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3.1 IDE

IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”,即电子集成驱动器,它的本意是指把控制电路和盘片、磁头等放在一个容器中的硬盘驱动器。把盘体与控制电路放在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度,数据传输的可靠性得到了增强。而且硬盘制造起来更加容易,因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其他厂商生产的控制器兼容。对用户而言,硬盘安装也更为方便了。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展,性能不断地提高。IDE接口价格低廉、兼容性强,至今仍然有很多应用,但是范围正在逐步减小。

3.1.1 7种ATA物理接口规范

平常所说的IDE接口,也称为ATA接口。ATA的英文全称为“Advanced Technology Attachment”,含义是“高级技术附加装置”。ATA接口最早是在1986年由康柏、西部数据等几家公司共同开发的,在20世纪90年代初开始应用于台式机系统。ATA接口从诞生至今,共推出了7个不同的版本。

1.ATA-1

其在主板上有一个插口,支持一个主设备和一个从设备,每个设备的最大容量为504MB。ATA-1支持PIO模式,包括PIO-0和PIO-1、PIO-2模式,支持的PIO-0模式的传输速率只有3.3MB/s。另外ATA-1还支持4种DMA模式(没有得到实际应用)。ATA-1接口的硬盘大小为5英寸,而不是现在主流的3.5英寸。

2.ATA-2

ATA-2是对ATA-1的扩展,它增加了两种PIO和两种DMA模式,把最高传输率提高到了16.7MB/s,同时引进了LBA地址转换方式,突破了老BIOS固有504MB的限制,支持最高可达8.1GB的硬盘。如你的计算机支持ATA-2,则可以在CMOS设置中找到LBA(Logical Block Address)或CHS(Cylinder,Head,Sector)的设置。它的两个插口分别可以连接一个主设备和一个从设置,从而可以支持四个设备,两个插口也分为主插口和从插口。通常可将最快的硬盘和CD-ROM放置在主插口上,而将次要一些的设备放置在从插口上,这种放置方式对于486及早期的Pentium计算机是必要的,这样可以使主插口连在快速的PCI总线上,而从插口连在较慢的ISA总线上。

3.ATA-3

ATA-3没有引入更高速度的传输模式,在传输速度上并没有任何提升;只在电源管理方案方面进行了修改,引入了简单的密码保护的安全方案。但它引入了一个划时代的技术,那就是S.M.A.R.T(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology,自监测、分析和报告技术)。这项技术会对包括磁头、盘片、电机、电路等硬盘部件进行监测,通过检测电路和主机上的监测软件对被监测对象进行检测,把其运行状况和历史记录同预设的安全值进行分析、比较,当超出了安全值的范围,会自动向用户发出警告,进而对硬盘潜在故障做出有效预测,提高了数据存储的安全性。

4.ATA-4

ATA-4也称为UltraATA、UltraDMA、UltraDMA33,这个新标准将PIO-4下的最大数据传输率提高了一倍,达到33MB/s,或更高的66MB/s、100MB/s。它还在总线占用上引入了新的技术,即使用PC的DMA通道减少了CPU的处理负荷。要使用UltraATA,需要一个空闲的PCI扩展槽,如果将UltraATA硬盘卡插在ISA扩展槽上,则该设备不可能达到其最大传输率,因为ISA总线的最大数据传输率只有8MB/s。

5.ATA-5

ATA-5也称为UltraDMA66,或ATA66,其建立在UltraDMA33硬盘接口的基础上,同样采用了UDMA技术。UltraDMA66使主机接收/发送数据速率达到66.6MB/s,是U-DMA/33的两倍。保留了上代UltraDMA33的核心技术冗余校验技术CRC。在工作频率提升的同时,电磁干扰问题开始出现在ATA接口中,为保障数据传输的准确性,防止电磁干扰,UltraDMA66接口开始使用40针80芯的电缆,40针是为了兼容以往的ATA插槽,减小成本的增加;80芯中新增的都是地线,与原有的数据线一一对应,这种设计可以降低相邻信号线之间的电磁干扰。

6.ATA-6

ATA-6的接口和数据线与ATA66一样,也是使用40针80芯的数据传输电缆,并且ATA-6的接口完全向下兼容,支持ATA-4、ATA-5接口的设备完全可以继续在ATA-6的接口中使用。ATA-6的规范可以轻松应付目前ATA-4和ATA-5接口所棘手的难题。ATA-6可以让硬盘的外部传输率达到100MB/s,它提高了硬盘数据的完整性与数据传输率,对桌面系统的磁盘子系统性能有较大的提升作用,而CRC技术更有效地提高了高速传输中数据的完整性和可靠性。

7.ATA-7

ATA-7是ATA接口的最后一个版本,也叫ATA133。只有迈拓公司推出一系列采用ATA133标准的硬盘,这是第一种在接口速度上超过100MB/s的IDE硬盘。迈拓是目前唯一一家推出这种接口标准硬盘的制造商,而其他IDE硬盘厂商则停止了对IDE接口的开发,转而生产Serial ATA接口标准的硬盘。ATA133接口支持133MB/s数据传输速度,在ATA接口发展到ATA100的时候,这种并行接口的电缆属性、连接器和信号协议都表现出了很严重的技术瓶颈,而在技术上突破这些瓶颈存在相当大的难度。新型的硬盘接口标准的产生也就在所难免。

3.1.2 IDE数据传输模式

随着技术的发展和产品对数据传输速度要求的提高,IDE接口硬盘的数据传输模式经历了三种不同的技术,由最初的PIO模式到DMA模式,再到Ultra DMA模式。

1.PIO模式

PIO的英文全称是“Programming Input/Output”,PIO模式是一种通过CPU执行I/O端口指令来进行数据读写的数据交换模式,是最早的硬盘数据传输模式,数据传输速率低下,CPU占有率高,传输大量数据时会因为占用过多的CPU资源而导致系统停顿,无法进行其他操作。PIO数据传输模式又分为PIO mode0(PIO-0)、PIO mode1(PIO-1)、PIO mode2(PIO-2)、PIO mode3(PIO-3)和PIO mode4(PIO-4)几种模式,数据传输速率从3.3MB/s到16.6MB/s不等。受限于传输速率低下和极高的CPU占有率,这种数据传输模式很快就被淘汰。

2.DMA模式

DMA的英文全称是“Direct Memory Access”,意思就是直接内存访问,是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。PIO模式下硬盘和内存之间的数据传输是由CPU来控制的;而在DMA模式下,CPU只需向DMA控制器下达指令,让DMA控制器来处理数据的传送,数据传送完毕再把信息反馈给CPU,这样就在很大程度上减少了CPU资源的占有率。DMA模式与PIO模式的区别就在于DMA模式不过分依赖CPU,可以大大节省系统资源,二者在传输速度上的差异并不十分明显。DMA模式又可以分为Single-Word DMA(单字节DMA)和Multi-Word DMA(多字节DMA)两种,其中所能达到的最大传输速率也只有16.6MB/s。

3.Ultra DMA模式

Ultra DMA的英文全称为“Ultra Direct Memory Access”,一般简写为UDMA,含义是高级直接内存访问。UDMA模式采用16-bit Multi-Word DMA(16位多字节DMA)模式为基准,可以理解为DMA模式的增强版本,它在包含了DMA模式的优点的基础上,又增加了CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余码校验)技术,提高了数据传输过程中的准确性,安全性也得到了保障。在以往的硬盘数据传输模式下,一个时钟周期只传输一次数据,而在UDMA模式中逐渐应用了Double Data Rate(双倍数据速率)传输技术,因此数据传输速度有了极大的提高。此技术就是在时钟的上升期和下降期各自进行一次数据传输,可以使数据传输速度成倍增长。

在UDMA模式发展到UDMA133之后,受限于IDE接口的技术规范,无论是连接器、连接电缆、信号协议都表现出了很严重的技术瓶颈,而且其支持的最高数据传输率也有限。在IDE接口传输率提高,也就是工作频率提高的同时,交叉干扰、地线增多、信号混乱等缺陷也给其发展带来了很大的制约,IDE接口被新一代的SATA接口取代也就在所难免了。 cb/8crhvtZ6f1m+5T+mt2ojOZDZv0kPc2dmwJiaYufN7Vu5h7BQv0HxdPZPiJNkM

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