O serial ATA (IDE e EIDE)

Setembro 2017

O que é o padrão ATA

O padrão ATA (Advanced Technology Attachment) é uma interface padrão que permite a conexão de dispositivos de armazenamento nos computadores tipo PC. O padrão ATA foi lançado no dia 12 de Maio de 1994 pelo ANSI (documento X3.221-1994).

Apesar da denominação oficial ser ATA, este padrão é mais conhecido no comércio como IDE (Integrated Drive Electronics), EIDE (extended IDE) ou E-IDE.

O padrão ATA foi criado originalmente para conectar discos rígidos; contudo, uma extensão chamada ATAPI (ATA Packet Interface) foi desenvolvida para converter outros dispositivos de armazenamento (leitores de CD-ROM, leitores de DVD-ROM, etc.) em uma interface ATA.

Desde o surgimento do Serial ATA (S-ATA ou SATA) é possível transferir os dados em série, o termo Parallel ATA (PATA ou P-ATA) também pode substituir a denominação ATA para diferenciar os dois padrões. Assim, pode-se dizer, que o serial ATA é baseado na tecnologia de transferência de dados em série.

Qual o princípio do padrão ATA

O padrão ATA permite conectar dispositivos de armazenamento diretamente à placa-mãe graças a um cabo fita (ribbon cable), geralmente composto por 40 fios paralelos e três conectores (um conector azul para a placa-mãe, e um preto e outro cinza para os dois dispositivos de armazenamento):



No cabo, um dos dispositivos deve ser definido como mestre (master) e o outro como escravo (slave). Por padrão, o conector distante (preto) é reservado para o dispositivo mestre e o conector do meio (cinzento) para o escravo. Um modo chamado seleção de cabo (CS ou C/S – Cable select) permite definir automaticamente o dispositivo mestre e escravo para que o BIOS do computador suporte esta funcionalidade.

Modos PIO

A transmissão dos dados é feita graças a um protocolo chamado PIO (Programmed Input/Output - Entrada/Saída Programada), que permite que os dispositivos compartilhem dados com a memória viva com a ajuda de comandos geridos diretamente pelo processador. Contudo, transferências volumosas de dados podem aumentar consideravelmente a carga de trabalho do processador e desacelerar o conjunto do sistema. Existem 5 modos PIO que definem a taxa de transferência máxima:

Modo PIO Débito (MB/s)
Modo 03.3
Modo 15.2
Modo 28.3
Modo 311.1
Modo 416.7

Modos DMA

A técnica DMA (Direct Memory Access) permite que os equipamentos descongestionem o processador, permitindo a cada dispositivo acessar diretamente a memória. Distinguem-se dois tipos de modos DMA: o DMA de palavra única (Individual Word), que permite a transferência de uma única palavra (2 bytes ou 16 bits) durante cada sessão de transferência; e o DMA de palavras múltiplas (multiword), que permite a transferência sucessiva de várias palavras em cada sessão de transferência.

O quadro abaixo lista os diversos modos de DMA e suas taxas de transferência associadas:

Modo DMADébito (MB/s)
0 (Single word)2.1
1 (Single word)4.2
2 (Single word)8.3
0 (Multiword)4.2
1 (Multiword)13.3
2 (Multiword)16.7

Ultra DMA

O padrão ATA baseia-se originalmente em um modo de transferência assíncrono, ou seja, os envios de comandos e dados são cadenciados na frequência do barramento e são feitos a cada rising edge (flanco ascendente) do sinal do relógio. Contudo, o envio de dados e comandos não ocorrem simultaneamente, ou seja, um comando não pode ser enviado enquanto o dado não for recebido e vice-versa.

Para aumentar a taxa de transferência dos dados pode parecer lógico aumentar a frequência do sinal do relógio. No entanto, numa interface onde os dados são enviados em paralelo o aumento da frequência provoca problemas de interferência eletromagnética.

Desta maneira, o Ultra DMA (ou UDMA) foi pensado com o objetivo de otimizar ao máximo a interface ATA. A primeira ideia do Ultra DMA consiste em utilizar os flancos ascendentes e descendentes (falling edges) do sinal, para realizar as transferência de dados, o que significa um aumento da velocidade de 100% (com um débito que passa de 16.6 MB/s para 33.3 MB/s). Além disso, o Ultra DMA incorpora o uso dos códigos CRC (Cyclic Redundancy Check, ou Verificação de Redundância Cíclica) para detectar os erros de transmissão. Assim sendo, os diferentes modos Ultra DMA definem a frequência de transferência dos dados. Quando ocorre um erro (quando o CRC recebido não corresponde aos dados) a transferência passa para um modo Ultra DMA inferior, ou até sem Ultra DMA:

Modo Ultra DMADébito (MB/s)
UDMA 016.7
UDMA 125.0
UDMA 2 (Ultra-ATA/33)33.3
UDMA 344.4
UDMA 4 (Ultra-ATA/66)66.7
UDMA 5 (Ultra-ATA/100)100
UDMA 6 (Ultra-ATA/133)133

A partir do Ultra DMA, modo 4, um novo tipo de cabo fita foi introduzido para limitar as interferências. Este tipo de cabo fita acrescenta 40 fios (ou seja, um total de 80), entrelaçados com os fios de dados para poder isolá-los e ter os mesmos conectores que a cabo de fita de 40 fios:

IDE 80

Só os modos Ultra DMA 2, 4, 5 e 6 são realmente aplicados pelos discos rígidos.

Os padrões ATA

O padrão ATA declina-se em várias versões, criadas sucessivamente:

ATA-1

O padrão ATA-1, mais conhecido como IDE, permite a conexão de dois dispositivos em um cabo de 40 fios e oferece uma taxa de transferência de 8 ou 16 bits com um débito de aproximadamente 8.3 MB/s. O ATA-1 define e suporta os modos PIO 0, 1 e 2, assim como o modo DMA de palavra múltipla (Acesso direto à memória).

ATA-2

O padrão ATA-2, mais conhecido como EIDE (ou, em certos casos, Fast ATA, Fast ATA-2 ou Fast IDE), permite a conexão de dois dispositivos em um cabo de 40 fios e propõe uma transmissão 8 ou 16 bits com um débito de aproximadamente 16.6 MB/s.

O ATA-2 é compatível com os modos PIO 0, 1, 2, 3, 4 e os modos DMA de palavra múltipla 0, 1 e 2. Além do mais, o ATA-2, permite aumentar o tamanho máximo do disco de 528 MB imposto pelo padrão ATA-1 a 8.4 GB graças ao LBA (Large Block Addressing – Direção Massiva de Bloqueio).

ATA-3

O padrão ATA-3 (também chamado de ATA Attachment 3 Interface) representa uma revisão menor do ATA-2 (com compatibilidade descendente) e foi publicado em 1997 com o padrão X3.298-1997. O padrão ATA-3 trouxe as seguintes melhorias:

A fiabilidade melhorada: a norma ATA-3 permite aumentar a fiabilidade das transferências com velocidade elevada;

O S.M.A.R.T (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology ou Tecnologia de autocontrole, análise e relatório): que é uma função destinada a melhorar a fiabilidade e a prevenir as avarias;

A função de segurança: para proteger os dispositivos com uma senha acrescentada no BIOS. Durante o arranque do computador, este verifica que a senha codificada no BIOS corresponde à armazenada no disco. Isto impedirá a utilização do disco por outra máquina.

O padrão ATA-3 não introduz um novo modo, mas suporta os modos PIO 0, 1, 2, 3 e 4, assim como os modos DMA 0, 1 e 2.

ATA-4

O padrão ATA-4 ou UltraATA/33 foi definido em 1998 sob a norma ANSI NCITS 317-1998. O ATA-4 altera o modo LBA para aumentar a capacidade máxima dos discos de 128 GB.

Os endereços LBA no ATA-4 são de 28 bits. Cada setor representa 512 bytes, de modo que a capacidade máxima exata de um disco no modo LBA é a seguinte:
228*512 = 137 438 953 472 bytes 137 438 953 472/(1024*1024*1024)= 128 GB

ATA-5

Em 1999, o padrão ATA-5 definiu dois novos modos de transferência: o Modo UltraDMA 3 e 4 (o modo 4 também é chamado Ultra ATA/66 ou Ultra DMA/66). Além disso, ele propõe a detecção automática do tipo de cabo fita utilizado (80 ou 40 fios).

ATA-6

Desde 2001, o ATA-6 define o Ultra DMA/100 (também chamado Ultra DMA modo 5 ou Ultra-ATA100), que permite atingir débitos teóricos de 100 MB/s.

Por outro lado, o ATA-6 define uma nova funcionalidade, chamada Automatic Acoustic Management (AAM), que permite ajustar automaticamente a velocidade de acesso aos discos que suportam esta função, a fim de reduzir o barulho de funcionamento. Para completar, a norma ATA-6 permite um modo de endereçamento dos setores do disco rígido de 48 bits, chamado LBA48 (Logical Block Addressing 48 bits). Graças ao LBA48, é possível utilizar discos rígidos de 2^48 setores de 512 bytes, ou seja, uma capacidade máxima de 2 Peta Bytes (Peta significa cinco, pois ele é igual a 10005).

ATA-7

O padrão ATA-7 define o Ultra DMA/133 (também chamado Ultra DMA modo 6 ou Ultra ATA133), que permite atingir débitos teóricos de 133 MB/s.

Quadro recapitulativo dos padrões

NomePadrão ANSISinônimoModo (PIO/DMA)Débito (MB/s)Comentários
ATA-1 ANSI X3.221-1994 IDEPIO mode 03,3
PIO modo 15,2
PIO modo 28,3
DMA modo 08,3
ATA-2 ANSI X3.279-1996 EIDE, Fast ATA, Fast ATA-2PIO mode 311,1 LBA 28 bits
PIO modo 416,7
DMA modo 113,3
DMA modo 216,7
ATA-3 ANSI X3.298-1997PIO mode 311,1 SMART, LBA 28 bits
PIO modo 416,7
DMA modo 113,3
DMA modo 216,7
ATA-4/ATAPI-4 ANSI NCITS 317-1998 Ultra-ATA/33, UDMA 33, Ultra DMA 33UDMA modo 016,7 Ultra DMA 33 e suporta CD-ROM (ATAPI)
UDMA modo 125,0
UDMA modo 233,3
ATA-5/ATAPI-5 ANSI NCITS 340-2000 Ultra-ATA/66, UDMA 66, Ultra DMA 66UDMA mode 344,4 Ultra DMA 66, com cabo de 80 fios
UDMA modo 466,7
ATA-6/ATAPI-6ANSI NCITS 347-2001Ultra-ATA/100, UDMA 100, Ultra DMA 100UDMA modo 5100Ultra DMA 100, LBA48 e função AAC (Automatic Acoustic Management)
ATA-7/ATAPI-7ANSI NCITS 361-2002Ultra-ATA/133, UDMA 133, Ultra DMA 133UDMA modo 6133Ultra DMA 133

Você pode encontrar todas as especificação técnicas no site do T13, organismo encarregado de manter o padrão ATA, clique aqui.

Veja também


ATA, IDE and EIDE
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Última modificação: 3 de julho de 2017 às 13:16 por Pedro.CCM.
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