Tour di familiarizzazione

Lo standard ATA (Advanced Technology Attachment) è un'interfaccia standard che permette la connessione di periferiche di stoccaggio sui PC. Lo standard ATA è stato messo a punto 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 stoccaggio (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 stoccaggio direttamente alla scheda madre grazie ad un piattina 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 stoccaggio, rispettivamente nero e grigio).

Sul cavo una delle due periferiche deve essere dichiarata come master (master, l'altra come slave (slave. 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.php3 BIOS del computer poco supporti questa funzionalità.

Modalità PIO

La trasmissione dei dati si fa grazie ad un protocollo dettoPIO (Programmed Input/Output) che permette alle periferiche di scambiare dei dati con la memoria viva 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 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 dit "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 dit "multi-word" (in italiano parole multiple) che permettono di trasmettere successivamente più parole per ogni sessione di trasferimento.

La tabella seguente elenca le differenti modalità DMA e i tassi di trasferimento associati :

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 vengon eseguiti ad ogni fronte montante(in inglese rising edge) del segnale dell'orologio (strobe). Tuttavia gli invii di dati e comandi non avvengono simultaneamente, cioè un comando non può esseere 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 dell'orologio. Tuttavia su un'interfaccia dove i dati sono inviati in parallelol'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 ossi 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 CRCper individuare gli errori di trasmissione. Così le differenti 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.

A partire dall'Ultra DMA modalità 4 è stato introdotto un nuovo tipo di cavo per limitare le interferenze; si tratta di 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 pià versioni, comparse successivamente :

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, tradttoTecnologia d'autosorveglianza, d'analisi e di rapporto) : si tratta di 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'avvi del computer, questo verifica che la password codificata nel BIOS corrisponda a quella stoccata sul disco. Questo permette soprattutto di impedire l'utilizzo del disco rigido su un altro terminale.

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, dettaAutomatic 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 modaltà 6 o Ultra-ATA133) che permette di raggiungere delle bande teoriche di 133 Mb/s.

Tabella riassuntiva

Ulteriori informazioni

• T13.org