ATA/ATAPI

mini|34-Pin-Floppy- und 40-Pin-ATA-Stiftleiste (am Host bzw. am Peripheriegerät) mini|80- und 40-adrige ATA-Kabel zum Verbinden von Host zu Gerät

(kurz ATA) ist ein Standard für die parallele Datenübertragung zwischen Datenspeichern bzw. Laufwerken und der entsprechenden Hardwareschnittstelle eines Computers. Der Namensbestandteil AT verweist auf seinen Ursprung im Umfeld des IBM Personal Computer/AT und dazu kompatiblen Geräten. Die Entwicklung erfolgte anfangs proprietär als IDE durch Western Digital. Die spätere Normung erfolgt durch das technische Komitee T13 beim US-amerikanischen InterNational Committee for Information Technology Standards (INCITS).

(kurz ATAPI) verwendet diese physische Schnittstelle und erweitert das Protokoll so, dass darüber gekapselte SCSI-Pakete übertragen werden können. Die dadurch möglichen SCSI-Befehle erweitern den Einsatzbereich von ATA über den ursprünglich reinen Festplattenbetrieb hinaus. So können mit ATAPI zusätzlich auch Geräte wie Wechselplattenlaufwerke, optische Laufwerke und Bandlaufwerke verwendet werden. Das Packet Interface wird weiterhin bei Serial ATA verwendet.

Die von ATA zur Verfügung gestellte Funktionalität wird in modernen Computern üblicherweise von der Nachfolgeentwicklung Serial ATA übernommen. Zur Unterscheidung wird seit der Etablierung von Serial ATA aufgrund der parallelen Datenübertragung statt ATA oftmals PATA oder P-ATA als Abkürzung benutzt. Die Bezeichnung (kurz IDE) stammt aus der Zeit vor der Standardisierung und wird üblicherweise synonym zu ATA bzw. PATA benutzt. Verbreitet war auch der Begriff AT-Bus, der jedoch im Zusammenhang mit Steckkarten auch für den ISA-Bus stand.

Geschichte Der amerikanische Festplattenhersteller Western Digital wurde 1984 von Compaq beauftragt, einen Festplatten-Controller zu entwickeln. Im Gegensatz zu den ATA-Vorgängern mit ST506-Schnittstelle (mit den Aufzeichnungsverfahren MFM oder RLL) und dem Enhanced Small Disk Interface (ESDI) sollte die Kommunikation über ein einziges 40-poliges Flachbandkabel erfolgen und sich ein größerer Teil der Controller-Elektronik auf dem Peripheriegerät (zum Beispiel dem Festplattenlaufwerk) befinden.

Western Digital nannte diese Schnittstelle Integrated Drive Electronics (IDE). In Kooperation mit anderen Festplattenherstellern wurde sie als gemeinsamer Standard etabliert, der 1989 als ATA-1 verabschiedet wurde. Bis heute gilt IDE als Synonym für ATA bzw. heute PATA.

Western Digital erweiterte und verbesserte diesen Standard mit neuen Merkmalen. Der Marketingname EIDE für Enhanced IDE (entspricht ATA-2) war geschaffen und wird seither gemeinhin als Oberbegriff für alle Verbesserungen von IDE verwendet. Tatsächlich existieren eine Vielzahl weiterentwickelter Spezifikationen (siehe unten).

mini|Cable Select durch unbestückte Schneidklemme mini|Cable Select durch unterbrochene Leitung im Flachkabel Bei der ATA-Schnittstelle verfügen die angeschlossenen Geräte über einen eigenen Controller. Mit diesem eingebauten Controller kommunizieren sie mit dem Host über einen Host-Bus-Adapter auf der Hauptplatine oder einer Steckkarte. ATA-Geräte werden mit einem Flachbandkabel an die 40-poligeDurch den fehlenden Key-Pin hat die Schnittstelle genaugenommen nur 39 Pole. Schnittstelle des Hosts angeschlossen (ATA-40). Zwei Geräte pro Anschluss sind möglich, diese werden dabei als Device 0 (auch Master, MA) bzw. Device 1 (auch Slave, SL) bezeichnet. In der Regel wird Device 0 am Ende des Kabels angeschlossen. Die Einstellung des Device-0- bzw. -1-Status erfolgt meist über Jumper. Bei vielen Geräten gibt es auch die Möglichkeit des Cable Select (CS). Dazu müssen beide Geräte auf CS gestellt werden, wobei ein spezielles Anschlusskabel den Device-0- bzw. -1-Status vergibt.

Der ursprüngliche ATA-Befehlssatz war ausschließlich für Festplatten vorgesehen. Um auch Wechselmedien, optische und Bandlaufwerke verwenden zu können, wurde mit ATAPI ein Verfahren definiert, um (eine Teilmenge von) SCSI-Befehle(n) paketiert über die ATA-Schnittstelle zu übermitteln. ATAPI setzt dabei auf ATA auf und erweitert die Funktionalität. Da beide Protokolle seit ATA/ATAPI-4 in einem gemeinsamen Standard beschrieben werden, wird gemeinhin der Begriff ATA/ATAPI verwendet.

Zur Nomenklatur Das Kürzel „AT“ in „AT Attachment“ wird im Allgemeinen mit dem Namen des IBM Personal Computer/AT (Advanced Technology) assoziiert, steht aber offiziell für sich, um rechtliche Probleme mit IBM zu vermeiden.

Wie im Abschnitt Geschichte angedeutet, erfolgte der Übergang vom Industriestandard zu einem offiziellen Standard erst, nachdem schon längere Zeit ATA-Geräte hergestellt wurden: Der letzte Entwurf des Standardisierungsgremiums T13 Technical Committee für den ATA-1-Standard ist auf 1994 datiert, obwohl ATA-Geräte schon seit Mitte der 1980er-Jahre hergestellt werden. Daher hatte sich schon zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des offiziellen Standards Master und Slave als allgemein übliche Bezeichnung der beiden von einem ATA-Anschluss ansprechbaren Geräte durchgesetzt. Aus technischer Sicht jedoch erscheinen diese Bezeichnungen nicht gerechtfertigt, da die Ansteuerung beider Geräte durch den Host (normalerweise den Computer) praktisch gleichwertig erfolgt. Die Veröffentlichungen des T13 Technical Committee benutzen stattdessen die Bezeichnungen Device 0 und Device 1, die den technischen Gegebenheiten eher Rechnung tragen. In seinem gegenwärtigen Zustand benutzt dieser Artikel die Nomenklatur des T13 Technical Committee, um die dadurch gegebene offizielle Sprachregelung zu reflektieren, gefolgt von Master bzw. Slave in Klammern, um die allgemeine Verständlichkeit zu wahren.

Sonderformen mini|Ein Adapter zum Anschließen von 2,5″-Notebookplatten an übliche Mainboards. Über das Kabel wird die Stromversorgung geführt; die Signalleitungen befinden sich im schwarzen Steckergehäuse. mini|Ein CompactFlash-IDE-Adapter

ATA 44: Für Notebooks gibt es Sonderformen der Schnittstelle, die zusätzlich die Versorgungsspannung (+5 V) und bei optischen Laufwerken auch Audiosignale übertragen. Diese werden bei 2,5″-Festplatten ATA-44 und bei optischen SlimLine-Laufwerken ATA-50 genannt. (Die Zahl gibt dabei die Anzahl der Steckkontakte an.)

ATA ZIF: Für in Mediaplayern verwendete 1,8″-Festplatten gibt es eine Sonderform mit 40-poliger Buchse. Sie wird auch in UMPCs und einigen Notebooks verwendet.

Versionen des ATA-Standards Werden zwei Geräte mit verschiedenen ATA-Versionen an dasselbe Kabel angeschlossen, entscheidet bei älteren Host-Adaptern das langsamere Gerät über die Geschwindigkeit beider Geräte. Modernere ATA-Host-Adapter (seit ca. 1998) können die Geschwindigkeit für jedes Gerät getrennt steuern, so dass langsame Geräte nicht mehr den gesamten Bus ausbremsen.

ATA-1 (1989–1999, ANSI X3.221-1994) Gleichzeitige Ansteuerung von maximal zwei Festplatten mit einer Übertragungsrate von bis zu 8,3 MB/s

ATA-1 arbeitet asynchron.

Verwendung finden mehrere PIO-Modi (Programmed I/O) und DMA (Direct Memory Access)-Varianten:

PIO-Modus 0: 3,3 MB/s; PIO 1: 5,2 MB/s; PIO 2: 8,3 MB/s Single Word DMA Modus 0: 2,1 MB/s, DMA single 1: 4,2 MB/s, DMA single 2: 8,3 MB/s Multi Word DMA Modus 0: 4,2 MB/s

ATA-2 (1994–2001, ANSI X3.279-1996) Die Steuer- und Datensignale können mit ATA-2 synchron übertragen werden. Leistungsfähigkeit bis zu 16,6 MB/s. Neue Übertragungsmodi: Block transfers, Logical Block Addressing.

PIO-Modus 3: 11,1 MB/s; PIO 4: 16,6 MB/s DMA-Modus 1: 13,3 MB/s, Modus 2 (DMA 2): 16,6 MB/s (ab hier immer Multi Word) Fast ATA umfasst ATA-2, PIO 3, DMA 1 Fast ATA-2 umfasst ATA-2, PIO 4, DMA 2

ATA-3 (1996–2002, ANSI X3.298-1997) ATA-3 weist gegenüber seinem Vorgänger ATA-2 zwei neue Funktionen auf: S.M.A.R.T und das Security Feature Set. Leistungsfähigkeit und Übertragungsmodi haben sich gegenüber ATA-2 nicht verändert.

ATA/ATAPI-4 (1997–2008, ANSI NCITS 317-1998) Mit ATA/ATAPI-4 werden erstmals CD-ROM-Laufwerke und CD-Brenner in den Standard eingebunden. Dazu wird der Standard zum ersten Mal ATA/ATAPI genannt, was für ATA Packet Interface steht. Das Packet Interface definiert einen Layer, um SCSI-Kommandos über das ATA-Protokoll senden zu können. Leistungsfähigkeit: 33,3 MB/s. Es wird ein neuer Modus namens Ultra-DMA (UDMA) eingeführt. ATA/ATAPI-4 ist zu den alten Modi PIO und DMA kompatibel.

Mit UDMA wurde der Standard um den Cyclic Redundancy Check erweitert. Ultra DMA mode 0: 16,7 MB/s; UDMA 1: 25,0 MB/s: UDMA 2: 33,3 MB/s Ultra ATA/33 ist eine verbreitete Abkürzung von ATA-4 mit UDMA 2.

Mit dem Host-Protected-Area-Feature (HPA) kann ein geschützter Bereich auf der Platte angelegt werden.

ATA/ATAPI-5 (seit 1999, ANSI NCITS 340-2000) ATA-5 enthält den neuen Modus Ultra DMA 4. Leistungsfähigkeit 66,6 MB/s, daher auch UDMA-66 genannt (UDMA 3: 44,4 MB/s). Für den ATA-5-Standard ist ein spezielles 80-adriges Kabel erforderlich. Es hat zwar weiterhin nur 39 Anschlusspins, allerdings befinden sich 41 zusätzliche Leitungen mit Masseanschluss jeweils zwischen den Datenleitungen. Diese sorgen für eine definierte Wellenimpedanz der Signalleitungen zur Verringerung von Reflexionen. Weiterhin verringern sie das Übersprechen zwischen den Signalleitungen. Beides könnte ansonsten zu Übertragungsfehlern führen.

ATA/ATAPI-6 (seit 2000, ANSI NCITS 361-2002) Mit ATA-6 und dem Modus Ultra-DMA-100 (UDMA 5) sind Datenraten bis 100 MB/s möglich. Daher findet sich hier auch oft die Bezeichnung ATA/100. Auch wurden neue ATA-Befehle eingeführt, die 48 Bit große Sektoradressen erlauben (LBA-48), was die maximal ansprechbare Kapazität von 228 · 512 Byte = 128 GiB auf 248 · 512 Byte = 134.217.728 GiB (≈ 144.115.188 GB) = 128 PiB erhöht.

Eine weitere Neuerung ist Automatic Acoustic Management (AAM).

Mit dem Device Configuration Overlay (DCO) ist es möglich, bestimmte in den Identify-Informationen einer Platte gemeldete Werte zu beeinflussen. So können beispielsweise die Feature-Bits für einzelne DMA-Modi, SMART-Features, AAM oder HPA deaktiviert oder die gemeldete Größe der Platte reduziert werden. Mit Hilfe des ursprünglich für UNIX-Systeme entwickelten Systemprogramms hdparm kann beispielsweise diese Information mit sudo hdparm --dco-identify /dev/<Gerätename> bei einer bestimmten Festplatte abgefragt werden.

ATA/ATAPI-7 (seit 2001, ANSI INCITS 397-2005) Mit ATA/ATAPI-7 wird im Standard erstmals zwischen paralleler und serieller Übertragung und dem gemeinsamen Befehlssatz (ATA/ATAPI Command Set, ACS) unterschieden. Retronym wurde der bisherige Standard PATA (parallel ATA) genannt und die serielle Version SATA.

Mit dem PATA-Modus Ultra-DMA-133 (UDMA 6) sind Datenraten bis 133 MB/s möglich. Daher findet sich hier auch oft die Bezeichnung ATA/133.

ATA-8 (seit 2005, ANSI INCITS 452-2008) Mit ATA-8 wurden Fehler behoben und der Standard neu strukturiert. Er ist weiterhin kompatibel zu den Vorgängerversionen. Neu ist etwa, dass ATA-8 in vier Dokumente unterteilt wird, Architecture Model (ATA8-AAM), Command Set (ATA8-ACS), Parallel Transport (ATA8-APT) und schließlich Serial Transport (ATA8-AST). Das erlaubt eine weiterführende Abstrahierung der Definition der Befehle, des Architecture Models und schließlich des Transports. Der Kommandosatz ATA8-ACS wurde im September 2008 als ANSI INCITS Standard veröffentlicht.