Переход от pio к dma

Важным этапом в развитии ATA стал переход от PIO (Programmed input/output – программный ввод/вывод) к DMA (Direct memory access – прямой доступ к памяти). При использовании PIO считыванием и записью данных управлял центральный процессор компьютера, что приводило к повышенной нагрузке на процессор и замедлению работы в целом. Введение DMA существенно снизило затраты процессорного времени на операции с диском.

В технологии DMA потоком данных управляет сам накопитель, считывая данные в память или из памяти практически без участия процессора, который только выдаёт команды на выполнение того или иного действия. При этом жёсткий диск выдаёт сигнал запроса DMARQ на операцию DMA контроллеру. Если операция DMA возможна, контроллер выдаёт сигнал DMACK и жёсткий диск начинает выдавать данные в 1-й регистр (DATA), с которого контроллер считывает данные в память без участия процессора.

Операция DMA возможна, если режим поддерживается одновременно BIOS, контроллером и операционной системой, в противном случае, возможен лишь режим PIO.

В дальнейшем развитии стандарта (ATA-3) был введён режим Ultra DMA. Этот режим позволяет передавать данные вдвое быстрее, а также поддерживает проверку CRC на чётность, что повысило надёжность передачи данных.

ATAPI

Как я уже упоминала, изначально стандарт ATA был рассчитан на работу исключительно с жёсткими дисками. Но затем, комитет Small Form Factor разработал ITAPI или ATA Packet Interface, который позволял интерфейсу ATA работать с различными устройствами помимо жёстких дисков, которые требовали введения дополнительных функций (например, извлечение устройства).

К устройствам ATAPI в первую очередь относятся CD-ROM и DVD-ROM приводы, ленточные накопители и дискеты большой ёмкости.

В 1998 году ATAPI был занесён в стандарт INCITS 317-1998, AT Attachment with Packet Interface Extension (ATA/ATAPI-4)

В стандарте ATA/ATAPI-4 было также представлено несколько режимов передачи Ultra DMA (UDMA), они поддерживали скорости передачи от 16 MB/с до 33 MB/с.

В дальнейшем были добавлены более быстрые режимы Ultra DMA, которые поддерживали скорости до 133 MB/s, но требовали введения нового 80-проводного кабеля

Барьеры

В истории развития ATA был ряд барьеров, связанных с организацией доступа к данным. Большинство из этих барьеров были преодолены благодаря современным системам адресации и технике программирования.

Оригинальная спецификация АТА предусматривала 28-битный режим адресации. Это позволяло адресовать 2²⁸ секторов по 512 байт каждый, что давало максимальную ёмкость в 137 Гб. В стандартных PC BIOS поддерживал до 8,46 Гб, допуская максимум 1024 цилиндра, 256 головок и 63 сектора. Это ограничение на число цилиндров/головок/секторов CHS (Cyllinder-Head-Sector) в сочетании со стандартом IDE привело к ограничению адресуемого пространства в 528 Мб. Для преодоления этого ограничения была введена схема адресации LBA (Logical Block Address), что позволило адресовать до 8,5 ГБ. Со временем и это ограничение было снято, что позволило адресовать сначала 33,5 ГБ, а затем и все 137 ГБ, используя все 28 разрядов (в АТА-4) для адресации сектора.

Новейшие спецификации ATA предполагают 48-битную адресацию, расширяя возможный предел до 144 петабайт.