相国 飘灯:设备管理器中的IDE ATA/ATAPI控制器是什么意思

PIO的英文拼写是“Programming Input/Output Model”，PIO模式是一种通过CPU执行I/O端口指令来进行数据的读写的数据交换模式。是最早先的硬盘数据传输模式，数据传输速率低下，CPU占有率也很高，大量传输数据时会因为占用过多的CPU资源而导致系统停顿，无法进行其它的操作。PIO数据传输模式又分为PIO mode 0、PIO mode 1、PIO mode 2、PIO mode 3、PIO mode 4几种模式，数据传输速率从3.3MB/s到16.6MB/s不等。受限于传输速率低下和极高的CPU占有率，这种数据传输模式很快就被淘汰。

IDE架构剖析与发展趋势

Enhanced IDE接口历史(一)

1． AT ATTACHMENT （ATA）：ATA接口是个人电脑上最具有实力的存储接口，ATA接口早先被广泛应用于IBM及其兼容机，它被定义为标准的硬盘接口。

2． ATA-1：ATA硬盘接口的第一代标准ANSI X3.279-1994，也就是早期的IDE接口。

3． ATA-2：ATA硬盘接口的第二代标准ANSI X3.279-1995，就是大家所知道的Fast ATA或者称之为Enhanced IDE（EIDE）接口。

4． Apple-ATA：Apple上使用的ATA接口，当然也是由标准的ATA接口演化而来的，在ANSI的国际标准提案申请为X3T9.2/90-143.Revision 3.1，这一个由标准ATA接口规格演化而来Apple-ATA支持IDE接口的硬盘LBA驱动模式，但是没有支持ATATP。

5． ATA-3：ATA硬盘接口的第三代标准ANSI X3T13/2008D Revision 7（draft），同样包含在Fast ATA或Enhanced IDE的接口之中，一般使用者大多都知道Fast ATA或是Enhanced IDE接口，而对原来Fast ATA或Enhanced IDE接口居然还包括了ATA-2以及ATA-3两组国际标准。

6． ATAPI：AT Attachment Packet Interface，这是ATA Protocol的延伸，被定义用来支持CD-ROM光驱以及Tape磁带机，这一个ATAPI Protocol容许硬盘以外的设备使用ATA数据线。

7． ATA/ATAPI-4：ATA硬盘接口的第四代标准ANSI X3T13/D96153（draft），也就是大家所知道的Ultra ATA或是Ultra DMA，这一个版本支持33MB/sec的数据传输率（in burst mode），相信各位读者对ATA-4/Ultra DMA都是比较熟悉的了。

8． ATA/ATAPI-5：这是目前ATA硬盘接口的比较新的一代标准，这一规格里规定的数据流传输速率（in burst mode）为66MB/sec，并且加强了内部资料的检查与错误修正的算法，强化了资料的完整性和可靠性。

9． ATA/ATAPI-6：还有更新的一个标准，是ATA/ATAPI-5的改进，这一规格里规定的数据流传输速率（in burst mode）为100MB/sec。

表一：

PIO驱动模式的资料传输速率

PIO Mode Cycle time Transfer Rate
PIO Mode 0 600ns 3.3Mbytes/sec
PIO Mode 1 383ns 5.2Mbytes/sec
PIO Mode 2 240ns 8.3Mbytes/sec
PIO Mode 3 180ns 11.1Mbytes/sec
PIO Mode 4 120ns 16.6Mbytes/sec

Enhanced IDE接口发展至今，ULTRA DIRECT MEMORY ACCESS（ULTRA-DMA）的是目前最新的目前大家最为熟悉的就是Ultra-DMA的资料传输率最高可以达到ATA-3标准的四倍，也就是66.6Mbytes/sec。

实际上硬盘接口的鼻祖，除了SCSI界面以外，就是MFM/ST-506 Bus接口了，后来经过不断的演变才演进成为今天的Enhanced IDE接口，而在Enhanced IDE之前的IDE/AT-BUS接口，则仅仅提供了PIO驱动模式，而没有DMA驱动模式，这两种驱动模式简单来讲区别主要是在数据传输时是否需要CPU来控制。在PIO模式下，任何一个硬盘的读取动作，都必须经过CPU来控制管理，所以只要硬盘读写动作频繁的时候，CPU的资源就被大量的消耗，今儿降低了电脑整体的效率。而在DMA模式下，硬盘和内存之间的数据可以直接交换，这样就不会占用CPU的资源，提高了电脑的整体效率。读者千万不要忽略掉从PIO到DMA的进步，事实上个人电脑内的任何一个动作都必须运用系统的内存，毕竟CPU内部的缓存器容量太小了，所以凡是程序的读取、运算都必须在内存上操作，这样从硬盘到内存的数据交换就会非常频繁，所以简化这么一步对于电脑整体性能的提高还是非常突出的。

以前硬盘采用PIO模式的时候，只要一开始大量的硬盘读写操作，就会使得电脑的性能急剧下降，让人感觉电脑总在等待什么似的，实际上SCSI接口一开始也是采用PIO模式，后来也演变成了DMA模式，IDE/AT-BUS接口也不例外，到了PIO Mode 4驱动模式之后，IDE/AT-BUS接口已经成功的演化成为Enhanced IDE接口，驱动模式也由PIO Mode 4升级为Multi－word DMA Mode2，原本预计还有一个PIO Mode 5会问世的，但是DMA Mode已经出现，PIO Mode已经没有市场了。

所以读者可以认为Enhanced IDE接口的特点主要在于：驱动模式的改变，增加了对非硬盘存储设备的支持等，而且原本是一组的IDE界面现在也增加到了两组。

DMA的全名为Direct Memory Access直接内存存取，采用DMA驱动模式以后，CPU不再象往常那样需要花费相当多的时间在硬盘的O/I操作上，DMA的意义就是在于让硬盘和内存直接沟通，所有的硬盘操作都不需要占用太多的CPU时间。

接着让我们来看看DMA Mode的相关资料。（见表二）

表二：

DMA驱动模式资料传输速率
DMA Mode I/O Cycle time Transfer Rate
Single-word DMA Mode 0 900ns 2.1 Mbytes/sec
Single-word DMA Mode 1 480ns 4.2 Mbytes/sec
Single-word DMA Mode 2 240ns 8.4 Mbytes/sec
Multi-word DMA Mode 0 480ns 4.2 Mbytes/sec