ide接口資料
標(biāo)準(zhǔn) IDE (ATA)硬盤接口
信號名稱及簡要描述 CN3
信號名稱及簡要描述
PIN# PIN#
RESET# 復(fù)位輸出低有效 1 2 GND 公共地
D7 雙向數(shù)據(jù)總線 3 4 D8 雙向數(shù)據(jù)總線
D6 雙向數(shù)據(jù)總線 5 6 D9 雙向數(shù)據(jù)總線
D5 雙向數(shù)據(jù)總線 7 8 D10 雙向數(shù)據(jù)總線
D4 雙向數(shù)據(jù)總線 9 10 D11 雙向數(shù)據(jù)總線
D3 雙向數(shù)據(jù)總線 11 12 D12 雙向數(shù)據(jù)總線
D2 雙向數(shù)據(jù)總線 13 14 D13 雙向數(shù)據(jù)總線
D1 雙向數(shù)據(jù)總線 15 16 D14 雙向數(shù)據(jù)總線
D0 雙向數(shù)據(jù)總線 LSB 17 18 D15 雙向數(shù)據(jù)總線 MSB
GND 公共地 19 20 NC 空腳
DRQ DMA 請求輸入 21 22 GND 公共地
IOW# I/O 寫控制線輸出
23 24 GND 公共地
IOR# I/O 讀控制線輸出
25 26 GND 公共地
IOCHRDY IO 通道準(zhǔn)備輸入
27 28 CSEL 定義不明確未用
DACK# DMA 響應(yīng)輸出
29 30 GND 公共地
IRQ 中斷請求輸入上升沿 31 32
IOCS16# 16 位數(shù)據(jù)傳送輸入
A1 地址線輸出 33 34 PDIAG 驅(qū)動器自檢通過輸入
A0 地址線輸出 35 36 A2 地址線輸出
CS1FX#
命令寄存器塊片選輸出
37 38 CS3FX# 控制寄存器塊片選輸出
DASP# 驅(qū)動器有效輸入 39 40 GND 公共地
IDE 接口的硬盤驅(qū)動器提供了兩種數(shù)據(jù)傳輸模式:PIO模式和DMA模式。由于PIO模式控制相對容易,提供了一種編程控制輸入/輸出的快速傳輸方法。該模式采用高速的數(shù)據(jù)塊I/O,以扇區(qū)為單位,用中斷請求方式與CPU進(jìn)行批量數(shù)據(jù)交換。在扇區(qū)讀寫操作時,一次按16位長度通過內(nèi)部的高速PIO數(shù)據(jù)寄存器傳 輸。通常情況下,數(shù)據(jù)傳輸以扇區(qū)為單位,每傳輸一扇區(qū)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個中斷。
IDE接口是一種任務(wù)寄存器結(jié)構(gòu)的接口,所有輸入輸出操作均通過對相應(yīng)寄存器的讀寫完成。IDE硬盤驅(qū)動器中的寄存器及地址分配見表1。表2為狀態(tài)寄存器,它反映了硬盤驅(qū)動器執(zhí)行命令后的狀態(tài)。
表 1 IDE硬盤驅(qū)動器中的寄存器及地址分配 地 址
寄存器名及功能
CS1FX
CS3FX
DA2
DA1
DA0
讀操作
寫操作
0
1
0
0
0
數(shù)據(jù)寄存器
0
1
0
0
1
錯誤寄存器
特性寄存器
0
1
0
1
0
扇區(qū)數(shù)寄存器
0
1
0
1
1
扇區(qū)號寄存器
0
1
1
0
0
柱面號寄存器:低字節(jié)
0
1
1
0
1
柱面號寄存器:高字節(jié)
0
1
1
1
0
驅(qū)動器 /磁頭寄存器
0
1
1
1
1
狀態(tài)寄存器
命令寄存器
· 數(shù)據(jù)寄存器(170 R/W):這是一個16位PIO數(shù)據(jù)寄存器,用于對扇區(qū)的讀、寫和格式化操作。MCU通過該寄存器向硬盤控制寄存器寫入或從硬盤控制器讀出扇區(qū)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。
· 錯誤寄存器(171 R):該寄存器是一個8位的寄存器,它反映控制寄存器在診斷方式或操作方式下的錯誤原因。
· 扇區(qū)數(shù)寄存器(172 R/W):它記錄讀、寫命令的扇區(qū)數(shù)。當(dāng)多扇區(qū)傳輸時,每完成一個扇區(qū)操作,該寄存器自動減1,直至為0。如果初值為0,則表示256;如果有錯誤發(fā)生,該寄存器包含已經(jīng)操作成功的扇區(qū)數(shù)。
· 扇區(qū)號寄存器(173 R/W):它記錄讀、寫和校驗命令指定的起始扇區(qū)號。本文用LBA模式。該寄存器記錄邏輯扇區(qū)的0字節(jié)。
· 柱面號寄存器(174 175 R/W):它記錄讀、寫、校驗、尋址和格式化命令指定的柱面號,在LBA尋址方式下,這2個寄存器包含起始扇區(qū)的1和2字節(jié)。
· 驅(qū)動器/磁頭寄存器(176R/W):它記錄讀、寫、校驗、尋道和格式化命令指定的驅(qū)動器號、磁頭號和尋址方式。在ATA/ATAPI-4中其定義如表2所示。
表 2 驅(qū)動器/磁頭寄存器
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
L
1
DRV
HS3
HS2
HS1
HS0
HS0~HS3(磁頭選擇):在LBA方式中,是邏輯扇區(qū)的高4位。 DEV是驅(qū)動器選擇:0選擇主驅(qū)動器,1選擇從驅(qū)動器。
L(LBA方式):L=1,置驅(qū)動器為LBA模式;L=0,置驅(qū)動器為CHS模式。
· 狀態(tài)寄存器(177 R):反映了硬盤執(zhí)行命令后的狀態(tài)。讀該寄存器要清除中斷請求信號,為避免清除中斷,可以讀輔助狀態(tài)寄存器376H。這兩個寄存器的內(nèi)容完全一樣。在ATA/ATAPI-4中其定義如表3所示。
表 3 狀態(tài)寄存器
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
BSY
DRDY
DWF
DSC
DRQ
CORR
IDX
ERR
狀態(tài)寄存器中各位定義如下: BSY:驅(qū)動器忙; DRDY:驅(qū)動器準(zhǔn)備好; DWF:驅(qū)動器寫失敗; DSC:尋道結(jié)束; DRQ:請求服務(wù),驅(qū)動器希望通過數(shù)據(jù)寄存器與CPU交換一字節(jié)數(shù)據(jù); CORR:當(dāng)可以糾正的讀錯誤發(fā)生時,該位置1,數(shù)據(jù)傳輸將繼續(xù)進(jìn)行; IDX:收到綜引信號; ERR:命令執(zhí)行出錯。
· 命令寄存器(177R):該位端口為命令端口,用來發(fā)出指定命令
為 50h 格式化磁道
為20h 嘗試讀取扇區(qū)
為21h 無須驗證扇區(qū)是否準(zhǔn)備好而直接讀扇區(qū)
為22h 嘗試讀取長扇區(qū)(用于早期的硬盤,每扇可能不是512字節(jié),而是128字節(jié)到1024之間的值)
為23h 無須驗證扇區(qū)是否準(zhǔn)備好而直接讀長扇區(qū)
為30h 嘗試寫扇區(qū)
為31h 無須驗證扇區(qū)是否準(zhǔn)備好而直接寫扇區(qū)
為32h 嘗試寫長扇區(qū)
為33h 無須驗證扇區(qū)是否準(zhǔn)備好而直接寫長扇區(qū)
在向硬盤驅(qū)動器發(fā)出命令前,必須先檢測硬盤驅(qū)動器是否忙碌( D7=1)。如果在規(guī)定時間內(nèi)硬盤驅(qū)動器一直忙碌,則置超時錯;否則表示硬盤驅(qū)動器空閑,可接受命令。
如果 CPU要對硬盤寫數(shù)據(jù),首先CPU把必要 的參數(shù)寫入對應(yīng)的地址寄存器,等待DRDY有效;然后將操作碼寫入命令寄存器,同時驅(qū)器設(shè)置狀態(tài)寄存器的DRQ位,表示準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù),CPU通過數(shù)據(jù)寄存器將數(shù)據(jù)寫入扇區(qū)緩沖區(qū);當(dāng)扇區(qū)緩沖區(qū)填滿后,驅(qū)動器清除DRQ位,并置位BSY,驅(qū)動器將扇區(qū)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)寫入磁盤;當(dāng)寫盤結(jié)束,清除BSY位,發(fā)中 斷請求信號DNTRQ;CPU接收到中斷信號后,讀驅(qū)動器狀態(tài)寄存器,同時將中斷信號INTRQ撤除。
硬盤 PIO方式下特定區(qū)域多扇區(qū)讀的操作
如果想從硬盤的特定扇區(qū)讀出碼流信息,首先主機(jī)要對驅(qū)動器/磁頭寄存器、柱面號寄存器、扇區(qū)號寄存器、扇區(qū)數(shù)寄存器設(shè)置參數(shù)。完畢 后要等待至少 400ns 才能去讀狀態(tài)寄存器的參數(shù)判斷以上設(shè)置是否有效。硬盤接收命令后置BSY=1,并開始執(zhí)行命令。硬盤如果準(zhǔn)備好傳送數(shù)據(jù)包,就置DRQ=1,同時清零BSY。主機(jī)循環(huán)讀狀態(tài)寄存器或輔助狀態(tài)寄存器判斷BSY=0&DRQ=1,一旦硬盤狀態(tài)符合要求,主機(jī)寫參數(shù)0X80 (128扇 區(qū))到數(shù)據(jù)寄存器(0X170),并寫0X20(PIO讀)到命令寄存器(0X177),表示要求讀出硬盤相應(yīng)地址里的數(shù)據(jù)塊。硬盤判斷數(shù)據(jù)寄存器被置數(shù)后立即置BSY=1&DRQ=0。主機(jī)讀到置位信息后給硬盤讀時鐘,硬盤輸出數(shù)據(jù)直到數(shù)據(jù)包傳完為止。
表 3 狀態(tài)寄存器
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
BSY
DRDY
DWF
DSC
DRQ
CORR
IDX
ERR
狀態(tài)寄存器中各位定義如下: BSY:驅(qū)動器忙; DRDY:驅(qū)動器準(zhǔn)備好; DWF:驅(qū)動器寫失敗; DSC:尋道結(jié)束; DRQ:請求服務(wù),驅(qū)動器希望通過數(shù)據(jù)寄存器與CPU交換一字節(jié)數(shù)據(jù); CORR:當(dāng)可以糾正的讀錯誤發(fā)生時,該位置1,數(shù)據(jù)傳輸將繼續(xù)進(jìn)行; IDX:收到綜引信號; ERR:命令執(zhí)行出錯。
· 命令寄存器(177R):該位端口為命令端口,用來發(fā)出指定命令
為 50h 格式化磁道
為20h 嘗試讀取扇區(qū)
為21h 無須驗證扇區(qū)是否準(zhǔn)備好而直接讀扇區(qū)
為22h 嘗試讀取長扇區(qū)(用于早期的硬盤,每扇可能不是512字節(jié),而是128字節(jié)到1024之間的值)
為23h 無須驗證扇區(qū)是否準(zhǔn)備好而直接讀長扇區(qū)
為30h 嘗試寫扇區(qū)
為31h 無須驗證扇區(qū)是否準(zhǔn)備好而直接寫扇區(qū)
為32h 嘗試寫長扇區(qū)
為33h 無須驗證扇區(qū)是否準(zhǔn)備好而直接寫長扇區(qū)
在向硬盤驅(qū)動器發(fā)出命令前,必須先檢測硬盤驅(qū)動器是否忙碌( D7=1)。如果在規(guī)定時間內(nèi)硬盤驅(qū)動器一直忙碌,則置超時錯;否則表示硬盤驅(qū)動器空閑,可接受命令。
如果 CPU要對硬盤寫數(shù)據(jù),首先CPU把必要 的參數(shù)寫入對應(yīng)的地址寄存器,等待DRDY有效;然后將操作碼寫入命令寄存器,同時驅(qū)器設(shè)置狀態(tài)寄存器的DRQ位,表示準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù),CPU通過數(shù)據(jù)寄存器將數(shù)據(jù)寫入扇區(qū)緩沖區(qū);當(dāng)扇區(qū)緩沖區(qū)填滿后,驅(qū)動器清除DRQ位,并置位BSY,驅(qū)動器將扇區(qū)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)寫入磁盤;當(dāng)寫盤結(jié)束,清除BSY位,發(fā)中 斷請求信號DNTRQ;CPU接收到中斷信號后,讀驅(qū)動器狀態(tài)寄存器,同時將中斷信號INTRQ撤除。
硬盤 PIO方式下特定區(qū)域多扇區(qū)讀的操作
如果想從硬盤的特定扇區(qū)讀出碼流信息,首先主機(jī)要對驅(qū)動器/磁頭寄存器、柱面號寄存器、扇區(qū)號寄存器、扇區(qū)數(shù)寄存器設(shè)置參數(shù)。完畢 后要等待至少 400ns 才能去讀狀態(tài)寄存器的參數(shù)判斷以上設(shè)置是否有效。硬盤接收命令后置BSY=1,并開始執(zhí)行命令。硬盤如果準(zhǔn)備好傳送數(shù)據(jù)包,就置DRQ=1,同時清零BSY。主機(jī)循環(huán)讀狀態(tài)寄存器或輔助狀態(tài)寄存器判斷BSY=0&DRQ=1,一旦硬盤狀態(tài)符合要求,主機(jī)寫參數(shù)0X80 (128扇 區(qū))到數(shù)據(jù)寄存器(0X170),并寫0X20(PIO讀)到命令寄存器(0X177),表示要求讀出硬盤相應(yīng)地址里的數(shù)據(jù)塊。硬盤判斷數(shù)據(jù)寄存器被置數(shù)后立即置BSY=1&DRQ=0。主機(jī)讀到置位信息后給硬盤讀時鐘,硬盤輸出數(shù)據(jù)直到數(shù)據(jù)包傳完為止。
作為接口,包括了硬件和軟件兩部分:接口設(shè)備是硬件,接口信號規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)是軟件。接口信號規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)對每一根信號線進(jìn)行定義,定義內(nèi)容包括信號的屬性(控制信號、狀態(tài)信號、還是數(shù)據(jù)信號)、方向和有效電平(高電平有效還是低電平有效)。只有符合接口標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè),才能連接使用?;镜挠脖P接口標(biāo)準(zhǔn)有四種,即ST506,IDE,ESDI,SCSI。對于用戶來講,并不要求詳細(xì)了解接口軟硬件的細(xì)節(jié),只要保證接口標(biāo)準(zhǔn)相符即可連接使用。ST506是Seagate公司開發(fā)的最早的一種接口標(biāo)準(zhǔn)。ESDI的原文是Enhanced Small Device Interface,即增強(qiáng)型小設(shè)備接口,是由美國的Maxtor、Shugart、CDC和XEBEC等公司聯(lián)合開發(fā)的一種高性能硬盤接口。ST506和ESDI標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)淘汰,目前在微機(jī)中使用最廣泛的是IDE和SCSI標(biāo)準(zhǔn)。
一、 IDE接口標(biāo)準(zhǔn)
IDE的原文是Integrated Device Electronics,即集成設(shè)備電子部件。它是由Compaq開發(fā)并由Western Digital公司生產(chǎn)的控制器接口。IDE是在ST506的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的,它的最大特點是把控制器集成到驅(qū)動器內(nèi)。因此在硬盤適配卡中,不再有控制器這一部分了。這樣做的最大好處是可以消除驅(qū)動器和控制器之間的數(shù)據(jù)丟失問題,使數(shù)據(jù)傳輸十分可靠。這就可以提高每磁道的扇區(qū)數(shù)到30以上,從而增大容量。由于控制器電路并入驅(qū)動器內(nèi),因此從驅(qū)動器中引出的信號線已不是控制器和驅(qū)動器之間的接口信號線,而是通過簡單處理后可與主系統(tǒng)連接的接口信號線,這種接口方式是與ST506接口不同的。IDE采用了40線的單組電纜連接。在IDE的接口中,除了對AT總線上的信號作必要的控制之外,基本上是原封不動地送往硬盤驅(qū)動器。由此可見,IDE實際上是系統(tǒng)級的接口,而ST506、ESDI屬于設(shè)備級接口。因此,在有的資料上也稱IDE為ATA接口(AT-Attachment:AT嵌入式接口)。由于把控制器集成到驅(qū)動器之中,適配卡已變得十分簡單,現(xiàn)在的微機(jī)系統(tǒng)中已不再使用適配卡,而把適配電路集成到系統(tǒng)主板上,并留有專門的IDE連接器插口。IDE由于具有多種優(yōu)點,且成本低廉,在個人微機(jī)系統(tǒng)中得到了最廣泛的應(yīng)用。
二、 增強(qiáng)型IDE(EIDE)接口標(biāo)準(zhǔn)
增強(qiáng)型IDE (Enhanced IDE)是Western Digital為取代IDE而開發(fā)的接口標(biāo)準(zhǔn)。在采用EIDE接口的微機(jī)系統(tǒng)中,EIDE接口已直接集成在主板上,因此不必再購買單獨的適配卡。與IDE相比,EIDE有以下幾個方面的特點:
1.支持大容量硬盤,最大容量可達(dá)8.4GB。而原有的IDE標(biāo)準(zhǔn),因受到硬盤磁頭數(shù)(最大為16)的限制,其管理的最大硬盤容量不超過528MB。
2.EIDE標(biāo)準(zhǔn)支持除硬盤以外的其它外設(shè)。舊的IDE標(biāo)準(zhǔn)只支持硬盤,因此它只是一個硬盤標(biāo)準(zhǔn)。而EIDE支持符合ATAPI接口(AT Attachment Packet Interface)標(biāo)準(zhǔn)的磁帶驅(qū)動器和CD-ROM驅(qū)動器。因此我們在談到IDE連接的對象時,只能說硬盤,而談到EIDE連接的對象時就可籠統(tǒng)地說EIDE設(shè)備。
3.可連接更多的外設(shè),最多可連接四臺EIDE設(shè)備。原有IDE只提供一個IDE插座,最多只能掛接兩個硬盤。EIDE提供了兩個接口插座,分別稱為第一IDE(Primary)接口插座和第二IDE(Secondary)接口插座。每個插座又可連接兩個設(shè)備,分別稱為主(Master)和從(Slave)設(shè)備。因此一共可連接四臺設(shè)備。第一IDE接口也稱為主通道,它通常與高速的局部總線相連,用于掛接硬盤等高速的主IDE設(shè)備(Primary IDE Device)。第二IDE接口稱為輔通道,一般與ISA總線相連,可掛接CD-ROM或磁帶機(jī)等輔IDE設(shè)備(Secondary IDE Device)。在BIOS設(shè)置中,要求用戶對Secondary IDE Device的數(shù)量、主從設(shè)備的工作模式進(jìn)行設(shè)置。
4.EIDE具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。原有的IDE驅(qū)動器的最大突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率(Burst Data Transfer Rate)僅為3MB/s。突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率是指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速度,其單位常用每秒兆字節(jié)(MB/s)或每秒兆位(Mb/s)。EIDE支持硬盤標(biāo)準(zhǔn)組織SFFC (Small Form Factor Commitee)在1993年制定的宿主傳輸標(biāo)準(zhǔn),如PIO (Programmed Input/Output)Mode 3以及PIO Mode 4,其突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)11.1MB/s和16.6MB/s;也支持Multiword Mode 1 DMA以及Multiword Mode 2 DMA,其突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率為13.3MB/s和16.6MB/s。為了說明不同的傳輸標(biāo)準(zhǔn),通常把支持PIO Mode 3或Multiword Mode 1 DMA的系統(tǒng)和硬盤稱為Fast ATA,而把支持PIO Mode 4或Multiword Mode 2 DMA的系統(tǒng)和硬盤稱為Fast ATA-2。
5.為了支持大容量硬盤,EIDE支持三種硬盤工作模式:NORMAL、LBA和LARGE模式。
·NORMAL 普通模式
這是原有IDE方式。在此方式下對硬盤訪問時,BIOS和IDE控制器對參數(shù)不作任何轉(zhuǎn)換。在普通模式下支持的最大柱面數(shù)為1024,最大磁頭數(shù)為16,最大扇區(qū)數(shù)為63,每扇區(qū)字節(jié)數(shù)為512。因此支持最大硬盤容量為:512×63×16×1024=528MB。
在此模式下即使硬盤的實際物理容量更大,但可訪問的硬盤空間也只能是528MB。
·LBA(Logical Block Addressing) 邏輯塊尋址模式
這種模式所管理的硬盤空間突破了528KB的瓶頸,可達(dá)8.4GB。在LBA模式下,設(shè)置的柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)并不是實際硬盤的物理參數(shù)。在訪問硬盤時,由IDE控制器把由柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)確定的邏輯地址轉(zhuǎn)換為實際硬盤的物理地址。在LBA模式下,可設(shè)置的最大磁頭數(shù)為255,其余參數(shù)與普通模式相同。由此可計算出可訪問的硬盤容量為:512×63×255×1024=8.4GB。
·LARGE 大硬盤模式
當(dāng)硬盤的柱面超過1024而又不為LBA支持時可采用此種模式。LARGE模式采取的方法是把柱面數(shù)除以2,把磁頭數(shù)乘以2,其結(jié)果總?cè)萘坎蛔儭@?在NORMAL模式下柱面數(shù)為1220,磁頭數(shù)為16,進(jìn)入LARGE模式則柱面數(shù)為610,磁頭數(shù)32。這樣在DOS看來柱面數(shù)小于1024,即可正常工作。相反的轉(zhuǎn)換進(jìn)程由BIOS的INT 13H完成,以便取得正確的硬盤地址。LARGE模式支持的最大硬盤容量為:512×63×32×512=528MB
用戶可根據(jù)配置的實際硬盤在上述三種工作模式中選擇設(shè)置。
三、Ultra DMA33和Ultra DMA66接口標(biāo)準(zhǔn)
在ATA-2標(biāo)準(zhǔn)推出之后,SFFC又推出了ATA-3標(biāo)準(zhǔn)。ATA-3標(biāo)準(zhǔn)的主要特點是提高ATA-2的安全性和可靠性。ATA-3本身并沒有定義更高的傳輸模式。此外,ATA標(biāo)準(zhǔn)本身只支持硬盤,前面我們說過EIDE支持符合ATAPI接口標(biāo)準(zhǔn)的磁帶驅(qū)動器和CD-ROM驅(qū)動器,但是這些ATAPI設(shè)備和硬盤驅(qū)動器有很多區(qū)別,因此需要通過專門的驅(qū)動程序來處理。為此SFFC將推出ATA-4標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)將集成ATA-3和ATAPI并且支持更高的傳輸模式。在ATA-4標(biāo)準(zhǔn)沒有正式推出之前,作為一個過渡性的標(biāo)準(zhǔn),Quantum和Intel推出了Ultra ATA(Ultra DMA)標(biāo)準(zhǔn)。
Ultra ATA的第一個標(biāo)準(zhǔn)是Ultra DMA33(簡稱UDMA33),也有人把它稱為ATA-3。符合該標(biāo)準(zhǔn)的主板和硬盤在97年已經(jīng)投放市場。UDMA33的主要特點如下:
1.通過改善的驅(qū)動程序,充分利用硬盤控制器的性能,使硬盤在數(shù)據(jù)傳輸過程中避免CPU的過多干預(yù),使系統(tǒng)的并行工作能力進(jìn)一步地提高。
2.能夠在時序脈沖的上下兩相進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,傳輸速率比單相工作的硬盤提高一倍。因此其突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率理論上可從16.6MB/s提高到33MB/s。但由于系統(tǒng)開銷等原因,實際的帶寬沒有達(dá)到33MB/s。幾種主要UDMA33硬盤的實測帶寬在26MB/s~30MB/s左右。
3.由硬盤產(chǎn)生選通信號,并同時把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)送到總線,避免了由主機(jī)送來選通信號造成的延時。
Ultra DMA66(或者Ultra ATA-66)是由Quantum和Intel在98年2月份提出的最新標(biāo)準(zhǔn)。Ultra DMA66對Ultra DMA33改進(jìn)主要在以下幾個方面:
1.進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸率,其突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率理論上可達(dá)66.6MB/s。
2.采用了新型的CRC循環(huán)冗余校驗。在突發(fā)傳輸數(shù)據(jù)時,主機(jī)和硬盤同時各自計算CRC并存入自己的寄存器中。突發(fā)傳輸結(jié)束后,主機(jī)把CRC寄存器中的值送到硬盤并與硬盤CRC寄存器中的值進(jìn)行比較,從而進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?div style="height:15px;">
3.改用80pin的排線(保留了與現(xiàn)有的電腦兼容的40pin排線,增加了40條地線),以保證在高速數(shù)據(jù)傳輸中降低相鄰信號線間的干擾。
雖然Intel目前尚未發(fā)布支持Ultra DMA66硬盤模式的芯片組,但是VIA Apollo Pro芯片組已經(jīng)提供了對Ultra DMA66硬盤的支持。部分主板如磐英P2-112A也提供了支持Ultra DMA66硬盤的接口。目前市場上已有Ultra ATA-66硬盤出售。
使用UDMA33/66標(biāo)準(zhǔn)必須具備以下幾個條件:
·主板(控制芯片組)支持UDMA33/66規(guī)范;
·硬盤支持UDMA33/66規(guī)范;
·正確安裝硬盤的UDMA33/66驅(qū)動程序。
作為接口,包括了硬件和軟件兩部分:接口設(shè)備是硬件,接口信號規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)是軟件。接口信號規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)對每一根信號線進(jìn)行定義,定義內(nèi)容包括信號的屬性(控制信號、狀態(tài)信號、還是數(shù)據(jù)信號)、方向和有效電平(高電平有效還是低電平有效)。只有符合接口標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè),才能連接使用?;镜挠脖P接口標(biāo)準(zhǔn)有四種,即ST506,IDE,ESDI,SCSI。對于用戶來講,并不要求詳細(xì)了解接口軟硬件的細(xì)節(jié),只要保證接口標(biāo)準(zhǔn)相符即可連接使用。ST506是Seagate公司開發(fā)的最早的一種接口標(biāo)準(zhǔn)。ESDI的原文是Enhanced Small Device Interface,即增強(qiáng)型小設(shè)備接口,是由美國的Maxtor、Shugart、CDC和XEBEC等公司聯(lián)合開發(fā)的一種高性能硬盤接口。ST506和ESDI標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)淘汰,目前在微機(jī)中使用最廣泛的是IDE和SCSI標(biāo)準(zhǔn)。
一、 IDE接口標(biāo)準(zhǔn)
IDE的原文是Integrated Device Electronics,即集成設(shè)備電子部件。它是由Compaq開發(fā)并由Western Digital公司生產(chǎn)的控制器接口。IDE是在ST506的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的,它的最大特點是把控制器集成到驅(qū)動器內(nèi)。因此在硬盤適配卡中,不再有控制器這一部分了。這樣做的最大好處是可以消除驅(qū)動器和控制器之間的數(shù)據(jù)丟失問題,使數(shù)據(jù)傳輸十分可靠。這就可以提高每磁道的扇區(qū)數(shù)到30以上,從而增大容量。由于控制器電路并入驅(qū)動器內(nèi),因此從驅(qū)動器中引出的信號線已不是控制器和驅(qū)動器之間的接口信號線,而是通過簡單處理后可與主系統(tǒng)連接的接口信號線,這種接口方式是與ST506接口不同的。IDE采用了40線的單組電纜連接。在IDE的接口中,除了對AT總線上的信號作必要的控制之外,基本上是原封不動地送往硬盤驅(qū)動器。由此可見,IDE實際上是系統(tǒng)級的接口,而ST506、ESDI屬于設(shè)備級接口。因此,在有的資料上也稱IDE為ATA接口(AT-Attachment:AT嵌入式接口)。由于把控制器集成到驅(qū)動器之中,適配卡已變得十分簡單,現(xiàn)在的微機(jī)系統(tǒng)中已不再使用適配卡,而把適配電路集成到系統(tǒng)主板上,并留有專門的IDE連接器插口。IDE由于具有多種優(yōu)點,且成本低廉,在個人微機(jī)系統(tǒng)中得到了最廣泛的應(yīng)用。
二、 增強(qiáng)型IDE(EIDE)接口標(biāo)準(zhǔn)
增強(qiáng)型IDE (Enhanced IDE)是Western Digital為取代IDE而開發(fā)的接口標(biāo)準(zhǔn)。在采用EIDE接口的微機(jī)系統(tǒng)中,EIDE接口已直接集成在主板上,因此不必再購買單獨的適配卡。與IDE相比,EIDE有以下幾個方面的特點:
1.支持大容量硬盤,最大容量可達(dá)8.4GB。而原有的IDE標(biāo)準(zhǔn),因受到硬盤磁頭數(shù)(最大為16)的限制,其管理的最大硬盤容量不超過528MB。
2.EIDE標(biāo)準(zhǔn)支持除硬盤以外的其它外設(shè)。舊的IDE標(biāo)準(zhǔn)只支持硬盤,因此它只是一個硬盤標(biāo)準(zhǔn)。而EIDE支持符合ATAPI接口(AT Attachment Packet Interface)標(biāo)準(zhǔn)的磁帶驅(qū)動器和CD-ROM驅(qū)動器。因此我們在談到IDE連接的對象時,只能說硬盤,而談到EIDE連接的對象時就可籠統(tǒng)地說EIDE設(shè)備。
3.可連接更多的外設(shè),最多可連接四臺EIDE設(shè)備。原有IDE只提供一個IDE插座,最多只能掛接兩個硬盤。EIDE提供了兩個接口插座,分別稱為第一IDE(Primary)接口插座和第二IDE(Secondary)接口插座。每個插座又可連接兩個設(shè)備,分別稱為主(Master)和從(Slave)設(shè)備。因此一共可連接四臺設(shè)備。第一IDE接口也稱為主通道,它通常與高速的局部總線相連,用于掛接硬盤等高速的主IDE設(shè)備(Primary IDE Device)。第二IDE接口稱為輔通道,一般與ISA總線相連,可掛接CD-ROM或磁帶機(jī)等輔IDE設(shè)備(Secondary IDE Device)。在BIOS設(shè)置中,要求用戶對Secondary IDE Device的數(shù)量、主從設(shè)備的工作模式進(jìn)行設(shè)置。
4.EIDE具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。原有的IDE驅(qū)動器的最大突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率(Burst Data Transfer Rate)僅為3MB/s。突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率是指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速度,其單位常用每秒兆字節(jié)(MB/s)或每秒兆位(Mb/s)。EIDE支持硬盤標(biāo)準(zhǔn)組織SFFC (Small Form Factor Commitee)在1993年制定的宿主傳輸標(biāo)準(zhǔn),如PIO (Programmed Input/Output)Mode 3以及PIO Mode 4,其突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)11.1MB/s和16.6MB/s;也支持Multiword Mode 1 DMA以及Multiword Mode 2 DMA,其突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率為13.3MB/s和16.6MB/s。為了說明不同的傳輸標(biāo)準(zhǔn),通常把支持PIO Mode 3或Multiword Mode 1 DMA的系統(tǒng)和硬盤稱為Fast ATA,而把支持PIO Mode 4或Multiword Mode 2 DMA的系統(tǒng)和硬盤稱為Fast ATA-2。
5.為了支持大容量硬盤,EIDE支持三種硬盤工作模式:NORMAL、LBA和LARGE模式。
·NORMAL 普通模式
這是原有IDE方式。在此方式下對硬盤訪問時,BIOS和IDE控制器對參數(shù)不作任何轉(zhuǎn)換。在普通模式下支持的最大柱面數(shù)為1024,最大磁頭數(shù)為16,最大扇區(qū)數(shù)為63,每扇區(qū)字節(jié)數(shù)為512。因此支持最大硬盤容量為:512×63×16×1024=528MB。
在此模式下即使硬盤的實際物理容量更大,但可訪問的硬盤空間也只能是528MB。
·LBA(Logical Block Addressing) 邏輯塊尋址模式
這種模式所管理的硬盤空間突破了528KB的瓶頸,可達(dá)8.4GB。在LBA模式下,設(shè)置的柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)并不是實際硬盤的物理參數(shù)。在訪問硬盤時,由IDE控制器把由柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)確定的邏輯地址轉(zhuǎn)換為實際硬盤的物理地址。在LBA模式下,可設(shè)置的最大磁頭數(shù)為255,其余參數(shù)與普通模式相同。由此可計算出可訪問的硬盤容量為:512×63×255×1024=8.4GB。
·LARGE 大硬盤模式
當(dāng)硬盤的柱面超過1024而又不為LBA支持時可采用此種模式。LARGE模式采取的方法是把柱面數(shù)除以2,把磁頭數(shù)乘以2,其結(jié)果總?cè)萘坎蛔儭@?在NORMAL模式下柱面數(shù)為1220,磁頭數(shù)為16,進(jìn)入LARGE模式則柱面數(shù)為610,磁頭數(shù)32。這樣在DOS看來柱面數(shù)小于1024,即可正常工作。相反的轉(zhuǎn)換進(jìn)程由BIOS的INT 13H完成,以便取得正確的硬盤地址。LARGE模式支持的最大硬盤容量為:512×63×32×512=528MB
用戶可根據(jù)配置的實際硬盤在上述三種工作模式中選擇設(shè)置。
三、Ultra DMA33和Ultra DMA66接口標(biāo)準(zhǔn)
在ATA-2標(biāo)準(zhǔn)推出之后,SFFC又推出了ATA-3標(biāo)準(zhǔn)。ATA-3標(biāo)準(zhǔn)的主要特點是提高ATA-2的安全性和可靠性。ATA-3本身并沒有定義更高的傳輸模式。此外,ATA標(biāo)準(zhǔn)本身只支持硬盤,前面我們說過EIDE支持符合ATAPI接口標(biāo)準(zhǔn)的磁帶驅(qū)動器和CD-ROM驅(qū)動器,但是這些ATAPI設(shè)備和硬盤驅(qū)動器有很多區(qū)別,因此需要通過專門的驅(qū)動程序來處理。為此SFFC將推出ATA-4標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)將集成ATA-3和ATAPI并且支持更高的傳輸模式。在ATA-4標(biāo)準(zhǔn)沒有正式推出之前,作為一個過渡性的標(biāo)準(zhǔn),Quantum和Intel推出了Ultra ATA(Ultra DMA)標(biāo)準(zhǔn)。
Ultra ATA的第一個標(biāo)準(zhǔn)是Ultra DMA33(簡稱UDMA33),也有人把它稱為ATA-3。符合該標(biāo)準(zhǔn)的主板和硬盤在97年已經(jīng)投放市場。UDMA33的主要特點如下:
1.通過改善的驅(qū)動程序,充分利用硬盤控制器的性能,使硬盤在數(shù)據(jù)傳輸過程中避免CPU的過多干預(yù),使系統(tǒng)的并行工作能力進(jìn)一步地提高。
2.能夠在時序脈沖的上下兩相進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,傳輸速率比單相工作的硬盤提高一倍。因此其突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率理論上可從16.6MB/s提高到33MB/s。但由于系統(tǒng)開銷等原因,實際的帶寬沒有達(dá)到33MB/s。幾種主要UDMA33硬盤的實測帶寬在26MB/s~30MB/s左右。
3.由硬盤產(chǎn)生選通信號,并同時把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)送到總線,避免了由主機(jī)送來選通信號造成的延時。
Ultra DMA66(或者Ultra ATA-66)是由Quantum和Intel在98年2月份提出的最新標(biāo)準(zhǔn)。Ultra DMA66對Ultra DMA33改進(jìn)主要在以下幾個方面:
1.進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸率,其突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率理論上可達(dá)66.6MB/s。
2.采用了新型的CRC循環(huán)冗余校驗。在突發(fā)傳輸數(shù)據(jù)時,主機(jī)和硬盤同時各自計算CRC并存入自己的寄存器中。突發(fā)傳輸結(jié)束后,主機(jī)把CRC寄存器中的值送到硬盤并與硬盤CRC寄存器中的值進(jìn)行比較,從而進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?div style="height:15px;">
3.改用80pin的排線(保留了與現(xiàn)有的電腦兼容的40pin排線,增加了40條地線),以保證在高速數(shù)據(jù)傳輸中降低相鄰信號線間的干擾。
雖然Intel目前尚未發(fā)布支持Ultra DMA66硬盤模式的芯片組,但是VIA Apollo Pro芯片組已經(jīng)提供了對Ultra DMA66硬盤的支持。部分主板如磐英P2-112A也提供了支持Ultra DMA66硬盤的接口。目前市場上已有Ultra ATA-66硬盤出售。