医学影像工程师社区
专注影像设备维修技术交流与分享

重温硬盘接口知识(上)

  硬盘作为医疗设备中一个相当重要的存储设备,虽然由于其发展缓慢导致性能低下而一直备受诟病,但是不可否认的是它也一直经历着技术的变迁。事实上自1973年IBM推出第一款采用“温切斯特”技术的硬盘以来,这种传统的机械式硬盘在结构上一直没有太大变化。

  “温切斯特”技术的精髓就是采用密封固定的高速磁盘,磁头在盘片上悬浮高速地移动而不与之接触。但是随着盘片转速的不断升高、磁头盘片技术的不断改进、缓存容量的不断增大,最重要的是容量的提升,使今天的主流3.5英寸硬盘的接近100MB/s的传输速度应付普通应用依然不存在问题,这也是为什么这种硬盘一直沿用至今的一大主因。

  然而除了硬盘内部的改进以外,作为数据的流动媒介,硬盘的接口在这里也起到着至关重要的作用。不要认为现在最新的SATA
6.0Gbps接口对机械硬盘是一种无用功而认为接口技术不重要,早期的硬盘接口饱受着传输速率底下以及可靠性不佳等问题的困扰,随着时间的推移,接口技术到今天也越来越成熟。

  今天小工就和大家一起回顾一下硬盘的接口的发展,让我们一边回顾历史,一边也对硬盘的接口技术做一些了解。

  最早的IBM
PC并不带有硬盘,它的BIOS及DOS1.0操作系统也不支持任何硬盘,后来DOS2引入了子目录系统,并添加了对“大容量”存储设备的支持,于是一些公司开始出售供IBMPC使用的硬盘系统,这些硬盘与一块控制卡、一个独立的电源(IBM
PC的电源只有63.5W,无法向硬盘供电)被一起装在一个外置的盒子里,并通过一条电缆与插在扩展槽中的一块适配器相连,为了使用这样的硬盘,必须从软驱启动,并加载一个专用设备驱动程序。

  1983年,IBM推出了IBMPC的后继产品PC/XT,虽然XT仍然使用8088CPU,但配置却要高得多,加上了一个10MB(随后的XTS机型为20MB)的内置硬盘,IBM把原本放在盒子里的控制卡的功能集成到一块接口控制卡上,构成了我们常说的硬盘控制器。但是XT的BIOS中仍然不带有硬盘读写例程,为此接口控制卡上有一块ROM芯片,其中存有硬盘读写例程,这种现象一直持续到基于80286处理器的PC/AT的推出,硬盘接口控制例程终于被加入到了主板的BIOS中。

  ST-506接口

  PC/XT和PC/AT机器使用的硬盘被称为MFM硬盘或ST-506/412硬盘,MFM(ModifiedFrequencyModulation)是指一种编码方案,而ST-506/412则是希捷开发的一种硬盘接口,首先使用这种接口的硬盘为希捷的ST-506及ST-412。

  希捷在1980年推出的名为ST-506的5.25英寸硬盘所采用的接口可以说是最早的接口类型。这款硬盘的最大容量为5MB,而和其类似的容量为10MB的ST-412在1981年推出。同时他们都采用了MFM(Modified
Frequency Modulation)编码方案,编码器位于控制卡当中。

  1.jpeg

  ST-506接口拥有一个控制卡和两根导线,另有一根导线用于供电。其中34个针脚用于控制信号、20针用于数据传输,而且使用起来是非常方便的,但是这种接口所能支持的传输速度很低,因此到了1987年左右这种接口就基本上被淘汰了。

  2.jpeg

  事实上ST-506是由Shugart
Associates的SA1000接口演变而来的,这种接口最初用在一种软驱的接口上,这也使得ST-506的设计变得简便一些。当然,正如采用SA1000接口的软驱一样,ST-506为微型计算机设定了一种标准,后来还被应用到了企业系统当中。其中IBM就采用这种硬盘用于PC/AT系统当中,这也逐渐使得希捷成为硬盘的领导者。

  3.jpeg

  虽然ST-506接口的理论传输速率不超过7.5Mbps,但后来更高容量的ST-506采用了Adaptec的SCSI接口,这种接口到今天还在使用。虽然ST-506并非一款“智能”的硬盘,但是他对其他相关产品的发展起到了至关重要的作用。

  ST506/412最多可安装四个硬盘驱动器,允许最大的硬盘空间为150MB。在这项技术上,迈拓公司于1983年开发出了ESDI接口(ST506/412接口)。

  ESDI接口

  鉴于ST-506接口的低速度,迈拓于1983年开发了ESDI(EnhancedSmallDriveInterface)接口。

  ESDI接口的英文名称是(Enhanced Small Drive
Interface)。其特点是将编解码器放在硬盘本身之中,而不是在控制卡上,理论传输速度是前面所述的ST-506的2-4倍,一般可达到10Mbps。它的电缆由两部分组成,ESDI
接口在接口卡侧的外观为34脚和20脚公插针:

  4.jpeg

5.jpeg

  在硬盘侧为34脚的控制信号和 20 脚数据信号:

  6.jpeg

7.jpeg

  ESDI接口并没有得到广泛应用,原因之一是它的成本比较高,经过了几个版本之后,它与后出现的低成本高性能的IDE接口相比已没有优势可言,因此在进入九十年代后就逐步被淘汰掉了。Windows9x操作系统中有一个设备驱动程序叫ESDI_506.pdr,显然这个文件的名字来源于古老的ESDI和ST-506接口,但ESDI_506.pdr却是一个IDE接口的驱动程序!

  IDE与EIDE接口

  IDE(Integrated Drive
Electronics)的本意实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器,我们常说的IDE接口,也叫ATA(Advanced Technology
Attachment)接口,现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的,只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。

  8.jpeg

  把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度,数据传输的可靠性得到了增强,硬盘制造起来变得更容易,因为厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容,对用户而言,硬盘安装起来也更为方便。

  ATA接口最初是在1986年由CDC、康柏和西部数据共同开发的,他们决定使用40芯的电缆,最早的IDE硬盘大小为5英寸,容量为40MB,康柏早期的386系统使用了由西部数据制造的IDE硬盘,后来康柏创办了Conner来为自己生产硬盘,但很快又把Conner出售了。ATA接口的一大特点是成本低廉,非常符合PC机的发展特点,因此很快得到大家的认同,从80年代末期开始逐渐取代了其它老式接口,ANSI也专门制定了ATA-1标准,1990年后生产的PC机已经普遍采用ATA接口了。

  IDE接口在设备和主板侧的外观为40脚插针:

  9.jpeg

  IDE排线端引脚外观:

  10.jpeg

  IDE各引脚功能:

  nEO_IMG_11.jpg

  就在ATA-2成为标准之时,西部数据与希捷掀起了一场接口名称之争。西部数据提出了EIDE(EnhancedIDE)的概念,EIDE实际上包含了ATA-2和ATAPI(ATAPacketInterface)两种标准,后者是为了让CDROM、磁带机等其它设备使用ATA接口而制订的标准,因为ATA-1和ATA-2标准都只考虑了硬盘。希捷为了对付WD的市场策略,也提出了一个Fast-ATA的概念,并得到了昆腾的支持。Fast-ATA实际上就是ATA-2,相对而言,Fast-ATA比EIDE在概念上要更为清晰一些,但是由于CD-ROM驱动器的迅速发展,ATAPI标准得到了普遍应用,Fast-ATA和EIDE两种称呼都经常出现在各种场合,反而产生了很多混淆。ATA接口的最新标准是ATA-3,与ATA-2相比,ATA-3没有增加更高速率的工作模式,但改进了数据传输的可靠性,加入了一个简单的密码保护的安全方案,对电源管理方案进行了修改,并引入了S.M.A.R.T.技术,让硬盘在出错时能够向系统报告。

  IDE接口与EIDE接口的区别:

  IDE接口:

  IDE接口也叫做ATA端口,只可以接两个容量不超过528M的硬盘驱动器,接口的成本很低,因此在386、486时期非常流行。但大多数IDE接口不支持DMA数据传送,只能使用标准的PCI/O端口指令来传送所有的命令、状态、数据。几乎所有的586主板上都集成了两个40针的双排针IDE接口插座,分别标注为IDE1和IDE2。

  EIDE接口:

  EIDE接口较IDE接口有了很大改进。首先,它所支持的外设不再是2个而是4个了,所支持的设备除了硬盘,还包括CD-ROM驱动器磁盘备份设备等。其次,EIDE标准取消了528MB的限制,代之以8GP限制。第三,EIDE有更高的数据传送速率,支持PIO模式3和模式4标准。

  未完待续

( 3 )
分享到:更多 ()

评论 抢沙发

评论前必须登录!