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ATA/ATAPI (Advanced Technology Attachment with Packet Interface) ist eine Schnittstelle zwischen Massenspeicher und Computer. ATA/ATAPI wird beispielsweise in Personalcomputern verwendet, um Festplatten sowie Laufwerke für CD-ROM und DVD anzuschließen.

ATA/ATAPI wird durch das T13 Technical Committee des InterNational Committee for Information Technology Standards (INCITS) erarbeitet und durch das American National Standards Institute (ANSI) als US-amerikanische Norm verabschiedet.

Bestimmte Versionen von ATA/ATAPI werden oft auch Fast ATA, Ultra ATA, IDE (Integrated Disc Electronics oder Integrated Drive Electronics oder Integrated Device Electronics) und EIDE (Enhanced IDE) genannt. Neuerdings werden auch die Bezeichnungen P-ATA (Parallel ATA) verwendet, um ATA/ATAPI deutlich vom als Nachfolger entwickelten Industriestandard Serial ATA (S-ATA) abzugrenzen.

Geschichte

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

Western Digital nannte diese Schnittstelle Integrated Device Electronics (IDE) (1986). In Kooperation mit anderen Festplattenherstellern wurde dies als gemeinsamer Standard etabliert, der 1989 als ATA-1 verabschiedet wurde.

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).

Die Bezeichnung AT deutet noch auf den IBM PC/AT (Advanced Technology) mit 80286-Prozessor hin, der Nachfolger des IBM PC/XT mit 8086-Prozessor war. Deren 16-Bit-Architektur spiegelt sich im 16 Bit breiten ISA-Bus (AT-Bus) wider.

Bei der ATA/ATAPI-Schnittstelle verfügen die angeschlossenen Geräte über einen eigenen Controller. Mit diesem eingebauten Controller kommunizieren sie mit dem Host (über einen Host-Adapter (z. B. eine Schnittstellenkarte)). ATA/ATAPI-Geräte werden mit einem Flachbandkabel an die 40^[1]-polige Schnittstelle des Hosts angeschlossen (ATAPI-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. Es gibt bei vielen Geräten auch die Möglichkeit des „Cable Select“ (CS). Hierbei müssen beide Geräte auf CS gestellt werden, wobei ein spezielles Anschluss-Kabel den Device-0- bzw. -1-Status vergibt.

Vereinfachend gesagt, beschreibt ATAPI ein Verfahren, um (eine Teilmenge von) SCSI-Befehle(n) über die ATA-Schnittstelle zu übermitteln. Genau genommen setzt also ATAPI auf ATA auf. Da diese jedoch seit ATA/ATAPI-4 in einem gemeinsamen Standard beschrieben werden, wird gemeinhin der Begriff ATA/ATAPI verwendet.

Zur Nomenklatur

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^[2] 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 Begebenheiten 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.

Sonderform

Für Notebooks gibt es Sonderformen der Schnittstelle, die zusätzlich noch die Versorgungsspannung und bei optischen Laufwerken auch Audiosignale übertragen. Diese werden bei 2,5″-Festplatten ATAPI-44 und bei optischen SlimLine-Laufwerken ATAPI-50 genannt. (Die Zahl gibt hierbei die Anzahl der Pins an.)

Versionen des ATA-Standards

Werden zwei Geräte mit verschiedenen ATA-Versionen an einem Kabel angeschlossen, entscheidet bei älteren Controllern das langsamere Gerät über die Geschwindigkeit beider Geräte. Moderne ATA-Controller (seit ca. 1998) können jedoch für jedes Gerät die Geschwindigkeit getrennt steuern, so dass langsame Geräte nicht mehr den gesamten Bus ausbremsen.

ATA-1 (1989-1999, ANSI X3.221-1994, entspricht IDE)

Gleichzeitige Ansteuerung von maximal zwei Festplatten mit bis zu 8,3 MB/s (MB = Megabyte; 1 Megabyte = 1000 Kilobyte = 1.000.000 Byte).

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, ATA-1 und IDE (Integrated Device Electronics) entsprechen einander.

ATA-2 (1994-2001, ANSI X3.279-1996, entspricht EIDE)

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)
• ATA-2 entspricht EIDE (Enhanced IDE)
• 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 den so genannten Security Mode. Leistungsfähigkeit und Übertragungsmodi haben sich gegenüber ATA-2 nicht verändert.

ATA/ATAPI-4 (seit 1997, ANSI NCITS 317-1998)

Mit ATA-4 werden CD-ROM-Laufwerke und CD-Brenner beim Start ohne zusätzliche Treiber erkannt. Leistungsfähigkeit: 33,3 MB/s. Es wird ein neuer Modus namens Ultra-DMA (UDMA) eingeführt. ATA-4 ist jedoch zu den alten Modi PIO und DMA kompatibel. Der Name wird um ATA Packet Interface erweitert, mit denen die SCSI-Kommandos zur Ansteuerung der Laufwerke in ATA-Kommandos verpackt wurden.

• 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.

ATA/ATAPI-5 (seit 1999, ANSI NCITS 340-2000)

ATA-5 enthält einen 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. Dieses Kabel hat zwar weiterhin nur 39 Anschlusspins, allerdings befinden sich 41 zusätzliche Leitungen mit Masseanschluss jeweils zwischen den Datenleitungen. Diese sollen Induktionen, d. h. elektromagnetische Interferenzen verringern, die zu Übertragungsfehlern führen können.

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.

Mit ATA-6 wurden überdies neue ATA-Befehle eingeführt, die 48 Bit große Sektoradressen erlauben, was die maximal ansprechbare Kapazität von 2²⁸ · 512 Byte = 128 GiB auf 2⁴⁸ · 512 Byte = 134.217.728 GiB (≈ 144.115.188 GB) erhöht.

Neu eingeführt wurde auch Automatic Acoustic Management (AAM).

ATA/ATAPI-7 (seit 2001, ANSI INCITS 397-2005)

Mit ATA/ATAPI-7 wird im Standard erstmals zwischen paralleler (PATA) und serieller (SATA) Übertragung und dem gemeinsamen Befehlssatz (ATA/ATAPI Command Set, ACS) unterschieden.

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/ATAPI-8 (seit 2005)

Der ATA/ATAPI-8 Standard befindet sich noch in der Entwurfsphase, es gibt aber bereits Platten, die sich als ATA-8 identifizieren. Es kommen Funktionen für neue Anwendungen, z.B. Streaming, hinzu und vorhandene Funktionen werden genauer spezifiziert. Das neu hinzugekommene Dokument ATA8-AAM (ATA/ATAPI Architecture Model) spezifiziert die Gesamtarchitektur der Komponenten des Standards.

Erstmals gibt es über die "SCT Commands" eine standardisierte Möglichkeit, die aktuelle Temperatur, Minimal- und Maximalwerte und den Temperaturverlauf der letzten Betriebsstunden auszulesen. Festplatten mit dieser Funktion sind seit 2006 verfügbar. Die aktuelle Temperatur konnte zwar bisher meist als S.M.A.R.T Attribut ermittelt werden, dies war aber nicht Bestandteil des ATA-Standards.

Neuerungen bei der physischen Schnittstelle werden sich vermutlich auf SATA beschränken.

Vergleich

Alle Versionen sind weitgehend abwärtskompatibel: neuere Festplatten können damit auch an älteren Rechnern betrieben werden, ältere Laufwerke auch an neueren Schnittstellen angeschlossen werden.

Adressierungsprobleme

Im Laufe der Entwicklung wurde die Adressierung der einzelnen Blocks und der Sektoren auf einer Festplatte mehrfach geändert, um mit der rasanten Entwicklung der Festplattenkapazitäten mithalten zu können. Daher haben ältere ATA-Controller bzw. ältere Hauptplatinen Grenzen in der Kapazität der Festplatten, die sie ansprechen können (504 MB, 8 GB, 32 GB, 128 GB). Das typische Symptom ist, dass die Festplatte nur als 504 MB, 8 GB, 32 GB oder 128 GB groß erkannt wird, dass der Systemstart bei der Festplattenerkennung stehen bleibt oder die Festplatte – bei der Benutzung von großen Festplatten in alten Systemen – nicht erkannt wird. In diesem Fall hilft meist nur ein BIOS-Update vom Hersteller (falls ein solches verfügbar ist), die Installation eines HD-Managers wie z. B. Ontrack oder der Einbau eines modernen ATA-Controllers. Manche größeren Festplatten lassen sich auch per Jumper auf 32 GB reduzieren. Sie werden dann auch noch in älteren Systemen vom BIOS erkannt und sind damit als Ersatz einsetzbar. Wurde bisher ein DOS-basiertes Betriebssystem (MS-DOS, PC-DOS, DR-DOS, Windows 95/98/ME) verwendet, hilft oft auch die Verwendung eines modernen Betriebssystems wie BSD, Linux, Solaris, Mac OS X, Windows NT, Windows 2000, Windows XP oder andere.

Anzumerken ist hierbei, dass lediglich die 128-GB-Grenze im ATA-Standard begründet ist (28-Bit-Sektoradresse der Standard-ATA-Kommandos ↔ 48-Bit-Sektoradresse der Extended-ATA-Kommandos), die „kleineren“ Grenzen entstammen aus BIOS-Bugs bzw. sind Grenzen der Kommunikationsprotokolle zwischen Betriebssystem und BIOS oder sogar des Betriebssystems selbst. So zum Beispiel die 2 GB Grenze - sie stammt aus dem Dateisystem FAT16 in Verbindung mit DOS (2 hoch 16 = 65536 Zuordnungseinheiten. DOS kann maximal 64 Sektoren (zu je 512 Byte) zu einer Hilfsgröße zusammenfassen (32768 Byte bzw. 32 KB). Diese Hilfsgröße wird Cluster genannt). 32 KB x 65536 = 2 GB. Windows NT kann jetzt aber 64 KB große Cluster innerhalb FAT 16 verwalten. Hieraus ergibt sich eine maximale Partition von 4 GB. Diese ist nicht mehr DOS-kompatibel.

Passwortschutz

Die meisten aktuell auf dem Markt verfügbaren ATA- und Serial-ATA-Festplatten verfügen über einen 32 Byte langen Passwortschutz mit General- und Nutzerschlüssel, ohne den nicht auf die Daten der Festplatte zugegriffen werden kann. Ein mit Systemrechten laufendes Programm kann ein Passwort setzen und dem Nutzer die Daten unzugänglich machen.

Das Security Feature Set ist von IBM 1998 erstmals außerhalb von Notebooks verwendet worden und erreichte breite Anwendung, seit Seagate 3,5″-Festplatten für die Xbox lieferte.

Die Festplatten erlauben auch, das Setzen eines neuen Passworts zu verhindern. Diese Funktion muss allerdings bei jedem Systemstart aufgerufen werden. Im BIOS kann dies noch vor dem Start des Betriebssystems geschehen, was allerdings nur von wenigen BIOS unterstützt wird. Beim Bootvorgang kann ein Zusatztool aufgerufen werden, welches die Festplatte abriegelt.

Bietet das BIOS keine Möglichkeit, das Setzen eines Festplattenpassworts (durch Schadprogramme) zu verhindern, dann kann dieser Schutz mit Hilfe des ATASX BIOS nachgerüstet werden. Das ATASX BIOS bietet zudem noch das Festlegen und Eingeben eines Passwortes beim Systemstart.

Steckerbelegung

Der ATA-Stecker (ATAPI-40) ist ein 40^[1]-poliger zweireihiger Stecker, Pinabstand 2,54 mm:

Stecker am Gerät (Draufsicht auf die Pins)

  39________  ________1    ungerade Pin-Nummern
  |····················|
  |·········· ·········|
  40¯¯¯¯¯¯¯¯20(Key)¯¯¯2    gerade Pin-Nummern

Buchse am Kabel (Draufsicht, von vorn)

   1________--________39    ungerade Pin-Nummern
  |oooooooooooooooooooo|
  |ooooooooo*oooooooooo|
   2¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯40    gerade Pin-Nummern

Bei den neueren 80-adrigen ATAPI-5-Kabeln haben die Stecker drei Farben: Blau (am Controller/PC), grau (Device 1 (Slave), IDE 1) und schwarz (Device 0 (Master), IDE 0).

Die Buchse für Pin 20 (mit * gekennzeichnet) ist bei einigen Steckern verschlossen, um ein versehentliches falsches Aufstecken zu verhindern. Auf neueren Festplatten und Controllern sind die Anschlüsse zusätzlich von einem Kragen (Steckerwanne) umgeben, der einen robusteren Schutz vor Fehlsteckungen bietet als der Keypin alleine.

Anmerkung: Beschreibung im Hardwarebook ist falsch (Stand 27. April 2005); siehe Datenbücher Toshiba, Seagate und ähnliche.

Nachfolgend die Beschreibung der PINs:

Bei ATAPI-44, welches meist bei 2,5″-Festplatten zum Einsatz kommt, wurde der Pinabstand auf 2,00 mm verkleinert. Die Belegung entspricht ATAPI-40, jedoch wird hier die Stromversorgung über zusätzliche Pins am ATAPI-Anschluss vorgenommen.

ATA-Kabel: Farben der Stecker

Moderne ATA/ATAPI-Kabel haben meist Stecker in drei einheitlichen Farben: blau, grau und schwarz.

Zur Kennzeichnung des Hostadapter-seitigen Kabelendes ist der Stecker an diesem Ende blau; die Stecker für die ATA/ATAPI-Geräte sind grau und schwarz. Das ist von Bedeutung für:

• Schnelle UDMA-Modi: Ab UDMA-66 (UDMA 4) wird das feinere, 80-adrige Flachbandkabel verwendet, in welchem jede zweite Ader auf Masse gelegt ist, was zur Schirmung der Signal-Adern dient und die höhere Geschwindigkeit erst möglich macht. Die Stecker haben wie gewohnt 40 Pole, der Hostadapter-seitige Stecker hat jedoch eine besondere Kodierung, an der der ATA-Hostadapter erkennen kann, dass ein solches Kabel benutzt wird. Erst dann schaltet der Hostadapter die schnelleren Modi von 66 MB/s und höher frei. Beim Anschluss der ATA-Geräte mit einem solchen Kabel ist deshalb zu beachten, dass das blaue Kabelende an die Hauptplatine bzw. den ATA-Hostadapter angeschlossen werden muss.

• Cable-Select: Seit längerem unterstützen ATA-Kabel die Cable-Select-Adressierung und haben dazu farbige Gerätestecker in den Farben grau und schwarz, an die die ATA-Geräte angeschlossen werden. Wird im Cable-Select-Verfahren adressiert, ist das Gerät am schwarzen Stecker automatisch das Master-Gerät (Device 0) und das Gerät am grauen Stecker das Slave-Gerät (Device 1). Um das Cable-Select-Verfahren zu nutzen, müssen beide ATA/ATAPI-Geräte auf „CS“ gejumpert sein. Andernfalls ist das eine Gerät auf „Master“ zu jumpern und das andere auf „Slave“; hierbei ist es gleichgültig, welches am schwarzen und welches am grauen Stecker angeschlossen ist. Wird nur ein einziges ATA/ATAPI-Gerät an das Kabel angeschlossen, ist es unbedingt ans Ende des Kabels anzuschließen. Unter Umständen ist das Cable-Select-Verfahren hierbei nicht wünschenswert. Während bei der Einführung von Cable-Select die Stecker noch nicht farbig und der Stecker für das Master-Gerät immer am Ende des Kabels war, existieren heute auch 80-adrige ATA-Kabel, bei denen der graue Anschluss am Ende ist und der schwarze in der Mitte [sic].

Siehe auch

• Festplatte
• CE-ATA

Anmerkungen und Quellen

1. . ^{a b} Durch den fehlenden Key-Pin hat die Schnittstelle genaugenommen nur 39 Pole.
2. ↑ Working Draft – X3T10, 791D, Revision 4c – AT Attachment Interface for Disk Drives (ATA 1)

Weblinks

• T13 Technical Committee
• IDE-Grundlagen
• Homepage des Serial-ATA-Konsortiums
• ComputerBase – Serial ATA im Detail – Ausführlicher Artikel über Serial ATA (inkl. Vergleich zu Ultra ATA)
• Steckerbelegung ATAPI-44
• Steckerbelegung ATAPI-50
• http://www.heise.de/ct/ftp/projekte/atasecurity/ – Tools zum Abriegeln des Passworts (Security Feature Set)
• http://www.fitzenreiter.de/ata/ata.htm – ATA Security eXtension BIOS (Security Feature Set)
• http://www.pjrc.com/tech/8051/ide/wesley.html – Englischer Artikel zur Ansteuerung einer IDE-Festplatte

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