ATA, IDE et EIDE

Abril 2015

Análise


O padrão ATA (Advanced Technology Attachment) é um interface standard que permite a conexão de periféricos de armazenamento nos computadores de tipo PC. O padrão ATA foi criado a 12 de Maio de 1994 pelo ANSI (documento X3.221-1994).

Apesar da denominação oficial "ATA", este padrão é mais conhecido sob o termo comercial IDE (Integrated Drive Electronics) ou Enhanced IDE (EIDE ou E-IDe).

O padrão ATA foi criado originalmente para conectar discos duros, contudo uma extensão nomeada ATAPI (ATA Packet Conversão) foi desenvolvida a fim de poder converter outros periféricos de armazenamento (leitores de CD-ROM, leitores de DVD-ROM, etc.) sobre uma conversão ATA.

Desde a emergência da norma Serial ATA (notado S-ATA ou SATA), permitindo transferir os dados em série, o termo "Parallel ATA" (notado PATA ou P-ATA) substitui às vezes a denominação "ATA" a fim de marcar o contraste entre as duas normas.

Princípio


A norma ATA permite ligar periféricos de armazenamento directamente à placa-mãe graças a uma cobertura IDE (em inglês ribbon cable) geralmente composta por 40 fios paralelos e três conectores (um conector para a placa-mãe, geralmente azul, e os conectores restantes para dois periféricos de armazenamento, respectivamente preto e cinzento).





Na cobertura, um dos periféricos deve ser declarado como mestre (master), o outro escravo (Eslavo). Por convenção, o conector na extremidade (preto) é reservado para o periférico soberano e o conector do meio (cinzento) para o periférico escravo. Um modo chamado cabo select (notado CS ou C/S) permite definir automaticamente o periférico soberano e o escravo para que o BIOS do computador suporte esta funcionalidade.

Modos CIM


A transmissão dos dados faz-se graças a um protocolo chamado CIM (Programmed Entrada/Saída) que permite aos periféricos trocar dados com a memória viva com a ajuda de comandos geridos directamente pelo processador. Contudo, grandes transferências de dados podem impôr uma considerável carga de trabalho ao processador e rapidamente retardar o conjunto do sistema. Existe 5 modos CIM que definem a taxa de transferência máxima:


Modo PIO Débito (Mo/s)
Mode 03.3
Mode 15.2
Mode 28.3
Mode 311.1
Mode 416.7

Modes DMA


A técnica do DMA (Direct Memory Access) permite descongestionar o processador permitindo a cada um dos periféricos aceder directamente à memória. Distinguem-se dois tipos de modos DMA :

  • O DMA dito "individual Word" que permite transmitir uma palavra simples (2 bytes são 16 bits) a cada sessão de transferência,
  • O DMA dito "multi-word" (em franceses palavras múltiplas) que permite transmitir sucessivamente várias palavras a cada sessão de transferência.



O quadro seguinte lista os diferentes modos DMA e as taxas de transferência associadas :


Modo DMA Débito (Mo/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


O padrão ATA baseia-se originalmente num modo de transferência assíncrono, ou seja, os envios de comandos e os envios de dados são cadenciados à frequência do canal e fazem-se a cada rising edge do sinal do relógio (strobe). Contudo, o envio de dados e comandos não se faz simultaneamente, ou seja, um comando não pode ser enviado enquanto o dado não for recebido e vice-versa.

Para aumentar a taxa de transferência dos dados pode por conseguinte parecer lógico aumentar a frequência do sinal de relógio. Contudo, num interface onde os dados são enviados em paralelo o aumento da frequência coloca problemas de interferência electromagnéticos.

Assim, o Ultra DMA (às vezes notado UDMA) foi pensado com o objectivo de optimizar no máximo o interface ATA. A primeira ideia do Ultra DMA consiste em utilizar o rising edge bem como os falling edges do sinal para as transferências, o que resulta num lucro de velocidade de 100% (com um débito que passa de 16.6 Mo/s a 33.3 Mo/s). Além disso, o Ultra DMA introduz a utilização de códigos CRC para detectar os erros de transmissão. Assim, os diferentes modos Ultra DMA definem a frequência de transferência dos dados. Quando um erro é encontrado (quando o CRC recebido não corresponde aos dados) a transferência passa para um modo Ultra DMA inferior, ou mesmo sem Ultra DMA.


Modo Ultra DMADébito (Mo/s)
UDMA 016.7
UDMA 125.0
UDMA 2 (Ultra-ATA/33)33.3
UDMA 344.4
UDMA 4 (Ultra-ATA/66)66.7
UDMA 5 (Ultra-ATA/100)100
UDMA 6 (Ultra-ATA/133)133



A partir do Ultra DMA modo 4 um novo tipo de cobertura foi introduzido a fim de limitar as interferências; trata-se de uma cobertura que acrescenta 40 fios de massa (ou seja, um total de 80), intercalados com os fios de dados a fim de os isolar e possuindo os mesmos conectores que a cobertura de 40 fios.

IDE 80


Só os modos Ultra DMA 2,4,5 e 6 são aplicados realmente pelos discos duros.

As normas ATA


O padrão ATA declina-se em várias versões, que têm sido criadas sucessivamente :

ATA-1


O padrão ATA-1, conhecido sob o nome de IDE, permite a conexão de dois periféricos a uma cobertura de 40 fios e propõe uma transmissão 8 ou 16 bits com um débito de aproximadamente 8.3 Mo/s. ATA-1 define e suporta os modos PIO (Programmed Input/Output) 0,1 e 2 bem como o modo DMA multiword (Direct Memory Acesso) 0.

ATA-2


O padrão ATA-2, conhecido sob o modes PIO (às vezes Fast ATA, Fast ATA-2 ou Fast IDE), permite a conexão de dois periféricos a uma cobertura de 40 fios e propõe uma transmissão 8 ou 16 bits com um débito de aproximadamente 16.6 Mo/s.

ATA-2 permite o apoio dos modos modes PIO 0,1,2,3 e 4 e modos DMA multiword 0,1 e 2. De mais, ATA-2 define permite afastar o limite da dimensão máxima de disco de 528 Mo imposta pela norma ATA-1 à 8.4 Go graças ao LBA (Large Block Addressing).

ATA-3


O padrão ATA-3 (igualmente chamado ATA Attachment 3 Interface) representa uma revisão menor de l'ATA-2 (com uma compatibilidade descendente) e é publicado em 1997 sob o padrão X3.298-1997. O padrão ATA-3 traz as melhorias seguintes :

  • Fiabilidade melhorada: L'ATA-3 permite aumentar a fiabilidade das transferências a elevada velocidade.
  • O S.M.A.R.T (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology): trata-se de uma função destinada a melhorar a fiabilidade e a prevenir as avarias.
  • Função de segurança : os periféricos podem ser protegidos com uma senha acrescentada no BIOS. Aquando do arranque do computador, este verifica que a senha codificada no BIOS corresponde à armazenada no disco. Isto permite nomeadamente impedir a utilização do disco noutra máquina.



ATA-3 não introduz um novo modo mas suporta os modos PIO 0,1,2,3 e 4 bem como os modos DMA 0,1 e 2.

ATA-4


O padrão ATA-4, ou UltraATA/33, foi definido em 1998 sob o padrão ANSI NCITS 317-1998. ATA-4 altera o modo LBA a fim de levar a capacidade máxima dos discos a 128 Go.

Com efeito, o modo LBA permite um endereçamento codificado por um número binário de 28 bits. Ora, cada sector representa 512 bytes, assim a capacidade máxima exacta de um disco duro em modo LBA é a seguinte :

228*512 = 137 438 953 472 octets   
137 438 953 472/(1024*1024*1024)= 128 Go

ATA-5


Em 1999, o padrão ATA-5 define dois novos modos de transferência: UltraDMA modo 3 e 4 (o modo 4 também é chamado Ultra ATA/66 ou Ultra DMA/66) e propõe a detecção automática do tipo de cobertura utilizada (80 ou 40 fios).

ATA-6


Desde 2001 ATA-6 define o apoio do Ultra DMA/100 (também chamado Ultra DMA modo 5 ou UltraATA100) que permite atingir débitos teóricos de 100 Mo/s.

Por outro lado, ATA-6 define uma nova funcionalidade, chamada Automatic Acoustic Management (AAM) permitindo ajustar automaticamente a velocidade de acesso aos discos que suportam esta função a fim de reduzir o barulho de funcionamento.

Por último, a norma ATA-6 permite um modo de endereçamento dos sectores do disco duro das 48 bits, chamado LBA48 (Logical Block Addressing 48 bits). Graças ao LBA48, é possível utilizar discos duros de 2^48 sectores de 512 bytes, ou seja uma capacidade máxima de 2 Péta-octets.

ATA-7


ATA-7 define o suporte do Ultra DMA/133 (também chamado Ultra DMA modo 6 ou UltraATA133) que permite atingir débitos teóricos de 133 Mo/s

Quadro sumário



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NomeNorma ANSISinónimoModo (PIO/DMA)Débito (Mo/s)Comentários
ATA-1 ANSI X3.221-1994 IDEPIO mode 03,3
PIO mode 15,2
PIO mode 28,3
DMA mode 08,3
ATA-2 ANSI X3.279-1996 EIDE, Fast ATA, Fast ATA-2PIO mode 311,1 LBA 28 bits
PIO mode 416,7
DMA mode 113,3
DMA mode 216,7
ATA-3 ANSI X3.298-1997PIO mode 311,1 SMART, LBA 28 bits
PIO mode 416,7
DMA mode 113,3
DMA mode 216,7
ATA-4/ATAPI-4 ANSI NCITS 317-1998 Ultra-ATA/33, UDMA 33, Ultra DMA 33UDMA mode 016,7 Ultra DMA 33 e suporta CD-ROM (ATAPI)
UDMA mode 125,0
UDMA mode 233,3
ATA-5/ATAPI-5 ANSI NCITS 340-2000 Ultra-ATA/66, UDMA 66, Ultra DMA 66UDMA mode 344,4 Ultra DMA 66, utilização de um cabo de 80 pinos
UDMA mode 466,7
ATA-6/ATAPI-6ANSI NCITS 347-2001Ultra-ATA/100, UDMA 100, Ultra DMA 100UDMA mode 5100Ultra DMA 100, LBA48 et norme AAC (Automatic Acoustic Management)
ATA-7/ATAPI-7ANSI NCITS 361-2002Ultra-ATA/133, UDMA 133, Ultra DMA 133UDMA mode 6133Ultra DMA 133

Mais informações


Pode encontrar todas as especificação técnicas no síte do T13, organismo encarregado de manter o padrão ATA :

Para uma leitura offline, é possível baixar gratuitamente este artigo no formato PDF:
Ata-ide-et-eide.pdf

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