Tìm hiểu các ATA (ATA 1- 4) (Phần 1)

ATA-1 định rõ giao diện AT Attachment đầu tiên, là một giao diện bus được tích hợp giữa ổ đĩa và hệ thống chủ nền bus ISA (AT).

ATA-1

Những tính năng chủ yếu này được giới thiệu và được chứng minh bằng tài liệu trong đặc điểm kỹ thuật ATA-1:

• Các đầu nối 40/44 chân và cáp.
• Các tùy chọn cấu hình ổ đĩa chọn Master/slave hay cáp.
• Định thời gian tín hiệu cho các chế độ I/O được lập trình (PIO: Programmed I/O) và truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA: direct memory access) cơ bản.
• Những biên dịch thông số ổ đĩa trụ quay, đầu đọc, sector (CHS: Cylinder, head, sector) và địa chỉ khối logic (LBA: logical block address) hỗ trợ dung lượng ổ đĩa lên tới 228220 (267.386.880) sector hay 136.9GB

Mặc dù ATA-1 được dùng từ năm 1986, ủy ban Common Access Method (CAM) năm 1988 tiếp tục chuyển nó theo tiêu chuẩn chính thức. Tiêu chuẩn ATA-1 hoàn tất và chính thức công bố năm 1994 như là ANSI X3.221-1994, giao diện AT Attachment cho các ổ đĩa ATA-1 chính thức rút lui như một tiêu chuẩn vào 6 tháng 8 năm 1999.

Mặc dù ATA-1 theo lý thuyết dung lượng ổ đĩa lên tới 136.9GB (228220 = 267,386,880 sector), nó không chú trọng những mặt hạn chế của BIOS, bị ngăn chặn tại 528MB (1024x16x63 = 1,032,192 sector). Những mặt hạn chế của BIOS được chú trọng trong những phiên bản ATA sau bởi vì tại thời điểm đó không có ổ đĩa nào lớn hơn 528MB.

ATA-2

ATA-2 xuất hiện đầu tiên năm 1993 và là một nâng cấp chính đối với tiêu chuẩn ATA đầu tiên. Có lẽ sự thay đổi lớn nhất hầu như là sự thay đổi hợp lý. Nói chung ATA-2 được cập nhật để xác định một giao diện giữa hệ thống chủ và thiết bị lưu trữ và không chỉ là ổ đĩa cứng. Những tính năng chính thêm vào ATA-2 so với tiêu chuẩn ATA đầu tiên bao gồm:

• Các chế độ truyền PIO và DMA nhanh hơn.
• Hỗ trợ cho quản lý nguồn.
• Hỗ trợ cho các thiết bị có thể tháo gỡ.
• Hỗ trợ thiết bị PCMCIA (PC Card).
• Lệnh Identify Drive báo cáo nhiều thông tin hơn.
• Những phương pháp biên dịch CHS/LBA tiêu chuẩn được xác định cho các ổ đĩa lên tới dung lượng 8.4GB.

Những phần thêm vào quan trọng nhất trong ATA-2 là sự hỗ trợ cho các chế độ PIO và DMA nhanh hơn, cũng như các phương pháp cho phép hỗ trợ BIOS lên tới 8.4GB. Hỗ trợ BIOS thì cần thiết, mặc dù ATA-1 được thiết kế để hỗ trợ ổ đĩa dung lượng lên tới 136.9GB. BIOS máy tính chỉ có thể nhận được ổ đĩa đầu tiên lên tới 528MB. Thêm vào khả năng biên dịch thông số cho phép BIOS nhận được ổ đĩa lên tới 8.4GB.

ATA-2 cùng có tính năng những cải tiến trong lệnh Identify Drive cho phép một ổ đĩa báo những đặc điểm của nó với phần mềm một cách chính xác: điều này cần thiết cho cơ chế cắm là chạy (PnP: Plug and Play) và tính tương thích với những sửa đổi tương lai phù hợp với tiêu chuẩn.

ATA-2 cùng được biết qua thuật ngữ tiếp thị không chính thức như là fast-ATA hay fast- ATA-2 (Seagate/Quantum) và EIDE (Enhanced IDE. Western Digital).

Mặc dù công việc với ATA-2 bắt đầu năm 1993, tiêu chuẩn này không được chính thức cho mãi đến năm 1996 công bố như giao diện AT Attachment ANSI X3.279-1996 với những mở rộng ATA-2 chính thức chấm dứt năm 2001.

ATA-3

Xuất hiện đầu tiên năm 1995. ATA-3 là phần sửa đổi tương đối nhỏ đối với tiêu chuẩn ATA-2 và trước đó. Nó có một sự sắp xếp theo thứ tự toàn bộ cấu hình kỹ thuật và có phần lớn sự tinh lọc và sửa đổi nhỏ. Những thay đổi chủ yếu bao gồm như sau:

• Những giao thức truyền DMA từ đơn (8 bit) (single-word (8-bit) DMA transfer protocols) bị loại bỏ.
• Thêm hỗ trợ S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis, và Reporting Technology) cho sự dự đoán sự suy biến tốc độ thiết bị.
• Hỗ trợ chế độ LBA bắt buộc (trước kia nó là phần tùy chọn).
• Thêm chế độ ATA Security, cho phép bảo vệ bằng mật khẩu đối với sự truy cập thiết bị.
• Những khuyến cáo cho điểm kết thúc bus nguồn và bus thiết bị nhận để giải quyết nhưng vấn đề nhiễu ở những tốc độ truyền cao hơn.

ATA-3 được xây dựng trên ATA-2, độ tin cậy được cải tiến, đặc biệt 4 chuyển giao theo chế độ PIO nhanh hơn; tuy vậy, ATA-3 không xác định bất kỳ chế độ nhanh hơn nào. ATA-3 thêm sự phối hợp báo mật dựa trên mật khẩu đơn giản, quản lý nguồn tinh vi hơn và S.M.A.R.T. Điều này cho phép ổ đĩa giữ rãnh ghi của các sự cố gây ra lỗi và do vậy tránh được mất dữ liệu, S M.A.R.T là công nghệ dự đoán độ tin cậy mà IBM phát triển đầu tiên.

Công việc với ATA-3 bắt đầu năm 1995 và tiêu chuẩn này được hoàn tất và công bố chính thực năm 1997 như “ANSI X3.298-1997, giao diện AT Attachment 3” ATA-3 chính thức chấm dứt năm 2002.

ATA/ATAPI-4

Xuất hiện đầu tiên năm 1996, ATA-4 bao gồm vài phần thêm quan trọng đối với tiêu chuẩn. Nó bao gồm tính năng Packet Command được biết đến như Giao diện gói AT Attachment (ATAPI: AT Attachment Packet Interface), cho phép các thiết bị như là ổ đĩa CD-ROM và CD-RW, ổ đĩa mềm SuperDisk LS-120, ổ đĩa Zip, ổ đĩa băng (tape) và các loại thiết bị lưu trữ khác được gắn thông qua một giao diện chung. Cho tới khi ATA-4 xuất hiện, ATAPI vẫn là một tiêu chuẩn được công bố riêng rẽ. ATA-4 cũng thêm chế độ truyền 33MB trong một giây (MBps) được biết đến như Ultra-DMA hay Ultra-ATA, ATA-4 tương thích ngược với ATA-3 và những quy định cũ hơn của ATAPI.

Công việc với ATA-4 bắt đầu năm 1996 và tiêu chuẩn này được hoàn tất và công bố chính thức năm 1998 như “ANSI NC1TS 317-1998, AT Attachment - 4 với Packet Interface Extension”.

Những sửa đổi chính thêm vào ATA-4 như sau:

• Các chế độ truyền Ultra-DMA (UDMA) lên tới chế độ 2 (Mode 2), 33MBps (được gọi là UDMA/33 hay Ultra-ATA/33)
• Hỗ trợ ATAPI đầy đủ.
• Hỗ trợ quản lý nguồn cao cấp.
• Cáp 40 pin, 80 conductor tùy chọn được xác định cho chịu đựng nhiễu được cải tiến.
• Hỗ trợ vùng bảo vệ chính (HPA: Host protected area).
• Hỗ trợ Compact Flash Adapter (CFA: Compact Flash Adapter).
• Hỗ trợ BIOS được mở rộng cho các ổ đĩa vượt 9.4ZB (zettabytes hay một nghìn tỷ gigabyte) (mặc dầu ATA vẫn bị hạn chế đến 136.9GB).

Tốc độ và cấp hỗ trợ ATA trong hệ thống chủ yếu bị điều khiển bởi chipset bo mạch. Phần lớn các chipset bo mạch đi cùng một thành phần được gọi là South Bridge hay trung tâm điều khiển I/O (I/O Controller Hub) cung cấp giao diện ATA (cùng như những nhiệm vụ khác) trong hệ thống. Kiểm tra các đặc điểm kỹ thuật bo mạch hay chipset để xem liệu có hỗ trợ chế độ ATA/33, ATA/66, ATA/100 hay ATA/133 nhanh hơn. Một chỉ định là vào BIOS Setup, đặt ổ cứng vào những thiết lập tham số bằng cách thủ công (người dùng xác định) và xem chế độ Ultra-DMA nào (nếu bất kỳ) được liệt kê. Phần lớn các bo sản xuất suốt năm 1998 hỗ trợ ATA/33. Năm 2000 chúng bắt đầu hỗ trợ ATA/66: cuối năm 2000 phần lớn bo mạch hỗ trợ ATA/100. Hỗ trợ ATA/133 trở thành phổ biến vào giữa năm 2002.

ATA-4 biến hỗ trợ ATAPI thành một phần đầy đủ của tiêu chuẩn ATA, do vậy ATAPI không còn là giao diện bổ trợ cho ATA mà được hòa nhập hoàn toàn trong nó. ATA-4 đẩy mạnh ATA trong sử dụng như một giao diện cho nhiều loại thiết bị khác. ATA-4 cùng thêm hỗ trợ các chế độ Ultra-DMA (cùng được gọi là Ultra-ATA) cho truyền dữ liệu nhanh hơn. Chế độ tốc độ cao nhất, được gọi là UDMA/33, có băng thông 33MBps gấp đôi chế độ I/O được lập trình nhanh nhất (fastest programmed I/O mode) hay chế độ DMA (DMA mode) được hỗ trợ trước-đó. Ngoài tốc đô truyền cao hơn, do các chế độ UDMA khai thông việc tải trên bộ xử lý, những gia tăng tốc độ cao hơn được nhận biết.

Một cáp 80-conductor tùy chọn (với sự lựa chọn cáp) được xác định cho những sự truyền UDMA/33. Mặc dầu những cáp này được xác định đầu tiên như một lựa chọn, sau đó nó được yêu cầu cho các chế độ ATA/66, ATA/100 và ATA/133 trong ATA-5 và mới hơn.

Hỗ trợ cho vùng được lưu trữ trong ổ đĩa được gọi là vùng bảo vệ chính (HPA: host protected area) được thêm vào qua một lệnh SET MAX ADDRESS tùy chọn. Điều này cho phép một vùng của ổ đĩa lưu trữ phần mềm khôi phục.

Cùng bao gồm hỗ trợ cho sự xếp hàng những lệnh tương tự như trong SCSI-2. Điều này cho phép đa nhiệm tốt hơn khi nhiều chương trình cùng yêu cầu các chuyển giao ATA.

Một tiêu chuẩn khác được phê chuẩn của ủy ban T13 năm 1998 là “ANSI NCITS 316-1998 1394 đối với AT Attachment - Tailgate.” là một giao thức bắc cầu giữa bus IEEE 1394 (i.LINK/FireWire) và ATA cho phép ổ đĩa ATA được thích ứng FireWire. Tailgate là một thiết bị tiếp hợp (về cơ bản là một bo mạch điện nhỏ) chuyển đổi IEEE 1394 (i.LINK hay FireWire) sang ATA, về thực chất cho phép ổ đĩa ATA được cắm vào bus FireWire. Điều này cho các nhà sản xuất phát triển nhanh chóng các ổ đĩa ngoài IEEE 1394 (FireWire) cho sao lưu dữ liệu và lưu trữ dữ liệu dung lượng cao. Phía trong hầu như bất kỳ ổ đĩa FireWire ngoài đính kèm nào bạn sẽ tìm thấy một thiết bị tailgate và một ổ đĩa ATA tiêu chuẩn.

Đừng bỏ qua cơ hội tìm hiểu về laptop và các loại màn hình!