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Computertechnik-Fibel

Die Computertechnik-Fibel, das Computer-Buch

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Netzwerktechnik-Fibel

Die Netzwerktechnik-Fibel

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P-ATA / Ultra-ATA / EIDE

EIDE bzw. ATA sind alte Schnittstellen für den Anschluss von Festplatten und Wechselspeicher-Laufwerken, wie CD-ROM, DVD oder Streamer in einem Computer. EIDE wurde von SATA abgelöst.

Die EIDE-Schnittstelle (Enhandced Integrated Drive Electronics) ist eine Weiterentwicklung des IDE-Standards. Die EIDE-Schnittstelle bezeichnet man auch als ATA-Schnittstelle. ATA steht für Advanced Technology (AT) Attachment. Die Bezeichnung EIDE wird nur noch selten verwendet. Mit dem Aufkommen von Serial ATA (S-ATA) wurde die Bezeichnung P-ATA immer gebräuchlicher. Wobei das P für parallel steht.

Hinweis: Bei EIDE und ATA muss man noch etwas Grundsätzliches unterscheiden, bevor man sie in einen Topf wirft. EIDE definiert den Anschluss der Laufwerke, wie Pinbelegung, Stecker, Kabel und elektrische Signale. ATA definiert das Protokoll, mit dem die Daten über die Leitungen transportiert werden.

EIDE-Architektur

EIDE-Controller mit Host, Slave und Master

EIDE und ATA unterstützen bis zu 4 Laufwerke und ermöglichen nicht nur den Anschluss von Festplatten, sondern auch von Wechselspeicher-Laufwerken (ATAPI), wie CD-ROM, CD-Brenner, DVD und Streamer.

Anschluss und Kabel

EIDE-/ATA-Schnittstelle auf dem Motherboard
Zwei EIDE-Anschlüsse auf einem Motherboard

IDE-Flachbandkabel
EIDE-Flachbandkabel

EIDE/ATA-Betriebsarten

Im Laufe der Zeit, seit es EIDE/ATA gibt, haben sich die Festplatten-Hersteller auf verschiedene Betriebsarten geeinigt. Dadurch wurde es möglich, ältere Festplatten und Laufwerke parallel zu neueren zu betreiben. Das hat jedoch den Nachteil, dass sich die schnelleren Geräte den langsameren Geräten in der Geschwindigkeit anpassen müssen.

PIO-Modus und DMA-Modus

Für den Datentransfer gibt es zwei Protokolle. Den PIO-Modus (Programmable Input Output) und den DMA-Modus (Direct Memory Access). Beim PIO-Modus ist der Hauptprozessor für jeden Lese- und Schreibvorgang verantwortlich. Er ist so lange beschäftigt, bis der Vorgang abgeschlossen ist. Währenddessen kann er keiner anderen Verarbeitung nachkommen. Erst mit der Einführung des DMA-Modus konnten die Daten direkt und ohne Umweg in den Arbeitsspeicher geladen werden.

Modus Bandbreite Einführung
IDE (ATA-1) PIO 0 3,33 MByte/s 1989
IDE (ATA-1) PIO 1 5,22 MByte/s  
IDE (ATA-1) PIO 2 8,33 MByte/s  
IDE Multiword-DMA 04,16 MByte/s  
IDE Multiword-DMA 113,33 MByte/s  
IDE Multiword-DMA 216,66 MByte/s  
E-IDE (Fast ATA-2) PIO 311,11 MByte/s 1994
E-IDE (Fast ATA-2) PIO 416,66 MByte/s  

Ultra-DMA-Modus (Ultra-ATA)

Der Ultra-DMA-Modus unterstützt höhere Datenübertragungsraten und besitzt eingebaute Sicherheitsmechanismen. Zusätzlich wird die Belastung des Hauptprozessors bei der Datenübertragung durch einen Bus-Master-Treiber reduziert. Dieser Treiber muss aktiviert werden. Bei Geräten, die damit nicht umgehen können muss er deaktiviert werden.
Das Bus-Mastering ist ein Datentransfer-Verfahren für die Übertragung von Daten und Befehlen, bei dem der Host-Controller direkt auf den Arbeitsspeicher zugreift, ohne den Prozessor zu belasten. So kann der Prozessor sich um andere Aufgaben kümmern. Dadurch erhöhte sich die Übertragungsrate bei erheblich geringerer Prozessorlast. Das gesamte System läuft spürbar schneller.
Ultra-DMA-Kabel in Rund-Ausführung
Bis zur UDMA-33-Spezifikation wurden 40-adrige Flachbandkabel verwendet. Ab UDMA-66 muss ein 80-adriges Flachbandkabel verwendet werden, wobei die maximale Leitungslänge bei 18 Zoll (ca. 45 cm) liegt. Die 40 zusätzlichen Leitungen sind Masseleitungen, die das Übersprechen zwischen den signalführenden Leitungen verhindert. Da dieses Flachbandkabel sehr viel Platz in einem Computer-Gehäuse verbraucht gibt es das UDMA-Kabel auch als Rund-Ausführung. Es verbraucht weniger Platz.
Ab UDMA-66 ist die Position von Master und Slave am Kabel vorgeschrieben. Vorher hat die korrekte Jumper-Belegung ausgereicht. Seit UDMA-66 muss sich das Master-Laufwerk am Ende, das Slave-Laufwerk in der Mitte des Kabels befinden. Um das Anschließen der Laufwerke zu vereinfachen, wurden die Stecker am Flachbandkabel farblich genormt. Blau steht für den EIDE-Host, der sich auf dem Mainboard befindet. Grau ist der Stecker für das Slave-Laufwerk und schwarz der Stecker für das Master-Laufwerk.
Der Standard Ultra-DMA-133 ist abwärtskompatibel. An den entsprechenden Controllern lassen sich auch ältere Ultra-ATA-Festplatten (66 und 100) betreiben.

Modus Bandbreite Einführung
Ultra-DMA 0 (ATA-16 / ATA-3) 16,66 MByte/s 1996
Ultra-DMA 1 (ATA-25) 25,0 MByte/s  
Ultra-DMA 2 (ATA-33 / ATA-4) 33,33 MByte/s 1997
Ultra-DMA 3 (ATA-44) 44,4 MByte/s  
Ultra-DMA 4 (Ultra-ATA-66 / ATA-5) 66,66 MByte/s 1999
Ultra-DMA 5 (Ultra-ATA-100 / ATA-6) 99,99 (100) MByte/s 2000
Ultra-DMA 6 (Ultra-ATA-133 / ATA-7) 133 MByte/s 2001

Konfiguration von EIDE-Geräten

EIDE-Geräte per Jumper konfigurieren
An eine (E)IDE-Strang können maximal 2 Geräte angeschlossen werden. Das Master-Gerät wird am Kabelende angesteckt. Der Jumper sollte hinten am Gerät auf Master (M) gesteckt sein. Ein zweites Gerät kommt an den zweiten Stecker, in der Mitte des Kabels. Dies wird als Slave betrieben. Entsprechend sollte der Jumper (S) gesteckt sein.
Bei der Verwendung von Cable Select (CS) muss bei beiden Geräten entsprechend der Jumper gesteckt sein. Die Position bzw. die Betriebsart wird über eine (nicht) durchverbundene Ader im Flachbandkabel eingestellt. In manchen Gerätekonstellationen funktioniert diese Automatik nicht. Deshalb ist angeraten in jedem Fall die manuelle Einstellung vorzunehmen. Bei nur zwei Geräten ist das auch kein Problem.
Die Software-Konfiguration von Festplatten und Laufwerken wird im BIOS vorgenommen. Dort stellt man den EIDE-Anschluss auf Auto-Detect (Autoerkennung) ein. Erst wenn diese Einstellung fehlschlägt kommt man um das manuelle Eintragen der Festplatten oder Laufwerks-Parameter nicht herum. Im Regelfall ist das nicht notwenig.

ATAPI - Advanced Technology Attachment with Packet Interface

ATAPI bedeutet Advanced Technology (AT) Attachment with Packet Interface und ist ein Erweiterung des Befehlssatzes ATA zum Anschluss eines CD-ROM-Laufwerks oder eines anderen Wechsel-Laufwerks (z. B. ZIP-Drive) an die EIDE-Schnittstelle.
Im aufkommenden Multimedia-Zeitalter wurden Computer mit CD-ROM-Laufwerken ausgestattet. Mit dem Laufwerk wurde auch eine CD-ROM-Controller-Steckkarte in den Computer eingebaut. Jeder CD-ROM Hersteller lieferte für seine CD-Rom-Laufwerke eine eigene Controller-Karte mit.
Als Zwischenstufe wurden Soundkarten mit den 3 bis 4 wichtigsten Schnittstellen onboard ausgestattet. Auf die Dauer und mit dem einsetzenden CD-ROM-Boom wurde das aber zu teuer. Außerdem waren die proprietären Schnittstellen nicht schnell genug, um die Aufgaben in einem Multimedia-Computer erledigen zu können.
Die Lösung war, CD-ROM-Laufwerke entweder an den SCSI-Bus oder die EIDE-Schnittstelle anzuschließen. Für die billigen Consumer-Computer wurde die EIDE-Schnittstelle gewählt. Dabei gab es aber ein Problem: Für jedes Gerät, das an der EIDE-Schnittstelle angeschlossen ist, wird ein fester Laufwerksbuchstabe vergeben. Und somit ist es kein Wechsel-Laufwerk mehr. Der CD-ROM-Wechsel würde einen Neustart des Computers nach sich ziehen.
Aus diesem Grund wurde der ATAPI-Befehlssatz entwickelt um CD-ROMs über die EIDE-Schnittstelle steuern zu können. Das BIOS ist sogar in der Lage das Betriebssystem von einer CD-ROM oder DVD zu booten.

Übersicht: Schnittstellen für Festplatten und Wechselspeicher-Laufwerke

Übersicht: Festplatten und Wechselspeicher-Laufwerke

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