Paralelo ATA

Parallel ATA (PATA), originalmente AT Attachment, também conhecido como IDE, é uma interface padrão projetado para computadores compatíveis com IBM PC. Foi desenvolvido pela Western Digital e pela Compaq em 1986 para discos rígidos compatíveis e unidades de CD ou DVD. A conexão é usada para dispositivos de armazenamento, como unidades de disco rígido, unidades de disquete e unidades de disco óptico em computadores.

O padrão é mantido pelo comitê X3/INCITS. Ele usa os padrões AT Attachment (ATA) e AT Attachment Packet Interface (ATAPI) subjacentes.

O padrão Parallel ATA é o resultado de uma longa história de desenvolvimento técnico incremental, que começou com a interface AT Attachment original, desenvolvida para uso nos primeiros equipamentos PC AT. A própria interface ATA evoluiu em vários estágios a partir da interface IDE (Integrated Drive Electronics) original da Western Digital. Como resultado, muitos quase sinônimos para ATA/ATAPI e suas encarnações anteriores ainda estão em uso informal comum, em particular Extended IDE (EIDE) e Ultra ATA (UATA). Após a introdução do SATA em 2003, o ATA original foi renomeado para Parallel ATA, ou PATA para abreviar.

Os cabos ATA paralelos têm um comprimento máximo permitido de 457 mm (18 pol.). Devido a esse limite, a tecnologia normalmente aparece como uma interface de armazenamento interno do computador. Por muitos anos, o ATA forneceu a interface mais comum e menos dispendiosa para esse aplicativo. Ele foi amplamente substituído pelo SATA em sistemas mais novos.

Histórico e terminologia

O padrão foi originalmente concebido como o "AT Bus Attachment" oficialmente chamado de "Anexo AT" e abreviado "ATA" porque seu principal recurso era uma conexão direta com o barramento ISA de 16 bits introduzido com o IBM PC/AT. As especificações ATA originais publicadas pelos comitês de padrões usam o nome "AT Attachment". O "AT" no IBM PC/AT referido como "Tecnologia Avançada" portanto, o ATA também é conhecido como "Advanced Technology Attachment". Quando um Serial ATA (SATA) mais recente foi introduzido em 2003, o ATA original foi renomeado para Parallel ATA, ou PATA para abreviar.

As interfaces ATA físicas tornaram-se um componente padrão em todos os PCs, inicialmente em adaptadores de barramento de host, às vezes em uma placa de som, mas finalmente como duas interfaces físicas incorporadas em um chip Southbridge em uma placa-mãe. Chamado de "primário" e "secundário" Interfaces ATA, eles foram atribuídos aos endereços base 0x1F0 e 0x170 em sistemas de barramento ISA. Eles foram substituídos por interfaces SATA.

IDE e ATA-1

Exemplo de uma placa-mãe de PC 80386 de 1992 com nada construído além de memória, teclado, processador, cache, relógio em tempo real e slots. Tais placas-mãe básicas poderiam ter sido equipadas com a interface ST-506 ou ATA, mas geralmente não ambas. Uma única interface ATA de 2 unidades e uma interface de disquete foi adicionada a este sistema através do cartão ISA de 16 bits.

A primeira versão do que agora é chamado de interface ATA/ATAPI foi desenvolvida pela Western Digital sob o nome Integrated Drive Electronics (IDE). Juntamente com a Control Data Corporation (o fabricante do disco rígido) e a Compaq Computer (o cliente inicial), eles desenvolveram o conector, os protocolos de sinalização e assim por diante, com o objetivo de manter o software compatível com a interface existente do disco rígido ST-506. As primeiras dessas unidades apareceram internamente nos PCs Compaq em 1986 e foram oferecidas separadamente pela Conner Peripherals como CP342 em junho de 1987.

O termo Integrated Drive Electronics refere-se ao fato de que o controlador do drive é integrado ao drive, ao contrário de um controlador separado situado do outro lado do cabo de conexão ao drive. Em um IBM PC compatível, máquina CP/M ou similar, normalmente era uma placa instalada em uma placa-mãe. As placas de interface usadas para conectar uma unidade ATA paralela a, por exemplo, um slot ISA, não são controladores de unidade: são apenas pontes entre o barramento do host e a interface ATA. Como a interface ATA original é essencialmente apenas um barramento ISA de 16 bits disfarçado, a ponte era especialmente simples no caso de um conector ATA localizado em uma placa de interface ISA. O controlador integrado apresentou a unidade ao computador host como uma matriz de blocos de 512 bytes com uma interface de comando relativamente simples. Isso liberou a placa-mãe e as placas de interface no computador host das tarefas de pisar no braço da cabeça do disco, mover o braço da cabeça para dentro e para fora e assim por diante, como tinha que ser feito com os discos rígidos ST-506 e ESDI anteriores. Todos esses detalhes de baixo nível da operação mecânica da unidade agora eram manipulados pelo controlador na própria unidade. Isso também eliminou a necessidade de projetar um único controlador que pudesse lidar com muitos tipos diferentes de drives, já que o controlador poderia ser exclusivo para o drive. O host precisa apenas solicitar que um determinado setor, ou bloco, seja lido ou gravado e aceite os dados da unidade ou envie os dados para ela.

A interface usada por essas unidades foi padronizada em 1994 como padrão ANSI X3.221-1994, Interface de anexo AT para unidades de disco. Depois que versões posteriores do padrão foram desenvolvidas, ele ficou conhecido como "ATA-1".

Uma implementação de ATA de curta duração e raramente usada foi criada para o IBM XT e máquinas semelhantes que usavam a versão de 8 bits do barramento ISA. Foi referido como "XT-IDE", "XTA" ou "Anexo XT".

EIDE e ATA-2

Em 1994, mais ou menos na mesma época em que o padrão ATA-1 foi adotado, a Western Digital introduziu as unidades com um nome mais novo, Enhanced IDE (EIDE). Isso incluía a maioria dos recursos da próxima especificação ATA-2 e vários aprimoramentos adicionais. Outros fabricantes introduziram suas próprias variações de ATA-1, como "Fast ATA" e "Fast ATA-2".

A nova versão do padrão ANSI, AT Attachment Interface with Extensions ATA-2 (X3.279-1996), foi aprovada em 1996. Ela incluía a maioria dos recursos específicos do fabricante variantes.

ATA-2 também foi o primeiro a observar que outros dispositivos além de discos rígidos podem ser conectados à interface:

3.1.7 Dispositivo: O dispositivo é um periférico de armazenamento. Tradicionalmente, um dispositivo na interface ATA tem sido um disco rígido, mas qualquer forma de dispositivo de armazenamento pode ser colocado na interface ATA desde que ele adere a este padrão.

—Interface de anexo AT com extensões (ATA-2), página 2

ATAPI

Conforme mencionado nas seções anteriores, o ATA foi originalmente projetado e funcionava apenas com unidades de disco rígido e dispositivos que pudessem emulá-los. A introdução do ATAPI (ATA Packet Interface) por um grupo chamado Small Form Factor Committee (SFF) permitiu que o ATA fosse usado para uma variedade de outros dispositivos que requerem funções além daquelas necessárias para unidades de disco rígido. Por exemplo, qualquer dispositivo de mídia removível precisa de um "ejeção de mídia" comando e uma maneira de o host determinar se a mídia está presente, e isso não foi fornecido no protocolo ATA.

O comitê do Small Form Factor abordou esse problema definindo ATAPI, a "ATA Packet Interface". ATAPI é, na verdade, um protocolo que permite à interface ATA transportar comandos e respostas SCSI; portanto, todos os dispositivos ATAPI estão realmente "falando SCSI" exceto na interface elétrica. Na verdade, alguns dos primeiros dispositivos ATAPI eram simplesmente dispositivos SCSI com um conversor de protocolo ATA/ATAPI para SCSI adicionado. Os comandos e respostas SCSI são incorporados em "pacotes" (daí "ATA Packet Interface") para transmissão no cabo ATA. Isso permite que qualquer classe de dispositivo para a qual um conjunto de comandos SCSI tenha sido definido seja conectado via ATA/ATAPI.

Dispositivos ATAPI também estão "falando ATA", pois a interface física e o protocolo ATA ainda estão sendo usados para enviar os pacotes. Por outro lado, discos rígidos ATA e unidades de estado sólido não usam ATAPI.

Os dispositivos ATAPI incluem unidades de CD-ROM e DVD-ROM, unidades de fita e unidades de disquete de grande capacidade, como a unidade Zip e a unidade SuperDisk.

Os comandos SCSI e as respostas usadas por cada classe de dispositivo ATAPI (CD-ROM, fita etc.);competência. Um conjunto comumente usado é definido no conjunto de comandos MMC SCSI.

ATAPI foi adotado como parte do ATA no INCITS 317-1998, Anexo AT com Extensão de Interface de Pacote (ATA/ATAPI-4).

UDMA e ATA-4

O padrão ATA/ATAPI-4 também introduziu vários padrões "Ultra DMA" modos de transferência. Essas velocidades inicialmente suportadas de 16 MByte/s a 33 MByte/second. Em versões posteriores, modos Ultra DMA mais rápidos foram adicionados, exigindo novos cabos de 80 fios para reduzir o crosstalk. As versões mais recentes do Parallel ATA suportam até 133 MByte/s.

Ultra ATA

Ultra ATA, abreviado UATA, é uma designação que tem sido usada principalmente pela Western Digital para diferentes aprimoramentos de velocidade para os padrões ATA/ATAPI. Por exemplo, em 2000, a Western Digital publicou um documento descrevendo "Ultra ATA/100", que trouxe melhorias de desempenho para o então atual padrão ATA/ATAPI-5, melhorando a velocidade máxima da interface Parallel ATA de 66 para 100 MB/s. A maioria das alterações da Western Digital, juntamente com outras, foram incluídas no padrão ATA/ATAPI-6 (2002).

Terminologia atual

Os termos "eletrônica de acionamento integrado" (IDE), "IDE aprimorado" e "EIDE" passaram a ser usados de forma intercambiável com ATA (agora Parallel ATA ou PATA).

Além disso, houve várias gerações de "EIDE" drives comercializados, compatíveis com várias versões da especificação ATA. Um início de "EIDE" unidade pode ser compatível com ATA-2, enquanto uma posterior com ATA-6.

No entanto, uma solicitação de "IDE" ou "EIDE" unidade de um fornecedor de peças de computador quase sempre produzirá uma unidade que funcionará com a maioria das interfaces Parallel ATA.

Outro uso comum é referir-se à versão de especificação pelo modo mais rápido suportado. Por exemplo, o ATA-4 suportava os modos Ultra DMA 0 a 2, o último fornecendo uma taxa de transferência máxima de 33 megabytes por segundo. As unidades ATA-4 são, portanto, às vezes chamadas de "UDMA-33" unidades e, às vezes, "ATA-33" drives. Da mesma forma, o ATA-6 introduziu uma velocidade máxima de transferência de 100 megabytes por segundo, e algumas unidades compatíveis com esta versão do padrão são comercializadas como "PATA/100" drives.

Limitações de tamanho do BIOS X86

Inicialmente, o tamanho de uma unidade ATA era armazenado no BIOS do sistema x86 usando um número de tipo (1 a 45) que predefinia os parâmetros C/H/S e também frequentemente a zona de aterrissagem, na qual os cabeçotes da unidade são estacionados enquanto não estiver em uso. Mais tarde, um "definível pelo usuário" formato chamado C/H/S ou cilindros, cabeças, setores foi disponibilizado. Esses números eram importantes para a interface ST-506 anterior, mas geralmente não tinham sentido para ATA - os parâmetros CHS para unidades grandes ATA posteriores geralmente especificavam números impossivelmente altos de cabeçotes ou setores que na verdade não definiam o layout físico interno da unidade.. Desde o início e até o ATA-2, cada usuário tinha que especificar explicitamente o tamanho de cada unidade anexada. A partir do ATA-2, uma "unidade de identificação" foi implementado um comando que pode ser enviado e que retornará todos os parâmetros do drive.

Devido à falta de previsão dos fabricantes de placas-mãe, o BIOS do sistema era frequentemente prejudicado por limitações artificiais de tamanho C/H/S devido ao fato de o fabricante presumir que certos valores nunca excederiam um determinado máximo numérico.

O primeiro desses limites do BIOS ocorria quando as unidades ATA atingiam tamanhos superiores a 504 MiB, porque alguns BIOS da placa-mãe não permitiam valores de C/H/S acima de 1024 cilindros, 16 cabeçotes e 63 setores. Multiplicado por 512 bytes por setor, isso totaliza 528482304 bytes que, divididos por 1048576 bytes por MiB, igual a 504 MiB (528 MB).

A segunda dessas limitações do BIOS ocorreu em 1024 cilindros, 256 cabeçotes e 63 setores, e um problema no MS-DOS limitou o número de cabeçotes a 255. Isso totaliza 8422686720 bytes (8032,5 MiB), comumente referido como a barreira de 8,4 gigabytes. Este é novamente um limite imposto por BIOS x86, e não um limite imposto pela interface ATA.

Por fim, foi determinado que essas limitações de tamanho poderiam ser substituídas por um pequeno programa carregado na inicialização a partir do setor de inicialização de um disco rígido. Alguns fabricantes de discos rígidos, como a Western Digital, começaram a incluir esses utilitários de substituição em discos rígidos grandes para ajudar a superar esses problemas. No entanto, se o computador foi inicializado de alguma outra maneira sem carregar o utilitário especial, as configurações de BIOS inválidas seriam usadas e a unidade poderia ficar inacessível ou parecer danificada para o sistema operacional.

Posteriormente, uma extensão para os serviços de disco do BIOS x86 chamada "Enhanced Disk Drive" (EDD) foi disponibilizado, o que torna possível endereçar unidades de até 2⁶⁴ setores.

Limitações de tamanho da interface

A primeira interface de unidade usava o modo de endereçamento de 22 bits, o que resultava em uma capacidade máxima de unidade de dois gigabytes. Mais tarde, a primeira especificação ATA formalizada usou um modo de endereçamento de 28 bits através do LBA28, permitindo o endereçamento de 2²⁸ (268435456) setores (blocos) de 512 bytes cada, resultando em uma capacidade máxima de 128 GiB (137 GB).

O ATA-6 introduziu o endereçamento de 48 bits, aumentando o limite para 128 PiB (144 PB). Como consequência, qualquer unidade ATA com capacidade superior a cerca de 137 GB deve ser uma unidade ATA-6 ou posterior. Conectar essa unidade a um host com uma interface ATA-5 ou anterior limitará a capacidade utilizável ao máximo da interface.

Alguns sistemas operacionais, incluindo Windows XP pré-SP1 e Windows 2000 pré-SP3, desativam o LBA48 por padrão, exigindo que o usuário execute etapas extras para usar toda a capacidade de uma unidade ATA maior que cerca de 137 gigabytes.

Sistemas operacionais mais antigos, como o Windows 98, não suportam LBA de 48 bits. No entanto, membros do grupo de terceiros MSFN modificaram os drivers de disco do Windows 98 para adicionar suporte não oficial para LBA de 48 bits ao Windows 95 OSR2, Windows 98, Windows 98 SE e Windows ME.

Alguns sistemas operacionais de 16 bits e 32 bits com suporte para LBA48 podem ainda não suportar discos maiores que 2 TiB devido ao uso apenas de aritmética de 32 bits; uma limitação que também se aplica a muitos setores de inicialização.

Primacidade e obsolescência

Parallel ATA (então chamado simplesmente de ATA ou IDE) tornou-se a principal interface de dispositivo de armazenamento para PCs logo após sua introdução. Em alguns sistemas, uma terceira e uma quarta interface de placa-mãe foram fornecidas, permitindo que até oito dispositivos ATA fossem conectados à placa-mãe. Freqüentemente, esses conectores adicionais eram implementados por controladores RAID baratos.

Logo após a introdução do Serial ATA (SATA) em 2003, o uso do Parallel ATA diminuiu. As primeiras placas-mãe com interface SATA embutida geralmente tinham apenas um único conector PATA (para até dois dispositivos PATA), juntamente com vários conectores SATA. Alguns PCs e laptops da época possuem um disco rígido SATA e uma unidade óptica conectada ao PATA.

A partir de 2007, alguns chipsets de PC, por exemplo, o Intel ICH10, removeram o suporte para PATA. Os fornecedores de placas-mãe que ainda desejam oferecer Parallel ATA com esses chipsets devem incluir um chip de interface adicional. Em computadores mais recentes, a interface Parallel ATA raramente é usada mesmo se presente, já que quatro ou mais conectores Serial ATA são geralmente fornecidos na placa-mãe e dispositivos SATA de todos os tipos são comuns.

Com a retirada da Western Digital do mercado PATA, as unidades de disco rígido com a interface PATA não estavam mais em produção após dezembro de 2013 para aplicações que não fossem especializadas.

Interface ATA paralela

Cabos ATA paralelos transferem dados 16 bits por vez. O cabo tradicional usa conectores fêmea de 40 pinos conectados a um cabo plano de 40 ou 80 condutores. Cada cabo tem dois ou três conectores, um dos quais se conecta a um adaptador de host que faz interface com o restante do sistema do computador. Os conectores restantes se conectam a dispositivos de armazenamento, geralmente unidades de disco rígido ou unidades ópticas. Cada conector tem 39 pinos físicos dispostos em duas fileiras, com uma lacuna ou chave no pino 20. Conectores anteriores podem não ter essa lacuna, com todos os 40 pinos disponíveis. Assim, cabos posteriores com a lacuna preenchida são incompatíveis com conectores anteriores, embora cabos anteriores sejam compatíveis com conectores posteriores.

Os cabos ATA redondos paralelos (em oposição aos cabos de fita) foram eventualmente disponibilizados para 'modders de caixas' por razões cosméticas, bem como alegações de resfriamento aprimorado do computador e eram mais fáceis de manusear; no entanto, apenas os cabos de fita são suportados pelas especificações ATA.

Pino 20

No padrão ATA, o pino 20 é definido como uma chave mecânica e não é usado. O soquete desse pino no conector fêmea é frequentemente obstruído, exigindo que o pino 20 seja omitido do cabo macho ou do conector do drive; portanto, é impossível conectá-lo da maneira errada.

No entanto, algumas unidades de memória flash podem usar o pino 20 como VCC_in para alimentar a unidade sem a necessidade de um cabo de alimentação especial; esse recurso só pode ser usado se o equipamento suportar esse uso do pino 20.

Pino 28

O pino 28 do conector cinza (escravo/meio) de um cabo de 80 condutores não está conectado a nenhum condutor do cabo. Ele é conectado normalmente nos conectores preto (extremidade da unidade principal) e azul (extremidade da placa-mãe). Isso ativa a funcionalidade de seleção de cabo.

Pino 34

O pino 34 está conectado ao terra dentro do conector azul de um cabo de 80 condutores, mas não está conectado a nenhum condutor do cabo, permitindo a detecção de tal cabo. Ele é conectado normalmente nos conectores cinza e preto.

Variante de 44 pinos

Um conector PATA variante de 44 pinos é usado para unidades de 2,5 polegadas dentro de laptops. Os pinos estão mais próximos e o conector é fisicamente menor que o conector de 40 pinos. Os pinos extras transportam energia.

Variante de 80 condutores

80 pinos paralelo ATA interface em um disco rígido de 1.8 "

Os cabos ATA tiveram 40 condutores durante a maior parte de sua história (44 condutores para a versão de fator de forma menor usada para unidades de 2,5" - os quatro extras para alimentação), mas uma versão de 80 condutores apareceu com a introdução do modo UDMA/66. Todos os condutores adicionais no novo cabo são aterrados, intercalados com os condutores de sinal para reduzir os efeitos do acoplamento capacitivo entre os condutores de sinal vizinhos, reduzindo o crosstalk. O acoplamento capacitivo é um problema maior em taxas de transferência mais altas, e essa alteração foi necessária para permitir que a taxa de transferência de 66 megabytes por segundo (MB/s) do UDMA4 funcionasse de maneira confiável. Os modos UDMA5 e UDMA6 mais rápidos também requerem cabos de 80 condutores.

Comparação entre cabos ATA: cabo de fita de 40 condutores (top) e cabo de fita de 80 condutores (bottom). Em ambos os casos, um conector fêmea de 40 pinos é usado.

Embora o número de condutores tenha dobrado, o número de pinos do conector e a pinagem permanecem os mesmos dos cabos de 40 condutores, e a aparência externa dos conectores é idêntica. Internamente, os conectores são diferentes; os conectores do cabo de 80 condutores conectam um número maior de condutores de aterramento aos pinos de aterramento, enquanto os conectores do cabo de 40 condutores conectam os condutores de aterramento aos pinos de aterramento um a um. Os cabos de 80 condutores geralmente vêm com três conectores de cores diferentes (azul, preto e cinza para controlador, unidade mestre e unidade escrava, respectivamente) em oposição aos conectores de cabo de 40 condutores de cores uniformes (geralmente todos cinza). O conector cinza nos cabos de 80 condutores tem o pino 28 CSEL não conectado, tornando-o a posição escrava para a seleção de cabos configurados dos inversores.

Diferenças entre conectores

Diferenças entre conectores

A imagem à direita mostra os conectores PATA após a remoção do alívio de tensão, tampa e cabo. O pino um está na parte inferior esquerda dos conectores, o pino 2 está na parte superior esquerda, etc., exceto que a imagem inferior do conector azul mostra a vista do lado oposto e o pino um está na parte superior direita.

O conector é um conector de deslocamento de isolação: cada contato é composto por um par de pontos que juntos perfuram a isolação do cabo plano com tanta precisão que fazem uma conexão com o condutor desejado sem prejudicar a isolação dos condutores vizinhos. A linha central de contatos está toda conectada ao barramento de aterramento comum e anexada aos condutores de números ímpares do cabo. A linha superior de contatos são os soquetes de número par do conector (combinando com os pinos de número par do receptáculo) e conectam-se a todos os outros condutores de número par do cabo. A linha inferior de contatos são os soquetes de numeração ímpar do conector (acoplando com os pinos de numeração ímpar do receptáculo) e anexados aos restantes condutores de numeração par do cabo.

Observe as conexões ao barramento de aterramento comum dos soquetes 2 (canto superior esquerdo), 19 (linha inferior central), 22, 24, 26, 30 e 40 em todos os conectores. Observe também (detalhe ampliado, inferior, olhando do lado oposto do conector) que o soquete 34 do conector azul não entra em contato com nenhum condutor, mas, ao contrário do soquete 34 dos outros dois conectores, ele se conecta ao barramento de aterramento comum. No conector cinza, observe que o soquete 28 está completamente ausente, de modo que o pino 28 do drive conectado ao conector cinza estará aberto. No conector preto, os soquetes 28 e 34 estão completamente normais, de modo que os pinos 28 e 34 do drive fixados no conector preto serão conectados ao cabo. O pino 28 da unidade preta alcança o pino 28 do receptáculo do host, mas não o pino 28 da unidade cinza, enquanto o pino 34 da unidade preta atinge o pino 34 da unidade cinza, mas não o pino 34 do host. Em vez disso, o pino 34 do host é aterrado.

O padrão determina conectores codificados por cores para facilitar a identificação tanto pelo instalador quanto pelo fabricante do cabo. Todos os três conectores são diferentes uns dos outros. O conector azul (host) possui o soquete para o pino 34 conectado ao terra dentro do conector, mas não conectado a nenhum condutor do cabo. Como os antigos cabos de 40 condutores não aterram o pino 34, a presença de uma conexão de aterramento indica que um cabo de 80 condutores está instalado. O condutor do pino 34 é ligado normalmente nos outros tipos e não é aterrado. Instalar o cabo ao contrário (com o conector preto na placa do sistema, o conector azul no dispositivo remoto e o conector cinza no dispositivo central) aterrará o pino 34 do dispositivo remoto e conectará o pino host 34 ao pino 34 do centro dispositivo. O conector central cinza omite a conexão com o pino 28, mas conecta o pino 34 normalmente, enquanto o conector da extremidade preta conecta os pinos 28 e 34 normalmente.

Vários dispositivos em um cabo

Se dois dispositivos estiverem conectados a um único cabo, um deve ser designado como Dispositivo 0 (no passado, comumente designado como mestre) e o outro como Dispositivo 1 (no passado, comumente designado como escravo). Essa distinção é necessária para permitir que ambas as unidades compartilhem o cabo sem conflito. A unidade Device 0 é a unidade que geralmente aparece "primeiro" ao BIOS e/ou sistema operacional do computador. Na maioria dos computadores pessoais, as unidades geralmente são designadas como "C:" para Dispositivo 0 e "D:" para o Dispositivo 1 referindo-se a uma partição primária ativa em cada.

Os termos dispositivo e drive são usados de forma intercambiável na indústria, como em drive mestre ou dispositivo mestre.

O modo que um dispositivo deve usar geralmente é definido por uma configuração de jumper no próprio dispositivo, que deve ser definido manualmente como Dispositivo 0 (Mestre) ou Dispositivo 1 (Escravo). Se houver um único dispositivo em um cabo, ele deve ser configurado como Dispositivo 0. No entanto, algumas unidades de certa era têm uma configuração especial chamada Single para esta configuração (Western Digital, em particular). Além disso, dependendo do hardware e do software disponíveis, uma unidade Single em um cabo geralmente funcionará de maneira confiável, mesmo que configurada como a unidade Dispositivo 1 (mais frequentemente vista onde uma unidade óptica é o único dispositivo na interface ATA secundária).

As palavras primário e secundário geralmente se referem aos dois cabos IDE, que podem ter duas unidades cada (mestre primário, escravo primário, mestre secundário, escravo secundário).

Seleção de cabo

Um modo de drive chamado seleção de cabo foi descrito como opcional no ATA-1 e passou a ser amplamente utilizado com o ATA-5 e posteriores. Uma unidade definida como "seleção de cabo" configura-se automaticamente como Dispositivo 0 ou Dispositivo 1, conforme sua posição no cabo. A seleção do cabo é controlada pelo pino 28. O adaptador host aterra este pino; se um dispositivo perceber que o pino está aterrado, ele se tornará o dispositivo Dispositivo 0 (mestre); se perceber que o pino 28 está aberto, o dispositivo se torna o dispositivo Dispositivo 1 (escravo).

Essa configuração geralmente é escolhida por uma configuração de jumper na unidade chamada "cable select", geralmente marcada como CS, que é separada do Device 0/1 configuração.

Observe que se duas unidades forem configuradas como Dispositivo 0 e Dispositivo 1 manualmente, essa configuração não precisa corresponder à posição delas no cabo. O pino 28 é usado apenas para permitir que as unidades saibam sua posição no cabo; ele não é usado pelo host ao se comunicar com as unidades. Em outras palavras, a configuração mestre/escravo manual usando jumpers nas unidades tem precedência e permite que sejam colocados livremente em qualquer conector do cabo plano.

Com o cabo de 40 condutores, era muito comum implementar a seleção de cabo simplesmente cortando o fio do pino 28 entre os dois conectores do dispositivo; colocando o dispositivo Dispositivo 1 escravo na extremidade do cabo e o Dispositivo 0 mestre no conector do meio. Esse arranjo acabou sendo padronizado em versões posteriores. No entanto, tinha uma desvantagem: se houver apenas um dispositivo mestre em um cabo de 2 unidades, usando o conector do meio, isso resultará em um pedaço de cabo não utilizado, o que é indesejável por conveniência física e razões elétricas. O stub causa reflexões de sinal, particularmente em taxas de transferência mais altas.

Começando com o cabo de 80 condutores definido para uso em ATAPI5/UDMA4, o dispositivo mestre Dispositivo 0 vai na extremidade distante do host de 18 polegadas (460 mm) cabo no conector preto, o Dispositivo 1 escravo vai no conector cinza do meio e o conector azul vai para o host (por exemplo, conector IDE da placa-mãe ou placa IDE). Portanto, se houver apenas um (Device 0) dispositivo em um cabo de dois drives, usando o conector preto, não há nenhum cabo para causar reflexos (o conector não utilizado agora está no meio do fita). Além disso, a seleção de cabo agora é implementada no conector de dispositivo intermediário cinza, geralmente simplesmente omitindo o contato do pino 28 do corpo do conector.

Operações serializadas, sobrepostas e em fila

Os protocolos ATA paralelos até ATA-3 exigem que, uma vez que um comando tenha sido dado em uma interface ATA, ele deve ser concluído antes que qualquer comando subseqüente possa ser dado. As operações nos dispositivos devem ser serializadas—com apenas uma operação em andamento por vez—em relação à interface do host ATA. Um modelo mental útil é que a interface ATA do host está ocupada com a primeira solicitação durante toda a sua duração e, portanto, não pode ser informada sobre outra solicitação até que a primeira seja concluída. A função de serializar solicitações para a interface geralmente é executada por um driver de dispositivo no sistema operacional host.

O ATA-4 e as versões subsequentes da especificação incluíram um "conjunto de recursos sobrepostos" e um "conjunto de recursos em fila" como recursos opcionais, ambos recebendo o nome "Tagged Command Queuing" (TCQ), uma referência a um conjunto de recursos do SCSI que a versão ATA tenta emular. No entanto, o suporte para eles é extremamente raro em produtos ATA paralelos e drivers de dispositivo porque esses conjuntos de recursos foram implementados de forma a manter a compatibilidade do software com sua herança como originalmente uma extensão do barramento ISA. Essa implementação resultou em utilização excessiva da CPU, o que anulou amplamente as vantagens do enfileiramento de comandos. Por outro lado, operações sobrepostas e enfileiradas são comuns em outros barramentos de armazenamento; em particular, a versão SCSI de enfileiramento de comandos marcados não precisava ser compatível com APIs projetadas para ISA, permitindo atingir alto desempenho com baixo overhead em barramentos que suportavam DMA primário como PCI. Isso tem sido visto como uma grande vantagem do SCSI.

O padrão Serial ATA oferece suporte à fila de comandos nativos (NCQ) desde seu primeiro lançamento, mas é um recurso opcional para adaptadores de host e dispositivos de destino. Muitas placas-mãe de PC obsoletas não suportam NCQ, mas as unidades de disco rígido SATA modernas e as unidades de estado sólido SATA geralmente suportam NCQ, o que não é o caso de unidades removíveis (CD/DVD) porque o conjunto de comandos ATAPI usado para controlá-los proíbe operações em fila.

Dois dispositivos em um cabo—impacto de velocidade

Há muitos debates sobre o quanto um dispositivo lento pode afetar o desempenho de um dispositivo mais rápido no mesmo cabo. Há um efeito, mas o debate é confundido pelo embaçamento de duas causas bastante diferentes, chamadas aqui de "Velocidade mais baixa" e "Uma operação por vez".

"Velocidade mais baixa"

Nos primeiros adaptadores de host ATA, ambos os dispositivos' as transferências de dados podem ser limitadas à velocidade do dispositivo mais lento, se dois dispositivos com capacidades de velocidade diferentes estiverem no mesmo cabo.

Para todos os adaptadores de host ATA modernos, isso não é verdade, pois os adaptadores de host ATA modernos suportam temporização de dispositivo independente. Isso permite que cada dispositivo no cabo transfira dados em sua melhor velocidade. Mesmo com adaptadores anteriores sem temporização independente, esse efeito se aplica apenas à fase de transferência de dados de uma operação de leitura ou gravação.

"Uma operação de cada vez"

Isso é causado pela omissão de conjuntos de recursos sobrepostos e enfileirados da maioria dos produtos ATA paralelos. Somente um dispositivo em um cabo pode executar uma operação de leitura ou gravação por vez; portanto, um dispositivo rápido no mesmo cabo que um dispositivo lento sob uso intenso descobrirá que precisa esperar que o dispositivo lento conclua sua tarefa primeiro.

No entanto, a maioria dos dispositivos modernos relatará as operações de gravação como concluídas assim que os dados forem armazenados em sua memória cache integrada, antes que os dados sejam gravados no armazenamento magnético (lento). Isso permite que os comandos sejam enviados para o outro dispositivo no cabo, reduzindo o impacto de "uma operação por vez" limite.

O impacto disso no desempenho de um sistema depende do aplicativo. Por exemplo, ao copiar dados de uma unidade óptica para um disco rígido (como durante a instalação do software), esse efeito provavelmente não importará. Tais trabalhos são necessariamente limitados pela velocidade da unidade óptica, não importa onde ela esteja. Mas se também se espera que o disco rígido em questão forneça um bom rendimento para outras tarefas ao mesmo tempo, provavelmente não deve estar no mesmo cabo que a unidade óptica.

Senhas e segurança do HDD

Os dispositivos ATA podem oferecer suporte a um recurso de segurança opcional que é definido em uma especificação ATA e, portanto, não é específico de nenhuma marca ou dispositivo. O recurso de segurança pode ser ativado e desativado enviando comandos ATA especiais para a unidade. Se um dispositivo estiver bloqueado, ele recusará todo o acesso até que seja desbloqueado.

Um dispositivo pode ter duas senhas: uma senha de usuário e uma senha mestre; um ou ambos podem ser definidos. Existe um recurso identificador de Senha Mestra que, se suportado e usado, pode identificar a Senha Mestra atual (sem divulgá-la).

Um dispositivo pode ser bloqueado em dois modos: modo de alta segurança ou modo de segurança máxima. O bit 8 na palavra 128 da resposta IDENTIFY mostra em qual modo o disco está: 0 = Alto, 1 = Máximo.

No modo de alta segurança, o dispositivo pode ser desbloqueado com a senha de usuário ou mestre, usando a opção "SEGURANÇA DESBLOQUEAR DISPOSITIVO" comando ATA. Há um limite de tentativas, normalmente definido como 5, após o qual o disco deve ser desligado e reiniciado antes que o desbloqueio possa ser tentado novamente. Também no modo de alta segurança, o comando SECURITY ERASE UNIT pode ser usado com a senha de usuário ou mestre.

No modo de segurança máxima, o dispositivo pode ser desbloqueado apenas com a senha do usuário. Se a senha do usuário não estiver disponível, a única maneira restante de obter pelo menos o hardware simples de volta a um estado utilizável é emitir o comando SECURITY ERASE PREPARE, seguido imediatamente por SECURITY ERASE UNIT. No modo de segurança máxima, o comando SECURITY ERASE UNIT requer a senha mestre e apagará completamente todos os dados do disco. A palavra 89 na resposta IDENTIFY indica quanto tempo a operação levará.

Embora o bloqueio do ATA seja impossível de derrotar sem uma senha válida, existem soluções alternativas para desbloquear um dispositivo.

Dispositivos ATA paralelos externos

Adaptador PATA para USB. Ele é montado na parte traseira de uma unidade óptica DVD-RW dentro de um caso externo

Devido a uma especificação de comprimento de cabo curto e problemas de blindagem, é extremamente incomum encontrar dispositivos PATA externos que usam PATA diretamente para conexão a um computador. Um dispositivo conectado externamente precisa de comprimento de cabo adicional para formar uma curva em forma de U para que o dispositivo externo possa ser colocado ao lado ou em cima do gabinete do computador, e o comprimento padrão do cabo é muito curto para permitir isso. Para facilitar o acesso da placa-mãe ao dispositivo, os conectores tendem a ser posicionados na borda frontal das placas-mãe, para conexão a dispositivos salientes na parte frontal do gabinete do computador. Esta posição frontal torna a extensão da parte traseira para um dispositivo externo ainda mais difícil. Os cabos de fita são mal blindados e o padrão depende de o cabeamento ser instalado dentro de um gabinete de computador blindado para atender aos limites de emissões de RF.

As unidades de disco rígido externas ou as unidades de disco óptico que possuem uma interface PATA interna usam alguma outra tecnologia de interface para reduzir a distância entre o dispositivo externo e o computador. USB é a interface externa mais comum, seguida por Firewire. Um chip de ponte dentro dos dispositivos externos converte da interface USB para PATA e normalmente suporta apenas um único dispositivo externo sem seleção de cabo ou mestre/escravo.

Interface Compact Flash

Flash compacto é uma interface ATA em miniatura, ligeiramente modificado para ser capaz de também fornecer energia para o dispositivo CF.

Compact Flash em seu modo IDE é essencialmente uma interface ATA miniaturizada, destinada ao uso em dispositivos que usam armazenamento em memória flash. Não são necessários chips ou circuitos de interface, exceto para adaptar diretamente o soquete CF menor ao conector ATA maior. (Embora a maioria dos cartões CF suporte apenas o modo IDE até PIO4, tornando-os muito mais lentos no modo IDE do que a velocidade compatível com CF)

A especificação do conector ATA não inclui pinos para fornecer energia a um dispositivo CF, portanto, a energia é inserida no conector a partir de uma fonte separada. A exceção a isso é quando o dispositivo CF está conectado a um barramento ATA de 44 pinos projetado para unidades de disco rígido de 2,5 polegadas, comumente encontradas em notebooks, pois essa implementação de barramento deve fornecer energia a uma unidade de disco rígido padrão.

Os dispositivos CF podem ser designados como dispositivos 0 ou 1 em uma interface ATA, embora, como a maioria dos dispositivos CF oferece apenas um único soquete, não é necessário oferecer essa seleção aos usuários finais. Embora CF possa ser hot-pluggable com métodos de design adicionais, por padrão, quando conectado diretamente a uma interface ATA, não se destina a ser hot-pluggable.

Versões de padrões ATA, taxas de transferência e recursos

A tabela a seguir mostra os nomes das versões dos padrões ATA e os modos e taxas de transferência suportados por cada um. Observe que a taxa de transferência para cada modo (por exemplo, 66,7 MB/s para UDMA4, comumente chamada de "Ultra-DMA 66", definida por ATA-5) fornece sua taxa de transferência teórica máxima no cabo. Isso é simplesmente dois bytes multiplicados pela taxa de clock efetiva e presume que cada ciclo de clock é usado para transferir dados do usuário final. Na prática, é claro, a sobrecarga do protocolo reduz esse valor.

O congestionamento no barramento do host ao qual o adaptador ATA está conectado também pode limitar a taxa máxima de transferência em rajada. Por exemplo, a taxa máxima de transferência de dados para o barramento PCI convencional é de 133 MB/s, e isso é compartilhado entre todos os dispositivos ativos no barramento.

Além disso, não existiam discos rígidos ATA em 2005 capazes de medir taxas de transferência sustentadas acima de 80 MB/s. Além disso, os testes de taxa de transferência sustentada não fornecem expectativas realistas de taxa de transferência para a maioria das cargas de trabalho: eles usam cargas de E/S especificamente projetadas para encontrar quase nenhum atraso de tempo de busca ou latência rotacional. O desempenho do disco rígido na maioria das cargas de trabalho é limitado primeiro e segundo por esses dois fatores; a taxa de transferência no barramento é um distante terceiro lugar em importância. Portanto, os limites de velocidade de transferência acima de 66 MB/s realmente afetam o desempenho apenas quando o disco rígido pode atender a todas as solicitações de E/S lendo de seu cache interno - uma situação muito incomum, especialmente considerando que esses dados geralmente já estão armazenados em buffer pelo sistema operacional.

A partir de julho de 2021, as unidades de disco rígido mecânicas podem transferir dados a até 524 MB/s, o que está muito além dos recursos da especificação PATA/133. As unidades de estado sólido de alto desempenho podem transferir dados em até 7.000–7.500 MB/s.

Somente os modos Ultra DMA usam CRC para detectar erros na transferência de dados entre o controlador e a unidade. Este é um CRC de 16 bits e é usado apenas para blocos de dados. A transmissão de blocos de comando e status não usa os métodos de sinalização rápida que necessitariam de CRC. Para comparação, no Serial ATA, o CRC de 32 bits é usado para comandos e dados.

Recursos introduzidos com cada revisão ATA

Velocidade dos modos de transferência definidos

Padrões, recursos e propostas relacionados

Dispositivo de mídia removível ATAPI (ARMD)

Dispositivos ATAPI com mídia removível, exceto unidades de CD e DVD, são classificados como ARMD (ATAPI Removable Media Device) e podem aparecer como um super-disquete (mídia não particionada) ou um disco rígido (mídia particionada) para o sistema operacional. Eles podem ser suportados como dispositivos inicializáveis por um BIOS em conformidade com a Especificação de BIOS de dispositivo de mídia removível ATAPI, originalmente desenvolvida pela Compaq Computer Corporation e Phoenix Technologies. Ele especifica provisões no BIOS de um computador pessoal para permitir que o computador seja inicializado a partir de dispositivos como unidades Zip, unidades Jaz, unidades SuperDisk (LS-120) e dispositivos semelhantes.

Esses dispositivos têm mídia removível, como unidades de disquete, mas capacidades mais compatíveis com discos rígidos e requisitos de programação diferentes de ambos. Devido a limitações na interface do controlador de disquete, a maioria desses dispositivos eram dispositivos ATAPI, conectados a uma das interfaces ATA do computador host, semelhante a um disco rígido ou dispositivo de CD-ROM. No entanto, os padrões de BIOS existentes não suportavam esses dispositivos. Um BIOS compatível com ARMD permite que esses dispositivos sejam inicializados e usados no sistema operacional sem a necessidade de código específico do dispositivo no sistema operacional.

Um BIOS implementando ARMD permite que o usuário inclua dispositivos ARMD na ordem de pesquisa de inicialização. Normalmente, um dispositivo ARMD é configurado mais cedo na ordem de inicialização do que o disco rígido. Da mesma forma que uma unidade de disquete, se a mídia inicializável estiver presente na unidade ARMD, o BIOS inicializará a partir dela; caso contrário, o BIOS continuará na ordem de pesquisa, geralmente com o disco rígido por último.

Existem duas variantes de ARMD, ARMD-FDD e ARMD-HDD. Originalmente, o ARMD fazia com que os dispositivos aparecessem como uma espécie de unidade de disquete muito grande, seja o dispositivo de unidade de disquete primário 00h ou o dispositivo secundário 01h. Alguns sistemas operacionais exigiam alterações de código para oferecer suporte a disquetes com capacidades muito maiores do que qualquer unidade de disquete padrão. Além disso, a emulação de unidade de disquete padrão provou ser inadequada para certas unidades de disquete de alta capacidade, como as unidades Iomega Zip. Mais tarde, a variante ARMD-HDD, ARMD-"dispositivo de disco rígido", foi desenvolvida para resolver esses problemas. Em ARMD-HDD, um dispositivo ARMD aparece no BIOS e no sistema operacional como um disco rígido.

ATA sobre Ethernet

Em agosto de 2004, Sam Hopkins e Brantley Coile da Coraid especificaram um protocolo leve ATA sobre Ethernet para transportar comandos ATA sobre Ethernet em vez de conectá-los diretamente a um adaptador de host PATA. Isso permitiu que o protocolo de bloco estabelecido fosse reutilizado em aplicativos de rede de área de armazenamento (SAN).