Tema 4.1 La interfaz ATA/IDE

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1 Tema 4.1 La interfaz ATA/IDE Gabriel Fernández Díaz Rafael Casanova Morera Periféricos e Interfaces Curso 2009/2010 Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

2 Contenido Historia y evolución Historia Evolución Características RAID

3 Historia En los primeros ordenadores, controlador separado del disco: Poca flexibilidad, mucho cable. ST-506/412 ESDI Solución: IDE (Integrated Drive Electronics). Primeras arquitecturas IDE: IBM PC/2 PS/2 Model 70: MCA IDE PS/2 Model 30: XT IDE

4 Historia 1986: Western Digital, Control Data Corporation y Compaq crean ATA (Advanced Technology Attachment). Se crea como una extensión del bus ISA. 1989: ANSI y fabricantes lanzan CAM ATA (Common Method ATA). Actualidad: INCITS (International Committee on Information Technology Standards) Technical Committeee T13 es el comité encargado de actualizar las especificaciones ATA.

5 Evolución estándares ATA Estándar Retirado Modos PIO Modos DMA Modos UDMA Propuesto Publicado Velocidad PATA Velocidad SATA Características nuevas ATA '33 Original: 504 MB ATA '67 DMA; 7'4 GB; PC-Card ATA '67 SMART; mejor señal, LBA forzozo ATA '33 UDMA; ATAPI; 128 GB ATA '67 cable 80 ATA EDD ATA SATA ATA ??

6 Contenido Historia y evolución Características Generales PATA SATA RAID

7 Características generales Comandos ATA IDENTIFY DRIVE Direccionamiento ATAPI Seguridad ATA

8 Comandos ATA El ATA tiene un ancho de datos de 16 bits (aparte de las lineas de control, estado y de dirección de registro). INSUFICIENTE. Solución: Command Block Registers: Se inicializa la instrucción a través de ellos. Escritura en registro Command: Se lanza la instrucción. Cuando instrucción termina: Dispositivo lanza interrupción. Se leen los registros y memoria (si DMA) para ver resultado del comando.

9 Ejemplo de comando ATA: READ SECTOR(S) COMMAND: 20h

10 Un comando muy útil: IDENTIFY DRIVE Hardware que se puede conectar a puerto ATA muy variado. IDENTIFY DRIVE: Comando que hace que el propio dispositivo nos de su información de funcionamiento para que la BIOS configure el dispositivo. Nº de bloques LBA, nº físico y lógico de CHS, modos y velocidades de transferencia, fabricante, nº de modelo, nº de firmware, nº de serie, tamaño y tipo de buffer,...

11 Direccionamiento Para el sistema: Un dispositivo ATA funciona como un array de bloques de 512 Bytes. 3 métodos de direccionamiento: CHS (28 bits) LBA (28 bits) LBA (48 bits)

12 Direccionamiento CHS CHS (Cilinder-Head-Sector): Mas antiguo, basado en la estructura física del disco duro. Conflicto con la BIOS: Menor espacio direccionable. Campo Límite CHS BIOS Límite CHS ATA Cilindro Cabeza Sector Límite Combinado

13 Direccionamiento LBA LBA (Logical Block Address): Originalmente de 28 bits. Disco duro es visto por el ordenador como un array lineal de bloques. Soportado desde ATA-1 pero no por las BIOS: Traducción a CHS. EDD (BIOS Enhaced Disk Drive Specification): Soporte comandos BIOS nativos LBA. Máximo direccionable con 28 bits: 128 GB. ATA-6 introduce LBA de 48 bits: 128 PB.

14 ATAPI Conexión ATA no solo para discos duros. CDs, DVDs, unidades de cinta también se conectan a los puertos ATA. Estos dispositivos tienen un funcionamiento diferente a disco duro: Operan con otra interfaz software distinta, no ATA, parecida a la SCSI. Solución: ATAPI (ATA Packet Interface): Se pasan al dispositivo un paquete de datos con el comando por medio del comando PACKET.

15 ATA Security Mode Problema: Poca seguridad, se puede montar un disco en otro ordenador y acceder a su contenido. Solución: Poner contraseña al disco duro, necesaria para acceder a él. A partir de ATA-3 se incluyen instrucciones de seguridad. 2 Contraseñas: User (bloquear y desbloquear). Master (solo desbloquear). La BIOS puede usar sus contraseñas como contraseña del disco.

16 Host Protected Area Problema: Comandos de lectura usan direcciones absolutas, un mal funcionamiento puede estropear varias particiones a la vez, incluyendo la de restauración del sistema. Solución: SET MAX ADDRESS crea un área protegida (Host Protected Area) al final del disco, solo accesible mediante comandos PARTIES (Protected Area Run Time Interface Extension Services).

17 Contenido Historia y evolución Características Generales PATA RAID SATA

18 Parallel ATA (PATA) Primera interfaz física: 40 pines. Dos dispositivos: Maestro y esclavo. Cable: 40 conductores, que evoluciona en uno de 80 conductores PATA para 2'5 pulgadas: 50 pines. Obsoleto. Máxima velocidad: UDMA/133 (133 MB/s).

19 Parallel ATA (PATA) Pin 1 Reset Pin 21 DDRQ Pin 2 Ground Pin 22 Ground Pin 3 Data 7 Pin 23 I/O write Pin 4 Data 8 Pin 24 Ground Pin 5 Data 6 Pin 25 I/O read Pin 6 Data 9 Pin 26 Ground Pin 7 Data 5 Pin 27 IOCHRDY Pin 8 Data 10 Pin 28 Cable select Pin 9 Data 4 Pin 29 DDACK Pin 10 Data 11 Pin 30 Ground Pin 11 Data 3 Pin 12 Data 12 Pin 32 Pin 13 Data 2 Pin 33 Pin 14 Data 13 Pin 34 Pin 15 Data 1 Pin 35 Pin 16 Data 14 Pin 36 Pin 17 Data 0 Pin 37 Pin 18 Data 15 Pin 38 Pin 31 IRQ Pin 19 Ground Pin 39 No connect Addr 1 GPIO_DMA66_Detect Addr 0 Addr 2 Chip select 1P Chip select 3P Activity Pin 20 Key Pin 40 Ground

20 Parallel ATA (PATA) IDE44 (discos 2 1/2 ) Cable ATA

21 Serial ATA (SATA) Distinta tecnología: Transmisión diferencial (±0'25V). Codificación 8b/10b. 1 solo dispositivo por puerto (15 con multiplicador). Compatible con PATA a nivel de software: simulación hardware conjunta entre el chipset y controlador. 3 Velocidades y revisiones: SATA-150, SATA-300, SATA-600.

22 Serial ATA (SATA) Cable de siete conductores: 1 par para disco 1 par para placa 3 tierras Nueva toma de corriente 3'3, 5 y 12 Voltios Hasta 4.5 A por Voltaje Hot plugging.

23 Serial ATA (SATA) Pin Señal Descripción S1 Gnd First mate S2 A+ Host Transmit + S3 A- Host Transmit - S4 Gnd First mate S5 B- Host Receive - S6 B+ Host Receive+ S7 Gnd First mate

24 esata (external SATA) SATA-300 adaptado para uso externo. Cable y puerto mas durable. Mayor voltaje mínimo de transmisión, menor voltaje máximo de recepción. Ventajas: Soporta más comandos que USB, no necesita adaptadores. Inconvenientes: Necesita cable de alimentación. Longitud de cable máxima de dos metros.

25 AHCI Advanced Host Controller Interface (AHCI): Desarrollado por Intel, nuevo estándar de paso de comandos usando la memoria. Actualmente permite: Hot plugging. NCQ (Native Command Queuing) Administración de energía.

26 Contenido Historia y evolución Características RAID

27 RAID RAID (Redundant Array of Independent/Inexpensive disks): Varios discos funcionando como uno. Desarrollado originalmente por la Universidad de Berkeley en Varios modos según se busque velocidad o seguridad.

28 RAID 0 y RAID 1 RAID 0 (Striping): Varios discos actuando como uno + Velocidad + Almacenamiento - fiabilidad RAID 1 (Mirroring): + fiabilidad Pero 1 disco al precio de dos

29 RAID 2, RAID 3 y RAID 4 RAID 2 (Bit-level ECC): Control de paridad bit a bit. 1 disco por bit! RAID 3 (Striped with parity): Control a nivel de byte 2 discos almacenamiento. 1 paridad. RAID 4 (Blocked data with parity): Como RAID3 pero bloques mas grandes.

30 RAID 5 y RAID 6 RAID 5 (Blocked data with distributed parity): Similar al RAID4, pero divide las listas de paridad por una serie de discos. RAID 6 Blocked data with double distributed parity): Similar al RAID5, pero usa dos algoritmos distintos para guardar la información de paridad en dos discos distintos. 4 discos como mínimo.

31 Y muchos mas! RAID 0+1 RAID 1+0 RAID 30 RAID 100 RAID Z Matrix RAID...

32 FIN >:3 Dudas, preguntas, clarificaciones?

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