلكترونيات القرص الصلب ببقية النظام.

وحدة التحكم عبارة عن نظام تحكم يستقبل إشارات تحديد موضع الرأس الكهربائية ويولد إجراءات تحكم باستخدام محرك ملف صوتي، ويحول تدفقات المعلومات من الرؤوس المختلفة، ويتحكم في تشغيل جميع المكونات الأخرى (على سبيل المثال، التحكم في سرعة المغزل)، والاستقبال والمعالجة إشارات من مستشعرات الجهاز (قد يشتمل نظام المستشعر على مقياس تسارع أحادي المحور يستخدم كمستشعر للصدمات، ومقياس تسارع ثلاثي المحاور يستخدم كمستشعر للسقوط الحر، ومستشعر للضغط، ومستشعر للتسارع الزاوي، ومستشعر لدرجة الحرارة).

تقوم كتلة ROM بتخزين برامج التحكم الخاصة بوحدات التحكم ومعالجة الإشارات الرقمية، بالإضافة إلى معلومات الخدمة الخاصة بالقرص الصلب.

تعمل الذاكرة المؤقتة على تسهيل اختلاف السرعة بين جزء الواجهة ومحرك الأقراص (يتم استخدام ذاكرة ثابتة عالية السرعة). تتيح لك زيادة حجم الذاكرة المؤقتة في بعض الحالات زيادة سرعة محرك الأقراص.

تقوم وحدة معالجة الإشارات الرقمية بتنظيف الإشارة التناظرية المقروءة وفك تشفيرها (استخراج المعلومات الرقمية). يتم استخدام طرق مختلفة للمعالجة الرقمية، على سبيل المثال، طريقة PRML (الاستجابة الجزئية القصوى للاحتمالية - الاحتمالية القصوى للاستجابة غير الكاملة). تتم مقارنة الإشارة المستقبلة مع العينات. وفي هذه الحالة، يتم اختيار العينة الأكثر تشابهاً من حيث الشكل وخصائص التوقيت مع الإشارة التي يتم فك تشفيرها.

القرص الصلب القابل للتمهيد

5. سجل التمهيد الرئيسي (MBR)

في نهاية التمهيد الأولي، يقوم ROM BIOS بقراءة وتنفيذ القطاع الفعلي الأول من القرص المرن أو محرك الأقراص الثابتة. يُطلق على القطاع الأول من القرص الصلب اسم سجل التمهيد الرئيسي (في بعض الأحيان يتم استخدام المصطلحين "جدول الأقسام" و"كتلة التمهيد الرئيسية"). يوجد في بداية هذا القطاع من القرص الصلب برنامج صغير. توجد معلومات التقسيم (جدول التقسيم) في نهاية القطاع. يستخدم البرنامج معلومات القسم لتحديد قسم التمهيد (عادةً قسم DOS الأساسي) ويحاول تمهيد نظام التشغيل منه.

تتم كتابة هذا البرنامج على القرص باستخدام الأمر fdisk /mbr ويسمى سجل التمهيد الرئيسي. عادةً، سيقوم Fdisk بكتابته على القرص فقط في حالة عدم وجود سجل التمهيد الرئيسي.

سجل التمهيد الرئيسي (MBR) هو الكود والبيانات اللازمة لتشغيل نظام التشغيل (OS)، الموجود في القطاع الأول من القرص الصلب لبدء إجراء تمهيد Windows. ويحتوي على جدول أقسام القرص وبرنامج صغير يسمى سجل التمهيد الرئيسي، وهو المسؤول عن وضع القطاع النشط أو قطاع التمهيد في جدول الأقسام. بمجرد وضعه في الجدول، يبدأ قطاع التمهيد في بدء تشغيل Windows. في حالة تلف سجل التمهيد الرئيسي، لن يتمكن القطاع النشط من بدء تشغيل النظام.

الغرض من MBR ليس تشغيل نظام التشغيل بعد، بل مجرد تحديد "من أي قسم من القرص الصلب يجب تحميل نظام التشغيل". في مرحلة MBR، يتم تحديد قسم القرص وليس أكثر. يتم تحميل نظام التشغيل نفسه في مرحلة لاحقة.

أثناء عملية بدء تشغيل الكمبيوتر بعد نهاية الاختبار الأولي (اختبار التشغيل الذاتي، POST)، يتم تحميل MBR بواسطة نظام الإدخال/الإخراج الأساسي (BIOS) إلى ذاكرة الوصول العشوائي (في أجهزة كمبيوتر IBM PC، عادةً من العنوان 0000:7c00 ) ويتم نقل التحكم إلى رمز التمهيد الموجود في MBR (عادةً باستخدام أمر القفز الطويل).

6. تقنيات تسجيل البيانات

يشبه مبدأ تشغيل محركات الأقراص الثابتة تشغيل مسجلات الأشرطة. يتحرك سطح عمل القرص بالنسبة لرأس القراءة (على سبيل المثال، في شكل مغو مع وجود فجوة في الدائرة المغناطيسية). عندما يتم توفير تيار كهربائي متناوب (أثناء التسجيل) إلى ملف الرأس، يؤثر المجال المغناطيسي المتناوب الناتج من فجوة الرأس على المغناطيس الحديدي لسطح القرص ويغير اتجاه متجه مغنطة المجال اعتمادًا على قوة الإشارة. أثناء القراءة تؤدي حركة المجالات عند فجوة الرأس إلى تغير في التدفق المغناطيسي في الدائرة المغناطيسية للرأس مما يؤدي إلى ظهور إشارة كهربائية متناوبة في الملف نتيجة تأثير الحث الكهرومغناطيسي.

في الآونة الأخيرة، تم استخدام تأثير المقاومة المغناطيسية للقراءة وتستخدم رؤوس المقاومة المغناطيسية في الأقراص. فيها، يؤدي التغير في المجال المغناطيسي إلى تغير في المقاومة، اعتمادًا على التغير في شدة المجال المغناطيسي. تتيح هذه الرؤوس إمكانية زيادة احتمالية قراءة المعلومات بشكل موثوق (خاصة عند كثافات تسجيل المعلومات العالية).

طريقة التسجيل الطولي

يتم تسجيل أجزاء من المعلومات باستخدام رأس صغير، والذي يمر فوق سطح القرص الدوار، يمغناطيس مليارات المناطق المنفصلة الأفقية - المجالات. في هذه الحالة، يقع متجه مغنطة المجال طوليا، أي. موازية لسطح القرص. كل منطقة من هذه المناطق هي صفر منطقي أو واحد، اعتمادًا على المغنطة.

يبلغ الحد الأقصى لكثافة التسجيل التي يمكن تحقيقها باستخدام هذه الطريقة حوالي 23 جيجابت/سم². حاليًا، يتم استبدال هذه الطريقة تدريجيًا بطريقة التسجيل العمودي.

طريقة التسجيل العمودي

طريقة التسجيل العمودي هي تقنية يتم فيها تخزين أجزاء من المعلومات في مجالات رأسية. وهذا يسمح باستخدام مجالات مغناطيسية أقوى ويقلل مساحة المادة المطلوبة للكتابة بمقدار 1 بت. تبلغ كثافة التسجيل للعينات الحديثة 60 جيجابت/سم².

تتوفر محركات الأقراص الثابتة للتسجيل العمودي في السوق منذ عام 2005.

طريقة التسجيل المغناطيسي الحراري

تعد طريقة التسجيل المغناطيسي بمساعدة الحرارة (HAMR) حاليًا هي الأكثر واعدة من بين الطرق الحالية، ويجري حاليًا تطويرها بنشاط. تستخدم هذه الطريقة التسخين الموضعي للقرص، مما يسمح للرأس بمغنطة مساحات صغيرة جدًا من سطحه. بمجرد تبريد القرص، تصبح المغنطة "ثابتة". لم يتم طرح محركات الأقراص الصلبة من هذا النوع في السوق بعد (اعتبارًا من عام 2009)؛ لا يوجد سوى عينات تجريبية بكثافة تسجيل تبلغ 150 جيجابت/سم². لقد استمر تطوير تقنيات HAMR لبعض الوقت، لكن الخبراء ما زالوا يختلفون في تقديرات الحد الأقصى لكثافة التسجيل. وبالتالي، تحدد شركة هيتاشي الحد الأقصى عند 2.3-3.1 تيرابت/سم²، ويقترح ممثلو شركة Seagate Technology أنهم سيكونون قادرين على زيادة كثافة التسجيل لوسائط HAMR إلى 7.75 تيرابت/سم². ومن المتوقع أن يتم استخدام هذه التكنولوجيا على نطاق واسع في الفترة 2011-2012.

7. هندسة القرص المغناطيسي

من أجل معالجة المساحة، تم تقسيم أسطح أطباق القرص إلى مسارات - مناطق حلقية متحدة المركز. ينقسم كل مسار إلى أقسام متساوية - قطاعات. تفترض عنونة CHS أن كافة المسارات الموجودة في منطقة قرص معينة لها نفس عدد القطاعات.

الأسطوانة عبارة عن مجموعة من المسارات متباعدة بشكل متساوٍ من المركز على جميع أسطح العمل لأطباق القرص الصلب. يحدد رقم الرأس سطح العمل المستخدم (أي مسار محدد من الأسطوانة)، ويحدد رقم القطاع قطاعًا محددًا على المسار.

لاستخدام عنونة CHS، تحتاج إلى معرفة هندسة القرص المستخدم: إجمالي عدد الأسطوانات والرؤوس والقطاعات الموجودة فيه. في البداية، كان لا بد من إدخال هذه المعلومات يدوياً؛ قدم معيار ATA-1 وظيفة الهندسة التلقائية (أمر تحديد محرك الأقراص).

ميزات هندسة محركات الأقراص الثابتة المزودة بوحدات تحكم مدمجة

تقسيم المناطق

على أطباق محركات الأقراص الصلبة الحديثة، يتم تجميع المسارات في عدة مناطق (التسجيل حسب المناطق). جميع المسارات في منطقة واحدة لها نفس عدد القطاعات. ومع ذلك، هناك قطاعات على مسارات المناطق الخارجية أكثر من تلك الموجودة على مسارات المناطق الداخلية. يتيح ذلك، باستخدام طول أكبر من المسارات الخارجية، تحقيق كثافة تسجيل أكثر اتساقًا، وزيادة سعة الطبق باستخدام نفس تقنية الإنتاج.

القطاعات الاحتياطية

لزيادة عمر القرص، قد تكون هناك قطاعات احتياطية إضافية على كل مسار. في حالة حدوث خطأ غير قابل للتصحيح في أي قطاع، فيمكن استبدال هذا القطاع بقطاع احتياطي (إعادة التعيين). يمكن فقدان البيانات المخزنة فيه أو استعادتها باستخدام ECC، وستظل سعة القرص كما هي. يوجد جدولان لإعادة التعيين: أحدهما يتم ملؤه في المصنع والآخر أثناء التشغيل. يتم تخزين حدود المنطقة وعدد القطاعات لكل مسار لكل منطقة وجداول إعادة تعيين القطاعات في الذاكرة الإلكترونية.

الهندسة المنطقية

مع نمو سعة محركات الأقراص الثابتة المصنعة، لم تعد هندستها المادية تتناسب مع القيود التي تفرضها واجهات البرامج والأجهزة (انظر: حواجز حجم محرك الأقراص الثابتة). بالإضافة إلى ذلك، المسارات ذات أعداد مختلفة من القطاعات غير متوافقة مع أسلوب عنونة CHS. نتيجة لذلك، بدأت وحدات التحكم في القرص في الإبلاغ عن هندسة منطقية غير حقيقية، ولكنها وهمية، والتي تتناسب مع قيود الواجهات، ولكنها لا تتوافق مع الواقع. وبالتالي، فإن الحد الأقصى لأرقام القطاع والرأس لمعظم الطرز هو 63 و255 (الحد الأقصى للقيم الممكنة في وظائف المقاطعة BIOS INT 13h)، ويتم تحديد عدد الأسطوانات وفقًا لسعة القرص. لا يمكن الحصول على الهندسة الفيزيائية للقرص نفسه في التشغيل العادي وهي غير معروفة لأجزاء أخرى من النظام.

الشكل 4 - رسم تخطيطي للأسطوانات والمسارات والقطاعات الموجودة على القرص الصلب.

8. معالجة البيانات

الحد الأدنى لمنطقة البيانات القابلة للعنونة على القرص الثابت هو قطاع. حجم القطاع هو تقليديا 512 بايت. في عام 2006، أعلنت IDEMA عن التحول إلى حجم قطاع يبلغ 4096 بايت، والذي من المقرر أن يكتمل بحلول عام 2010. لقد أعلنت شركة Western Digitals بالفعل عن استخدام تقنية تنسيق جديدة تسمى Advanced Format، وأصدرت محرك أقراص (WD10EARS-00Y5B1) باستخدام التقنية الجديدة.

كان الإصدار الأخير من نظام التشغيل Windows Vista، الذي تم إصداره في عام 2007، يتمتع بدعم محدود للأقراص ذات حجم القطاع هذا.

هناك طريقتان رئيسيتان لمعالجة القطاعات الموجودة على القرص: قطاع رأس الأسطوانة (CHS) وعنونة الكتلة الخطية (LBA).

بهذه الطريقة تتم معالجة القطاع من خلال موقعه الفعلي على القرص بثلاثة إحداثيات - رقم الأسطوانة ورقم الرأس ورقم القطاع. في الأقراص الحديثة [متى؟] المزودة بوحدات تحكم مدمجة، لم تعد هذه الإحداثيات تتوافق مع الموقع الفعلي للقطاع على القرص وأصبحت "إحداثيات منطقية" (انظر أعلاه).

باستخدام هذه الطريقة، يتم تحديد عنوان كتل البيانات الموجودة على الوسائط باستخدام عنوان خطي منطقي. بدأ تنفيذ عنونة LBA واستخدامها في عام 1994 بالتزامن مع معيار EIDE (IDE الموسع). تتطلب معايير ATA مراسلات فردية بين وضعي CHS وLBA:

LBA = [(الأسطوانة * عدد الرؤوس + الرؤوس) * القطاعات/المسار] + (القطاع 1)

يتوافق أسلوب LBA مع تعيين القطاع لـ SCSI. يقوم BIOS الخاص بوحدة تحكم SCSI بتنفيذ هذه المهام تلقائيًا، أي أن طريقة العنونة المنطقية كانت في الأصل مميزة لواجهة SCSI.

9. تقنيات التصميم والإنتاج الحديثة

في هذا الوقت، انتهى إنتاج وتطوير واجهة IDE أو أنها في طريقها إلى الاختفاء، بسبب استبدالها بأنواع أكثر حداثة من الواجهات. على سبيل المثال، SATA (Serial ATA) عبارة عن واجهة تسلسلية لتبادل البيانات مع أجهزة التخزين. SATA هو تطوير لواجهة ATA المتوازية (IDE)، والتي تمت إعادة تسميتها بعد إدخال SATA إلى PATA (Parallel ATA).

هذه الواجهة هي الأكثر شيوعًا لمحركات الأقراص الثابتة الحديثة ومحركات الأقراص الضوئية للاستخدام المنزلي. يوفر سرعة نقل بيانات عالية. تُستخدم هذه الواجهة أيضًا عند توصيل محركات الأقراص الثابتة الداخلية بمشغلات الوسائط المتعددة.

يستخدم SATA موصلًا ذو 7 سنون بدلاً من موصل PATA ذو 40 سنًا. يحتوي كبل SATA على مساحة أصغر، مما يؤدي إلى تقليل مقاومة هبوب الهواء عبر مكونات الكمبيوتر، ويتم تبسيط الأسلاك داخل وحدة النظام.

نظرًا لشكله، فإن كابل SATA أكثر مقاومة للاتصالات المتعددة. تم تصميم سلك الطاقة SATA أيضًا لاستيعاب اتصالات متعددة. يوفر موصل الطاقة SATA 3 فولتات إمداد: +12 فولت، +5 فولت، و+3.3 فولت؛ ومع ذلك، يمكن للأجهزة الحديثة أن تعمل بدون +3.3 فولت، مما يجعل من الممكن استخدام محول سلبي من IDE القياسي إلى موصل الطاقة SATA. يأتي عدد من أجهزة SATA مزودًا بموصلي طاقة: SATA وMolex.

تخلى معيار SATA عن اتصال PATA التقليدي لجهازين لكل كابل؛ يتم تخصيص كابل منفصل لكل جهاز، مما يزيل مشكلة استحالة التشغيل المتزامن للأجهزة الموجودة على نفس الكابل (والتأخير الذي ينشأ عن ذلك)، ويقلل من المشاكل المحتملة أثناء التجميع (لا توجد مشكلة تعارض بين Slave/ الأجهزة الرئيسية لـ SATA)، يلغي احتمال حدوث أخطاء عند استخدام حلقات PATA- غير المنتهية.

يدعم معيار SATA وظيفة قائمة انتظار الأوامر (NCQ، بدءًا من SATA Revision 2.x).

لا يوفر معيار SATA إمكانية التبديل السريع للجهاز النشط (الذي يستخدمه نظام التشغيل) (حتى SATA Revision 3.x)، بالإضافة إلى أنه يمكن فصل محركات الأقراص المتصلة تدريجيًا - الطاقة والكابل والتوصيل بالترتيب العكسي - الكابل، الطاقة. بعد فصل/توصيل القرص، تحتاج إلى تحديث التكوين في إدارة الأجهزة.

مراجعة SATA 3.x (حتى 6 جيجابت في الثانية)

توفر مواصفات SATA Revision 3.0 القدرة على نقل البيانات بسرعات تصل إلى 6 جيجابت/ثانية (ما يصل إلى 4.8 جيجابت/ثانية - 600 ميجابايت/ثانية تقريبًا). من بين التحسينات في SATA Revision 3.0 مقارنة بالإصدار السابق من المواصفات، بالإضافة إلى السرعة الأعلى، يمكن ملاحظة تحسين إدارة الطاقة. سيتم أيضًا الحفاظ على التوافق، سواء على مستوى موصلات وكابلات SATA، أو على مستوى بروتوكولات التبادل. بالمناسبة، يحذر اتحاد SATA-IO من استخدام المصطلحات المحلية مثل SATA III أو SATA 3.0 أو SATA Gen 3 للإشارة إلى أجيال SATA. الاسم الصحيح الكامل للمواصفات هو SATA Revision 3.0؛ اسم الواجهة - SATA 6 جيجابت/ثانية

10. نظرة عامة على السوق

محركات الأقراص الصلبة مع واجهة IDE

محركات الأقراص الصلبة سيجيت. كانت Seagate أول من استخدم المحامل السائلة في نماذجها الجديدة، وبفضلها زادت سرعة المغزل إلى 7200 دورة في الدقيقة. ولكن لسوء الحظ، فإن أحدث النماذج التي تنتجها Seagate ليست موثوقة، على الرغم من أنها تعتبر واحدة من الأسرع والأكثر هدوءا تماما.

¾ الحماية ضد الكهرباء الساكنة (تتكون من لوحة تحمي لوحة القرص الصلب)؛

¾ نظام لتتبع التغييرات وتصحيح الأخطاء والإخفاقات البسيطة.

أصبحت محركات الأقراص الصلبة Barracuda ATA II (سلسلة رائدة أخرى) هي الأفضل. تبلغ سرعة دورانها 7200 دورة في الدقيقة، وتبلغ كثافة التسجيل 250 جيجابايت لكل طبق. لا يمنح المصنعون هذه السلسلة الأداء المضمون فحسب، بل الموثوقية أيضًا.

طرحت Seagate رسميًا سلسلة جديدة من محركات الأقراص الثابتة المخصصة للأعمال، والتي تسمى Cheetah. تتوفر محركات الأقراص الصلبة بالسعات التالية: 300 جيجابايت، 450 جيجابايت، 600 جيجابايت.

تبلغ سرعة دوران محركات الأقراص الصلبة Seagate Cheetah 15000 دورة في الدقيقة. لديهم ذاكرة تخزين مؤقت DRAM بسعة 16 ميجابايت وواجهتين للاختيار من بينها - قناة ليفية بسرعة 4 جيجابت في الثانية أو SAS 2.0 بسرعة 6 جيجابت في الثانية.

يبلغ وقت التشغيل المضمون (MTBF) لمحركات الأقراص الصلبة Seagate Cheetah 1.6 مليون ساعة.

محركات الأقراص الصلبة ويسترن ديجيتال

شهدت شركة Western Digital صعودًا وهبوطًا، مما أثر أيضًا على منتجاتها. ولكن في النهاية، احتلت محركات الأقراص الصلبة IDE التي تعمل في نطاق التردد من 83 إلى 133 ميجاهرتز مكانها الصحيح في السوق.

على سبيل المثال، لنأخذ محركات الأقراص الصلبة من سلسلة Western Digital Caviar، والتي كانت الأفضل في وقتها. من الجانب الفني، كل شيء بسيط للغاية هنا - سرعة المغزل هي 5400 دورة في الدقيقة، والرؤوس عبارة عن مطاط مغناطيسي وواجهة ATA-66. لكن الميزة الخاصة هي نظام Data Lifeguard. هذا نظام لحماية المعلومات من الفشل. يمكن أن تكون محركات الأقراص الثابتة من هذه السلسلة حلاً ممتازًا لأجهزة الكمبيوتر ذات المستوى المبتدئ والمتوسط.

ستقوم Western Digital بإصدار محرك أقراص ثابت جديد بسعة 1 تيرابايت وكثافة تسجيل تبلغ 334 جيجابايت على طبق واحد. ولكن منذ ما يقرب من عام، حققت شركة سامسونج الكورية الجنوبية نفس النتيجة.

عندما يحاول مصنعو محركات الأقراص الثابتة (HDD) تحقيق كثافات تسجيل أعلى وأعلى، يستفيد كل من حولهم من ذلك: كلما زادت كثافة التسجيل لكل طبق، قل عدد محركات الأقراص الثابتة اللازمة لتحقيق نفس الحجم. وهذا بدوره يعني أن محرك الأقراص الثابتة يستهلك طاقة أقل، ويتم دفع عدد أقل من العناصر المتحركة لأداء عمليات القرص. تعمل Digital على تحديث خط Caviar GP HDD ببطء، مضيفة نسخة بكثافة تسجيل تبلغ 334 جيجابايت وسعة 1TV. لكن محركات الأقراص الثابتة هذه ستظل مزودة بذاكرة تخزين مؤقت تبلغ سعتها 16 ميجابايت.

لكن Western Digital ليست الشركة الوحيدة التي تعمل على احتواء 334 جيجابايت على طبق واحد. أعلنت سامسونج هذا الأسبوع عن جهاز 1TV HDD EcoGreen الجديد، والذي يستهدف تطبيقات الصوت والفيديو، ويستخدم أطباق بسعة 334 جيجابايت. تدعي سامسونج أن محرك الأقراص EcoGreen F1 الخاص بها يوفر استهلاكًا أقل للطاقة بنسبة 15% مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة الأخرى الموفرة للطاقة، واستهلاك طاقة أقل بنسبة 50% من محركات الأقراص الثابتة التقليدية بسعة 1 تيرابايت و7200 دورة في الدقيقة. يدور Samsung EcoGreen F1 بسرعة 5400 دورة في الدقيقة، ويستخدم واجهة SATA2 بسرعة 3 جيجابت/ثانية. سعره 199 دولار.

في يناير 2008، قدمت ويسترن ديجيتال محرك الأقراص الصلبة ذو الطبق الواحد بسعة 320 جيجابايت، والذي يتمتع بأعلى كثافة مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة الأخرى للشركة. لكن سامسونج أطلقت محرك الأقراص الصلبة 1TV HDD بكثافة 334 جيجابايت لكل طبق في يونيو 2007.

فهرس

1. - واجهة آتا

. - واجهة IDE

إيه كيه جولتيايف. استعادة البيانات. بيتر، 2006، 352 ص. (83 ص)

كريستوفر نيجوس. لينكس. الكتاب المقدس للمستخدم، الطبعة الخامسة. الديالكتيك، 2006، 700 ص. (259 ص)

. - أقسام للمطورين، للمشتركين.

. - سجل التمهيد الرئيسي (MBR)

سميرنوف يو.ك. - أسرار تشغيل محركات الأقراص الصلبة للكمبيوتر الشخصي، BHV - سانت بطرسبرغ، 2006،

. واجهة -IDE

سنتحدث في هذه المقالة عما يسمح لك بتوصيل القرص الصلب بالكمبيوتر، وهي واجهة القرص الصلب. بتعبير أدق، حول واجهات القرص الصلب، لأنه تم اختراع عدد كبير من التقنيات لتوصيل هذه الأجهزة طوال فترة وجودها، ووفرة المعايير في هذا المجال يمكن أن تربك مستخدمًا عديم الخبرة. ومع ذلك، أول الأشياء أولا.

تم تصميم واجهات محرك الأقراص الثابتة (أو واجهات محرك الأقراص الخارجية بالمعنى الدقيق للكلمة، حيث إنها لا يمكن أن تكون محركات أقراص فحسب، بل أيضًا أنواعًا أخرى من محركات الأقراص، على سبيل المثال، محركات الأقراص الضوئية) لتبادل المعلومات بين أجهزة الذاكرة الخارجية هذه واللوحة الأم. تؤثر واجهات محرك الأقراص الثابتة، بما لا يقل عن المعلمات الفيزيائية لمحركات الأقراص، على العديد من خصائص تشغيل محركات الأقراص وأدائها. على وجه الخصوص، تحدد واجهات محرك الأقراص معلمات مثل سرعة تبادل البيانات بين القرص الصلب واللوحة الأم، وعدد الأجهزة التي يمكن توصيلها بالكمبيوتر، والقدرة على إنشاء مصفوفات القرص، وإمكانية التوصيل السريع، ودعم NCQ وتقنيات AHCI، الخ. يعتمد ذلك أيضًا على واجهة القرص الصلب، أي كابل أو سلك أو محول ستحتاجه لتوصيله باللوحة الأم.

SCSI - واجهة نظام الكمبيوتر الصغيرة

تعد واجهة SCSI واحدة من أقدم الواجهات المصممة لتوصيل أجهزة التخزين في أجهزة الكمبيوتر الشخصية. ظهر هذا المعيار في أوائل الثمانينات. وكان أحد مطوريها هو آلان شوجارت، المعروف أيضًا باسم مخترع محرك الأقراص المرنة.

ظهور واجهة SCSI على اللوحة والكابل المتصل بها

معيار SCSI (تقليديًا يُقرأ هذا الاختصار في النسخ الروسي باسم "skazi") كان مخصصًا في الأصل للاستخدام في أجهزة الكمبيوتر الشخصية، كما يتضح من اسم التنسيق - واجهة نظام الكمبيوتر الصغيرة، أو واجهة النظام لأجهزة الكمبيوتر الصغيرة. ومع ذلك، فقد حدث أن تم استخدام محركات الأقراص من هذا النوع بشكل أساسي في أجهزة الكمبيوتر الشخصية من الدرجة الأولى، ثم في الخوادم لاحقًا. كان هذا بسبب حقيقة أنه على الرغم من الهندسة المعمارية الناجحة ومجموعة واسعة من الأوامر، كان التنفيذ الفني للواجهة معقدًا للغاية ولم يكن في متناول أجهزة الكمبيوتر الجماعية.

ومع ذلك، كان لهذا المعيار عدد من الميزات التي لم تكن متوفرة لأنواع أخرى من الواجهات. على سبيل المثال، يمكن أن يصل طول سلك توصيل أجهزة واجهة نظام الكمبيوتر الصغيرة إلى 12 مترًا بحد أقصى، ويمكن أن تصل سرعة نقل البيانات إلى 640 ميجابايت/ثانية.

مثل واجهة IDE التي ظهرت بعد ذلك بقليل، فإن واجهة SCSI متوازية. وهذا يعني أن الواجهة تستخدم الناقلات التي تنقل المعلومات عبر عدة موصلات. كانت هذه الميزة أحد العوامل المقيدة لتطوير المعيار، وبالتالي تم تطوير معيار SAS أكثر تقدمًا واتساقًا (من SCSI المرفق التسلسلي) كبديل له.

SAS - SCSI المرفق التسلسلي

هذا ما تبدو عليه واجهة قرص خادم SAS

تم تطوير Serial Attached SCSI كتحسين لواجهة نظام أجهزة الكمبيوتر الصغيرة القديمة لتوصيل محركات الأقراص الثابتة. على الرغم من حقيقة أن SCSI المرفق التسلسلي يستخدم المزايا الرئيسية لسابقه، إلا أنه يتمتع بالعديد من المزايا. ومن بينها تجدر الإشارة إلى ما يلي:

استخدام حافلة مشتركة من قبل جميع الأجهزة.
يسمح بروتوكول الاتصال التسلسلي الذي تستخدمه SAS باستخدام عدد أقل من خطوط الإشارة.
ليست هناك حاجة لإنهاء الحافلة.
عدد غير محدود تقريبًا من الأجهزة المتصلة.
إنتاجية أعلى (تصل إلى 12 جيجابت/ثانية). من المتوقع أن تدعم التطبيقات المستقبلية لبروتوكول SAS معدلات نقل بيانات تصل إلى 24 جيجابت/ثانية.
إمكانية توصيل محركات الأقراص ذات واجهة Serial ATA بوحدة التحكم SAS.

كقاعدة عامة، يتم إنشاء أنظمة SCSI التسلسلية المرفقة على أساس عدة مكونات. المكونات الرئيسية تشمل:

الأجهزة المستهدفة. تتضمن هذه الفئة محركات الأقراص الفعلية أو صفائف الأقراص.
البادئون عبارة عن شرائح مصممة لإنشاء طلبات للأجهزة المستهدفة.
نظام توصيل البيانات - كابلات تربط الأجهزة المستهدفة والمبادرين

تأتي موصلات SCSI التسلسلية المرفقة بأشكال وأحجام مختلفة، اعتمادًا على النوع (خارجي أو داخلي) وإصدارات SAS. يوجد أدناه الموصل الداخلي SFF-8482 والموصل الخارجي SFF-8644 المصمم لـ SAS-3:

على اليسار يوجد موصل SAS داخلي SFF-8482؛ يوجد على اليمين موصل SAS SFF-8644 خارجي مزود بكابل.

بعض الأمثلة على ظهور أسلاك ومحولات SAS: سلك HD-Mini SAS وسلك محول SAS-Serial ATA.

على اليسار يوجد كابل HD Mini SAS؛ يوجد على اليمين كابل محول من SAS إلى Serial ATA.

فاير واير - IEEE 1394

اليوم يمكنك غالبًا العثور على محركات أقراص ثابتة مزودة بواجهة Firewire. على الرغم من أن واجهة Firewire يمكنها توصيل أي نوع من الأجهزة الطرفية بالكمبيوتر، وهي ليست واجهة متخصصة مصممة حصريًا لتوصيل محركات الأقراص الثابتة، إلا أن Firewire يحتوي على عدد من الميزات التي تجعله مناسبًا للغاية لهذا الغرض.

FireWire - IEEE 1394 - عرض على جهاز كمبيوتر محمول

تم تطوير واجهة Firewire في منتصف التسعينيات. بدأ التطوير مع شركة Apple المعروفة، والتي كانت بحاجة إلى ناقل خاص بها، مختلف عن USB، لتوصيل الأجهزة الطرفية، وخاصة الوسائط المتعددة. المواصفات التي تصف تشغيل ناقل Firewire تسمى IEEE 1394.

يعد Firewire أحد تنسيقات الناقلات الخارجية التسلسلية عالية السرعة الأكثر استخدامًا اليوم. وتشمل السمات الرئيسية للمعيار ما يلي:

إمكانية الاتصال الساخن للأجهزة.
بنية الحافلات المفتوحة.
طوبولوجيا مرنة لتوصيل الأجهزة.
تختلف سرعات نقل البيانات بشكل كبير – من 100 إلى 3200 ميجابت/ثانية.
إمكانية نقل البيانات بين الأجهزة بدون جهاز كمبيوتر.
إمكانية تنظيم الشبكات المحلية باستخدام الحافلة.
نقل الطاقة عبر الحافلة.
عدد كبير من الأجهزة المتصلة (حتى 63).

لتوصيل محركات الأقراص الثابتة (عادةً عبر حاويات محركات الأقراص الثابتة الخارجية) عبر ناقل Firewire، كقاعدة عامة، يتم استخدام معيار SBP-2 خاص، والذي يستخدم مجموعة أوامر بروتوكول واجهة نظام أجهزة الكمبيوتر الصغيرة. من الممكن توصيل أجهزة Firewire بموصل USB عادي، لكن هذا يتطلب محولًا خاصًا.

IDE - إلكترونيات المحرك المتكاملة

لا شك أن الاختصار IDE معروف لدى معظم مستخدمي الكمبيوتر الشخصي. تم تطوير معيار الواجهة لتوصيل محركات الأقراص الثابتة IDE بواسطة شركة تصنيع محركات أقراص ثابتة معروفة - Western Digital. كانت ميزة IDE مقارنة بالواجهات الأخرى التي كانت موجودة في ذلك الوقت، ولا سيما واجهة نظام أجهزة الكمبيوتر الصغيرة، بالإضافة إلى معيار ST-506، هي أنه لم تكن هناك حاجة لتثبيت وحدة تحكم القرص الصلب على اللوحة الأم. يتضمن معيار IDE تثبيت وحدة تحكم محرك الأقراص على محرك الأقراص نفسه، ولم يبق على اللوحة الأم سوى محول واجهة مضيف لتوصيل محركات أقراص IDE.

واجهة IDE على اللوحة الأم

لقد أدى هذا الابتكار إلى تحسين معلمات التشغيل لمحرك IDE نظرًا لحقيقة تقليل المسافة بين وحدة التحكم ومحرك الأقراص نفسه. بالإضافة إلى ذلك، أدى تثبيت وحدة تحكم IDE داخل علبة القرص الصلب إلى تبسيط كل من اللوحات الأم وإنتاج محركات الأقراص الصلبة نفسها إلى حد ما، حيث أعطت التكنولوجيا الحرية للمصنعين من حيث التنظيم الأمثل لمنطق محرك الأقراص.

كانت التكنولوجيا الجديدة تسمى في البداية إلكترونيات القيادة المتكاملة. وفي وقت لاحق، تم تطوير معيار لوصفه، يسمى ATA. هذا الاسم مشتق من الجزء الأخير من اسم عائلة أجهزة الكمبيوتر PC/AT عن طريق إضافة كلمة "مرفق".

يتم استخدام كبل IDE لتوصيل محرك الأقراص الثابتة أو أي جهاز آخر، مثل محرك الأقراص الضوئية الذي يدعم تقنية Integrated Drive Electronics، باللوحة الأم. نظرًا لأن ATA تشير إلى واجهات متوازية (وبالتالي تسمى أيضًا Parallel ATA أو PATA)، أي الواجهات التي توفر نقلًا متزامنًا للبيانات عبر عدة خطوط، فإن كابل البيانات الخاص به يحتوي على عدد كبير من الموصلات (عادةً 40، وفي الإصدارات الحديثة من بروتوكول كان من الممكن استخدام كابل 80 النواة). يكون كابل البيانات النموذجي لهذا المعيار مسطحًا وعريضًا، ولكن تتوفر أيضًا كابلات مستديرة. يحتوي كبل الطاقة الخاص بمحركات Parallel ATA على موصل ذي 4 سنون ومتصل بمصدر طاقة الكمبيوتر.

فيما يلي أمثلة لكابل IDE وكابل بيانات PATA الدائري:

مظهر كابل الواجهة: على اليسار - مسطح، على اليمين في جديلة مستديرة - PATA أو IDE.

بفضل التكلفة المنخفضة نسبيًا لمحركات Parallel ATA، وسهولة تنفيذ الواجهة على اللوحة الأم، فضلاً عن سهولة تثبيت وتكوين أجهزة PATA للمستخدم، فقد تم طرح محركات الأقراص من نوع Integrated Drive Electronics لفترة طويلة. أجهزة من أنواع الواجهة الأخرى من سوق محركات الأقراص الثابتة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية ذات مستوى الميزانية.

ومع ذلك، فإن معيار PATA له أيضًا عدد من العيوب. بادئ ذي بدء، هذا هو الحد من الطول الذي يمكن أن يحتوي عليه كبل بيانات Parallel ATA - لا يزيد عن 0.5 متر، بالإضافة إلى ذلك، يفرض التنظيم الموازي للواجهة عددًا من القيود على الحد الأقصى لسرعة نقل البيانات. وهو لا يدعم معيار PATA والعديد من الميزات المتقدمة التي تتمتع بها أنواع الواجهات الأخرى، مثل التوصيل السريع للأجهزة.

ساتا - آتا التسلسلي

عرض واجهة SATA على اللوحة الأم

تعد واجهة SATA (Serial ATA)، كما يوحي الاسم، بمثابة تحسين مقارنة بـ ATA. يتكون هذا التحسين، أولاً وقبل كل شيء، من تحويل ATA المتوازي التقليدي (Parallel ATA) إلى واجهة تسلسلية. ومع ذلك، فإن الاختلافات بين معيار Serial ATA والمعيار التقليدي لا تقتصر على هذا. بالإضافة إلى تغيير نوع نقل البيانات من المتوازي إلى التسلسلي، تم أيضًا تغيير موصلات البيانات والطاقة.

يوجد أدناه كابل بيانات SATA:

كابل بيانات لواجهة SATA

هذا جعل من الممكن استخدام سلك أطول بكثير وزيادة سرعة نقل البيانات. ومع ذلك، كان الجانب السلبي هو أن أجهزة PATA، التي كانت موجودة في السوق بكميات هائلة قبل ظهور SATA، أصبح من المستحيل الاتصال مباشرة بالموصلات الجديدة. صحيح أن معظم اللوحات الأم الجديدة لا تزال تحتوي على موصلات قديمة وتدعم توصيل الأجهزة القديمة. ومع ذلك، فإن العملية العكسية - توصيل نوع جديد من محرك الأقراص باللوحة الأم القديمة عادة ما تسبب مشاكل أكثر بكثير. لهذه العملية، يحتاج المستخدم عادةً إلى محول Serial ATA إلى PATA. عادةً ما يكون لمحول كابل الطاقة تصميم بسيط نسبيًا.

محول الطاقة التسلسلي ATA إلى PATA:

على اليسار منظر عام للكابل؛ يوجد على اليمين عرض موسع لموصلات PATA وSerial ATA

ومع ذلك، يكون الوضع أكثر تعقيدًا مع جهاز مثل المحول لتوصيل جهاز واجهة تسلسلية بموصل واجهة متوازي. عادة، يتم إجراء محول من هذا النوع في شكل دائرة كهربائية صغيرة.

ظهور محول عالمي ثنائي الاتجاه بين واجهات SATA - IDE

حاليًا، استبدلت واجهة Serial ATA عمليًا Parallel ATA، ويمكن الآن العثور على محركات أقراص PATA بشكل أساسي فقط في أجهزة الكمبيوتر القديمة إلى حد ما. ميزة أخرى للمعيار الجديد، والتي ضمنت شعبيته الواسعة، هي الدعم.

نوع المحول من IDE إلى SATA

يمكنك أن تخبرنا المزيد عن تقنية NCQ. الميزة الرئيسية لـ NCQ هي أنه يسمح لك باستخدام الأفكار التي تم تنفيذها منذ فترة طويلة في بروتوكول SCSI. على وجه الخصوص، يدعم NCQ نظامًا لتسلسل عمليات القراءة/الكتابة عبر محركات أقراص متعددة مثبتة في النظام. وبالتالي، يمكن لـ NCQ تحسين أداء محركات الأقراص بشكل كبير، وخاصة صفائف محركات الأقراص الثابتة.

نوع المحول من SATA إلى IDE

لاستخدام NCQ، يلزم وجود دعم تقني على جانب محرك الأقراص الثابتة، وكذلك على محول مضيف اللوحة الأم. تدعم كافة المحولات التي تدعم AHCI تقريبًا NCQ. بالإضافة إلى ذلك، تدعم بعض المحولات الخاصة القديمة أيضًا NCQ. أيضًا، لكي يعمل NCQ، فإنه يتطلب دعمًا من نظام التشغيل.

يساتا - ساتا خارجي

تجدر الإشارة بشكل منفصل إلى تنسيق eSATA (SATA الخارجي)، والذي بدا واعدًا في ذلك الوقت، لكنه لم ينتشر أبدًا. كما يمكنك تخمين الاسم، فإن eSATA هو نوع من Serial ATA مصمم لتوصيل محركات الأقراص الخارجية حصريًا. يوفر معيار eSATA معظم إمكانيات المعيار للأجهزة الخارجية، أي. Serial ATA الداخلي، على وجه الخصوص، نفس نظام الإشارات والأوامر ونفس السرعة العالية.

موصل eSATA على جهاز كمبيوتر محمول

ومع ذلك، لدى eSATA أيضًا بعض الاختلافات عن معيار الناقل الداخلي الذي أدى إلى إنشائه. على وجه الخصوص، يدعم eSATA كابل بيانات أطول (يصل إلى 2 متر) ويتطلب أيضًا طاقة أعلى لمحركات الأقراص. بالإضافة إلى ذلك، تختلف موصلات eSATA قليلاً عن موصلات Serial ATA القياسية.

بالمقارنة مع الناقلات الخارجية الأخرى، مثل USB وFirewire، فإن eSATA لديها عيب واحد مهم. في حين أن هذه الناقلات تسمح بتشغيل الجهاز عبر كابل الناقل نفسه، فإن محرك eSATA يتطلب موصلات خاصة للطاقة. لذلك، على الرغم من سرعة نقل البيانات العالية نسبيًا، فإن eSATA لا يحظى حاليًا بشعبية كبيرة كواجهة لتوصيل محركات الأقراص الخارجية.

خاتمة

لا يمكن أن تكون المعلومات المخزنة على القرص الصلب مفيدة للمستخدم أو يمكن لبرامج التطبيقات الوصول إليها حتى يتم الوصول إليها بواسطة وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر. توفر واجهات محركات الأقراص الثابتة وسيلة اتصال بين محركات الأقراص هذه واللوحة الأم. يوجد اليوم العديد من الأنواع المختلفة لواجهات القرص الصلب، ولكل منها مزاياه وعيوبه وميزاته المميزة. نأمل أن تكون المعلومات المقدمة في هذه المقالة مفيدة إلى حد كبير للقارئ، لأن اختيار القرص الصلب الحديث يتم تحديده إلى حد كبير ليس فقط من خلال خصائصه الداخلية، مثل السعة وذاكرة التخزين المؤقت والوصول وسرعة الدوران، ولكن أيضًا من خلال الواجهة التي تم تطويرها من أجلها.

مرحبا صديقي العزيز! أرتيم يوشينكو معك.

معيار SATA1 – لديه سرعة نقل تصل إلى 150 ميجابايت/ثانية
معيار SATA2 – لديه سرعة نقل تصل إلى 300 ميجا بايت/ثانية
معيار SATA3 – لديه سرعة نقل تصل إلى 600 ميجابايت/ثانية
كثيرًا ما أُسأل عن السبب، عندما أختبر سرعة محرك الأقراص الخاص بي (ويحتوي محرك الأقراص، على سبيل المثال، على واجهة SATA2 واللوحة الأم بها منفذ بنفس المعيار)، تكون السرعة بعيدة عن 300 ميجابايت/ثانية وليس أكثر.

في الواقع، سرعة القرص حتى بمعيار SATA1 لا تتجاوز 75 ميجابايت/ثانية. عادة ما تكون سرعتها محدودة بالأجزاء الميكانيكية. مثل سرعة المغزل (7200 في الدقيقة لأجهزة الكمبيوتر المنزلية)، وكذلك عدد الاسطوانات الموجودة في القرص. كلما زاد عددها، كلما طال التأخير في كتابة البيانات وقراءتها.

لذلك، في جوهر الأمر، بغض النظر عن واجهة محرك الأقراص الثابتة التقليدي الذي تستخدمه، فإن السرعة لن تتجاوز 85 ميجابايت/ثانية.

ومع ذلك، لا أوصي باستخدام محركات الأقراص القياسية IDE في أجهزة الكمبيوتر الحديثة لأنها أبطأ بالفعل من SATA2. سيؤثر ذلك على أداء كتابة وقراءة البيانات، مما يعني أنه سيكون هناك إزعاج عند العمل بكميات كبيرة من البيانات.
في الآونة الأخيرة، ظهر معيار SATA3 جديد، والذي سيكون ذا صلة بالأقراص المستندة إلى ذاكرة الحالة الصلبة. سنتحدث عنهم لاحقا.
ومع ذلك، هناك شيء واحد واضح: محركات أقراص SATA التقليدية الحديثة، بسبب القيود الميكانيكية، لم تطور حتى معيار SATA1، ولكن ظهر SATA3 بالفعل. أي أن المنفذ يوفر السرعة وليس القرص.
ومع ذلك، فإن كل معيار SATA جديد لا يزال يجلب بعض التحسينات، ومع وجود كميات كبيرة من المعلومات، ستشعر بجودة جيدة.

على سبيل المثال، يتم تحسين الوظيفة باستمرار - قائمة انتظار الأوامر الأصلية (NCQ)، وهو أمر خاص يسمح لك بموازاة أوامر القراءة والكتابة، للحصول على أداء أكبر مما لا يمكن أن تتباهى به واجهات SATA1 وIDE.
والشيء الأكثر روعة هو أن معيار SATA، أو بالأحرى إصداراته، متوافقة مع بعضها البعض، مما يوفر لنا وفورات مالية. أي، على سبيل المثال، يمكن توصيل محرك أقراص SATA1 باللوحة الأم باستخدام موصل SATA2 وSATA3 والعكس صحيح.
منذ وقت ليس ببعيد، بدأ سوق أجهزة التخزين الجديدة في التطور، ما يسمى بمحركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) (أذكرك بأن محركات الأقراص الثابتة التقليدية تم تصنيفها على أنها محركات الأقراص الصلبة).

SSD ليس أكثر من ذاكرة فلاش (يجب عدم الخلط بينه وبين محركات الأقراص المحمولة، SSD أسرع بعشرات المرات من محركات الأقراص المحمولة العادية). تتميز محركات الأقراص هذه بأنها هادئة وتسخن قليلاً وتستهلك القليل من الطاقة. وهي تدعم سرعات قراءة تصل إلى 270 ميجابايت/ثانية وسرعات كتابة تصل إلى 250-260 ميجابايت/ثانية. ومع ذلك فهي مكلفة للغاية. يمكن أن يكلف القرص سعة 256 جيجابايت ما يصل إلى 30000 روبل. ومع ذلك، فإن الأسعار ستنخفض تدريجياً مع تطور سوق ذاكرة الفلاش.
ومع ذلك، فإن احتمال شراء SSD، على سبيل المثال 64 جيجابايت، أمر ممتع للغاية، لأنه يعمل بشكل أسرع بكثير من القرص العادي على الأقراص المغناطيسية، مما يعني أنه يمكنك تثبيت النظام عليه والحصول على زيادة في الأداء عند تحميل نظام التشغيل وعند العمل مع جهاز كمبيوتر. يكلف هذا القرص حوالي 5-6 آلاف روبل. أنا أفكر في شراء هذا بنفسي.

يستغل هذا النوع من محركات الأقراص معايير SATA2 بشكل كامل ويحتاج إلى واجهة SATA 3 الجديدة مثل الهواء بدلاً من محركات الأقراص التقليدية. في الأشهر الستة المقبلة، ستنتقل محركات أقراص SSD إلى معيار SATA3 وستكون قادرة على إظهار سرعات تصل إلى 560 ميجابايت/ثانية في عمليات القراءة.
منذ وقت ليس ببعيد، عثرت على قرص IDE بحجم 40 جيجابايت وتم إصداره منذ أكثر من 7 سنوات (ليس خاصتي، لقد أعطوني إياه للإصلاح)، لقد اختبرت خصائص سرعته وقارنتها بمعايير SATA1 وSATA2 ، لأنني بنفسي أمتلك معايير أقراص SATA.

تم إجراء القياسات باستخدام برنامج Crystal Disk Mark، عدة إصدارات. لقد اكتشفت أن دقة القياسات من إصدار واحد من البرنامج إلى إصدار آخر مستقلة عمليا. يحتوي الكمبيوتر على نظام تشغيل 32 بت Windows 7 Max ومعالج Pentium 4 - 3 جيجا هرتز. تم إجراء الاختبارات أيضًا على معالج به نواة Core 2 Duo E7500 تم رفع تردد تشغيلها إلى تردد ساعة يبلغ 3.53 جيجا هرتز. (التردد القياسي 2.93 جيجا هرتز). وبحسب ملاحظاتي فإن سرعة قراءة البيانات وكتابتها لا تتأثر بسرعة المعالج.

هذا هو ما يبدو عليه قرص IDE القديم الجيد، ولا تزال الأقراص من هذا المعيار تُباع.

هذه هي الطريقة التي يتم بها توصيل محرك IDE. كابل واسع لنقل البيانات. الأبيض الضيق – التغذية.

وهذا ما يبدو عليه توصيل محركات أقراص SATA - أسلاك البيانات الحمراء. وأيضًا في الصورة يمكنك رؤية كابل IDE الذي يتصل بالموصل الخاص به.

نتائج السرعة:

سرعة IDE القياسية وهي تساوي 41 ميجابايت للكتابة ونفس المقدار لقراءة البيانات. تأتي بعد ذلك سطور حول قطاعات القراءة بأحجام مختلفة وبأحجام متنوعة.

سرعة القراءة والكتابة SATA1. 50 و49 ميجابايت لسرعات القراءة والكتابة على التوالي.

سرعة القراءة والكتابة لـ SATA2. 75 و 74 ميجابايت للقراءة والكتابة على التوالي.

وأخيراً سأعرض لكم نتائج اختبار أحد الفلاشات سعة 4 جيجابايت من شركة Transcend الممتازة. بالنسبة لذاكرة الفلاش فإن النتيجة ليست سيئة:

الخلاصة: تعتبر واجهات SATA1 وSATA2 (التي حصلت على المركز الأول في نتائج الاختبار) هي الأكثر تفضيلاً للاستخدام في كمبيوتر منزلي مكتبي.

مع خالص التقدير، أرتيوم يوشينكو.

دعونا نلقي نظرة على الواجهات الأكثر شيوعًا للأجهزة الطرفية (الجدول 4.5).

الجدول 4.5.واجهات الأجهزة الخارجية

واجهه المستخدم	تعديل	السرعة (ميجابايت/ثانية)
وحدة تحكم القرص المرن للكمبيوتر		62.5 كيلو بايت/ثانية

	ساتا-150 - ساتا-600

	8 بت × 10 ميجا هرتز
سريع واسع SCSI 2	16 بت × 10 ميجا هرتز
الترا واسعة SCSI 40	16 بت × 20 ميجا هرتز
الترا 2 SCSI 80	16 بت × 40 ميجا هرتز
فائقة Z SCS1160	16 بت × 40 ميجا هرتز DDR
	16 بت × 80 ميجا هرتز DDR
	DDR 16 بت × 160 ميجاهرتز
المسلسل المرفق SCSI
المسلسل المرفق SCSI 2	(في التطوير)
	1GFC (1.06 جيجا هرتز) - 4GFC (4.25 جيجا هرتز)

واجهة IDE وأنواعها

IDE (تكامل الأجهزة الإلكترونية)- واجهة الأجهزة المزودة بوحدة تحكم مدمجة (الشكل 4.21، 4.22). عند إنشاء هذه الواجهة، ركز المطورون على توصيل محرك الأقراص. نظرًا لصغر مسافة وحدة التحكم من القرص، يزداد الأداء بشكل ملحوظ.

تتكون مشكلة محرك الأقراص بالكمبيوتر من ثلاثة أجزاء. يجب أن يتفاعل الكمبيوتر مع وحدة التحكم (والعكس صحيح)، ويجب أن تعمل وحدة التحكم على البيانات وتتفاعل مع محرك الأقراص (والعكس صحيح).

في وقت واحد، تم النظر في المشكلة من جميع الجوانب الثلاثة، الأمر الذي أجبر الشركات المصنعة لمحركات الأقراص على تنفيذ كل العمل

حافلات EIDE أو PCI VL أو اللوحة الأم للكمبيوتر الشخصي

واجهة EIDE الأساسية

شريحة ذاكرة، قرص مضغوط أو محرك أقراص ثابتة، متوافق مع EIDE ومتوافق مع EIDE

أرز. 4.21. واجهة إيدي

أرز. 4.22. موصل ATA/1 DE المتوازي ( أ, ب); موصل تسلسلي

آتا ( الخامس); الموصلات على متن الطائرة (ز)

بوت. كان الكثير من الذكاء الخاص بنقل البيانات بين الكمبيوتر ومحرك الأقراص يتركز على لوحة التحكم والكمبيوتر، لذلك عند تثبيت محرك أقراص جديد أو استبدال محرك أقراص قديم، كان من الضروري التأكد من أن وحدة التحكم متوافقة تمامًا مع القرص الصلب الجديد يقود. لقد غيرت وحدات تحكم IDE الأمور بشكل كبير لأن المعيار جعل وحدة التحكم الموجودة على لوحة محرك الأقراص تلعب دورًا أكبر بكثير، لذلك أصبحت الواجهة الفعلية بين محرك الأقراص والكمبيوتر بسيطة نسبيًا.

تحل عائلة واجهات محرك الأقراص IDE (إلكترونيات محرك الأقراص المتكاملة) محل واجهات ST506 وESDI التي تم استخدامها لتوصيل محركات الأقراص الثابتة بوحدات التحكم المقابلة. قدم IDE لأول مرة ناقلًا قياسيًا للتبادل مع وحدة التحكم من خلال استخدام إلكترونيات خاصة مدمجة مع القرص للتحكم في القرص وهذا الناقل (ومن هنا اسم الواجهة). تتم ترجمة المعلمات المنطقية إلى المعلمات المادية بواسطة إلكترونيات القرص. يتم استخدام المصطلح ATA (AT Attachment) كمرادف لواجهة IDE.

ماديًا، يتم تنفيذ واجهة IDE باستخدام كبل مسطح ذو 40 نواة، والذي يحتوي على موصلات لتوصيل جهاز واحد أو جهازين. يجب ألا يتجاوز الطول الإجمالي للكابل 45 سم، ويجب أن تكون المسافة بين الموصلات 15 سم على الأقل.

تحتوي واجهة IDE على قناة أساسية وثانوية، يمكن لكل منها توصيل جهازين، أي قد يكون هناك أربعة في المجموع. قد يكون هذا محرك أقراص ثابتًا أو قرصًا مضغوطًا أو مفتاح محرك أقراص.

تدعم واجهة IDE العديد من طرق المشاركة. في البداية، كانت الطريقة الرئيسية للتبادل هي وضع PIO (الإدخال/الإخراج المبرمج)، حيث يتم تبادل البيانات من خلال سجلات المعالج الخاضعة لسيطرته المباشرة. ونتيجة لذلك، يكون هناك حمل كبير على المعالج أثناء عمليات الإدخال/الإخراج.

الطريقة الثانية هي استخدام وضع DMA (الوصول المباشر للذاكرة)، حيث تقوم وحدة التحكم بواجهة IDE ووحدة التحكم DMA باللوحة الأم بنقل البيانات بين القرص وذاكرة الوصول العشوائي دون تحميل المعالج المركزي.

هناك العديد من النكهات لواجهة IDE المتوافقة مع بعضها البعض.

مواصفات IDE المحسنة.ومن أجل تطوير قدرات واجهة IDE، اقترحت ويسترن ديجيتال مواصفات IDE المحسنة الموسعة (المرادفات: E-IDE، Fast ATA، ATA-2 وFast ATA-2)، والتي اكتسبت بعد ذلك مكانة معيار ANSI الأمريكي المسمى ATA-2 (الشكل 4.23، الجدول 4.6). يحتوي على عدد من الابتكارات: دعم IDE-on-drives بسعة تزيد عن 504 ميجابايت، ودعم وحدات تحكم IDE المتعددة في النظام وتوصيل ما يصل إلى أربعة أجهزة بوحدة تحكم واحدة، بالإضافة إلى دعم الأجهزة الطرفية بخلاف محركات الأقراص الصلبة (محركات الأقراص المضغوطة ومحركات الأقراص المضغوطة القابلة للتسجيل) ومحركات أقراص DVD-ROM ومحركات LS-120 وZIP والبصريات الممغنطة،

الجدول 4.6. ATA موصل واجهة متوازية

غاية	غاية	غاية	غاية





		تسجيل الإدخال/الإخراج
قراءة الإدخال/الإخراج
			غير مستعمل
	كشف GPIO DMA66
	رقاقة حدد ZR

نقل البيانات على حواف النبض الصاعدة والهابطة

أرز. 4.23. مخططات التوقيت لواجهات ATA-2 وATA-3 ( أ);

الترا آتا (ب)؛الترا أتا/66 (الخامس)

اللافتات، الخ). يُطلق على امتداد مواصفات IDE لدعم الأنواع الأخرى من محركات الأقراص ذات واجهة IDE أيضًا اسم ATAPI (واجهة ATA المعبأة). يقدم IDE المحسن أيضًا عناصر موازنة عمليات التبادل ومراقبة سلامة البيانات أثناء النقل.

أضافت مواصفات واجهة IDE المحسنة دعمًا لوضع RYU 3 و4، بالإضافة إلى وضع DMA لكلمة واحدة 2 ووضع DMA متعدد الكلمات 1 و2. الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات على الناقل في وضع RYU 3 هو 11.1 ميجابايت/ثانية، وفي وضع RYU 4 ووضع DMA للكلمة الواحدة 2 - 16.7 ميجابايت/ثانية. يتيح لك وضع Multi Word DMA 2 الحصول على سرعة نقل قصوى تزيد عن 20 ميجابايت/ثانية.

نقل البيانات على الحافة الأمامية للنبض

تخصيص
المرادفات		إيد، آتا سريع، إيد سريع،				الترا أتا/100
عرض النطاق الترددي، ميغا بايت/ثانية
عدد الاتصالات				كابل 2 إلى 1	كابل 2 إلى 1	كابل 2 إلى 1	1 إلى 1 كابل
خصائص الكابل	40 دبابيس	40 دبابيس	40 دبابيس	40 جهة اتصال	40 جهة اتصال، 80 سلكًا	40 جهة اتصال، 80 سلكًا	7 اتصالات
خصائص جديدة		28 بت معالجة الكتل المنطقية (LBA)		واجهة ATAPI، ودعم الأقراص المضغوطة، وأجهزة البث، وما إلى ذلك.	80 سلك	48 بت LBA	SATA 1.0، يدعم الكتل المنطقية/المادية الطويلة
الحد الأقصى لحجم القرص	137 جيجابايت (128 جيجابايت)					144 بيتا (128 بي في آي)
السيطرة على اتفاقية حقوق الطفل
تاريخ المسألة
معيار أنسي

362 الفصل 4. واجهات

33.3 ميجابايت/ثانية. لضمان نقل البيانات بشكل موثوق عبر نفس الكابل، يتم استخدام دوائر خاصة للتحكم وتصحيح الأخطاء، مع الحفاظ على التوافق مع المعايير السابقة - ATA وATA-2.

وأخيرًا، تتيح واجهات Ultra ATA/66 وUltra ATA/100 وUltra ATA/133 نقل البيانات بسرعات 66 و100 و133-150 ميجابايت/ثانية على التوالي.

واجهة تسلسلية ATA (SATA).تشمل المزايا الرئيسية لـ Serial ATA مقارنة بـ Parallel ATA (PATA) ما يلي:

تم تقليل عدد دبابيس الموصل (إلى 7 بدلاً من 40) وتم تقليل جهد الإشارة (إلى 500 مللي فولت، مقارنة بـ 5 فولت لـ PATA)؛
كابل أصغر وأكثر ملاءمة للأسلاك، يصل طوله إلى 1 متر؛
تم تحسين قدرات اكتشاف الأخطاء وتصحيحها.

الجيل الأول (المعروف باسم SATA/150 أو SATA.1)

ظهرت في السوق في منتصف عام 2002 ودعمت معدلات نقل بيانات تصل إلى 1.5 جيجابت/ثانية. ساتا. 1 يستخدم نظام تشفير الطبقة المادية 8 فولت/10 فولت بكفاءة 80%، مما يؤدي إلى سرعة حقيقية تبلغ 1.2 جيجابت في الثانية أو 150 ميجابايت/ثانية.

يستخدم الإصدار التالي (SATA، 3.0 جيجابت في الثانية) أيضًا دائرة 8 فولت/10 فولت، وبالتالي فإن الحد الأقصى لسرعة النقل هو 2.4 جيجابت في الثانية أو 300 ميجابايت/ثانية. ومع ذلك، فإن أجهزة الأقراص الصلبة الحالية لا تدعم مثل هذه السرعات، وبالتالي فإن الأداء الفعلي للنظام محدود بقدرات محرك الأقراص. غالبًا ما تسمى مواصفات 3.0 جيجابت/ثانية "Serial ATA II" ("SATA II")، بالإضافة إلى SATA 3.0 أو SATA/300، استمرارًا لخط ATA/100 وATA/133 وSATA/150.

آتا (مرفق) - واجهة متوازية لتوصيل محركات الأقراص بجهاز الكمبيوتر. في التسعينيات، كان معيارًا مبنيًا على منصة IBM للكمبيوتر الشخصي. حاليًا، يتم استبداله بسرعة في السوق بخليفته - SATA. منذ تقديم SATA، تمت إعادة تسمية ATA باتا(آتا الموازي).

قصة

في البداية، تلقت الواجهة اسمًا أوليًا مرفق الكمبيوتر/AT("اتصال PC/AT") لأنه كان مخصصًا للاتصال بناقل ISA 16 بت (المعروف باسم في الحافلة). في النسخة النهائية تم تغيير العنوان إلى في المرفقلتجنب مشاكل العلامات التجارية.

تم تطوير الإصدار الأول من المعيار في عام 1986 بواسطة Western Digital وكان يسمى بيئة تطوير متكاملة (إلكترونيات القيادة المتكاملة- "الإلكترونيات المدمجة في محرك الأقراص"). يعكس الاسم ابتكارًا مهمًا: كانت وحدة التحكم في محرك الأقراص موجودة في محرك الأقراص نفسه، وليس في شكل بطاقة توسيع منفصلة، كما هو الحال في معيار ST-506 السابق وواجهات SCSI وST-412 الموجودة في ذلك الوقت. بفضل هذا الابتكار، تم تحسين أداء محركات الأقراص. مسافة أقصر إلى وحدة التحكم، مما يسهل التحكم بها، نظرًا لأن وحدة التحكم في قناة IDE تم استخلاصها من تفاصيل محرك الأقراص، مما يجعل الإنتاج أرخص.

الاسم الصحيح لوحدة تحكم قناة IDE هو محول المضيفلأنه انتقل من التحكم المباشر في محرك الأقراص إلى التواصل معه عبر بروتوكول.

يتم تعريف الواجهة بين وحدة التحكم ومحرك الأقراص في معيار ATA. تم تجهيز الواجهة بـ 8 سجلات، والتي تشغل 8 عناوين في مساحة الإدخال/الإخراج. عرض ناقل البيانات هو 16 بت. يمكن أن يتجاوز عدد القنوات في النظام 2. ومن المهم ألا تتداخل عناوين القنوات مع عناوين أجهزة الإدخال/الإخراج الأخرى. تسمح لك كل قناة بتوصيل جهازين (الرئيسي والتابع)، ولكن يمكن لجهاز واحد فقط العمل في نفس الوقت.

مبدأ معالجة CHS هو كما يلي: أولاً، يتم تثبيت كتلة الرأس بواسطة محدد الموضع على المسار المطلوب، وبعد ذلك يتم تحديد الرأس المطلوب، ثم تتم قراءة المعلومات من القطاع المطلوب.

معيار إيدي (بيئة تطوير متكاملة مُحسّنة- "IDE الممتد") ظهر مباشرة بعد IDE. سمح باستخدام محركات الأقراص ذات السعات الأكبر من 528 ميجابايت (504 ميجابايت)، حتى 8.4 جيجابايت.

على الرغم من أن هذه الاختصارات نشأت كعلامات تجارية وليست أسماء رسمية للمعيار، إلا أن المصطلحات بيئة تطوير متكاملةو إيديعادة ما تستخدم بدلا من هذا المصطلح آتا.

بعد إصدار المعيار آتا التسلسلي("تسلسل ATA")، الذي حدث في عام 2003، أصبح يعرف باسم ATA التقليدي آتا الموازية، وهو ما لا يعني أكثر من طريقة لنقل البيانات عبر كابل متوازي 40 أو 80 نواة.

في البداية، تم استخدام الواجهة مع محركات الأقراص الثابتة، ولكن بعد ذلك تم توسيع المعيار للعمل مع الأجهزة الأخرى، وخاصة مع الوسائط القابلة للإزالة. حتى FDD كان متصلاً بحافلة ATAPI. ويسمى هذا المعيار الموسع واجهة حزم المرفقات التكنولوجية المتقدمة(ATAPI)، ويبدو الاسم الكامل للمعيار أتا/أتابي. يكاد يكون ATAPI مطابقًا تمامًا لـ SCSI على مستوى الأوامر.

في البداية، لم تكن واجهات توصيل محركات الأقراص المضغوطة موحدة، حيث كانت عبارة عن تطويرات خاصة حصريًا لمصنعي محركات الأقراص. لهذا السبب، لتوصيل قرص مضغوط، كان من الضروري تثبيت بطاقة توسيع منفصلة، مخصصة لمصنع معين. تم تجهيز بعض إصدارات بطاقات الصوت، على سبيل المثال Sound Blaster، بمثل هذه المنافذ. أتاح دخول سوق ATAPI توحيد جميع الأجهزة الطرفية وتمكين توصيلها بأي وحدة تحكم.

مرحلة أخرى مهمة في تطوير ATA كانت الانتقال من PIO ( الإدخال/الإخراج المبرمج- إدخال/إخراج البرنامج) إلى DMA ( الوصول المباشر للذاكرة- الوصول المباشر للذاكرة). عند استخدام PIO، كان المعالج المركزي مسؤولاً عن إدارة البيانات المقروءة من القرص، وهذا بدوره أدى إلى زيادة الحمل على المعالج وانخفاض أدائه. ولهذا السبب، تقوم أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم واجهة ATA بتنفيذ العمليات المتعلقة بالقرص بشكل أبطأ من أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم SCSI والواجهات الأخرى. أدى إدخال DMA إلى تقليل مقدار وقت وحدة المعالجة المركزية المستغرق في عمليات القرص بشكل كبير.

يتم التحكم في تدفق البيانات في هذه التقنية بواسطة محرك الأقراص نفسه. فهو يقرأ البيانات من الذاكرة تقريبًا دون مشاركة المعالج، والذي بدوره يصدر أوامر لتنفيذ هذا الإجراء أو ذاك. في هذه الحالة، يصدر القرص الصلب إشارة طلب DMARQ لعملية DMA إلى وحدة التحكم. إذا كان تشغيل DMA ممكنًا، ترسل وحدة التحكم إشارة DMACK ويقوم القرص الصلب بإخراج البيانات إلى السجل الأول (DATA)، الذي تقرأه وحدة التحكم منه. لذلك، المعالج غير مشارك عمليا في هذه السلسلة.

لا يكون تشغيل DMA ممكنًا إلا إذا كان الوضع مدعومًا في وقت واحد بواسطة BIOS ووحدة التحكم ونظام التشغيل. وبخلاف ذلك، يمكن استخدام وضع PIO فقط. مع تطوير المعيار (ATA-3)، قدم المهندسون وضعًا إضافيًا UltraDMA 2 (UDMA 33)، والذي يتميز بخصائص توقيت وضع DMA 2. ومع ذلك، يتم نقل البيانات على كل من الحواف الأمامية والخلفية لـ DIOR/ إشارة DIOW، والتي تضاعف سرعة نقل البيانات عبر الواجهة. بالإضافة إلى ذلك، تم إدخال فحص التكافؤ CRC، مما يزيد من موثوقية الإرسال.

تضمن تاريخ تطوير ATA عددًا من العوائق (على وجه الخصوص، القيود المفروضة على الحد الأقصى لحجم القرص وهو 504 ميجا بايت، وحوالي 8 جيجا بايت، وحوالي 32 جيجا بايت، و128 جيجا بايت) المرتبطة بتنظيم الوصول إلى البيانات. وقد تم التغلب على معظم هذه العوائق بفضل أنظمة العنونة الحديثة. ومع ذلك، كانت هناك عوائق أخرى، تتعلق بشكل أساسي ببرامج تشغيل الأجهزة وتنظيم الإدخال/الإخراج في نظام التشغيل الذي لم يعمل في ATA.

قدمت مواصفات ATA الأصلية وضع عنونة 28 بت، مما سمح بمعالجة 228 (268,435,456) قطاعًا يبلغ حجم كل منها 512 بايت. أعطى هذا سعة قصوى تبلغ 137 جيجابايت (128 جيجابايت). على أجهزة الكمبيوتر القياسية، يدعم BIOS ما يصل إلى 7.88 جيجا بايت (8.46 جيجا بايت)، مما يسمح بحد أقصى 1024 أسطوانة و256 رأسًا و63 قطاعًا. أدى هذا القيد على عدد الأسطوانات/الرؤوس/القطاعات CHS (قطاع رأس الأسطوانة)، جنبًا إلى جنب مع معيار IDE، إلى تقييد المساحة القابلة للعنونة بمقدار 504 ميجابايت (528 ميجابايت). للتغلب على هذا القيد، تم تقديم نظام العنونة LBA (عنوان الكتلة المنطقية)، مما جعل من الممكن معالجة ما يصل إلى 7.88 جيجا بايت. ومع مرور الوقت، تم رفع هذا القيد. هذا جعل من الممكن معالجة أول 32 جيجا بايت، ثم 128 جيجا بايت، باستخدام جميع البتات الـ 28 (في ATA-4) لمعالجة القطاع. يتم تنظيم تسجيل رقم 28 بت عن طريق كتابة أجزائه في السجلات المقابلة لمحرك الأقراص (من 1 إلى 8 بت في السجل الرابع، 9-16 في السجل الخامس، 17-24 في السجل السادس و25-28 في السجل السابع ) .

يتم تنظيم عنونة التسجيل بواسطة ثلاثة أسطر عنوان DA0-DA2. السجل الأول بالعنوان 0 هو 16 بت. يتم استخدامه لغرض نقل البيانات بين القرص ووحدة التحكم. السجلات المتبقية هي 8 بت وتستخدم للتحكم.

تتطلب أحدث مواصفات ATA معالجة 48 بت، مما يؤدي إلى توسيع الحد المحتمل إلى 128 PiB (144 بيتابايت).

تتجلى قيود الحجم في حقيقة أن النظام يحدد حجم القرص على أنه أقل من قيمته الحقيقية، أو أنه يرفض التمهيد على الإطلاق ويتوقف في مرحلة تهيئة محركات الأقراص الثابتة. في بعض الأحيان يمكن حل المشكلة عن طريق تحديث BIOS. الحل الآخر الممكن هو استخدام برامج خاصة (على سبيل المثال، Ontrack DiskManager)، والتي تقوم بتحميل برنامج التشغيل الخاص بها في الذاكرة قبل تحميل نظام التشغيل. عيب هذه الحلول هو استخدام قسم قرص غير قياسي (لا يمكن الوصول إلى أقسام القرص في حالة التمهيد من قرص مرن تمهيد DOS عادي). ومع ذلك، يمكن لمعظم أنظمة التشغيل الحديثة التعامل مع أحجام الأقراص الكبيرة، حتى لو لم يكتشف نظام BIOS الخاص بالكمبيوتر الحجم المطلوب.

لتوصيل محرك الأقراص الثابتة بواجهة PATA، عادةً ما يتم استخدام كابل خاص - كابل ذو 40 سلكًا. عادةً ما يكون كل كابل مزودًا بموصلين أو ثلاثة موصلات، يتصل أحدها بموصل وحدة التحكم الموجود على اللوحة الأم، بينما يتصل الآخران بمحركات الأقراص. في وقت ما، ينقل كابل P-ATA 16 بت من البيانات. في بعض الأحيان توجد كبلات IDE تسمح لك بتوصيل ما يصل إلى ثلاثة محركات أقراص بقناة IDE واحدة، ومع ذلك، في هذه الحالة، يعمل أحد محركات الأقراص في وضع القراءة فقط.

دبوس ATA الموازي

اتصال	غاية	اتصال	غاية
















			GPIO_DMA66_Detect

لفترة طويلة، كان كابل ATA يحتوي على 40 موصلًا، ولكن مع ظهور تقنية ATA الترا دما/66 (UDMA4) ظهرت نسخته المكونة من 80 سلكًا. جميع الموصلات الإضافية هي فقط موصلات تأريض، والتي تتناوب مع موصلات المعلومات. لذا، فبدلاً من سبعة موصلات أرضية، أصبح هناك 47 موصلاً. وهذا التناوب بين الموصلات يقلل من الاقتران السعوي بينها، وبالتالي يقلل من التداخل المتبادل. يعد الاقتران بالسعة مشكلة كبيرة عند سرعات النقل العالية. ولهذا السبب كان الابتكار ضروريًا لضمان التشغيل العادي للمواصفات المحددة UDMA4سرعة النقل 66 ميجابايت/ثانية. بخصوص الأوضاع الأسرع UDMA5و UDMA6، ثم همتتطلب أيضًا كابل 80 سلكًا.

على الرغم من تضاعف عدد الموصلات، إلا أن عدد الاتصالات يظل كما هو، كما هو الحال مع مظهر الموصلات. لكن الأسلاك الداخلية مختلفة. يجب أن تقوم موصلات الكبل المكون من 80 سلكًا بتوصيل عدد كبير من الموصلات الأرضية بعدد صغير من المسامير الأرضية، بينما يقوم الكبل المكون من 40 سلكًا بتوصيل الموصلات بدبوس أرضي مختلف. تحتوي الكابلات ذات 80 سلكًا على موصلات مرمزة بالألوان (الأزرق والرمادي والأسود)، على عكس الكابلات ذات 40 سلكًا، والتي عادةً ما تحتوي على جميع الموصلات بنفس اللون (غالبًا أسود).

في معيار ATA، يبلغ الحد الأقصى لطول الكابل 46 سم، وهذا القيد يجعل من الصعب توصيل الأجهزة في الحالات الكبيرة، أو توصيل محركات أقراص متعددة بجهاز كمبيوتر واحد، ويزيل تمامًا إمكانية استخدام محركات أقراص PATA كمحركات أقراص خارجية. ومع ذلك، فإن الكابلات الأطول التي لا تستوفي المعايير متاحة على نطاق واسع في السوق. ويمكن قول الشيء نفسه عن الكابلات "المستديرة" المستخدمة على نطاق واسع. يصف معيار ATA فقط الكابلات المسطحة ذات خصائص المعاوقة والسعة المحددة. هذا لا يعني أن الكابلات الأخرى لن تعمل، ولكن على أي حال، من الأفضل توخي الحذر عند استخدام الكابلات غير القياسية.

إذا تم توصيل جهازين بحلقة واحدة، فسيتم تسمية أحدهما "رئيسي"، والآخر يسمى "التابع". عادةً ما يظهر الجهاز الرئيسي قبل الجهاز التابع في قائمة محركات الأقراص المدرجة بواسطة BIOS. في أنظمة BIOS الأقدم (486 والإصدارات الأقدم)، تم تحديد محركات الأقراص غالبًا على أنها "C" للمفتاح الرئيسي و"D" للتابع. من الصحيح استدعاء الأقراص "الرئيسية" و"التابعة" على التوالي الجهاز 0 (الجهاز 0) و الجهاز 1 (الجهاز 1).

إذا كان هناك محرك أقراص واحد فقط في الحلقة، فهو في معظم الحالات هو المحرك الرئيسي. تحتوي بعض الأقراص على وظيفة إضافية خاصة تسمى أعزب(قرص واحد على الكابل). في معظم الحالات، يمكن أيضًا أن يعمل محرك أقراص واحد على كابل كعبد.

يوجد أيضًا إعداد يسمى "تحديد الكابل" وهو اختياري في مواصفات ATA-1 وكان شائعًا منذ ATA-5. وبفضل ذلك، ليست هناك حاجة لإعادة ترتيب وصلات العبور على محركات الأقراص أثناء أي عمليات إعادة توصيل. لذا، إذا تم ضبط محرك الأقراص على وضع تحديد الكابل، فسيتم تعيينه تلقائيًا كرئيسي أو تابع، اعتمادًا على موقعه في الحلقة.

في أيام الكابلات ذات 40 سلكًا، كان من الممارسات الشائعة ضبط وضع اختيار الكابل عن طريق قطع موصل مكون من 28 سلكًا بين الموصلين. في هذه الحالة، كان محرك الأقراص التابع في نهاية الكابل، وكان محرك الأقراص الرئيسي في المنتصف. تم توحيد هذا الموضع في الإصدارات الأحدث من المواصفات. كانت الكابلات ذات الـ 80 سلكًا المستخدمة في UDMA4 خالية من هذه العيوب. يوجد فيها الجهاز الرئيسي دائمًا في نهاية الحلقة. لذلك، إذا تم توصيل جهاز واحد فقط، فلن يكون هناك قسم كابل غير ضروري. يتم تثبيت اختيار الكابل الخاص بهم في المصنع. نظرًا لأن الحلقات المكونة من 80 سلكًا تتطلب موصلات خاصة بها، فإن اعتمادها على نطاق واسع لم يستغرق وقتًا طويلاً. يتطلب المعيار استخدام موصلات بألوان مختلفة لتسهيل التعرف عليها. الأزرق للاتصال بوحدة التحكم، والأسود للسيد، والرمادي للعبد.

إصدارات آتا

معيار	اسماء اخرى	أوضاع النقل المضافة (ميجابايت/ثانية)	الحد الأقصى لسعة القرص المدعومة	خصائص أخرى	مرجع أنسي
		بيو 0,1,2 (3.3, 5.2, 8.3) DMA بكلمة واحدة 0,1,2 (2.1, 4.2, 8.3) متعدد الكلمات DMA 0 (4.2)			X3.221-1994 (عفا عليه الزمن منذ عام 1999)
	بيئة تطوير متكاملة سريعة، Ultra ATA	بيو 3.4: (11.1، 16.6) متعدد الكلمات DMA 1.2 (13.3، 16.6)			X3.279-1996 (عفا عليه الزمن منذ عام 2001)
				حماية ذكية	X3.298-1997 (عفا عليه الزمن منذ عام 2002)
	ATAPI-4، ATA-4، الترا ATA/33	الترا دي ام ايه 0,1,2 (16.7, 25.0, 33.3) ويعرف أيضًا باسم Ultra-DMA/33		دعم الأقراص المضغوطة، وما إلى ذلك، عبر أوامر حزمة ATAPI	نسيتس 317-1998
	ATA-5، الترا ATA/66	الترا دي ام ايه 3.4 (44.4، 66.7) ويعرف أيضًا باسم Ultra DMA 66			نسيتس 340-2000
	ATA-6، الترا ATA/100	ويعرف أيضًا باسم Ultra DMA 100		الإدارة الصوتية التلقائية	نسيتس 347-2001
	ATA-7، الترا ATA/133	ويعرف أيضًا باسم Ultra DMA 133		SATA 1.0، مجموعة ميزات البث، مجموعة ميزات القطاع المنطقي/المادي الطويلة للأجهزة التي لا تحتوي على حزم	نسيتس 361-2002
					في تَقَدم