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ATA

Autor: Martin Puaschitz (onestone)
Datum: 01-01-2002, 21:48:32
Referenzen: http://www.glossar.de/
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Abkürzung für "Advanced Technology Attachments". Die Advanced Technology Attachments sind amerikanische Industriestandards. Sie beschreiben das Signalverhalten und das Protokoll für das IDE-Bussystem. Der ATA-Standard regelt damit also die Kommunikation zwischen PCs und Speichergeräten.

Der Datentransfer zwischen Peripherie und Hauptspeicher kann entweder von der CPU oder mit dem sogenannten Bus Mastering ausgeführt werden. Bus Mastering ist das effektivere Verfahren, weil durch direkten Speicherzugriff (Direct Memory Access: DMA) die CPU entlastet wird.

Für den Datentransfer gibt es zwei Protokolltypen:

Einerseits gibt es die Programmed Input/Output-Modi (PIO Mode 0 bis 4), die im höchsten PIO Mode zwar eine maximale Datentransferrate von 16,6 MByte pro Sekunde ermöglichen, jedoch die CPU-Belastung außerordentlich erhöhen. Wesentlich effektiver arbeiten dagegen die neueren DMA-Modi. Ultra-DMA 2 erlaubt beispielsweise eine Übertragungsrate bis zu 33 MByte pro Sekunde. Aufgrund der historischen Entwicklung werden mehrere ATA-Versionen unterschieden:

1981 beherrschte ATA(-1 ) die gleichzeitige Ansteuerung von bis zu zwei Festplatten mit einer maximalen Übertragungsrate von 4 MByte/s. ATA-1 machte keinen Unterschied zwischen Daten- und Steuerleitungen und arbeitete asynchron ein Kommando nach dem anderen ab. Über 13 Jahre zogen ins Land, bis der ATA-1-Standard von ATA-2 abgelöst wurde. Eines der Hauptmerkmale von ATA-2 war der sogenannte Synchronous Transfer: Daten- und Steuersignale konnten damit synchron übertragen werden, die Leistungsfähigkeit der Schnittstelle kletterte durch die Einführung von neuen Übertragungsmodi wie PIO Mode 4 und DMA Mode 2 auf bis zu 16,6 MByte/s.

Bei PIO und DMA handelt es sich übrigens um sogenannte Busmaster-Modi, die speziell vom Betriebssystem (und BIOS) unterstützt werden müssen, will man in den Genuß des höheren Datendurchsatzes kommen. Bereits zwei Jahre (1996) nach der Einführung von ATA-2 wurde der ATA-3-Standard vorgestellt, der um die Sicherheitsfunktionen S.M.A.R.T. und den sogenannten Secure Mode um zwei Funktionen zur Vorbeugung und Sicherung gegen Plattenausfälle erweitert wurde - die Performance und Übertragungsmodi von ATA 3 entsprechen denen von ATA-2. Die Einführung von ATA 4 1997 verbessertet deutlich das Handling für Steuersignale. ATA-4 erkennt auch Nicht-Festplatten wie CD-ROM-Laufwerke oder -Brenner bereits beim Booten ohne speziellen Treiber. Mit der Einführung eines neuen Busmaster-Modus namens Ultra-DMA 2 erhöht sich die maximale Datentransferrate von 16,6 MByte/s auf 33,3 MByte/s. ATA-4 unterstützt abwärtskompatibel auch die alten Modi PIO und DMA.

1999 wurde der ATA-5 Modus eingeführt. Das Protokoll wurde um den Ultra-DMA-4-Modus erweitert, der eine maximale Übertragungsgeschwindigkeit von 66,6 MByte/s erlaubt - damit steht ATA-5 deutlich über Ultra- und sogar Ultra-Wide-SCSI, die maximale Übertragungsraten von 20 respektive 40 MByte/s bieten. Um auch das bessere Signalhandling von SCSI zu kompensieren, wird im ATA-5-Standard durch den Einsatz eines neuen Kabels von einer höheren Zuverlässigkeit (Data Reliability) gesprochen. Zwar basiert das Kabel immer noch auf 40 Leitungen, allerdings befinden sich 40 zusätzliche Leitungen mit Masseanschluß zwischen diesen Adern. Diese Methode wurde gewählt, um elektromagnetische Interferenzen (EMI), die zu Übertragungsfehlern führen können, möglichst auszuschließen. Alle reinen ATA-5-Geräte sollten über ein solches spezielles Kabel betrieben werden.

Die Serial ATA Working Group hat Ende 2000 die erste Spezifikation 1.0 für den kommenden Schnittstellenstandard für Speicherlaufwerke vorgestellt. "Serial ATA" wird gemeinsam von APT, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum und Seagate entwickelt und soll Laufwerke wie Festplatten, DVD- und CD-RW-Geräte mit dem Mainboard eines PC verbinden. Die Working Group erwartet, dass Serial ATA den alten Standard "Parallel ATA" bis Mitte 2002 ersetzt haben wird. Serial ATA soll vor allem den Datentransfer deutlich erhöhen. Die Bandbreite von "SATA/1500" wird mit 1,5 Gigabit je Sekunde angegeben. Die Technologie soll bis auf das Vierfache dieser Bandbreite skalierbar sein. Außerdem soll mit Serial ATA die Verbindung zwischen Laufwerken und weniger komplex ausfallen als bei Parallel ATA. Das Upgrade von Komponenten wird laut der Working Group wesentlich einfacher sein, als da bislang der Fall war.




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