ATA, IDE oder EIDE

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).

connecteur IDE

nappe IDE
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.

nappe IDE 80 connecteurs
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 248 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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