第07章磁盘驱动器

第7章磁盘驱动器7.1 IDE接口概述在PC中用于连接磁盘驱动器的主要接口中，一类典型的接口是IDE（Integrated Drive Electronics，集成驱动器电路）接口。

这个接口所反映的是接口电路或控制器内置于驱动器自身这一事实。

在IDE接口出现之前，驱动器和控制器的接口是分离的，因而可以说IDE是以前接口的革命化变革。

IDE的原名叫ATA （AT Attachment，AT嵌入式接口），IDE和ATA实际上描述的是同一种接口，因此可以互换使用。

尽管IDE的使用更加流行和广泛，但从技术上来看，ATA才是真正的称呼。

如果吹毛求疵一点儿，可以这样认为：IDE通常指任何一种将控制器嵌入到驱动器的驱动器接口；而ATA则是PC机中IDE接口所遵循的标准或具体的实现。

如今，A TA不仅被用于硬盘驱动器，还用于CD-ROM驱动器，DVD驱动器，高容量超级软盘驱动器以及磁带驱动器。

ATA是一个16位并行接口，即可以通过接口电缆同时传输16位数据。

2000年底，一种称为串行ATA （Serial ATA）的新接口由官方正式发布，从2002年起将被各种系统陆陆续续地采纳。

串行ATA（SATA）一次向电缆上发送一位数据，这样就可以使用更短更细的电缆；同时由于速率增加，性能也有很大的提高。

SATA是一种全新的物理接口，但在软件级则与并行A TA保持兼容。

在本书中，术语ATA指的是并行接口，而SATA指的是串行接口。

许多系统主板上的ATA连接器实际上就是一条ISA（或AT）总线槽。

在ATA的安装中，一般只使用了98针中的40针，标准的16位ISA总线槽都会提供这些针。

应该注意的是，较小的2.5英寸ATA驱动器使用一种44针的连接，包含了电源和配置所需的针。

使用的针仅仅是那些标准型的XT或AT硬盘控制器所必需的信号针。

举例而言，由于基本的AT型磁盘控制器仅使用中断行14，那么基本的主板ATA IDE 连接器也就仅提供该中断行，其他中断行是不必要的。

已经过时的8位XT IDE主板连接器提供中断行5，那是因为XT控制器需要用到它。

注意，即使所用的A TA接口连接于主板芯片组上的South Bridge芯片或I／O控制器Hub芯片（它可能出现在较新的系统中）并且以较快的总线速度运行，所用针的输出针和功能也没有什么不同。

这里要澄清一个问题，就是许多人在使用主板上装有A TA连接器的系统时，都认为硬盘控制器也安装在主板上，而实际上控制器是在驱动器中，还没有哪个PC系统将硬盘控制器安装到主板上。

尽管集成于主板上的ATA端口常被称为“控制器”，他们实际上应被叫做“主机适配器”（诚然，该术语并不常见）。

主机适配器可以看作是连接控制器与总线的设备。

7.2 IDE接口类型曾经存在四种基于三种不同总线标准的主要的IDE接口类型：·串行A TA（SATA）。

·AT嵌入式接口（A TA）IDE（16位ISA）。

·XT IDE（8位ISA）。

·MCA IDE（16位微通道）。

其中，只有ATA现在还在使用，它与串行A TA一起，已发展成为更新、更快、更强大的版本。

这些发展了的ATA并行版本指的是A TA-2及其更高版本，它们也被称为EIDE（增强型IDE）、快速ATA、ultra-ATA 或Ultra-DMA，尽管ATA最终可能只能发展到ATA-6版本，但串行ATA弥补了A TA的不足，其性能更加优越，便于以后版本的升级。

注意许多人对于16位与32位总线连接以及16位与32位硬盘驱动器连接感到混淆。

PCI连接允许总线与IDE主机接口的带宽为32位（将来可能允许64位），IDE主机接口一般位于主板芯片组中。

但是，实际主板上的主机连接器与驱动器本身之间的ATA-IDE接口只是一个 16位接口。

因此，在配臵并行ATA 驱动器时，可得到的驱动器与基于主板上的主机接口之间的带宽只有16位。

这并不会产生瓶颈，因为即使是16位通道，一两个硬盘驱动器也不可能使控制器数据饱和。

串行ATA也是如此，尽管它一次只传输一位数据，但其传输速率很高。

由于今天使用的IDE主要是A TA类型的，所以简单介绍一下目前主流的几种ATA标准。

7.3 ATA标准现在我们称为ATA的接口是由来自主要的PC、驱动器和部件制造商的代表组成的独立组织所制订的。

该组织的名称是技术委员会T13，主要负责所有有关AT嵌入式接口（A TA）的接口标准。

T13是信息技术标准国际委员会（NCITS）的一部分，NCITS在美国国家标准协会（ANSI）所制定的规章下运转，而ANSI 是专门订立控制计算机工业及许多其他工业中非专利标准的政府机构。

在ANSI下还成立了一个称为串行ATA工作组（Serial ATA Workgroup）的组织，主要负责制定串行ATA的有关标准。

尽管这些都是不同的组织，但有许多人同时在这些组织中工作。

目前，最新的并行A TA标准的版本是ATA 7（ATA／133），再向前发展可能就是串行ATA（后面会介绍）了。

并行ATA接口已开发出的几个标准版本按如下顺序：·A TA-1（1986-1994）。

·A TA-2（1996；也称为快速ATA，快速ATA-2或EIDE）。

·A TA-3（1997）。

·A TA-4（1998；也称为ultra-ATA/33）。

·A TA-5（1999至今；也称为ultra-ATA/66）。

·A TA-6（2000至今；也称为Ultra-ATA/100）。

ATA的每个版本都对以前版本向后兼容。

换而言之，也即老式的ATA-1或A TA-2设备在ATA-4、A TA-5或A TA-6接口上可正常工作。

当设备的版本与接口版本不匹配时，它们将按两者中能力最低的版本工作。

较新的ATA版本是在稍旧版本上建立的，并且只有少量可认为是对老版本的扩展，也就是说，比如从ATA-6，它等于附加了嵌入式特性的ATA-5。

表7-1分解了不同的ATA标准。

下列各节描述了所有A TA版本的细节。

表7-1 ATA标准标准寿命PIO模式DMA模式UDMA模式速率①功能ATA-1 1986-94 0-2 0 —8.33 支持136.9GB驱动器ATA-2 1995-96 0-4 0-2 —16.67 快速PIO模式，在高速8.4GB驱动器上用CHS／LBA转换；PC卡ATA-3 1997 0-4 0-2 —16.67 S.M.A.RT②，提高了信号完整性LBA手工支持；不再使用单字DMA（Single-word DMA）模式ATA-4 1998 0-4 0-2 0-2 33.33 Ultra-DMA模式，BIOS可支持的容量高达136.9GB ATA-5 1999-00 0-4 0-2 0-4 66.67 快速UDMA模式带自检的80针电缆ATA-6 2001至今0-4 0-2 0-5 100.00 100MB／sec UDMA模式；扩展驱动器和BIOS支持容量达144PB③①速率单位为MB／sec②SMART=Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology（自检、分析和报告技术）③PB=Petabyte（1 Petabyte是1015字节）MB=Millions of bytes（106字节）GB=Billions of bytes（109字节）CHS=Cylinder head sector（柱面-磁头-扇区）LBA=Logical block address（逻辑块地址）UDMA=Ultra DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）7.4 ATA操作ATA标准花了很长的时间才消除了不兼容性和IDE驱动器与ISA／PCI总线系统对接时出现的问题。

ATA规范定义了基于40针连接器的信号、该信号的功能和同步以及电缆规范等等。

下列小节列出了ATA 规范中定义的某些元素和功能。

7.4.1 ATA I／O连接器ATA接口连接器是一种40芯集管类型连接器，通常有键控以防止安装时颠倒方向（参见图7-1和7-2）。

为了生产有键控的连接器，制造商一般会将第20针从凸出的连接器上移去并阻塞内孔电缆连接器的第20针，以防止用户安装电缆时插反。

有些电缆还在上部装了一个凸起，以匹配设备连接器上的凹槽。

推荐用户使用带键控的连接器和电缆，插反了IDE电缆一般不会造成永久性的毁坏，但会锁定系统，使系统运行不起来。

最简单的判别方法是，连接器上靠近电源插座处的针脚即是1针。

图7-1 标准A TA（IDE）硬盘驱动器连接器图7-2 A TA（IDE）40针接口连接器详情笔记本使用2.5英寸驱动器，它一般使用一种小的50针头部连接器，该连接器的40个主要引脚与标准ATA连接器的引脚相同（除了物理引脚间距不同），另外还有一些电源和跳线引脚。

一般来说，能插到该连接器的电缆有44个引脚，能携带电源以及标准ATA的信号。

跳线引脚上通常有一个跳线块（跳线的位置可以设置线缆选择、主还是从）。

图7-3显示了用于2.5英寸A TA驱动器的44针连接器。

注意，位置A-D的跳线引脚布局以及位置E和F的引脚被移去的情况。

跳线块一般插到位置B和D 上设置线缆选择模式。

该连接器的41引脚一般为驱动逻辑（电路板）提供+5V电压，42引脚为电动机提供+5V电压（2.5英寸驱动器使用+5V电动机，而大的驱动器一般使用12V电动机），43引脚为地线，最后的44引脚保留。

图7-3 44针ATA连接器详述（2.5英寸ATA驱动器）7.4.2 ATA I/O 电缆40线带状电缆专门用于承载主板ATA适配器电路和驱动器（连接器）之间的信号。

为了尽量确保信号完整并消除部分同步和噪声问题，电缆的长度不能超过0.46米（18英寸）。

注意，支持高速传输模式（如PIO模式4或任何Ultra-DMA[UDMA]模式）的ATA驱动器特别容易受到电缆故障和过长电缆的影响。

如果电缆过长，用户就会遇到数据中断和其他令人恼火的错误，这些错误在读写驱动器时都会遇到。

另外，任何使用UDMA模式4（66MB／sec的传输速率）或模式5（100MB／sec的传输速率）的驱动器必须使用一种特殊的高质量80线电缆（多余的引线用于接地以减少噪音）。

如果你的驱动器处于UDMA模式2（33MB／sec）或更低模式，我也建议使用这种电缆，因为这只会有好处而绝对没有坏处。

图7-4显示了典型A TA电缆的尺寸和外观。

图7-4 带有40针连接器和40或80线电缆的ATA（IDE）电缆（80线电缆中附加导线接地）注意多数40线电缆上并没有颜色标识，而所有的80线电缆上则都有颜色标识。