| ATA类接口和硬盘及其相关技术 |
| 日期:2007/1/17 17:40:35 |
作者:simon |
来源:www.eedisk.com |
|
众所周知，硬盘接口有两大流派：ATA类和SCSI类。ATA类以其价廉、稳定性好、标准化程度高等特点，深得广大中低端用户的青睐，甚至在高端应用领域，如服务器应用中也有相当的市场。而ATA类硬盘及其标准在最近的两三年时间里发展得非常快，接口标准从ATA到Ultra ATA，硬盘类型从IDE、EIDE、FAST ATA到Ultra ATA(DMA／33)，如此众多的新名词、新概念，使得用户茫然不知所措。为此，下面谈谈近几年的ATA类接口标准和ATA类硬盘的最新发展及其相关技术。
一、ATA类接口标准
ATA (AT Attachment)接口标准是IDE(Integrated Drive Electronics)硬盘的特定接口标准。ATA／IDE的出现是在1986年，当时，Compaq公司为了寻求解决老式ST506／412硬盘的慢速、高成本、可靠性差的缺陷，与Western Digital公司合作，将老式的ST506／412硬盘进行改进，推出了IDE硬盘，其接口标准即ATA。改进工作主要是将ST506的控制器与硬盘之间的电缆缩短，以致将控制器与硬盘本身集成在一起。这样，ATA／IDE硬盘的成本大大降低，速度得到很大的提高，并且可靠性增加。至此ATA作为一种工业标准，在硬盘领域获得了巨大的成功，并沿用至今。
但是，随着软件的发展，ATA／IDE硬盘的速度和容量已经不能满足需要，于是硬盘驱动器工业组织(以SFF委员会的名义存在)在1993年推出了一个扩展的ATA接口标准，即ATA－2。这个标准增加了快速的PIO模式(PIO3，PIO4)和DMA模式(Multiword DMA1,2)；改进了硬盘的自动识别功能，这对于支持即插即用(PnP)和与后续标准的兼容性都具有重要的作用；支持LBA模式。
为了进一步提高ATA－2的可靠性和安全性，SFF委员会很快又推出了ATA－3标准。它主要包括以下特性：
●具有较高的可靠性，特别是在快速的PIO模式4时，其可靠性较ATA－2高得多
●提供了一个简单的基于口令的安全保护机制
●电源管理更加成熟
●采用了S.M.A.R.T(Self Monitoring Analysis and Report Technology)，即对硬盘可能发生的故障类型，预先向用户提出警告。
ATA－3并未定义任何其它的快速模式。虽然某些厂商在其产品上标明“PIO5”，但实际上不过是ATA PIO4的改头换面而已。
ATA标准的一个缺陷是它仅支持硬盘设备，随着廉价大容量的磁带备份和CD－ROM设备的出现，人们推出了一个低成本的ATAPI接口标准。凡是支持ATAPI标准的磁带和CD－ROM设备均可直接接在ATA接口上，而且具有较高的性能。但是这些ATAPI设备与硬盘驱动器是不完全一样的，它们还需要相应驱动程序。
新的ATA－4标准正在制订中，该标准将ATA－3和ATAPI标准集成在一起，并且支持更高的快速传输模式。
而在ATA－4标准还未正式推出之前，作为过渡标准，推出了Ultra ATA标准。在这个标准中增加了一个高性能的传输模式：DMA／33，它具有33Mb／s的带宽，是DMA 2的两倍。
Ultra ATA接口主要具有以下特点：
●提高了突发模式的数据传输率
突发模式的数据传输率由Fast ATA的16.7Mbps，提高到33.3Mb／s(Ultra DMA／33模式)。
●定时容限的改进
在Fast ATA模式下，驱动器必须先等待主机来的选通信号(传输延迟时间)之后，再将缓冲区中的数据放到总线上(数据周转时间)。而Ultra ATA协议则规定由硬盘产生选通信号，并且同时将数据放到总线上，这样就减少了数据周转时间，从而减少了总的机器延迟时间。
●数据可靠性的进一步增强
采用了一种新型的CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)。在每次突发传输数据的开始，硬盘和主机同时计算CRC，并将CRC结果存放至它们各自的寄存器中，在突发传输结束后，主机则将CRC寄存器的值传送到硬盘，并与硬盘中CRC寄存器的值进行比较。
●保持向后的兼容性
Ultra ATA硬盘完全与ATA、Fast ATA兼容。同时原来老式的PCI主板只要配上一个Ultra ATA PCI适配器，也能发挥Ultra ATA硬盘的高速度和高可靠性。现在已经有很多主板芯片组支持该模式，如Intel 430TX、VIA Apollo VP1和VP2等。
二、关于PIO模式和DMA模式
目前硬盘与主机进行数据交换的方式有两种，一种是通过CPU执行I／O端口指令来进行数据的读写；另一种是不经过CPU的DMA方式。
PIO模式即Programming Input／Output Model。这种模式使用PC I／O端口指令来传送所有的命令、状态和数据。由于驱动器中有多个缓冲区，对硬盘的读写一般采用I／O串操作指令，这种指令只需一次取指令就可重复多次地完成I／O操作，因此，达到高的数据传输率是可能的。
SFF委员会定义了一系列的PIO模式，每种模式均定义了其最小总线周期，而最小总线周期则决定了数据的最大传输速率。如最慢的模式PIO 0，其数据周期不能超过600ns，而在一个时钟周期内，传送166bit。据此可算出其最大数据传输率为3.3Mb／s。
PIO模式 最小总线周期 数据传输率(Mb/s) 适用的标准
0 600ns 3.3 ATA及后续标准
1 383ns 5.2 ATA及后续标准
2 240ns 8.3 ATA及后续标准
3 180ns 11.1 ATA-2及后续标准
4 120ns 16.6 ATA-2及后续标准
模式0、1、2是较早的模式，为ATA接口标准所支持。而模式3和4只在ATA－2标准中才支持，而且还必须使用IORDY硬件流控制信号。如果接口速度太快，驱动器可通过IORDY信号线来降低速度。因此，接口若没有IORDY信号线，则在快速模式时，硬盘的读写可能发生错误。
DMA即Direct Memory Access。它表示数据不经过CPU，而直接在硬盘和内存之间传送。在多任务操作系统内，如OS／2、Linux、Windows NT等，当磁盘传输数据时，CPU可腾出时间来做其它事情，而在DOS／Windows 3.x环境里，CPU不得不等待数据传输完毕，所以在这种情况下，DMA方式的意义并不大。
DMA方式有两种类型：第三方DMA(third－party DMA)和第一方DMA(first－party DMA)(或称总线主控DMA，Busmastering DMA)。第三方DMA通过系统主板上的DMA控制器的仲裁来获得总线和传输数据。而第一方DMA，则完全由接口卡上的逻辑电路来完成，当然这样就增加了总线主控接口的复杂性和成本。现在，所有较新的芯片组均支持总线主控DMA。
然而，ISA系统的DMA控制器又老又慢，不能用于现在的快速硬盘。DMA方式仅在EISA、MDA、VL－BUS、PCI等总线的系统上才能有效运行。
DMA有单字(single word)和多字(multiword)两种方式，单字DMA传送是每次DMA请求下只传送一个16位的字，多字DMA传送是只要DMA请求信号保持有效，将持续不断传送16位的字，直到终止计数。单字DMA模式已很少使用，在ATA－3标准内，已取消了对这种模式的支持。(见下表)
DMA模式 最小总线周期 最大数据传输率 适用的标准
single word
0 960 2.1 ATA、ATA-2
1 480 4.2 ATA、ATA-2
2 240 8.3 ATA、ATA-2
multiword
0 180 4.2 ATA及后续标准
1 150 13.3 ATA-2及后续标准
2 120 16.6 ATA-2及后续标准
3 60 33.3 Ultra ATA及后续标准
三、ATA类硬盘
各硬盘生产厂家从自身占领市场的角度，采用不同的国际标准及自己的一些技术，推出了各种品牌和容量的硬盘，出现了硬盘家族百花齐放的局面。但概括起来，在ATA类硬盘家族中，主要有两大流派，一个是以Western Digital为首的EIDE硬盘，另一个是以Seagate和Quantum为首的Fast ATA系列。
EIDE即Enhanced Integrated Drive Electronics(增强的IDE)。它是Western Digital公司为了改进IDE的缺陷，推出的一种硬盘。EIDE硬盘主要有以下特点：
●支持快速传输模式PIO3、PIO4、Multiword DMA1和DMA2
●支持LBA模式
●BIOS和设备驱动程序均提供对大于540MB容量硬盘的支持
●在ATA接口上支持磁带机和CD－ROM(ATAPI)
●支持第二个硬盘通道，即可接4个设备(ATA或ATAPI)
由于没有国际规范，许多硬盘生产厂家将其自身的只具有部分EIDE特性的硬盘也冠以EIDE硬盘标志，因此导致了EIDE硬盘的混乱。比如一些生产厂家为了迎合用户对提高传输速率的要求，生产出某种只支持高传输率的硬盘，而忽略了EIDE标准的其它特性，并且也将这种硬盘称为EIDE硬盘。
Fast ATA是与EIDE相抗衡的接口标准。它是由Seagate公司发起，由Seagate和Quantum公司倡导的一种硬盘标准。它具有以下主要特点：
●支持PIO3，Multiword DMA模式1
●支持块模式
●支持LBA模式
在PIO3模式下，其数据传输率达到11.1Mb／s，而在DMA模式1下数据传输率达到13.3Mb／s。
Fast ATA硬盘对系统BIOS的要求较低，它仅要求BIOS支持快速模式(PIO3和Multiword DMA 1)，而没有EIDE硬盘所谓的对大容量、ATAPI、第二个硬盘通道的支持要求。
Fast ATA－2硬盘是一种全面支持ATA－3标准的硬盘。它支持PIO4模式和DMA模式2，在两种模式下其数据传输率均达到16.6Mb／s。
Ultra ATA硬盘是1996年推出的一种新的硬盘。它支持Ultra ATA接口规范，是目前最快的一种硬盘。Ultra ATA硬盘在对目前的硬件不需做任何修改的情况下即可使突发模式的数据传输率由16.6Mb／s达到33.3Mb／s。
采用Ultra ATA硬盘的系统，可极大地提高数据的流通量，特别是在突发模式下。因此特别适合于读取大的顺序数据块，例如在多媒体应用领域。Ultra ATA硬盘将使系统的启动速度加快，改善大型应用软件的运行性能，特别是可以明显地提高目前Windows 95和Windows NT的启动和运行速度。
Ultra ATA硬盘保证了向后的兼容性，不需做任何修改即可应用于以前的ATA接口系统，要使用Ultra ATA硬盘的高性能，只需要支持Ultra ATA的主板，或者在不支持Ultra ATA的主板上外接一个Ultra ATA适配器。
Ultra ATA硬盘的出现时间短，但其势头强劲。自从Quantum公司率先推出Ultra ATA硬盘之后，迅速得到了Intel公司的支持，Intel宣布将在其以后的芯片组中提供对Ultra ATA协议的支持，其后又很快得到了世界上最主要的硬盘厂家的响应，如IBM、Seagate、Maxtor和Western Digital等，以及其它的芯片组供应商如VIA、SiS、ALi、AMD和OPTi等都随即表示提供支持。看来Ultra ATA硬盘的时代已经来临。
|
|
[返回上一页]
[打 印]
[收 藏] |
|
|
|
| ∷相关技术评论∷ （评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！） [参与评论…] |
|
|
 最新技术 |
|
