ATA, IDE und EIDE sind Abkürzungen für ein und denselben Schnittstellen-Standard. Bekannt ist vor allem die serielle Version Serial ATA oder kurz SATA.
Was bedeutet ATA?
ATA (
Advanced Technology Attachment) ist eine Standard-Schnittstelle, mit der Peripheriespeichergeräte an Computer vom Typ PC angeschlossen werden können. Der Standard ATA ist am 12. Mai 1994 durch das ANSI (
American National Standards Institute) entwickelt worden (Dokument X3.221-1994).
Trotz der offiziellen Bezeichnung ATA ist dieser Standard besser bekannt unter dem Handelsnamen
IDE (
Integrated Drive Electronics) oder
EIDE bzw.
E-IDE (
Enhanced IDE).
Der ATA-Standard ist ursprünglich für die Verbindung von
Festplatten vorgesehen. Eine Erweiterung, genannt
ATAPI (
ATA Packet Interface) ist jedoch entwickelt worden, um andere Peripheriespeichergeräte über eine ATA-Schnittstelle anschließen zu können (/contents/310-cd-audio-cd-und-cd-rom CD-ROM]-Laufwerke,
DVD-ROM-Laufwerke usw.).
Seit Erscheinen der Norm
Serial ATA (
S-ATA oder
SATA), mit der Daten seriell übertragen werden können, ersetzt der Begriff
Parallel ATA (
PATA oder
P-ATA) manchmal die Bezeichnung ATA, um den Unterschied zwischen den beiden Normen hervorzuheben.
Prinzip einer ATA-Schnittstelle
Die Norm ATA ermöglicht es, Peripheriespeichergeräte direkt an das
Motherboard anzuschließen dank eines
IDE-Flachkabels (
ribbon cable), das gewöhnlich aus 40 parallel liegenden Drähten und drei Steckverbindern besteht (ein Steckverbinder für das Motherboard, meist blau, und die anderen Steckverbinder für zwei Peripheriespeichergerät in schwarz bzw. grau).
Auf dem Flachkabel muss eines der Peripheriegeräte als
Herr (
master), deklariert werden, das andere als
Sklave (
slave). In der Regel ist der äußere Steckverbinder (schwarz) für das Master-Peripheriegerät bestimmt und der mittlere Steckverbinder (grau) für das Slave-Peripheriegerät.
Ein Modus der
CS oder
C/S (
cable select genannt wird, ermöglicht die automatische Definition der Master- und Slave-Peripheriegeräte, solange das
BIOS des Computers diese Funktion trägt.
PIO-Modus
Die Übertragung der Daten erfolgt mittels eines Protokolls, genannt
PIO (
Programmed Input/Output), mit dem die Peripheriegeräte Daten mit dem Arbeitsspeicher austauschen können, und zwar über Kommandos die direkt vom Prozessor verwaltet werden. Allerdings können umfangreiche Datenübertragungen dem Prozessor eine große Arbeitslast auferlegen und so das gesamte System verlangsamen.
Es gibt 5 PIO-Modi, die die maximale Übertragungsrate definieren:
PIO-Modus | Übertragungsrate (MB/s) |
Modus 0 | 3,3 |
Modus1 | 5,2 |
Modus 2 | 8,3 |
Modus 3 | 11,1 |
Modus 4 | 16,7 |
DMA-Modus
Die Technik des
DMA (
Direct Memory Access) ermöglicht es, den Prozessor zu entlasten, indem jedes Peripheriegerät direkt auf den Speicher zugreifen kann. Man unterscheidet zwei DMA-Modus-Typen:
Single-Word DMA ermöglicht es, bei jeder Übertragungssession ein einzelnes Wort (2 Bytes oder 16 Bits) zu übertragen.
Multi-Word DMA ermöglicht es, bei jeder Übertragungssession mehrere Worte nacheinander zu übertragen.
Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen DMA-Modi und die entsprechenden Übertragungsraten an :
DMA-Modus | Übertragungsrate (MB/s) |
0 (Single-Word) | 2,1 |
1 (Single-Word) | 4,2 |
2 (Single-Word) | 8,3 |
0 (Multi-Word) | 4,2 |
1 (Multi-Word) | 13.3 |
2 (Multi-Word) | 16,7 |
Ultra-DMA
Der ATA-Standard basiert ursprünglich auf einem asynchronen Übertragungsmodus, das heißt dass die Kommandosendungen und die Datensendungen in der Frequenz des Busses kadenziert sind und jeweils bei
steigender Flanke (
rising edge) des Taktsignals (
strobe) erfolgen. Jedoch erfolgt der Versand von Daten und Kommandos nicht simultan, das heißt dass ein Kommando nicht geschickt werden kann, solange die Daten nicht angekommen sind und umgekehrt.
Um die Datenübertragungsrate zu erhöhen, kann es demnach logisch erscheinen, die Frequenz des Taktsignals zu erhöhen. Auf einer Schnittstelle jedoch, in der die Daten
parallel gesendet werden, stößt die Frequenzerhöhung auf elektromagnetische Interferenzprobleme.
So ist
Ultra-DMA (auch
UDMA) mit dem Ziel entwickelt worden, die ATA-Schnittstelle zu optimieren. Die erste Idee des Ultra-DMA besteht in der Benutzung der steigenden und der fallenden Flanken (
falling edges) des Signals für den Transfer. Damit ist eine Verdoppling der Geschwindigkeit möglich (die Übertragungsrate steigt von 16,6 MB/s auf 33,3 MB/s). Zusätzlich führt Ultra-DMA die Verwendung von CRC-Codierungen ein, um Übertragungsfehler aufzudecken. So definieren die verschiedenen Ultra-DMA-Modi die Frequenz der Datenübertragung. Wenn ein Fehler gefunden wird (wenn der empfangene CRC nicht den Daten entspricht), geht der Transfer in einen niedrigeren Ultra-DMA über oder funktioniert sogar ohne Ultra-DMA.
Ultra-DMA-Modus | Übertragungsrate (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 |
Ab dem Ultra-DMA-Modus 4 ist eine neue Art Flachkabel eingeführt worden, um die Interferenzen zu begrenzen. Es handelt sich um ein Flachkabel, das 40 Massedrähte hinzufügt (also insgesamt 80 Stück), die zwischen den Datendrähten liegen, um diese zu isolieren. Es besitzt die gleichen Steckverbinder wie das Flachkabel mit 40 Drähten.
Nur die Modi Ultra-DMA 2, 4, 5 und 6 sind wirklich von den Festplatten implementiert.
Die ATA-Normen
Der ATA-Standard verfügt über verschiedene Versionen, die nacheinander erschienen sind.
ATA-1
Der Standard
ATA-1, bekannt unter dem Namen
IDE, ermöglicht den Anschluss von zwei Peripheriegeräten über ein Flachkabel mit 40 Drähten und bietet eine Übertragung von 8 oder 16 Bits mit einer Übertragungsrate von ungefähr 8,3 MB/s. ATA-1 definiert und unterstützt die PIO-Modi 0, 1 und 2 sowie den Multi-Word-DMA-Modus 0.
ATA-2
Der Standard
ATA-2, bekannt unter dem Namen
EIDE (manchmal auch
Fast ATA,
Fast ATA 2 oder
Fast IDE), erlaubt den Anschluss von zwei Peripheriegeräten über ein Flachkabel mit 40 Drähten und bietet eine Übertragung von 8 oder 16 Bits mit einer Übertragungsrate von ungefähr 16,6 MB/s.
ATA-2 unterstützt die PIO-Modi 0, 1, 2, 3 und 4 sowie die Multi-Word-DMA-Modi 0, 1 und 2. Außerdem erweitert ATA-2 die Begrenzung der maximalen Plattengröße von 528 MB, die von der Norm ATA-1 definiert ist, auf 8,4 GB dank des
LBA (
Logical Block Addressing).
ATA-3
Der Standard
ATA-3 (auch
ATA Attachment 3 Interface) stellt eine unerhebliche Revision von ATA-2 dar (mit Rückwärtskompatibilität) und wurde 1997 unter dem Standard X3.298-1997 veröffentlicht.
Der ATA-3-Standard beinhaltet folgende Verbesserungen: ATA-3
verbessert die Zuverlässigkeit bei hoher Geschwindigkeit, unter anderem durch
S.M.A.R.T (
Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology (auf Deutsch etwa
Selbstüberwachungs-, Analyse- und Reporttechnologie). ATA-3
erhöht die Sicherheit, denn die Peripheriegeräte können mit einem Passwort geschützt werden, das im BIOS eingefügt wird. Beim Hochfahren überprüft der Computer, ob das im BIOS codierte Passwort mit dem übereinstimmt, das auf der Festplatte gespeichert ist. Dadurch wird insbesondere die Benutzung der Festplatte auf einem anderen Rechner verhindert.
ATA-3 führt keinen neuen Modus ein, unterstützt aber die PIO-Modi 0, 1, 2, 3 und 4 sowie die
DMA Modi 0, 1 und 2.
ATA-4
Der Standard
ATA-4 oder
Ultra-ATA/33 ist 1998 unter dem Standard ANSI NCITS 317-1998 definiert worden. ATA-4 ändert den Modus LBA, um die maximale Kapazität der Platten auf 128 GB zu erhöhen.
Der LBA-Modus erlaubt eine codierte Adressierung durch ein binäre Zahl von 28 Bits. Jeder Sektor stellt jedoch 512 Bytes dar, so dass die exakte maximale Kapazität einer Festplatte im LBA-Modus
folgende ist :
228*512 = 137.438.953.472 Bytes
137.438.953.472/(1024*1024*1024) = 128 GB
ATA-5
1999 definierte der Standard
ATA-5 zwei neue Transfermodi:
Ultra-DMA Modus 3 und
Ultra-DMA Modus 4 (der Modus 4 wird auch
Ultra ATA/66 oder
Ultra DMA/66 genannt). Er bietet zusätzlich die automatische Erkennung des verwendeten Flachkabeltypen (80 oder 40 Drähte).
ATA-6
Seit 2001 definiert
ATA-6 den Träger für
Ultra DMA/100 (auch
Ultra DMA Modus 5 oder
Ultra-ATA/100 genannt), der eine Übertragungsgeschwindigkeit von 100 MB/s erreicht.
ATA-6 definiert auch die neue Funktion
AAM (
Automatic Acoustic Management), die es ermöglicht, automatisch die Zugriffsgeschwindigkeit auf die Festplatten anzupassen, die diese Funktion unterstützen, um so deren Funktionsgeräusche zu vermindern.
Die Norm ATA-6 erlaubt außerdem einen Adressiermodus der Festplattensektoren auf 48 Bits, das sogenannte
LBA48. Dank des LBA48 ist es möglich, Festplatten mit 2
48 Sektoren von 512 Bytes zu verwenden, also eine maximale Kapazität von 2 Petabytes.
ATA-7
ATA-7 definiert den Träger von
Ultra DMA/133 (auch
Ultra DMA Modus 6 oder
Ultra-ATA/133), mit dem theoretische Übertragungsgeschwindigkeiten von 133 MB/s erreicht werden.
Zusammenfassende Tabelle
Name | ANSI-Norm | Synonym | Modus (PIO/DMA) | Übertragungsgeschwindigkeit (MB/s) | Kommentare |
---|
ATA-1 | ANSI X3.221-1994 | IDE | PIO Modus 0 | 3,3
| |
PIO Modus 1 | 5,2 |
PIO Modus 2 | 8,3 |
DMA Modus 0 | 8,3 |
ATA-2 | ANSI X3.279-1996 | EIDE, Fast ATA, Fast ATA-2 | PIO Modus 3 | 11,1
| LBA 28 Bits |
PIO Modus 4 | 16,7 |
DMA Modus 1 | 13,3 |
DMA Modus 2 | 16,7 |
ATA-3 | ANSI X3.298-1997 | | PIO Modus 3 | 11,1
| SMART, LBA 28 Bits |
PIO Modus 4 | 16,7 |
DMA Modus 1 | 13,3 |
DMA Modus 2 | 16,7 |
ATA-4/ATAPI-4 | ANSI NCITS 317-1998 | Ultra-ATA/33, UDMA 33, Ultra-DMA 33 | UDMA Modus 0 | 16,7
| Ultra-DMA 33 und Träger der CD-ROM (ATAPI) |
UDMA Modus 1 | 25,0 |
UDMA Modus 2 | 33,3 |
ATA-5/ATAPI-5 | ANSI NCITS 340-2000 | Ultra-ATA/66, UDMA 66, Ultra-DMA 66 | UDMA Modus 3 | 44,4
| Ultra-DMA 66, Verwendung eines Kabels mit 80 Stiften |
UDMA Modus 4 | 66,7 |
ATA-6/ATAPI-6 | ANSI NCITS 347-2001 | Ultra-ATA/100, UDMA 100, Ulltra-DMA 100 | UDMA Modus 5 | 100 | Ultra-DMA 100, LBA48 und Norm AAC (Automatic Acoustic Management) |
ATA-7/ATAPI-7 | ANSI NCITS 361-2002 | Ultra-ATA/133, UDMA 133, Ultra-DMA 133 | UDMA Modus 6 | 133 | Ultra-DMA 133 |
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