Rozhraní ATA a ATAPI. Rozhraní ATA a ATAPI. Koncepce ATA. Řadič je součástí diskové jednotky. Původní fyzické rozhraní odvozeno od sběrnice ISA.



Podobné dokumenty
Registrový model HDD

Rozhraní SCSI. Rozhraní SCSI. Architektura SCSI

Metody připojování periferií

Řízení IO přenosů DMA řadičem

Seriové ATA, principy, vlastnosti

Rozhraní USB. Rozhraní USB. Specifikace USB. Doplnění (upřesnění) 1.0. Rychlosti Low Speed (1.5 Mb/sec) a Full Speed (12 Mb/sec).

Další koncepce realizace diskových rozhraní

Koncepce DMA POT POT. Při vstupu nebo výstupu dat se opakují jednoduché činnosti. Jednotlivé kroky lze realizovat pomocí speciálního HW.

Základní principy konstrukce systémové sběrnice - shrnutí. Shrnout základní principy konstrukce a fungování systémových sběrnic.

Rozhraní diskových pamětí

Rozhraní diskových pamětí

Souborové systémy. Architektura disku

Pokud je to možné, instalujte každou jednotku zvlášť - komunikace na jednom kanálu probíhá "na střídačku"

Přednášející: Zdeněk Kotásek. Ústav počítačových systémů, místnost č. 25

Sběrnicová architektura POT POT. Jednotlivé subsystémy počítače jsou propojeny sběrnicí, po které se přenáší data oběma směry.

Pozice sběrnice v počítači

Principy komunikace s adaptéry periferních zařízení (PZ)

Metody připojování periferií

2007/2008 ZS. operačních systémů

Vrstvy periferních rozhraní

Periferní operace využívající přímý přístup do paměti

Speciální číslicové systémy. Paralelní sběrnice, interní sběrnice (PC, ISA, PCI, AGP, SCSI, ATA, vývoj k sériovým PCIe, SATA, SASC)

zení Koncepce připojení V/V zařízení POT POT ... V/V zařízení jsou připojena na sběrnici pomocí řadičů. Řadiče Připojení periferních zařízení

Vstupně - výstupní moduly

Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií DIPLOMOVÁ PRÁCE Hynek Urbiš

Rozhraní pevných disků

Sběrnice a rozhraní. Josef Voltr

Přednášející: Zdeněk Kotásek. Ústav počítačových systémů, místnost č. L322

FASTPort. Nová sběrnice pro připojení inteligentních karet* k osmibitovým počítačům. aneb. Jak připojit koprocesor

Přednášející: Zdeněk Kotásek. Ústav počítačových systémů, místnost č. L322

Praktické úlohy- 2.oblast zaměření

Metody připojování periferií BI-MPP Přednáška 1

Architektura vnějších pamětí

pole Princip 1. Zvýšení rychlosti. 2. Zvýšení bezpečnosti uložených dat (proti ztrátě).

Rozhraní pevných disků. Rozhraní IDE (1) Rozhraní IDE (3) Rozhraní IDE (2) Rozhraní IDE (5) Rozhraní IDE (4)

Universal Serial Bus (USB)

Systém řízení sběrnice

Využití ICT pro rozvoj klíčových kompetencí CZ.1.07/1.5.00/

Přednášející: Zdeněk Kotásek. Ústav počítačových systémů, místnost č. L336

Protokol S-BUS pro MORSE Popis protokolu

Sériové rozhraní IDE (ATA)

Distribuované systémy a počítačové sítě

Fakulta informačních technologií VUT v Brně Ústav počítačových systémů Periferní zařízení, cvičení IPZ Analýza komunikace na sběrnici USB

Sběrnice SCSI a její využití

Sběrnice SCSI a její využití

Hardware PC Interní a externí interface

Paměti Flash. Paměti Flash. Základní charakteristiky

Komunikace procesoru s okolím

Informační a komunikační technologie

Mikrokontroléry. Doplňující text pro POS K. D. 2001

Principy činnosti sběrnic

Obvody a architektura počítačů. Sběrnice a rozhraní

Vnější paměti. Vnější paměti. Dělení podle materiálu a fyzikálních principů

Praktická cvičení- teoretická průprava

Sběrnice PCI, PCI-X, PCI Express

Přednáška. Vstup/Výstup. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012

Systémová sběrnice, souvislost architektury počítače a systémové

Akademický rok: 2004/05 Datum: Příjmení: Křestní jméno: Osobní číslo: Obor:

Princip funkce počítače

Inovace výuky prostřednictvím ICT v SPŠ Zlín, CZ.1.07/1.5.00/ Vzdělávání v informačních a komunikačních technologií

Sběrnice SCSI a její využití

Vestavné systémy BI-VES Přednáška 5

Rozhraní pro HDD, SSD a mechaniky optických pamětí

Metody připojování periferií BI-MPP Přednáška 2

Sběrnice/sloty pro zásuvné karty

Konektory a Kabely. Aneb zařízení integrovaná do základní desky a konektory a kabeláž pro připojení externích zařízení

Rozhraní disků. 1. Paralelní rozhraní

DUM č. 6 v sadě. 31. Inf-7 Technické vybavení počítačů

Universal Serial Bus. Téma 12: USB. Komunikační principy Enumerace Standardní třídy zařízení

Local Interconnect Network - LIN

AGP - Accelerated Graphics Port

Vstupně výstupní moduly. 13.přednáška

PCKIT LPT MODUL SBĚRNICE IOBUS PRO PC LPT. Příručka uživatele. Střešovická 49, Praha 6, s o f c o s o f c o n.

AS-Interface. AS-Interface = Jednoduché systémové řešení. Představení technologie AS-Interface

Programové konstrukce

Periferní zařízení. Laboratorní úloha F. Měření na PCI sběrnici. Vypracovali: Josef Hajas Přemysl Jiřík Ota Korbel

frekvence 8 Mhz, přestože spolupracuje s procesori různe rychlými. 16 bitová ISA sběrnice je

AS-Interface. AS-Interface. = Jednoduché systémové řešení

AS-Interface. AS-Interface. = Jednoduché systémové řešení

IPZ laboratoře. Analýza komunikace na sběrnici USB L305. Cvičící: Straka Martin, Šimek Václav, Kaštil Jan. Cvičení 2

Profilová část maturitní zkoušky 2014/2015

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta informačních technologií

Vestavné systémy. BI-VES Přednáška 9. Ing. Miroslav Skrbek, Ph.D.

Vrstvy periferních rozhraní

Principy uplatňované v technice vysokorychlostních sériových přenosů Principy využité v SATA

Pokročilé architektury počítačů


Pevný disk fyzická struktura Josef Horálek

Uživatelský manuál. KNXgal. řízení zabezpečovacích ústředen. Galaxy ze sběrnice KNX. napájeno ze sběrnice KNX. indikace komunikace na KNX

Komunikace mikroprocesoru s okolím Josef Horálek

Obsah. Kapitola 1 Skříně počítačů 15. Kapitola 2 Základní deska (mainboard) 19. Kapitola 3 Napájecí zdroj 25. Úvod 11

Semestrální práce z předmětu Speciální číslicové systémy X31SCS

Sběrnicová struktura PC Interní počítačové paměti PC

Cache paměti (2) Cache paměti (1) Cache paměti (3) Cache paměti (4) Cache paměti (6) Cache paměti (5) Cache paměť:

Shrnutí Obecné Operační systém Microsoft Windows 7 Ultimate Centrální procesor

Pevné disky. Diskové plotny

Konfigurace portů u mikrokontrolérů

LLC multiplexing/demultiplexing MAC formát rámce a přístupová metoda Nabízí se možnost standardizace rozhraní spojové a fyzické vrstvy

Principy počítačů a operačních systémů

Cache paměti (1) Cache paměť: V dnešních počítačích se běžně používají dva, popř. tři druhy cache pamětí:

Transkript:

1 Koncepce ATA Řadič je součástí diskové jednotky. Původní fyzické rozhraní odvozeno od sběrnice ISA. Registry řadiče Fyzická vrstva Systémová nebo specializovaná sběrnice Zařízení ATA/ATAPI 2

Rozsah specifikace ATA Příkazy zapisované do registrů Paketové příkazy Transportní protokol Fyzické propojení 3 Kabel rozhraní ATA Fyzické propojení typu sběrnice. Maximálně 2 zařízení. (PCI) Zařízení 0 Zařízení 1 4

Signály rozhraní ATA /CS0, /CS1 dekódované adresní vodiče (adresa 1Fx resp. 3Fx). DA0 DA2 adresní vodiče A0 A2. D0 - D15 CS0 CS1 DA0 - DA2 (počítač) DIOR DIOW INTRQ RESET DASP CSEL PDIAG ATA disk 5 Detekce zařízení č. 0 a č. 1 Lze použít vodič CSEL. Zařízení (disk) má pin CSEL připojen přes odpor na Vcc. CSEL GND Zařízení 0 Zařízení 1 40 vodičový kabel CSEL GND Zařízení 1 Zařízení 0 80 vodičový kabel 6

PIO mode a DMA mode Přenos na rozhraní ATA může probíhat v módu PIO nebo DMA. PIO mode (Programmed IO): Jednotlivé zápisové/čtecí cykly jsou generovány procesorem (instrukce OUT resp. IN). Připravenost diskové jednotky se zjišťuje čtením stavového registru. DMA mode: Přenos datového bloku je řízen DMA řadičem. V Multiword DMA se během přenosu neověřuje připravenost diskové jednotky. Lze použít jen pro datové přenosy (ne pro řízení). 7 Režimy PIO Přenos je řízen procesoem. Synchronizace pomocí bitů BSY a DRQ ve stavovém registru. Pro PIO 3 a PIO 4 se musí použít. Přenosy z/do řídicích registrů a přenosy dat mají odlišné časování. DIOR CSx, DAx (Počítač) DIOR CSx, DAx Zařízení (Disk) DIOW DIOW CSx, DAx CSx, DAx (Počítač) Zařízení (Disk) 8

Čtení v režimu PIO (1) T1 T0 Adresa DIOR D15-D0 T2 T3 T4 PIO mode čtení 9 Čtení v režimu PIO (2) PIO 0 PIO 1 PIO 2 PIO 3 PIO 4 T0 600 383 240 180 120 T1 165 125 100 80 70 T2 < 35 < 35 < 35 < 35 < 35 T3 0 0 0 0 0 T4 5 5 5 5 5 Přenos. rychlost 3.3 MB/s 5.2 MB/s 8.3 MB/s 11.1 MB/s 16.6 MB/s T1 T0 Adresa DIOR D15-D0 T2 T3 T4 10

Zápis v režimu PIO T1 T0 Adresa DIOW D15-D0 T2 T3 T4 PIO mode zápis 11 Zápis v režimu PIO (2) PIO 0 PIO 1 PIO 2 PIO 3 PIO 4 T0 600 383 240 180 120 T1 165 125 100 80 70 T2 < 35 < 35 < 35 < 35 < 35 T3 60 45 30 30 20 T4 30 20 15 10 10 Přenos. rychlost 3.3 MB/s 5.2 MB/s 8.3 MB/s 11.1 MB/s 16.6 MB/s T1 T0 Adresa DIOW D15-D0 T2 T3 T4 12

Přenos DMA Přenos řízen DMA řadičem. Režim Single Word nebo Multi Word (= Burst Mode). 3 režimy rychlosti. DIOR (Počítač) DMA čtení DIOR Zařízení (Disk) DIOW DIOW (Počítač) DMA zápis Zařízení (Disk) 13 Přenos v režimu DMA Přenos řízen DMA řadičem. DMA 0 DMA 1 DMA 2 T0 480 150 120 Přenosová rychlost 4.16 MB/s 13.3 MB/s 16.6 MB/s CS0/ CS1 DIOR ( DIOW) T0 DMA multiword 14

Režim přenosu Ultra DMA (1) Musí se nastavit zápisem do registru Feature. Synchronizační signál STROBE přenášený ve stejném směru jako data. Přenos při obou hranách STROBE. Zpomalení přenosu pomocí signálu DMARDY. DIOR DSTROBE HDMARDY DIOR DIOR DDMARDY HSTROBE DIOR (Počítač) Ultra DMA čtení Zařízení (Disk) (Počítač) Ultra DMA zápis Zařízení (Disk) 15 Režim přenosu Ultra DMA (2) Pro režimy Ultra DMA 3 a vyšší se musí použít 80 vodičový kabel. Detekce typu kabelu je automatická. GND DATA 16

Detekce typu kabelu Konektor 40 vodičový kabel PDIAG / CBLID PDIAG / CBLID Vcc Vcc Zařízení 0 Zařízení 1 Konektor 80 vodičový kabel PDIAG / CBLID PDIAG / CBLID GND Vcc Vcc Zařízení 1 Zařízení 0 17 Čtení při přenosu Ultra DMA DIOR (Počítač) DSTROBE HDMARDY Ultra DMA čtení DIOR Zařízení (Disk) HDMARDY DSTROBE Ultra DMA čtení 18

Zápis při přenosu Ultra DMA DIOR (Počítač) DDMARDY HSTROBE Ultra DMA zápis DIOR Zařízení (Disk) DDMARDY HSTROBE Ultra DMA zápis 19 Časování přenosu Ultra DMA (1) STROBE T CYC T DVH, TDV S T DH, T VS DSTR OBE T DVH T DVS T DVH T DVS DSTR OBE T DH T DH T DS T DS 20

Časování přenosu Ultra DMA (2) UDMA 0 UDMA 1 UDMA 2 UDMA 3 UDMA 4 UDMA 5 UDMA 6 T CYC 112 73 54 39 25 16.8 13.0 T DVH 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 4.8 4.0 T DVS 70 48 31 20 6.7 10 10 T DH 5 5 5 5 5 4.6 3.5 T DS 15 10 7 7 5 4 2.6 Přenosová rychlost 17.9 27.4 37.0 51.3 80.0 120 154 T CYC DSTR OBE DSTR OBE T DVH T DVS T DVH T DVS T DH T DS T DH T DS 21 Registry rozhraní ATA (1) 22

Registry rozhraní ATA (2) Command příkazový registr zápis povelu pro zařízení. Sector Count počet přenášených sektorů. LBA Low, Mid, High LBA adresa dat. Device výběr zařízení (č. 0/1), číslo hlavy při adresování CHS. Status stavový registr. Alternate status stavový registr. Features pro zápis různých parametrů (volba Ultra DMA, řízení úsporných režimů,...). Error indikace typu chyby. 23 Registr Device LBA indikace LBA režimu adresování. DRV Číslo zařízení (0/1). Head číslo hlavy při adresování CHS. 24

Adresování dat (1) Režim CHS (Cylinder, Head, Sector) Nepoužívá se u nových zařízení. Režim LBA (Linear Block Adress) Průběžně se číslují všechny sektory na disku (tj. adresa je jednorozměrná). Zapisuje se do stejných registrů jako adresa CHS. Délka adresy je 28 bitů lze adresovat 2 27 sektorů, tj. 128 GB dat. Drive/Head Cylinder High Cylinder Low Sector number 3 0 7 0 7 0 7 0 27 24 23 16 15 8 7 0 LBA adresa 25 Adresování dat (2) Pro větší kapacity disku se používá rozšířené (Extended) adresování. Do každého registru pro adresu se zapisuje 2, nejprve vyšší část adresy, potom nižší část adresy. Délka adresy je 48 bitů (Drive/Head se nepoužívá) lze adresovat 2 48 sektorů, tj. 134 217 728 GB dat. Podobně je rozšířen registr pro délku přenosu (Sector Count). 26

Stavový registr BSY indikace připravenosti řadiče. DRQ indikace připravenosti dat. 27 Některé příkazy ATA Protokol: PO PIO mode Out PI PIO mode In DM DMA Mode ND Non-Data Command (není přenos dat) P - Packet Implementace příkazu: M Povinně O Nepovinně N - Zakázaný 28

Příkaz Identify Device Zařízení (disk) vrací 512 bytů (256 slov) se specifikací zařízení. Výrobce. Kapacita. Verze firmware. Použitelné režimy přenosu. Doporučené časování přenosu. Nastavitelné parametry (Features) zařízení.... 29 Příklad kompletního povelu Read Sectors Před zápisem povelu se musí zapsat parametry do ostatních registrů. 30

Postup přenosu (Read Sectors) (1) 31 Postup přenosu (Read Sectors) (2) Inicializace čtení Synchronizace pomocí Sektory Inicializace zápisu Přerušení Synchronizace pomocí Sektory Přerušení 32

Postup přenosu (Read DMA) 33 Příklad kompletního povelu Read Sectors Extended 34

Přenos Ultra DMA (1) Při přenosu počítá zařízení i host CRC polynom. Na konci přenosu vysílá host CRC do zařízení. Není-li shoda obou CRC, nastaví zařízení příznak chyby. STOP HDMARDY DSTROBE CRC 35 Přenos Ultra DMA (2) DSTROBE Data z disku Ultra DMA čtení CRC HSTROBE Data z počítače Ultra DMA zápis CRC 36

Rozhraní ATAPI ATAPI = ATA Packet Interface. Určeno pro připojení CD jednotek nebo mg. páskových jednotek. Používápříkazový blok odvozený od rozhraní SCSI. zapíše do zařízení příkaz Packet Command. Potom zapisuje do datového registru příkazový paket. 37 Registry ATAPI Před zápisem Packet Command se musí nastavit některé registry rozhraní ATA. Jejich význam je jiný než u ostatních povelů ATA. 38

Příkaz Packet Command Command A0 je příkaz Packet Command Byte Count počet bytů přenesených souvisle při následujícím přenosu dat 39 Paketové příkazy pro CD Formát paketového příkazu je odvozen od SCSI. Obsahuje kód příkazu a parametry celkem 12 bytů. 40

Paketový příkaz Play Audio MSF Kód příkazu: 0x47. Parametr: startovací a koncová MSF adresa. 41 Paketový příkaz Read CD Parametry umožňují volit typ čtených dat: Očekávaný typ sektoru (CD-DA, Mode 1,... )(ostatní přeskočí). Hlavičky (žádné/zvolené/všechny). EDC/ECC (ano/ne). Subkanály. Error Flags připojena bitová mapa čtených bytů, 1 indikuje chybu při čtení daného bytu. 42

Přechod ATA Serial ATA Délka a typ propojovacích vodičů mezi sběrnicí počítače a diskem ATA nevyhovuje pro velké rychlosti přenosu. Registry řadiče Registry řadiče Stínové registry Fyzická vrstva Fyzická vrstva PCI PCI Rozhraní ATA/ATAPI ATA Bus Adapter Rozhraní SATA SATA 43 Rozhraní Serial ATA (SATA) Z hlediska aplikačního SW transparentní. Aplikace používá registry stejně jako u ATA. Stínové registry Aplikační rozhraní ATA Registry ATA Adaptér SATA Sériové propojení Disk SATA č. 0 Disk SATA č. 1 44

Vrstvy rozhraní SATA Použit několikaúrovňový protokol. Standardní rozhraní ATA Ovládání zařízení Disk Povely v registrech Transportní vrstva Povely v registrech Transportní vrstva Rámce Rámce Kód 8-10 Linková vrstva Fyzická vrstva Fyzické propojení Linková vrstva Kód 8-10 Fyzická vrstva 45 Fyzická vrstva SATA Každá disková jednotka propojena dvojicí jednosměrných signálů. Používá se diferenciální signál. Přenosová frekvence 1.5 resp. 3 GHz přenosová rychlost 150 resp. 300 MB/sec. HT + HT - Zařízení DR + DR - HR + HR - DT + DT - Napájení 46

Linková a transportní vrstva Linková vrstva Kódování dat 8 + 1 10 (8 bitů info + 1 bit řízení). Řídicí bit rozlišuje data / řízení. Kromě normálních dat definovány i speciální znaky (primitives), např. SOF, EOF, SYNC, HOLD,.... Kódování metodou Widmer Franaszek. Transportní vrstva Data přenášena v rámcích. 47 Rámce SATA Datové pole rámců (FIS Frame Information Structure) je definováno pro 3 základní typy rámců: Registrový typ přenos z/do stínových registrů. Setup nastavení různých parametrů. Datový typ přenos dat. Rámec 1 Rámec 2 SOF FIS CRC EOF Primitivy 48

Příklad FIS Register - to Device FIS Přenáší obsah do stínových registrů v zařízení (disku). Data FIS Přenos max. 2048 DWORD. 49 Registry SATA (1) Pro práci se zařízením se používají standardní registry ATA. Dále definováno 16 speciálních registrů SATA (adresa je mapována PCI kontrolérem). Význam registrů SATA je definován jen u registrů č. 0, 1, 2 (SATA I) a 3, 4 (SATA II). 50

Registry SATA (2) Význam registrů SATA: Řízení rozhraní SATA: SStatus, SError, SControl, NCQ (jen SATA II): SActive, SNotification. 51 SATA II Specifikace SATA II obsahuje několik rozšíření proti SATA 1.0a: Použití NCQ (Native Command Queuing). Podpora SES (SCSI Enclosure Services). Rozvětvení portů (Port Multiplier). Kompatibilita rozhraní se SAS (Serial Attached SCSI). 52

SATA II - NCQ NCQ (Native Command Queuing) definováno u SATA II. (počítač) může zadávat povely (max. 32) bez čekání na dokončení předchozího. Disk vyřizuje povely v optimálním pořadí. 53 Použití NCQ (1) zapisuje do řadiče povely, označené číslem Tag (5 bitů). Řadič indikuje dokončení povelu příslušným bitem v registru SActive. Nastavení bitů v SActive může indikovat ukončení několika operací současně. V registru SNotification může být nastavena žádost o obsluhu (obvykle generuje přerušení). Příkaz Read FPDMA Queued 54

Použití NCQ (2) Disk může podle potřeby rozložit dlouhý přenos na několik menších. Start 2 1b 1a Požadavky 1 2 Data 2 1b 1a 55 Použití NCQ (3) Disk může podle potřeby rozložit dlouhý přenos na několik menších. Pomocí DMA Setup FIS indikuje do pozici přenášených dat v bufferu (pro nastavení DMA). 56

First Party DMA (1) Third Party DMA: DMA řadič je samostatný prvek na sběrnici. First Party DMA: DMA řadič je součástí adaptéru SATA (nebo jiného periferního řadiče). Adaptér SATA Registry ATA Adaptér SATA Registry ATA DMA řadič DMA řadič Sběrnice Sběrnice Paměť Paměť Third Party DMA First Party DMA 57 First Party DMA (2) Pro inicializaci FPDMA řadiče se vytváříphysical Region Descriptor (PRD). PRD obsahuje adresu bufferu v paměti, délku přenosu atd. Pro každý příkaz se vytvořízvláštníprd. Odkazy na PRD jsou v tabulce vektorů. Jako index do tabulky vektorů slouží Tag daného přenosu. Adaptér SATA FPDMA řadič FPDMA vector table PRD 0 PRD 1 PRD 2 Buffer Tag... 58

SATA II Port Multiplier (1) Lze rozdělit jeden port SATA z HBA na max. 15 portů pro zařízení. Port 15 (0xF) je Control Port. Port Multiplier musí být podporován v HBA. Port 0 SATA Port 1 SATA Bus Adapter SATA Přepínač Port 3 SATA Port 14 SATA Control Port Port Multiplier 59 SATA II Port Multiplier (2) K výběru portu se používají 4 bity ve FIS (v SATA 1.0a jsou RESERVED ). Aplikační SW zapisuje požadované číslo portu do 4 bitů PMP v registru SControlRegister (SCR2). Pro komunikaci s Multiplierem jsou definovány příkazy Read Port Multiplier a Write Port Multiplier. Zapisují se do registrů ATA pro port 0xF. Adresování portů ve FIS Adresování portů v SCR2 60

Reference http://www.t13.org/#project_drafts http://www.serialata.org/index.asp 61