电子集成驱动器(IDE)控制器工作原理

电子集成驱动器(IDE)控制器工作原理 无论您的计算机用作什么用途，存储器都是系统的一个重要组成部分。实际上，大多数个人计算机都具有以下一种或多种存储设备： 软盘驱动器 硬盘驱动器 CD-ROM驱动器代表IDE设备的硬盘驱动器与电路板结合体通常，这些设备通过电子集成驱动器(IDE)接口连接到计算机。IDE接口实质上是存储设备与计算机连接的标准方式。而IDE并不是该接口标准的真正技术名称。它原来的名称是AT附加装置(AT Attachment, ATA)，表示该接口最初是为IBM AT计算机开发的。在本文中，您将了解IDE/ATA的发展历史、引脚说明（pinouts）都有哪些以及“从”（slave）和“主”（master） 在IDE中的确切含义。大多数主板都带有IDE接口。该接口通常称作IDE控制器，但这种称谓并不正确。因为该接口实际是主机适配器，也就是说它提供了将完整设备与计算机（主机）连接的方法。真正的控制器则位于与硬盘驱动器连接的电路板上。 主板上的主要IDE接口和辅助IDE接口特写虽然IDE接口最初是为连接硬盘驱动器而开发的，但现在它已经发展成为连接内部软盘驱动器、CD-ROM驱动器甚至某些磁带备份驱动器的通用接口。尽管使用IDE连接内部驱动器的做法非常普遍，但它很少用于连接外部设备。 ATA标准发展至今经过了多次变化，每一个标准都比上一个标准新增了功能，同时保持了向后兼容性。 这些标准包括： ATA-1Compaq在Deskpro 386中使用的原始规格。它最先开始使用主/从配置。ATA-1基于标准ISA 96引脚（pin）连接器的子集，使用40或44引脚连接器和线缆。在44引脚版本中，多出的4个引脚用于为没有独立电源连接器的驱动器供电。此外，ATA-1还为直接内存存取(DMA)和可编程输入/输出(PIO)功能提供信号定时。DMA意味着驱动器直接向内存发送信息，而PIO意味着计算机的中央处理器(CPU)负责管理信息传输。ATA-1更常用的名称是IDE。 ATA-2从ATA-2版本开始，DMA得到了充分实现。标准DMA传输速率从ATA-1的4.16MB/秒(MBps) 提高到了16.67MBps。ATA-2还提供电源管理、PCMCIA卡支持和可移除设备支持。ATA-2经常称作EIDE（增强型 IDE）、快速ATA或快速ATA-2。所支持的硬盘驱动器总大小提高至137.4 GB。ATA-2为最大8.4GB的硬盘驱动器提供了柱面/磁头/扇区(CHS)标准转换方法。CHS是指系统确定数据在硬盘驱动器上所在位置的方式。硬盘驱动器的总大小和CHS硬盘驱动器支持之间存在巨大差异，其原因在于基本输入/输出系统(BIOS)为CHS使用的位大小。而CHS对地址的每个部分都具有固定长度。请查看下表： 柱面10 位1024磁头8 位256扇区6 位63* 您会注意到，扇区数是63而不是64。这是因为扇区号不能从0开始。而每个扇区包含512个字节。如果您计算1,024 x 256 x 63 x 512，结果为8,455,716,864 字节，约8.4GB。较新的BIOS版本增加了CHS的位大小，从而提供了对全部137.4GB的支持。 ATA-3 在加入自我监测、分析及报告技术(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology, SMART)后，IDE驱动器变得更加可靠。ATA-3还为驱动器访问增加了密码保护，从而提供了一项宝贵的安全功能。 ATA-4 该版本标准中新增的两项最重要的功能大概是Ultra DMA支持和AT附加装置程序接口(AT Attachment Program Interface, ATAPI)标准集成。ATAPI为CD-ROM驱动器、磁带备份驱动器和其他可移除存储器设备提供了通用接口。在ATA-4之前，ATAPI是一个完全独立的标准。在集成ATAPI后，ATA-4立刻改善了ATA的可移除介质支持。Ultra DMA将DMA传输速率从ATA-2的16.67MBps提高到33.33MBps。除了现有的使用40个引脚和40根导线（电线）的线缆以外，此版本还引入了具有80根导线的线缆。其他40根导线是散布在标准的40根导线之间的地线，用于提高信号质量。ATA-4也称作Ultra DMA、Ultra ATA或Ultra ATA/33。 ATA-5 ATA-5的主要更新是可以选择对哪根线缆使用自动检测：是40导线版本还是80导线版本？通过使用80导线线缆，Ultra DMA的传输速率可以提高到66.67MB/秒。ATA-5也称作Ultra ATA/66。 IDE设备使用带状线缆彼此连接。带状线缆中的所有电线都并排平铺，而不是捆扎成束。IDE带状线缆有40根或80根电线。线缆两端各有一个连接器，在距主板连接器2/3处还有一个连接器。该线缆总长度不能超过45.7厘米（第一个连接器与第二个连接器相距30.5厘米，第二个连接器与第三个连接器相距5.2厘米），否则便无法保持信号的完整性。三个连接器通常采用不同颜色，并连接到特定设备上： l 蓝色连接器连接到主板。 l 黑色连接器连接到主要（主）驱动器。 l 灰色连接器连接到辅助（从）驱动器。 线缆的一侧有一道条纹。该条纹指示这一侧的电线连接到每个连接器的引脚1（pin1）。电线20不与任何引脚连接。实际上，该位置没有引脚，它是用于确保线缆连接到驱动器的正确位置。制造商采用的另一种确保用户不会倒插线缆的方法是使用线缆键控。线缆键控是带状线缆连接器顶部的一个小塑料方块，它正好与设备连接器上的凹口契合。这样，线缆只能按一个方向进行连接。 IDE线缆上的连接器引脚说明引脚说明1复位23-IOW2接地24接地3数据位725-IOR4数据位826接地5数据位627I/O通道就绪6数据位928SPSYNC：线缆选择7数据位529-DACK 38数据位1030接地9数据位431RQ 1410数据位1132-IOCS 1611数据位333地址位112数据位1234-PDIAG13数据位235地址位014数据位1336地址位215数据位137-CS1FX16数据位1438-CS3FX17数据位039-DA/SP18数据位1540接地19接地41+5伏（逻辑）（可选）20线缆键控（无引脚）42+5伏（电机）（可选）21DRQ343接地（可选）22接地44-类型（可选）请注意，最后4个引脚仅供需要通过带状线缆供电的设备使用。通常，这类设备是因体积过小（例如7.5厘米）而需要独立电源的硬盘驱动器。 单个IDE接口可以支持两个设备。大多数主板都配有双IDE接口（主要接口和辅助接口），最多支持4个IDE设备。因为控制器与驱动器集成，所以没有总控制器来负责决定哪个设备当前与计算机进行通信。只要每个设备位于不同接口上，就不存在问题，但在同一线缆上添加对另一个驱动器的支持则需要一些独创性。具体过程是：从驱动器向主驱动器发出请求，后者检查自身当前是否正在与计算机通信。如果主驱动器空闲，则通知从驱动器可与计算机通信。如果主驱动器正在与计算机通信，则通知从驱动器等待，然后在可以通信时通知它。计算机通过使用连接器上的引脚39确定是否连接了辅助（从）驱动器。引脚39传输一个称为Drive Active/Slave Present (DASP)的特殊信号，该信号负责检查是否存在从驱动器。 虽然驱动器在任一位置都能正常工作，但建议将主驱动器连接到IDE带状线缆末端的连接器。然后，必须将驱动器背面位于IDE连接器旁边的跳线设置在正确位置，以便将该驱动器标识为主驱动器。 许多驱动器还提供一个称作线缆选择(CS)的选项。利用正确类型的IDE带状线缆，这些驱动器可以自动配置为主驱动器或从驱动器。CS的工作方式如下：将每个驱动器上的跳线设置到CS选项。线缆本身类似于普通IDE线缆，唯一的区别在于引脚28只连接到主驱动器连接器。计算机通电时，IDE接口通过引脚28的电线发出一个信号。只有与主连接器连接的驱动器才会收到该信号。然后，该驱动器将自身配置为主驱动器。由于另一个驱动器没有收到信号，那么它将默认为从模式。电子电器频道