IDE technológiák

IDE: a kezdetek

Az első merevlemezeken nem volt ilyen interfész. Ezek a meghajtók még közvetlenül csatlakoztak az ISA-foglalatot használó vezérlőkártyákba. Nem telt bele sok idő, s ezt az igen kevéssé praktikus megoldást felváltotta egy másik: a vezérlő a meghajtók aljára került, ám a host adapter továbbra is egy ISA-buszos kártyán maradt. Ma a host adaptert már közvetlenül az alaplapra integrálják, ám a host tulajdonképpen csak a csatlakozót jelenti, hisz a vezérlőelektronika valójában a merevlemez alján helyezkedik el. Az éppen aktuális protokolltól függetlenül az IDE-interfész mindig 16 bites volt. A modern alaplapok zömén két IDE-csatorna van, amelyek mindegyike 2-2 egységet képes kezelni. A 3,5”-es meghajtók megjelenésekor a szabvány villámgyorsan elterjedt. Az interfész – s így a szabvány – neve eredetileg „PC AT” lett volna, ám annak érdekében, hogy ne lehessen összekeverni más bejegyzett elnevezésekkel, inkább a még ma is használt ATA („Advanced Technology Attachment”) nevet kapta. Mindazonáltal nem csak az elnevezés volt zavaros eleinte, de hónapokig nem volt egységes és elfogadott specifikáció sem. Ezért történhetett meg az, hogy egy gyártó termékei néha nem voltak hajlandóak együtt működni egy másikéval, s így az adott IDE-csatorna második (slave) egységének kiválasztása nem volt problémamenetes.
Az ATA-szabvány nem-merevlemezekre (pl. ZIP-, vagy CD-ROM meghajtókra) kiterjesztett változata az ATAPI (ATA Packet Interface) lett. A szabvány kibővítése azért volt szükséges, mert az ATA-át kizárólag merevlemezekhez találták ki.

ATA szabványok röviden:

ATA-1:
Ez valamennyi IDE-szabvány őse, 1994-től. Ez a szabvány még csak egyetlen csatornát támogat, amelyre 2 egység (egy master és egy slave) csatlakoztatható. Támogatta a PIO 0, 1, 2 (Programmed I/0), a DMA 0, 1 , 2 (Direct Memory Access) és a Multiword-DMA 0 üzemmódokat. Koránál fogva az ATA-1 még képtelen volt a CD-ROM-ok kezelésére – ez majd csak az ATAPI (az ATA-4-től kezdődően) megjelenésével válik lehetővé. Mindemellett az ATA-1 nem ismerte a teljesítménynövelő „block”, illetve „logical block addressing” (LBA = logikai blokkcímzés) üzemmódokat sem, s így a merevlemez maximális kapacitása mindössze 528 MB -Nem mosolyogni, akkoriban ez hatalmasnak számított- volt.

ATA-2:
A merevlemezgyártók úgy vélték, hogy a fejlődés nem elég gyors, s így inkább a saját kezükbe vették a gyeplőt - Seagate (Fast-ATA) illetve Western Digital (Enhanced IDE). 1996-ban az ANSI elfogadta az ATA-2-őt „ATA-interfész bővítésekkel”, amely az alábbi újdonságokat tartalmazta:
PIO 3 és 4 támogatás, Multiword DMA 1 és 2 támogatás és az ATA-2 már ismerte a „block transfer” (blokk-átvitel) és a Logical Block Addressing (LBA) eljárásokat is. További újítás volt a meghajtók egyszerűbb felismerését célzó módosítás is, amely lehetővé tette, hogy a BIOS önállóan érzékelje, felismerje és elsőre beállíthassa a meghajtók paramétereit. Ezután az egyes cégek interfészei már csak a marketingosztályok által kiagyalt elnevezésekben különböztek.

ATA-3:

Ez a szabvány 1997-ben jelent meg, s relatíve kevés újítást tartalmazott. A módosítások zöme a gyors adatátviteli módokat (Multiword DMA 2 és PIO 4) tette megbízhatóbbá, mivel a hagyományos 40-eres IDE-kábel sok hiba forrása volt. Ez a szabvány tartalmazta az első aktív megbízhatóság-növelő megoldást is: 1998 óta a SMART (Self-Monitoring Analysis And Reporting Technology = Önellenőrző értékelő és hibajelentő technológia) technológia valamennyi merevlemez számára lehetővé teszi, hogy felfedezze saját meghibásodásait, s azokról tájékoztassa a BIOS-t.
Az ATA-3 szabvány nem terjedt el túlzottan, mivel nem nyújtott új, gyorsabb adatátviteli megoldásokat. Sok gyártó a nélkül alkalmazta a SMART technológiát, hogy termékei ténylegesen ATA-3-kompatibilisek lettek volna. Így nem csoda, hogy kompatibilitási problémák merültek fel.

ATA/ ATAPI-4:
1998-ban az ANSI az ATAPI szabványt is belefoglalta az ATA-4-es változatába, így lehetővé vált a CD-ROM-ok, s számos más adathordozó használata ezen a csatolófelületen. További változás volt az UltraDMA 0, 1 és 2 üzemmódok megjelenése, valamint a 80-eres IDE-kábelek ajánlott használata, amelyek jelentősen hozzájárultak a megbízhatóság növekedéséhez. A gyorsabb üzemmódok (ATA-4) használata elkerülhetetlenné tette a jobb-minőségű kábelek használatát.
Az adatok integritásának megőrzése érdekében a szabványban a CRC-technológia (Cyclical Redundancy Checking = ciklikus redundancia-vizsgálat) is bekerült, sőt új parancsokat is definiáltak – s így lehetővé vált az ún. Command Queuing (a parancsok sorba rendezése) és a parancsátfedés (command overlapping) is. Az UltraDMA 2-es üzemmódját – maximális adatátviteli sebessége miatt – hamar UltraDMA/33 néven emlegették. A 0-s és az 1-es üzemmódot a gyártók soha nem használták.

ATA/ ATAPI-5:
Az ATA-5 2000-ben került bejegyzésre. Az újdonságok között az UltraDMA 3 és 4 volt a legérdekesebb. A maximális adatátviteli sebesség 44, illetve 66 MB/s-ra való növeléséhez már elengedhetetlen volt a 80-eres IDE kábel.
Az ATA-5-ből már kihagytak bizonyos idejétmúlt parancsokat, míg másokat az új teljesítményszint szükségleteihez igazítottak.

ATA/ ATAPI-6:
A jelenleg legelterjedtebb ATA-szabvány magába foglalja az UltraDMA 5-öt, valamint az LBA üzemmód 28 bitről 48 bitre történő növelését (a 28 bites változat maximum 137 GB-os meghajtókat tudott kezelni). További újítás volt a zajmenedzsment is. E technológia révén a merevlemezek sebessége szoftveresen csökkenthető, s ezáltal az általuk kibocsátott zaj is mérsékelhető. Az ergonómia most először kapott hangsúlyt a szabvány kialakításakor. Az audio-, és videó jelfolyamok (stream) gyorsabb feldolgozását célzó parancsok hivatalos integrálása folyamatban van.

ATA7:
A Maxtor háziszabványa, de mára már minden merevlemezgyártó használja.



PIO módok áttekintése:
(Ciklusidő=elérési idő)



DMA módok áttekintése:



UltraDMA módok áttekintése:



A merevlemezek belső észlelő- és jelzőrendszere: A S.M.A.R.T.:
A SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology = Önellenőrző értékelő és hibajelentő technológia) folyamatosan információkat gyűjt a merevlemezekbe épített számos érzékelőtől. Általában a működési hiba két változatát különböztetjük meg: előre látható és váratlan hibák. Az utóbbi egyszerűen csak bekövetkezik, s többnyire semmit nem tehetünk a megelőzése érdekében (példa: a chip váratlan meghibásodása). Az előre látható hibára jó példa lehet a lemeztányérokat mozgató motor meghibásodása. A motor csapágyhőmérséklet, vagy a felpörgési idő folyamatos figyelése révén napokkal, sőt néha hetekkel előre jelezhető a meghibásodás – ilyen esetben a SMART a bootfolyamat közben hangjelzést ad. Elvileg ilyen esetekben a felhasználónak elég ideje van arra, hogy a fontos adatokat átmentse egy másik adathordozóra.

A SMART a következő dolgokat figyeli (általánosságban):

Áthelyezett (remapped) szektorok száma:
Az áthelyezés akkor történik, ha várható, hogy az adott szektor hamarosan meghibásodik. Ilyen esetekre létezik néhány tartalék szektor, amelyek képesek a kiesett tárterület pótlására. Hátrány: az eljárás némi teljesítménycsökkenéssel jár.

Max. Fejtávolság:
Milyen messze van az író/olvasó fej a felülettől. Ha a távolság túl kicsi, a fej megsérülhet.

ECC hibák száma:
A létező, illetve kijavított bithibák számát jegyzi fel a rendszer. A hibák számának növekedése lappangó hibára utal.

Hőmérséklet:
A meghajtó hőmérsékletének emelkedése a forgatómotor esetleges hibájára utal.

Adatátvitel:
Az adatátvitel váratlan, hirtelen csökkenése is utalhat hibára.

A meghajtó SMART-státuszát legtöbbször anélkül is ellenőrizhetjük, hogy az alaplapunk támogatná a SMART-ot. Erre a célra a gyártók saját programokat készítettek, ám a Norton Utilities és az ahhoz hasonló programok is jó szolgálatot tehetnek.
Javaslatunk: ha a BIOS, vagy egy diagnosztikai program SMART-hibaüzenetet küld, mielőbb függesszük fel az adott meghajtó használatát és lépjünk kapcsolatba egy szakszervízzel. Ha a meghajtó még garanciális, ilyen esetekben akadékoskodás nélkül ki szokták cserélni.

A megfelelő kábel kiválasztása elengedhetetlen a stabil, és megfelelő teljesítmény eléréséhez.
Az UltraDMA/66-os és UltraDMA/100-as meghajtókhoz elengedhetetlen a 80-eres IDE-kábel. Bár közvetlenül csupán 40 eret használnak ki (a csatlakozó még mindig 40-tűs), a másik 40 ér a hibamentes működést biztosítja (árnyékolás).
A hengeres kábelek vásárlása jó befektetés, ugyanis ezek sokkal kevésbé zavarják a számítógépház szellőzését, s a belső elrendezés is sokkal kevésbé kusza, ami akkor jön jól, ha számítógépünket átlátszó oldalfallal is elláttuk.

Csatlakoztatás és konfigurálás:

Csatornánként van egy master és egy slave egység. A beállítást a meghajtók hátoldalán található jumperek segítségével végezhetjük el, a mai meghajtókon már elég egyértelmű útmutató alapján. Míg a 40-eres kábelek esetén mindegy, hogy melyik csatlakozót melyik egységbe dugjuk, a 80-eres kábelekre ez már nem érvényes. A csatlakozók színkódosak: a kék csatlakozó való az alaplapi vezérlőbe, s a fekete, illetve a szürke kerül a meghajtókba. Bár elvileg mindegy, hogy melyik csatlakozóra dugjuk a mastert, s melyikre a slave-et, ám ha csupán egy-egységet csatlakoztatunk egy csatornára, inkább a külső csatlakozót használjuk, mert így elkerülhetjük az esetleges jelvisszaverődést. Az IDE-egység csatlakoztatásakor azonban általában elég, ha a józan eszünkre hallgatunk. Például jobb, ha elkerüljük a régi CD-ROM, új merevlemez párosítást. Néhány vezérlő esetében még ma sem zárható ki a nagyon eltérő protokollok és átviteli kapacitások miatt bekövetkező teljesítménycsökkenés.

Kevesen ismerik, illetve használják a RAID-et. De lássuk pontosan mire is való/használható:
A füzér kialakítása a RAID-vezérlő BIOS-ában történik, ugyanis itt választhatjuk ki, hogy a rendszer meghajtói közül melyiket kívánjuk a füzér részévé tenni. A vezérlőtől, az adategységek méretétől és az összes kapacitástól függően az inicializálás több órába is beletelhet. Az adategységek méretének kiválasztása különös figyelmet érdemel. Nagy méretű egységek (blocks) használatával maximalizálható az adatátvitel sebessége, ám ez esetben a kis (az egység méreténél kisebb) fájlok rengeteg helyet fognak feleslegesen lekötni. Egy 64 KB-os blokk mindig 64 KB-ot fog elfoglalni; akkor is, ha a benne ténylegesen tárolt információ ennek csupán a töredéke.
Az operációs rendszer betöltése után jöhet a füzér formázása. A Windows gyorsformázás opciójával igen gyorsan végezhetünk, míg a teljes értéku formázás elég sokáig is eltarthat, hisz ezzel a módszerrel minden egyes szektort külön formáz a rendszer. A rendszer újraindítása után a Windows új meghajtóként fogja felismerni a RAID-füzért, s ugyanúgy kezeli majd, mint egy önálló merevlemezt.

RAID üzemmódok:

RAID 0: Striping (adatsávok):
A 0-ás üzemmód szorosan véve nem tekinthető igazi RAID üzemmódnak, mivel ez esetben szó sincs redundáns adattárolásról. Ennek köszönhetően a RAID 0 nem növeli az adattárolás biztonságát – épp ellenkezőleg. A RAID 0 felosztja az adatokat a meghajtók közt – ezt a megoldást stripe (sávos) üzemmódnak is nevezik. Az egész leginkább egy zipzárhoz hasonlít. A módszer előnyei könnyen beláthatóak: mivel az adatfolyam több meghajtón oszlik el, az adatátviteli sebesség az összekapcsolt meghajtók számának függvényében többszöröződik. Az adatátviteli sebesség felső határát a csatornák képességei (UltraATA/133 esetében csatornánként max. 133 MB/s), illetve a PCI-busz maximális áteresztőképessége (66 MHz-es / 32-bites PCI esetében 266 MB/s) határozza meg. A gyakorlatban sajnos a RAID 0 által elérhető komoly teljesítménynövekedésnek ára is van – mégpedig a módszer korlátozott hibatűrése. E megoldás használatakor nem elég, ha az egyik meghajtó hibátlan, valamennyinek tökéletesen hibamentesen kell működnie. Ha csak az egyik lemez is felmondja a szolgálatot, a füzéren tárolt adatok elvesznek.

RAID 1: Mirroring (tükrözés):
A RAID 1 a 0-ás üzemmód tökéletes ellentéte. Célja nem a teljesítmény, hanem az adatbiztonság növelése, s ezt az adatok másik lemezre történő tükrözésével éri el. Mivel minden adatolvasás, illetve írás szimultán, egyszerre két, vagy több lemezről lemezre történik, így állandóan tökéletesen friss másolatok állnak rendelkezésre az elsődleges meghajtó meghibásodása esetén is.

RAID 2: Striping (adatsávok):

Ez a megoldás hasonló elven alapul, mint a RAID 0, ám itt a sávok nem blokkokon alapulnak, hanem biteken. A RAID 2 esetében valamennyi adatműveletet ECC (Error Correcting Code = hibajavító kód) adatok kísérnek. Természetesen az így kialakuló új információ tárolásához egy külön merevlemez szükséges. A tökéletes adatbiztonság eléréséhez minden 10 adatlemezhez 4 ECC lemez kell. A következő szint 32 adatlemez és 7 ECC lemez lenne. Ez elég egyértelműen megmagyarázza, hogy miért nem terjedt el a RAID 2.
Mindezek tetejébe még a teljesítmény sem mondható közepesnél jobbnak, hisz a biteken alapuló sávokat nem lehet szimultán elérni. Minél több adatelérés szükséges, s minél kisebb méretűek az egyes adatok, annál gyengébb a RAID 2 sebessége.

RAID 3: Data Striping, Dedicated Parity (adatsávok, dedikált paritás):
A rendszer bájtonként osztja sávokra az adatokat, miközben egy külön meghajtón kerülnek elhelyezésre a paritásadatok. Pontosan ez azonban a RAID 3 hátránya, hisz a paritásadatokat tartalmazó meghajtót minden egyes adatelérésnél használni kell. Ennek köszönhetően a sávos felosztás által elérhető gyorsulás egy része rögtön elveszett. A RAID 3-hoz minimum 3 meghajtó kell.
Ezt a megoldást csak a komolyabb vezérlők támogatják, így a 4-es és 5-ös üzemmódhoz hasonlóan nem számít tömegpiaci megoldásnak.

RAID 4: Data Striping, Dedicated Parity (adatsávok, dedikált paritás):
A 4-es üzemmód sokban hasonlít a 3-asra, ám ez esetben a sávok nem a bájtok alapján, hanem blokkonként szerveződnek. Elméletileg ez felgyorsítja a műveleteket, ám a paritásadatokat tároló meghajtó még mindig szűk keresztmetszetet jelent.

RAID 5: Distributed Data, Distributed Parity (megosztott adatok, megosztott paritás):
A RAID 5 számít a legjobb kompromisszumnak a teljesítmény és az adatbiztonság között. Ez esetben nem csak az adatok, hanem a paritásinformáció is megosztott; mindennek következtében a RAID 5 alig lassabb, mint a RAID 3. Mindazonáltal az adatbiztonság nem tökéletes, hisz a rendszer csak 1 meghajtó hibáját képes elviselni. A RAID 5 használatához legalább 3 merevlemez szükséges.

RAID 6: Distributed Data, Distributed Parity (megosztott adatok, megosztott paritás):
A RAID 6 tulajdonképpen ugyanaz, mint a RAID 5 – azzal a különbséggel, hogy ez esetben kétszer annyi paritásinformáció van. Mindez némileg csökkenti a sebességet, ám lehetővé teszi, hogy a rendszer 2 meghajtó hibáját is átvészelje. A RAID 6-hoz minimum 5 meghajtó szükséges.

Remélem, mindenkinek tudtam segíteni eme cikkemmel abban, hogy jobban átláthassa, megértse, vagy megismerhesse a merevlemezek csatolófelületeit, és azok változatait.

Vásárlási tanácsként csak azt tudom javasolni, hogy a Ft/MB/X év garancia viszonyait tartsa szem előtt, és ne mindig a minél nagyobb méretet. A vásárlásnál esetleg szóba kerülhet a merevlemezhűtő. Ez nem árt, de mindenképpen szükség van rá, ha sok merevlemezt zsúfolunk egy gépbe, vagy műanyag távtartókkal rögzítjük a gépbe (5,1/4 ről 3,5 re alakítás). Ha mobile-rack-be rakjuk a merevlemezt, akkor gondoskodni kell megfelelő házhűtésről is, valamint a 7200 as fordulatszámú merevlemezeknél ajánlatos 2 vagy 3 ventilátorral ellátott rack-et használni/vásárolni.

Gondolom, egy páran hiányolták cikkemből a Serial-ATA leírást. Ennek oka, hogy a következő cikkemben fogom bemutatni a Serial-ATA-s optikai meghajtókkal együtt.