IDE控制器工作原理

无论你用计算机做什么，存储系统都是整个系统的一个重要组成部分。实际上，大多数个人电脑都有一个或者多个诸如硬盘、CD-ROM、DVD刻录机以及早期像软驱这类存储装置。

通常情况下，这些设备都是通过IDE（集成设备电路Integrated Device Electronics的英文缩写）接口与电脑相连的，IDE接口是用来连接存储设备和计算机的标准方式。其实“IDE”并不是这项接口技术的真正名称，最初人们管这种接口技术称为“AT Attachment”，即Advanced Technology Attachment，也就是我们常说的ATA接口了，它最初是发展于IBM的“Advanced Technology PC”。下面，笔者将带着大家了解IDE/ATA的演变和发展、插脚引线的作用和“主/从”的真正含义等基础知识。
 
IDE的发展

IDE最初是作为一种电脑内部硬盘驱动器的标准连接方式。IDE背后的基本观念就是硬盘驱动器和控制器应该集成在一起。控制器是一块载有芯片的电路板，它能够正确严密的指挥硬盘如何存储和存取数据。绝大多数控制器都包含有一定容量的缓存（2MB或8MB）作为缓冲器，用来提高硬盘的性能。

在IDE诞生之前，控制器和硬盘的盘体是分开，并且多为是独立的。换句话说，一家制造商生产的控制器可能就无法正常工作在另一家制造商生产的硬盘上。控制器与盘体之间的距离还会导致信号强度下降而影响性能表现。这对电脑使用者而言不能不算是一种损失。

IBM在1984年推出的“AT computer”有两项关键性的技术革新。第一，推出“ISA”的第二代总线接口。新的ISA总线一次能够传输16个bit位，而此前只能传输8位。第二，IBM为其提供了一个将控制器和硬盘驱动器集成在一起的硬盘。一个带状的电缆通过ISA卡与电脑主机连接在一起，ATA接口就这么诞生了。

1986年，康柏（Compaq）公司把IDE驱动器引入到他们的桌面386系列中。这种联合形式依然是建立在IBM的ATA标准上的。不久以后，其他卖主陆续开始提供IDE驱动设备，IDE也成为覆盖整个整合驱动设备/控制器的代名词。由于绝大多数的IDE设备都是基于ATA的，因此这两种称呼常彼此替代使用。
 
控制器、驱动器和主机适配器

现在绝大多数的主板都带有IDE接口，我们常常听见这种接口被叫作IDE控制器，而实际上这是不对的。接口实际上是一个主机适配器，也就是说它提供的是一种连接设备和计算机（主机）的方法。而真正的控制器是位于硬盘上的电路板，这也是它被称为IDE——集成设备电路的原因。

最初IDE接口是用来连接硬盘设备的，而后发展成为一种通用接口用来连接软驱、CD-ROM以及一些磁带备份设备。虽然在内部设备中，IDE接口非常流行，但它们却极为少有的用于外部设备的连接。

ATA发展至今经过多次修改和升级，每新一代的接口都建立在前一代标准之上，并保持着向后兼容性。第一代是ATA-1，就是用于康柏桌面386系列的最初的标准规范。它被制定为“主/从”结构。ATA-1是建立在ISA96-pin标准连接器上的附属设备，使用40或44pin的连接器和电缆。在44pin方案里 ，额外多出的4个引脚用来向那些没有单独电源接口的设备提供电力支持。另外，ATA-1同时提供DMA和PIO两种方式传送信号。
ATA-2常被称为EIDE (Enhanced IDE)、Fast ATA 或 Fast ATA-2，此时DMA已经完全执行于这个版本里了，标准DMA传输速度已经由ATA-1里的4.16MBps提升到16.67MBps了。ATA-2还提供对电源管理、PCMCIA卡和可移动设备的支持，通过标准寻址方法CHS（柱面、磁头、扇区）支持最高8.4GB的硬盘容量。此外，ATA-2还引入LBA方式，这一方法突破了硬盘按照CHS方式访问磁盘的老观念，为适应以后硬盘容量的快速增长打下了的良好基础。同时通过不断升级的BIOS版本或者第三方软件，能够达到支持最大137.4GB的容量。只要你的电脑支持EIDE，就可以在CMOS设置中找到LBA（LBA，Logical Block Address）或（CHS，Cylinder、Head、Sector）的设置选项。EIDE支持的硬盘数目也有增加，它允许主板上具有两个插口，每个插口可以分别连接一个主设备和一个从设备，从而可以支持四个IDE设备。

随着自我监控检测和SMART等技术的介入，IDE驱动器被设计制造得更加可靠。ATA-3也增加了密码保护措施来控制存取设备，提供了一个很有意义的安全特性。

ATA-4融合的最大两个特点就是支持Ultra DMA和整合了ATAPI（AT Attachment Program Interface）标准。ATAPI为CD-ROM、磁带备份机和其它可移动存储设备提供了通用接口。而在此之前，ATAPI是一个完全独立的标准。伴着ATAPI的入盟，ATA-4对可移动介质的支持得到了立竿见影的改善效果，同时Ultra DMA也将DMA的数据传输率从原有的16.67MB/s提高到了33.33MB/s。除此之外，在原有的40pin的接口和线缆基础上，ATA-4外加了40个引脚，总共80个，其中的40根是地线，分散于标准的40根线缆之间用于增强信号质量。ATA-4也被叫做Ultra DMA、Ultra ATA或Ultra ATA-33。

相比ATA-4，ATA-5主要的升级在于自动侦测设备使用的是何种线缆，40pin还是80pin？在使用80pin线缆时，Ultra DMA传输率上升为更高的66.67MB/s。所以ATA-5也被称为Ultra ATA-66。
发展到后来，还出现了ATA-100/133两个非正式标准，只是速度有所提升，不过由于硬盘内部传输速度的限制，100/133MBps只不过是一个标志罢了。

数据线缆

IDE设备使用的是扁平带状数据线来相互连接，每一条线都是平齐的位于另一条的旁边，并非捆扎成束。数据线分为40股和80股两种，两头都有一个连接器，并在距离主板2/3的距离的位置还有另一个连接器，而且数据线的长度不能超过46厘米以保证数据传输的完整性。标准的数据线连接器的颜色应该分为蓝色、黑色和灰色三种。其中蓝色一头连接主板，黑色连接第一个（主）设备，灰色连接第二个（从）设备。
沿着线缆的一边有一条不同于数据线颜色的条纹，这是为了方便告诉用户在这一边是第一引脚，以便正确的将数据线插入到设备中去，并且设备厂商还在连接器上下功夫，采取了“防倒插”设计思想，设置了一个卡扣，若线路接反是无法插进去的。

主设备与从设备

一个单独的IDE接口能够支持2个设备。一般主板都采用双IDE接口，可以提供四个IDE设备。因为控制器集成在设备之中，并没有一个全局控制器来判断哪一个设备正在与计算机通话。如果每个设备在单独的接口上工作并不会有多大问题，但在同一线缆上增添第二个设备则会带来一点麻烦。

为了允许两个设备工作在同一数据线上传输数据，IDE使用了一种特殊的“主/从”结构来解决这一问题。这种结构让一个设备的控制器告诉其它设备什么时候能够向主机发送或从主机接收数据。其实，实现的原理很简单，从设备向主驱动器发出请求，考察其是否正在与主机通话。如果主设备空闲，那么从设备就可以进行连接了；如果主设备正在通话，则发出回应让从设备等待并且适时通知何时能够进行连接。

主机通过连接器上的第39号引脚来确定是否存在第二个设备。39号引脚传送的是一种特殊的信号，叫做DASP（Drive Active/Slave Present），用来检测设备。

虽然驱动器可以工作在任何一个接口上，但还是建议主设备连接在数据线末端的接口上使用，并且设备上的跳线必须设置在正确的位置上以表明该设备是主设备。从设备必须将设备上的跳线拿去或者更改为特殊的设置，这取决于设备自身。同样，从设备需要连接在数据线中间的那个连接器上面，控制器可以通过跳线的设置位置来确定自己是“主”还是“从”，这可以告诉设备该如何工作。每个驱动设备的都可以被设置成为“主”或者“从”，如果只有一个设备，那么它将永远是主驱动设备。

许多设备都带有一个特色的选项开关，称为Cable Select。配合使用某些主板，这些设备能够自动的配置成为“主”或者“从”。Cable Select的工作原理比较简单，一个跳线装置被安放在Cable Select开关上。其线缆本身就好像一个IDE的数据线，除了第28号引脚只连接主设备连接器。当打开计算机电源，IDE接口沿28号引脚发出信号，只有连在主设备连接器上的驱动器才能接收到。如果某一个驱动器接收到信号，则将自己配置为主设备，而没有接收到的则默认配置为从设备了。

结语

IDE作为一种通用接口，在计算机发展史上留下了不可磨灭的作用，这种并行线缆目前正逐步被串行ATA所取代，可以说IDE很好的完成了人们赋予它的使命。许多电脑初学者对于机箱来本就纷繁复杂的连线弄得摸不清头脑，相信通过本文至少对IDE接口、设备以及它们如何工作有一个大致的了解，更多的知识需要大家多动手、勤钻研。