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Introduccin
Los dispositivos IDE aparecieron cuando se busc
fabricar un disco barato para el almacenamiento de los
datos y como alternativa a los dispositivos SCSI de altocosto que existan en ese momento. Para esto, se tuvo
disear la interfase o controladora que en sus inicios
solo reconoca a los discos, pero luego se la mejor
para conectar unidades CD-ROM y otros dispositivos.
Esto dio inicio a la controladora ATA que era,
bsicamente, una controladora paralela.
En el ao 2003 aparece una variante de ATA llamadaSerial ATA o SATA, por lo cual el termino ATA se
cambia por PATA.
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Objetivos
Enumerar las caractersticas de las controladoras de discos.
Identificar dispositivos IDE, sus cables y conectores.
Describe el funcionamiento y las caractersticas de lasinterfases controladoras de disco SATA.
Identificar las interfases SATA y configurar perifricos.
Esta sesin aporta a los siguientes resultados:
Los estudiantes implementan y mantienen Redes de Computadoras y
Sistemas de telecomunicaciones brindando seguridad a los medios
involucrados, aplicando tcnicas y herramientas modernas.
Los estudiantes aplican conocimientos de matemticas, ciencia y
tecnologa en equipos de cmputo, redes y sistemas de
telecomunicaciones.
Los estudiantes realizan pruebas, analizan e interpretan los resultados
para implementar mejoras a sistemas de hardware y software.
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Contenido
Controladoras de Disco Duro.
Controladoras Parallel ATA.
Modos de Transferencia PATA.
Evolucin del PATA.
Controladoras SATA.
Principio de funcionamiento.
Dispositivos que controla.
Cables y conectores.
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Controladores de Disco Duro
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La interfase es la conexin entre el mecanismo de la
unidad de disco duro y el bus del sistema de la
computadora.
La interfase define la forma en que las seales pasan
entre el bus del sistema y el disco duro.
En el caso del disco duro, su interfase se denominacontroladora, y se encarga no slo de transmitir y
transformar la informacin que parte de ella y llega al
disco duro, sino tambin de seleccionar la unidad a la
que se quiere acceder, del formato, y de todas lasrdenes de bajo nivel en general.
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Controladora de Disco Duro: ST 506/412
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Fue la primera interfase a nivel de dispositivo utilizada
en las computadoras personales.
Fue desarrollada por Seagate alrededor de 1980.
Utilizaba dos conectores, uno de 34 pines para las
seales de control y estado y otro de 20 para datos.
Soporta discos de hasta 140 MB, normalmente con 17sectores por pista y girando a 3600RPM.
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Controladora de Disco Duro: ST 506/412
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Controladora de duro: ESDI
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ESDI (Enhanced Small Disk Interface) fue diseada por
Maxtor en 1983 como sucesora de la ST 506/412
Tena con una velocidad ms alta de transferencia de
datos (entre 1 y 2 Mbytes por segundo).
Normalmente estos discos estaban formateados a 34
sectores por track. Utilizaba un conector de 44 pines, aunque los primeros
modelos usaban el mismo juego de conectores que los
discos ST506/412.
Soportaba hasta dos discos duros y una capacidadmxima por disco de 2GB.
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Controlador de disco duro: SCSI
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Es una interfase a nivel de sistema diseada para
aplicaciones de propsito general.
Permite que se conecten varios dispositivos a un nico
controlador (las primeras controladoras SCSI
soportaban hasta 7 dispositivos).
Esta interfase esta orientada a servidores.
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Controladora Parallel ATA
En 1984 Compaq necesitaba una controladora
compatible con el estndar ST506, que ocupe un menor
espacio en el interior de un nuevo modelo de PC.
Por ello la interfaz deba estar integrada en el propio
disco, de ah el nombre: IDE (Integrated Drive
Electronics).
La empresa Western Digital fue la encargada de disear
la solucin.
Las primeras unidades IDE salieron en el ao 1986.
Posteriormente pasara a ser conocida como ATA.
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Controladora de disco duro: PATA
La realizacin prctica estaba acompaada de una
serie de normas denominadas ATA (Advanced
Technology Attachment) que establecan lascondiciones que deben seguir los fabricantes de este
tipo de unidades.
Este interfaz es popularmente conocido como IDE pero
su nombre oficial es ATA. Los dispositivos que utilizan
este interfaz se llaman IDE (Integrated Drive
Electronics) como los discos duros IDE, grabadoras de
CD y DVD IDE, lectores de CD y DVD IDE, etc. Con la aparicin de la controladora Serial ATA, las
controladoras ATA cambiaron de nombre a PATA.
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Controladora de disco duro: PATA
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La interfase IDE/ATA (Integrated Drive Electronics/AT
Attachment) es el estndar que especifica los modos de
trabajo y velocidades de esta interfase.
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Modos de Transferencia PATA
Las controladoras PATA pueden transferir informacin
principalmente empleando dos mtodos:
PIO: El modo PIO (Programmed I/O) depende del procesadorprincipal del computador para efectuar la transferencia de
datos, repercutiendo en el rendimiento del sistema. La
transferencia de datos se desarrolla a travs de los diferentes
puerto I/O de la controladora, que tambin sirven para latransmisin de comandos (In/Out). La tasa de transferencia
est limitada por los valores del bus y rendimiento de la CPU.
DMA: En el mtodo DMA (Direct Memory Access), el
procesador del equipo se desentiende de las operacionesconcernientes al disco duro, dejando estas labores a un chip
dedicado: el controlador DMA.
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Bus Master DMA
Es la variante de la transferencia DMA usada
actualmente en los discos duros.
Aprovecha las ventajas de los chipsetsde las placas
base, cada vez mejor optimizados para estas labores
(de acceso directo a memoria).
Adems de liberar al procesador, puede obtener porparte de ste un control casi total, de forma que la
informacin sea transferida con la mxima prioridad.
Asimismo, existen dos modos DMA: singlewordy multi-
word(el primero qued obsoleto con la norma ATA-2).
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Evolucin de PATA
IDE
ATA-1
ATA-2 EIDE
ATA-3
ATA-4
ATA-5
ATA-6
ATA-7
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IDE
1986 Pre-estndar.
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ATA-1
Define los modos PIO 0-2 y multi-word DMA modo 0. Su
velocidad mxima era 8,3 Mbytes/segundo. Solo
permita la conexin de discosduros (no se poda conectar
una unidad de CD-ROM) y
un mximo de dos.
A travs de cada conector
de ATA-1 se puede conectar
hasta dos dispositivos IDE,
configurados como Master(maestro) y Slave (esclavo).
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Desventajas ATA-1
Su principal desventaja estaba en la capacidad de
almacenamiento, que debido a limitaciones de la BIOS,
no poda exceder de 528 MB. Adems solo podan coexistir dos dispositivos IDE en el
sistema, y la velocidad de transferencia de 4 MB/s que
pronto se mostr insuficiente.
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ATA-2 EIDE
En 1996, surgi la interfaz EIDE (Extended IDE) o IDE
mejorada, logrando un significativo aumento en
flexibilidad y prestaciones. Su estndar fue definido en la norma
ATA-2, que defina los modos
PIO 3-4 y multiword DMA modo 1-2
(2.3), que permiten alcanzar un
mximo de 16,6 MB/s.
Se aument a cuatro el nmero de
unidades que podan ser instaladas almismo tiempo.
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ATA-2 EIDE
Posee dos canales relativamente
independientes: primario y secundario,
a cada uno de los cuales se puedenconectar dos dispositivos (maestro y
esclavo), lo que da un total de cuatro
conexiones.
Dichos dispositivos pueden ser discos
duros, lectores y grabadores de
CD-ROM, unidades de cinta y de
disquetes de alta capacidad.
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ATA-2 EIDE
En un canal EIDE los dos dispositivos conectados
deben de turnarse en el uso del bus.
Si hay un disco duro conectado conun CD-ROM en el mismo canal,
aquel deber esperar a que ste
acabe su comunicacin, lo que
produce una prdida de prestaciones.
Por eso es buena idea conectar el
CD-ROM como maestro del segundo
canal, ya que los dos canales son mso menos independientes entre s,
dependiendo del chipset.
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ATAPI
En EIDE se habilit la posibilidad de que coexistieran
unidades de CD-ROM y de cinta en el sistema.
Para ello se ide la norma ATAPI (AT AttachmentPacket Interface), una extensin del protocolo ATA
creada con el fin de aportar un nico conjunto de
registros y mandatos, y de esta forma facilitar la
coexistencia de estas unidades.
Por extensin se denominan as aquellos dispositivos
que cumplen esta norma.
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Barrera de los 528 MB
Para superar la barrera de los 528 MB de capacidad de
los discos IDE, se propusieron alternativas de
modificacin de las rutinas del BIOS, para identificar lascaractersticas fsicas de un disco duro.
Actualmente se utilizan dos mtodos:
CHS: (cilinders, heads, sectors) relaciona los parmetros que
la BIOS contiene de cilindros, cabezas y sectores
(ligeramente incongruentes) con los incluidos en el software
de slo lectura (Firmware) que incorpora la unidad de disco.
LBA: (Logic block address), traduce la informacin CHS en
una direccin de 28 bits, manejable por el sistema operativo,para el controlador de dispositivo y la interfaz de la unidad.
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ATA-3
Introducida en 1997, incluy mejoras en la fiabilidad,
especialmente del PIO modo 4, el esquema de seguridad
basado en contrasea, la posibilidad de gestionar unaalimentacin elctrica ms sofisticada y tecnologa SMART
(Self Monitoring Analysis and Reporting Technology), para
prevenir fallos antes de que ocurran.
Incluye adems comandos para interrogar al disco sobre sus
parmetros: fabricante, modelo, versin del firmware,
geometra, etc.
La norma ATA-3 fue un paso intermedio que inclua la funcin
SMART en busca de una mayor fiabilidad de los discos, pero
sin aadir ninguna mejora a los 16 MB/s de la norma anterior.
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ATA-4
En 1998 lleg la norma ATA/ATAPI-4, conocida tambin
como:
Ultra DMA33
DMA-33
Ultra ATA
ATA33
Ultra ATA33
UDMA/33
Introdujo el estndar CRC (Cyclical Redundancy
Check), para la verificacin y proteccin de los datos enla fase de transmisin, contando para ello con un
algoritmo de comprobacin de 32 bits.
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ATA-4
El algoritmo CRC puede detectar errores de hasta 32
bits, e informa sobre ellos sin necesidad de introducir
ningn tipo de modificacin en el software. La funcin CRC ofrece un elevado nivel de fiabilidad en
la transmisin de datos al asegurar la integridad de la
informacin transferida.
Se introdujeron los modos:
Ultra DMA 0 (16,7 Mbytes/segundo)
Ultra DMA 1 (25 Mbytes/segundo)
Ultra DMA 2 (33 Mbytes/segundo)
Sigue usando el cable de 40 conectores.
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ATA 5
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ATA-5
El estndar ATA/ATAPI-5 se denomina tambin:
Ultra ATA/66, Ultra DMA/66, ATA66 UDMA/66
Apareci en el ao 2000 y aade nuevos modos detransferencia a los anteriores: el modo 3 a 44,4 MBps y
el modo 4 a 66,6 MBps, as como Ultra DMA:
Ultra DMA 3 (44 Mbytes/segundo)
Ultra DMA 4 (66 Mbytes/segundo)
Es compatible hacia atrs con los anteriores, heredando
la verificacin CRC para los datos transferidos.
Trabaja con un cable de 80 pines y un conector de 40pines. Los 40 cables adicionales son de tierra y sirven
para evitar el ruido.Tecsup 2014-II S05 Controladores SATA 28
ATA 6 ATA 7
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ATA-6 y ATA-7
Aparecido en 2002, el estndar ATA/ATAPI-6 es
conocido tambin como:
Ultra DMA/100ATA100
UDMA/100
Esto debido a su velocidad de 100 MB/s.
Incorpora Ultra DMA modo 5 y LBA de 48 bits.
ATA-7, del 2003, tambin es conocido como:
Ultra DMA/133
ATA133
UDMA/133
Trabaja a 133 MB/s y utiliza Ultra DMA modo 6.Tecsup 2014-II S05 Controladores SATA 29
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M d d T b j PIO Ult DMA
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Modos de Trabajo PIO y Ultra DMA
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S i l ATA
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Serial ATA
Los discos y controladoras Serial ATA abreviadamente SATA, son el
resultado de la evolucin normal de discos ATA paralelo, como una
necesidad para resolver los cuellos de botella, mayor velocidad de
transferencia y algn inconveniente de conectividad de estos dispositivoscon las nuevas tecnologas del sistema PC.
Serial ATA es totalmente compatible con la anterior, de manera que no
hay problemas de compatibilidad con los sistemas operativos.
A nivel fsico es muy parecido a un puerto Firewire o USB.
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A t d t C t ti
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Antecedentes y Caractersticas
En Noviembre del 2001, un grupo de fabricantes de
hardware, entre los que se encontraban Intel, Dell,
Maxtor, APT Technologies y Seagate, crearon el SerialATA Working Group para hacer frente a las crecientes
necesidades de mayor velocidad.
Posteriormente, en el 2004, cambiaron el nombre por el
de Serial ATA International Organization (SATA-IO).
Por estas fechas, tras las mejoras de la especificacin
ATA-7, con la que se haban conseguido transferencias
de 133 MB/s, el modelo tradicional de interfaz PATAempezaba a mostrar sntomas de agotamiento.
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A t d t C t ti
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Antecedentes y Caractersticas
Por esto, los esfuerzos se dirigieron a conseguir una nueva
especificacin de arquitectura serie para la interfaz ATA.
La primera versin de SATA sale con la velocidad de 150 MB/s. Las caractersticas de esta nueva controladora son:
Cable fino y aerodinmico, para mejorar la ventilacin en el case.
Cable de data de 8 pines y de una longitud hasta de un metro.
Tensin del cable de alimentacin de 3.3 voltios. Tiempos de acceso promedio de 9.4 ms y Cach de 2 y 8 MBytes.
Es compatible con los dispositivos ATA y ATAPI (CDROM, DVD-ROM)
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Conector de energa elctrica de SATA
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Para que la transicin entre ambas tecnologas sea lo ms
cmoda posible, la mayora de fabricantes optan por incluir
ambos tipos de conectores. Tambin existen adaptadores paraconectar un disco paralelo a una interfaz serie a la inversa.
Conector de energa elctrica de SATA
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Tabla Comparativa entre PATA y SATA
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Tabla Comparativa entre PATA y SATA
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Controladora Serial ATA
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Controladora Serial ATA
La controladora SATA ha sido diseada para
sobrepasar los lmites de la controladora PATA.
La controladora SATA es compatible con todos lossistemas operativos actuales.
En SATA tenemos velocidades de transferencias de: SATA-I: 150 MB/s (Primera generacin)
SATA-II: 300 MB/s (Segunda generacin)
SATA-III: 600 MB/s (Tercera generacin)
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Controladora Serial ATA
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Controladora Serial ATA
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Controladora Serial ATA
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Controladora Serial ATA
Controladora Serial ATA
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Controladora Serial ATA
Puede trabajar con discos externos a travs de eSATA
o USB con un case o caja externa.
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Capa Fsica
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Capa Fsica
Cada puerto, multiplicador, dispositivo o adaptador
SATA o SAS ("Serial Attached SCSI") tiene un nmero
de puerto nico de 64 bits. Es una especie de MAC o cdigo de barras del
producto con: un cdigo NAA de 4 bits; un cdigo de
fabricante de 24 bits asignado por la autoridad
normativa, y un cdigo de dispositivo a disposicin de
cada fabricante de 36 bits.
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Topologa
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Topologa
SATA es una arquitectura "punto
a punto, la conexin entre puertoy dispositivo es directa, cada
dispositivo se conecta
directamente a un controlador
SATA y disfruta la totalidad del
ancho de banda, de la conexin
sin que exista la sobrecarga
inherente a los mecanismos de
arbitraje y deteccin de colisiones,
como suceda en PATA donde lasinterfaces se segmentaban en
maestras y esclavas.
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Cables y Conexiones
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Cables y Conexiones
Los conectores y los cables son la diferencia ms visible entre
las unidades SATA y las PATA. Se usa el mismo conector en
los discos de equipos de escritorio o servidores (3,5 pulgadas) yporttiles (2,5 pulgadas). Esto permite usar las unidades de 2,5
pulgadas en los sistemas de escritorio sin adaptadores.
Los dispositivos SATA tienen dos tipos de cables de conexin,
de seal y de energa. La forma concreta depende de la
posicin relativa del dispositivo respecto al controlador host. A
este respecto caben tres posibilidades:
Dispositivo interno conectado directamente al controlador host.
Dispositivo interno conectado a una salida del controlador host
mediante cables de alimentacin y seal. Dispositivo externo conectado al controlador host mediante un cable de
seal, disponiendo de su propia fuente de alimentacin.
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SATA Externo (eSATA)
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SATA Externo (eSATA)
Fue estandarizado a mediados de 2004, con definiciones de
cables, conectores y requisitos de la seal.
Se caracteriza por: Velocidad (se han medido 115 MB/s con RAID externos)
Sin conversin de protocolos de PATA/SATA a USB/Firewire, todas las caractersticas
del disco estn disponibles para el anfitrin.
Longitud de cable de 2 metros; USB y Firewire permiten mayores distancias.
Se aument la tensin de transmisin mnima y mxima a 500mV - 600mV (de 400mV - 600 mV)
Voltaje recibido disminuido a 240 mV - 600 mV (de 325 mV - 600 mV)
Capacidad de disposicin de los discos en RAID 0 y RAID 1
Actualmente, la mayora de las placas bases han empezado a
incluir conectores eSATA, tambin es posible usar adaptadoresde bus o tarjetas PC-Card y CardBus para porttiles que aun no
integran el conector.
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Serial Attached SCSI
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Serial Attached SCSI
El SAS (Serial Attached SCSI) es un sistema en serie,
que adems es compatible con SATA, esto es, se
podrn conectar discos SATA en una controladora SAS. Los servidores suelen incorporar tarjetas que puedan
manejar tanto discos SAS como discos SATA.
Los discos SAS no siempre se pueden conectar con
controladoras SATA.
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Controladores SATA
Fin de la Presentacin
Sesin 05
Arquitectura de Computadoras I