ATA, IDE e EIDE
Lo standard ATA
Lo standard ATA (Advanced Technology Attachment) è un'interfaccia standard che permette la connessione di periferiche di immagazzinamento sui PC. Lo standard ATA è stato sviluppato il 12 maggio 1994 dall'ANSI (documento X3.221-1994).
Nonostante la denominazione ufficiale "ATA", questo standard è più conosciuto con il nome commerciale IDE (Integrated Drive Electronics) o Enhanced IDE (EIDE o E-IDE).
Lo standard ATA è stato originariamente previsto per connettere dei dischi rigidi, tuttavia è stata sviluppata un'estensione detta ATAPI (ATA Packet Interface) per poter interfacciare delle altre periferiche di immagazzinamento (lettori CD-ROM, lettori DVD-ROM, ecc.) su un'interfaccia ATA.
Dalla comparsa della norma Serial ATA (sigla S-ATA o SATA), che permette di trasferire i dati in serie, il termine Parallel ATA (sigla PATA o P-ATA) sostituisce talvolta la denominazione "ATA" per segnare il contrasto tra le due norme.
Principio
La norma ATA permette di collegare delle periferiche di immagazzinamento direttamente alla scheda madre grazie ad un cavo flat IDE (in inglese ribbon cable) generalmente composta da 40 fili paralleli e da tre connettori (un connettore per la scheda madre, solitamente blu e i restanti connettori per le due periferiche di immagazzinamento, rispettivamente nero e grigio):
Sul cavo una delle due periferiche deve essere dichiarata come master, l'altra come slave (schiavo). Per convenzione il connettore all'estremità (nero) è riservato alle periferiche master e il connettore in mezzo (grigio) a quelle slave. Una modalità detta cable select (abbreviata CS o C/S) permette di definire automaticamente la periferica master e slave per quanto il BIOS del computer poco supporti questa funzionalità.
Modalità PIO
La trasmissione dei dati si fa grazie ad un protocollo detto PIO (Programmed Input/Output) che permette alle periferiche di scambiare dei dati con la memoria RAM attraverso dei comandi gestiti direttamente dal processore. Tuttavia, dei trasferimenti importanti di dati possono rapidamente imporre un grande carico di lavoro al processore e rallentare l'insieme del sistema. Esistono 5 modalità PIO che definiscono il tasso di trasferimento massimo:
| Modalità PIO | Banda (Mb/s) |
|---|---|
| Modalità 0 | 3.3 |
| Modalità 1 | 5.2 |
| Modalità 2 | 8.3 |
| Modalità 3 | 11.1 |
| Modalità 4 | 16.7 |
Modalità DMA
La tecnica del DMA (Direct Memory Access) permette di sbloccare il processore facendo accedere direttamente alla memoria ogni periferica. Si distinguono due tipi di modalità DMA:
Le DMA ditte "single word" (in italiano parola semplice) che permettono di trasmettere una parola semplice (2 byte ossia 16 bit) per ogni sessione di trasferimento;
Le DMA ditte "multi-word" (in italiano parole multiple) che permettono di trasmettere successivamente più parole per ogni sessione di trasferimento.
La tabella seguente elenca le diverse modalità DMA e i tassi di trasferimento associati:
| Modalità DMA | Banda (Mb/s) |
|---|---|
| 0 (Single word) | 2.1 |
| 1 (Single word) | 4.2 |
| 2 (Single word) | 8.3 |
| 0 (Multiword) | 4.2 |
| 1 (Multiword) | 13.3 |
| 2 (Multiword) | 16.7 |
Ultra DMA
All'origine lo standard ATA è basato su una modalità di trasferimento asincrona, cioè gli invii di comando e gli invii di dati sono cadenzati alla frequenza del bus e vengono eseguiti ad ogni fronte montante (in inglese rising edge) del segnale del clock (strobe). Tuttavia gli invii di dati e comandi non avvengono simultaneamente, cioè un comando non può essere inviato finché il dato non è stato ricevuto e viceversa.
Per aumentare il tasso di trasferimento dei dati può quindi sembrare logico aumentare la frequenza del segnale del clock. Tuttavia su un'interfaccia dove i dati sono inviati in parallelo l'aumento della frequenza pone dei problemi di interferenze elettromagnetiche.
Così l'Ultra DMA (talvolta siglata UDMA) è stata pensata allo scopo di ottimizzare al massimo l'interfaccia ATA. La prima idea dell'Ultra DMA consiste nell'utilizzare i fronti montanti nonché quelli discendenti (falling edges) del segnale per i trasferimenti, ossia un guadagno di velocità del 100% (con una banda che va da 16.6 Mb/s a 33.3 Mb/s). Inoltre l'Ultra DMA introduce l'utilizzo dei codici CRC per individuare gli errori di trasmissione. Così le diverse modalità Ultra DMA definiscono la frequenza di trasferimento dei dati. Quando si riscontra un errore (quando il CRC ricevuto non corrisponde ai dati) il trasferimento passa ad una modalità Ultra DMA inferiore, fino all'assenza di Ultra DMA:
| Modalità Ultra DMS | Banda (Mb/s) |
|---|---|
| UDMA 0 | 16.7 |
| UDMA 1 | 25.0 |
| UDMA 2 (Ultra-ATA/33) | 33.3 |
| UDMA 3 | 44.4 |
| UDMA 4 (Ultra-ATA/66) | 66.7 |
| UDMA 5 (Ultra-ATA/100) | 100 |
| UDMA 6 (Ultra-ATA/133) | 133 |
A partire dall'Ultra DMA modalità 4 è stato introdotto un nuovo tipo di cavo per limitare le interferenze, ovvero un cavo con 40 fili di massa in più (per un totale così di 80), alternati con i fili di dati per isolarsi e con gli stessi connettori del cavo a 40 fili:
Solo le modalità Ultra DMA 2, 4, 5 e 6 sono realmente implementati dai dischi rigidi.
Le norme ATA
Lo standard ATA si suddivide in più versioni, comparse successivamente: ATA-1, ATA-2, ATA-3, ATA-4, ATA-5, ATA-6, ATA-7.
ATA-1
Lo standard ATA-1, conosciuto con il nome di IDE, permette la connessione di due periferiche su un cavo di 40 fili e propone una trasmissione a 8 o 16 bit con una banda intorno agli 8.3 Mb/s. ATA-1 definisce e supporta le Modalità PIO (Programmed Input/Output) 0, 1 e 2 nonché la modalità DMA multiword (Direct Memory Access) 0.
ATA-2
Lo standard ATA-2, conosciuto con il nome di EIDE (talvolta Fast ATA, Fast ATA-2 o Fast IDE), permette la connessione di due periferiche su un cavo di 40 fili e propone una trasmissione a 8 o 16 bit con una banda di 16.6 Mb/s.
ATA-2 permette il supporto delle Modalità PIO 0, 1, 2, 3 e 4 e modalità DMA multiword 0, 1 e 2. Inoltre, ATA-2 permette di respingere il limite della dimensione massima del disco di 528 Mb imposto dalla norma ATA-1 a 8.4 GB grazie all' LBA (Large Block Addressing).
ATA-3
Lo standard ATA-3 (detto anche ATA Attachment 3 Interface) rappresenta una revisione meno importante dell'ATA-2 (con una compatibilità discendente) e fu pubblicato nel 1997 sotto lo standard X3,298-1997. Lo standard ATA-3 apporta i seguenti miglioramenti:
Migliore affidabilità, l'ATA-3 permette di aumentare l'affidabilità dei trasferimenti ad alta velocità;
Lo S.M.A.R.T (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology, tradotto Tecnologia d'autosorveglianza, d'analisi e di rapporto), cioè una funzione destinata a migliorare l'affidabilità e a prevenire i guasti;
Funzione di sicurezza, le periferiche possono essere protette attraverso una password aggiunta nel BIOS. All'avvio del computer, questo verifica che la password codificata nel BIOS corrisponda a quella memorizzata sul disco. Questo permette soprattutto di impedire l'utilizzo del disco rigido su un altro terminale;
ATA-3 non introduce una nuova modalità ma supporta le modalità PIO 0, 1, 2, 3 e 4 nonché le modalità DMA 0, 1 e 2.
ATA-4
Lo standard ATA-4, o Ultra-ATA/33, è stato definito nel 1998 secondo lo standard ANSI NCITS 317-1998. ATA-4 modifica la modalità LBA per arrivare alla capacità massima dei dischi a 128 GB.
In effetti, la modalità LBA permette un indirizzamento codificato da un numero binario di 28 bit. Ora ogni settore rappresenta 512 byte, così la capacità massima esatta di un disco rigido in modalità LBA è la seguente:
228*512 = 137 438 953 472 byte
137 438 953 472/(1024*1024*1024)= 128 GB
ATA-5
Nel 1999 lo standard ATA-5 definisce due nuove modalità di trasferimento: Ultra-DMA modalità 3 e 4 (la modalità 4 è anche detta Ultra ATA/66 o Ultra DMA/66) Inoltre essa propone il rilevamento automatico del tipo di cavo utilizzate (80 o 40 fili).
ATA-6
Dal 2001 ATA-6 definisce il supporto dell'Ultra DMA/100 (anche detta Ultra DMA modalità 5 o Ultra-ATA100) che permette di raggiungere delle bande teoriche di 100 Mb/s. D'altra parte ATA-6 definisce una nuova funzionalità, detta Automatic Acoustic Management (AAM), che permette di adattare automaticamente la velocità di accesso ai dischi che supportano questa funzione per ridurne il rumore di funzionamento.
Infine, la norma ATA-6 permette una modalità di indirizzamento dei settori del disco rigido a 48 bit, detta LBA48 (Logical Block Addressing 48 bit). Grazie alla LBA48, è possibile utilizzare dei dischi rigidi di 2^48 settori di 512 byte, ossia una capacità massima di 2 Peta-byte.
ATA-7
ATA-7 definisce il supporto dell'Ultra DMA/133 (detta anche Ultra DMA modalità 6 o Ultra-ATA133) che permette di raggiungere delle bande teoriche di 133 Mb/s.
Tabella riassuntiva
| Nome | Noma ANSI | Sinonimo | Modalità (PIO/DMA) | Banda (Mb/s) | Commenti |
|---|---|---|---|---|---|
| ATA-1 | ANSI X3.221-1994 | IDE | PIO modalità 0 | 3,3 | |
| PIO modalità 1 | 5,2 | ||||
| PIO modalità 2 | 8,3 | ||||
| DMA modalità 0 | 8,3 | ||||
| ATA-2 | ANSI X3.279-1996 | EIDE, Fast ATA, Fast ATA-2 | PIO modalità 3 | 11,1 | LBA 28 bits |
| PIO modalità 4 | 16,7 | ||||
| DMA modalità 1 | 13,3 | ||||
| DMA modalità 2 | 16,7 | ||||
| ATA-3 | ANSI X3.298-1997 | PIO modalità 3 | 11,1 | SMART, LBA 28 bits | |
| PIO modalità 4 | 16,7 | ||||
| DMA modalità 1 | 13,3 | ||||
| DMA modalità 2 | 16,7 | ||||
| ATA-4/ATAPI-4 | ANSI NCITS 317-1998 | Ultra-ATA/33, UDMA 33, Ultra DMA 33 | UDMA modalità 0 | 16,7 | Ultra DMA 33 e supporti dei CD-ROM (ATAPI) |
| UDMA modalità 1 | 25,0 | ||||
| UDMA modalità 2 | 33,3 | ||||
| ATA-5/ATAPI-5 | ANSI NCITS 340-2000 | Ultra-ATA/66, UDMA 66, Ultra DMA 66 | UDMA modalità 3 | 44,4 | Ultra DMA 66, utilizzo di un cavo da 80 SLOT |
| UDMA modalità 4 | 66,7 | ||||
| ATA-6/ATAPI-6 | ANSI NCITS 347-2001 | Ultra-ATA/100, UDMA 100, Ultra DMA 100 | UDMA modalità 5 | 100 | Ultra DMA 100, LBA48 e norme AAC (Automatic Acoustic Management) |
| ATA-7/ATAPI-7 | ANSI NCITS 361-2002 | Ultra-ATA/133, UDMA 133, Ultra DMA 133 | UDMA modalità 6 | 133 | Ultra DMA 133 |
Ulteriori informazioni
Potete trovare tutte le specifiche tecniche sul sito del T13, organismo incaricato di mantenere lo standard ATA:
Foto: © Pixabay.
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