ATA, IDE y EIDE

Mayo 2015

Resumen

El estándar ATA (Adjunto de Tecnología Avanzada) es una interfaz estándar que permite conectar distintos periféricos de almacenamiento a equipos de PC. El estándar ATA fue desarrollado el 12 de mayo de 1994 por el ANSI (documento X3.221-1994).

A pesar del nombre oficial "ATA", este estándar es más conocido por el término comercial IDE (Electrónica de Unidad Integrada) o IDE Mejorado (EIDE o E-IDE).

El estándar ATA fue diseñado originalmente para conectar discos duros; sin embargo, se desarrolló una extensión llamada ATAPI (Paquete de Interfaz ATA) que permite interconectar otros periféricos de almacenamiento (unidades de CD-ROM, unidades de DVD-ROM, etc.) en una interfaz ATA.

Dado que ha surgido el estándar Serial ATA (escrito S-ATA o SATA), lo que le permite la transferencia de datos a través de un vínculo serial, en algunos casos el término "Paralelo ATA" (escrito PATA o P-ATA) reemplaza al término "ATA" para diferenciar entre los dos estándares.

El Principio

El estándar ATA permite conectar periféricos de almacenamiento de manera directa con la placa madre mediante un cable de cinta, generalmente compuesto de 40 alambres paralelos y tres conectores (usualmente un conector azul para la placa madre y uno negro y otro gris para los dos periféricos de almacenamiento).

Conector IDE


cable de cinta


En el cable, se debe establecer uno de los periféricos como cable maestro y el otro como esclavo. Por norma, se establece que el conector lejano (negro) se reserva para el periférico maestro y el conector del medio (de color gris) se destina al periférico esclavo. Un modo llamado selección de cable (abreviado CS o C/S) permite definir automáticamente el periférico maestro y el esclavo, en tanto el BIOS del equipo admita esta funcionalidad.

Modos PIO

La transmisión de datos se realiza gracias a un protocolo llamado PIO (Entrada/Salida Programada), que permite que los periféricos puedan intercambiar datos con la RAM con la ayuda de comandos administrados directamente por el procesador. De todos modos, las grandes transferencias de datos pueden imponer rápidamente una gran carga de trabajo en el procesador, reduciendo de esta manera, la velocidad de todo el sistema. Hay 5 modos PIO que definen el máximo rendimiento:


Modo PIO Rendimiento (Mb/s)
Modo 03,3
Modo 15,2
Modo 28,3
Modo 311,1
Modo 416,7

Modos DMA

La técnica DMA (Acceso Directo a Memoria) permite que los equipos liberen el procesador permitiendo a cada periférico acceder directamente a la memoria. Existen dos tipos de modos de DMA:

  • El DMA de "palabra única", que permite la transferencia de una sola palabra (2 bytes o 16 bits) durante cada sesión de transferencia
  • El DMA de "palabras múltiples", que permite la transferencia sucesiva de varias palabras en cada sesión de transferencia


La siguiente tabla proporciona una lista de los diferentes modos de DMA y sus rendimientos asociados:


Modo de DMA Rendimiento (Mb/s)
0 (Palabra única)2,1
1 (Palabra única)4,2
2 (Palabra única)8,3
0 (Palabras múltiples)4,2
1 (Palabras múltiples)13,3
2 (Palabras múltiples)16,7

Ultra DMA

El estándar ATA se basa originalmente en un modo de transferencia asincrónico, es decir, que el envío de comandos y de datos se ajusta al ancho de banda del bus y se realizan en cada flanco ascendente de la señal del reloj. Sin embargo, el envío de comandos y el envío de datos no ocurren de manera simultánea, es decir, un comando no puede ser enviado en tanto los datos no hayan sido recibidos y viceversa.

Para aumentar el rendimiento de los datos, puede parecer lógico aumentar la frecuencia de señal del reloj. Sin embargo, en una interfaz donde los datos se envían en paralelo, el aumento de la frecuencia ocasiona problemas de interferencia electromagnética.

De este modo, Ultra DMA (en algunos casos abreviado UDMA) fue diseñado con el fin de optimizar al máximo la interfaz ATA. El primer concepto de Ultra DMA consiste en utilizar los flancos ascendentes y descendentes de la señal para realizar las transferencias de datos, lo que significa un aumento de la velocidad en un 100% (con un aumento del rendimiento de 16,6 Mb/s a 33,3 Mb/s). Además, Ultra DMA incorpora el uso de códigos CRC que permiten la detección de errores de transmisión. Por lo tanto, los diferentes modos Ultra DMA definen la frecuencia de la transferencia de datos. Al producirse un error (cuando la CRC recibida no corresponde a los datos), la transferencia se produce en un modo Ultra DMA más bajo o incluso sin Ultra DMA.


Modo Ultra DMARendimiento (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


Con la incorporación del modo Ultra DMA, se introdujo un nuevo tipo de cable de cinta que permite limitar la interferencia. Este tipo de cable de cinta añade 40 alambres (en un total de 80) entrelazados con los alambres de datos para poder aislarlos y tener los mismos conectores que el cable de cinta de 40 alambres.

conectores de cable de 80 alambres


Sólo los modos Ultra DMA 2, 4, 5 y 6 son implementados realmente por los discos duros.

Estándares ATA

Existen diversas versiones del estándar ATA, que fueron presentadas sucesivamente:

ATA-1

El estándar ATA-1, más conocido como IDE, permite conectar dos periféricos en un cable de 40 alambres y ofrece una tasa de transferencia de 8 ó 16 bits con un rendimiento que oscila alrededor de los 8,3 Mb/s. ATA-1 define y es compatible con los modos PIO (entrada/salida programada) 0, 1 y 2 así como con el modo DMA de palabra múltiple (Acceso Directo a Memoria) 0.

ATA-2

El estándar ATA-2, más conocido como EIDE (o en algunos casos ATA rápido, ATA-2 rápido o IDE rápido), permite conectar dos periféricos en un cable de 40 alambres y ofrece a la vez una tasa de transferencia de 8 ó 16 bits con un rendimiento de alrededor de 16,6 Mb/s.

ATA 2 es compatible con los modos PIO 0, 1, 2, 3 y 4 y con los modos DMA de palabra múltiple 0, 1 y 2. Además, ATA-2 permite aumentar el tamaño máximo del disco de 528 Mb (lo impuesto por el estándar ATA1) a 8,4 Gb gracias a la LBA (Dirección Masiva de Bloque).

ATA-3

El estándar ATA-3 (también llamado Interfaz 3 de Adjunto ATA) representa una revisión menor de ATA-2 (con compatibilidad de descarga) y ha sido publicado en 1997 bajo el estándar X3.298-1997. El estándar ATA 3 ofrece las siguientes mejoras:

  • Confiabilidad mejorada: ATA 3 permite una confiabilidad aumentada de transferencias de alta velocidad
  • S.M.A.R.T (Tecnología Automática de Monitoreo, Análisis e Informe: una función diseñada para mejorar la confiabilidad y prevenir posibles fallas
  • Función de seguridad: los periféricos pueden protegerse con una contraseña añadida al BIOS. Al encenderse, el equipo verifica que la contraseña codificada en el BIOS corresponde a una que se encuentra guardada en la unidad de disco. Esto permite evitar que se utilice dicha unidad en un equipo diferente.

El ATA-3 no introduce un modo nuevo pero resulta en cambio, compatible con los modos PIO 0, 1, 2, 3 y 4, así como también con los modos DMA 0, 1 y 2.

ATA-4

El estándar ATA-4, o Ultra-ATA/3333, ha sido definido en 1998 bajo la norma ANSI NCITS 317-1998. El ATA-4 modifica el modo LBA buscando aumentar el límite del tamaño de disco a unidades de 128 Gb.

Las direcciones LBA en el ATA-4 son de 28 bits. Cada sector representa 512 bytes, de modo que el límite exacto del tamaño de disco en el modo LBA es el siguiente:

228*512 = 137 438 953 472 bytes 137 438 953 472/(1024*1024*1024)= 128 Gb

ATA-5

En 1990, el estándar ATA-5 definió dos modos nuevos de transferencia: Modos Ultra DMA 3 y 4 (el modo 4 también se denomina Ultra ATA/66 o Ultra DMA/66). Además, ofrece la detección automática del tipo de cable de cinta que se está utilizando (80 ó 40 alambres).

ATA-6

Desde 2001, ATA-6 define Ultra DMA/100 (también llamado Ultra DMA modo 5 o Ultra-ATA100), que permite que las unidades alcancen teóricamente rendimientos de 100 Mb/s.

Además, ATA-6 define una funcionalidad nueva, llamada Gestión Acústica Automática (AAM), que permite a las unidades que soportan esta función el poder ajustar automáticamente las velocidades de acceso con el objetivo de reducir el ruido operativo.

Finalmente, el estándar ATA-6 permite un LBA de los sectores de disco duro de 48 bits, llamado LBA48 (Dirección Lógica de Bloque de 48 bits). Gracias a LBA48, es posible usar discos duros 2^48 con 512 bytes por sector, lo que equivale a un límite del tamaño de disco de 2 petabytes.

ATA-7

El estándar ATA-7 define Ultra DMA/133133 (también llamado Ultra DMA modo 6 o Ultra-ATA133), que permite que las unidades alcancen teóricamente rendimientos de 133 Mb/s.

Cuadro de resumen

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NombreEstándar ANSISinónimoModo (PIO/DMA)Rendimiento (Mb/s)Comentarios
ATA-1 ANSI X3.221-1994 IDEPIO modo 03,3  
PIO modo 15,2
PIO modo 28,3
DMA modo 08,3
ATA-2 ANSI X3.279-1996 EIDE, ATA rápido, ATA-2 rápidoPIO modo 311,1 LBA de 28 bits
PIO modo 416,7
DMA modo 113,3
DMA modo 216,7
ATA-3 ANSI X3.298-1997  PIO modo 311,1 SMART, LBA de 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 compatible con CD-ROM (ATAPI)
UDMA modo 125,0
UDMA modo 233,3
ATA-4/ATAPI-5 ANSI NCITS 340-2000 Ultra-ATA/33, UDMA 33, Ultra DMA 66UDMA modo 344,4 Ultra DMA 66 con cable de 80 alambres
UDMA modo 466,7
ATA-4/ATAPI-6ANSI NCITS 347-2001Ultra-ATA/33, UDMA 33, Ultra DMA 100UDMA modo 5100Ultra DMA 100, LBA48 y función AAC (Gestión Acústica Automática)
ATA-4/ATAPI-7ANSI NCITS 361-2002Ultra-ATA/33, UDMA 33, Ultra DMA 133UDMA modo 6133Ultra DMA 133

Más información

Puede encontrar las especificaciones técnicas en el sitio web de T13, que es la organización responsable de mantener el estándar ATA:

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Ata-ide-y-eide.pdf

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