パラレルATA

パラレルATA
上部に2つのATAマザーボードソケット、下部にATAコネクタ
タイプ内蔵ストレージデバイスコネクタ
製造履歴
設計者Western DigitalとCompaq、
その後多くの企業によって拡張
設計1986
代替シリアルATA (2003)
一般仕様
ホットプラグ対応いいえ
外部いいえ
ケーブル40または80導体リボンケーブル
ピン40
データ
幅16ビット
ビットレート半二重：
ATAチャネルあたり8.3MB/秒（当初）、
後にATAチャネルあたり33、66、100、133MB/秒
最大デバイス数2 [a]
プロトコルパラレル
ピン配置
ピン1リセット
ピン2グランド
ピン3データ7
ピン4データ8
ピン5データ6
ピン6データ9
ピン7データ5
ピン8データ10
ピン9データ4
ピン10データ11
ピン11データ3
ピン12データ12
ピン13データ2
ピン14データ13
ピン15データ1
ピン16データ14
ピン17データ0
ピン18データ15
ピン19グランド
ピン20キーまたはVCC_in
ピン21DDRQ
ピン22グランド
ピン23I/O書き込み
ピン24グランド
ピン25I/O読み取り
ピン26グランド
ピン27IOCHRDY
ピン28ケーブル選択
ピン29DDACK
ピン30グランド
ピン31IRQ
ピン32未接続
ピン33アドレス1
ピン34GPIO_DMA66_Detect
ピン35アドレス0
ピン36アドレス2
ピン37チップセレクト1P
ピン38チップセレクト3P
ピン39アクティビティ
ピン40グランド

パラレルATA（PATA）は、元々はATアタッチメント、 Integrated Drive Electronics（IDE）とも呼ばれ、 IBM PC互換機向けに設計された標準 インターフェースです。1986年にWestern DigitalとCompaqによって、互換ハードドライブ、CD/DVDドライブ向けに初めて開発されました。この接続は、ハードディスク、フロッピーディスク、[要出典] [本文では検証されていません] [1] [2] [3] [不適切な合成？ ]光ディスク、テープなどのコンピュータストレージに使用されます

この規格は、X3/ INCITS委員会によって維持されています。[4]基盤となるAT Attachment（ATA）およびAT Attachment Packet Interface（ATAPI）規格を使用しています。

パラレルATA規格は、初期のPC AT機器用に開発されたオリジナルのAT Attachmentインターフェースから始まった、長い歴史にわたる漸進的な技術開発の成果です。ATAインターフェース自体は、 Western DigitalのオリジナルのIntegrated Drive Electronics（IDE）インターフェースから数段階にわたって進化しました。その結果、ATA/ATAPIとその以前の形態の多くの同義語、特にExtended IDE（EIDE）とUltra ATA（UATA）は、今でも一般的に非公式に使用されています。 2003年にSATAが導入された後、オリジナルのATAはパラレルATA、略してPATAに改名されました。

パラレルATAケーブルの最大許容長は18インチ（457mm）です。[5] [6]この制限のため、この技術は通常、コンピュータの内部ストレージインターフェースとして使用されます。長年にわたり、ATAはこの用途において最も一般的で最も安価なインターフェースを提供してきました。しかし、新しいシステムでは、SATAに大きく置き換えられています。

歴史と用語

この規格は当初「ATバスアタッチメント」として構想され、正式名称は「ATアタッチメント」、略称は「ATA」でした[7] [8]。これは、その主な特徴がIBM PC/ATで導入された16ビットISAバスへの直接接続であったためです[9]。標準化委員会によって発行されたオリジナルのATA仕様では、「ATアタッチメント」という名称が使用されています[10] [11] [12]。IBM PC/ATの「AT」は「Advanced Technology」を意味していたため、ATAは「Advanced Technology Attachment」とも呼ばれています[13] [7] [14] [15]。 2003年に新しいシリアルATA（SATA）が導入された際、オリジナルのATAはパラレルATA、略してPATAに改名されました[16]

物理ATAインターフェースはPCの標準コンポーネントとなり、当初はホストバスアダプタ、時にはサウンドカードに搭載されていましたが、最終的にはマザーボード上のサウスブリッジチップに埋め込まれた2つの物理インターフェースとなりました。「プライマリ」および「セカンダリ」ATAインターフェースと呼ばれるこれらのインターフェースは、 ISAバスシステムではI/Oベースアドレス0x1F0～0x1F7と0x170～0x177に割り当てられました。これらはSATAインターフェースに置き換えられました。

IDEとATA-1

メモリ、キーボード、プロセッサ、キャッシュ、リアルタイムクロック、スロット以外は何も内蔵されていない1992年製の80386 PCマザーボードの例。このような基本的なマザーボードには、ST-506またはATAインターフェースのいずれかを装備できましたが、通常は両方を装備することはできませんでした。16ビットISAカードを介して、1つの2ドライブATAインターフェースとフロッピーインターフェースがこのシステムに追加されました

現在ATA/ATAPIインターフェースと呼ばれる最初のバージョンは、Western Digital社によってIntegrated Drive Electronics（IDE）という名前で開発されました。Compaq （最初の顧客）と共同で、さまざまなディスクドライブメーカーと協力し、既存のIBM PCハードドライブインターフェースとのソフトウェア互換性を維持することを目標に、初期の製品を開発・出荷しました。[17]このようなドライブは、1986年にCompaq PCに内蔵され[18] [19] 、1987年6月にConner Peripherals社からCP342として初めて個別に提供されました。[20]

統合ドライブ エレクトロニクスという用語は、ドライブ コントローラがドライブに統合されていることを意味します。これは、ドライブへの接続ケーブルの反対側にある別のコントローラとは対照的です。IBM PC 互換機、 CP/Mマシンなどでは、これは通常マザーボード上にインストールされたカードでした。パラレル ATA ドライブをたとえばISA スロットに接続するために使用されるインターフェイス カードは、ドライブ コントローラではなく、ホスト バスと ATA インターフェイス間のブリッジにすぎません。元の ATA インターフェイスは基本的に 16 ビットのISA バスであるため、ATA コネクタが ISA インターフェイス カード上にある場合、ブリッジは特に単純でした。統合コントローラは、比較的単純なコマンド インターフェイスを持つ 512 バイトのブロックの配列としてドライブをホスト コンピュータに提示しました。これにより、初期のST-506およびESDIハード ドライブで行わなければならなかった、ディスク ヘッド アームのステップ、ヘッド アームの出し入れなどの面倒な作業からホスト コンピュータのマザーボードとインターフェイス カードが解放されました。ドライブの機械的動作に関するこれらの低レベルの詳細はすべて、ドライブ自体のコントローラによって処理されるようになりました。コントローラはドライブごとに固有にできるため、多くの異なるタイプのドライブを処理できる単一のコントローラを設計する必要もなくなりました。ホストは、特定のセクターまたはブロックの読み取りまたは書き込みを要求し、ドライブからのデータを受け入れるか、ドライブにデータを送信するだけで済みました。

これらのドライブで使用されるインターフェースは、1994年にANSI規格X3.221-1994（ディスクドライブ用ATアタッチメントインターフェース）として標準化されました。この規格の後継バージョンが開発され、「ATA-1」として知られるようになりました。[21] [22]

IBM XTや8ビット版ISAバスを使用した同様のマシン向けに、短命でほとんど使用されなかったATA実装が作成されました。これは「XT-IDE」、「XTA」、または「XTアタッチメント」と呼ばれてきました。 [23]

EIDEとATA-2

1994年、ATA-1規格が採用されたのとほぼ同時期に、Western DigitalはEnhanced IDE（EIDE）という新しい名前のドライブを発表しました。これらには、当時予定されていたATA-2規格のほとんどの機能と、いくつかの追加の機能強化が含まれていました。他のメーカーは、「Fast ATA」や「Fast ATA-2」など、独自のATA-1のバリエーションを発表しました

ANSI規格の新バージョンであるATアタッチメント・インターフェース（拡張機能付きATA-2、X3.279-1996）は1996年に承認されました。これには、メーカー固有のバリアントのほとんどの機能が含まれていました。[24] [25]

ATA-2は、ハードドライブ以外のデバイスをインターフェースに接続できることを初めて指摘した規格でもありました。

3.1.7 デバイス：デバイスはストレージ周辺機器です。従来、ATAインターフェース上のデバイスはハードディスクドライブでしたが、この規格に準拠していれば、あらゆる形式のストレージデバイスをATAインターフェースに配置できます。

—  ATアタッチメント・インターフェース（拡張機能付きATA-2）、2ページ[25]

ATAPI

ATAはもともとハードディスクドライブとそれらをエミュレートできるデバイス向けに設計され、それらのみで動作していました。Small Form Factor Committee（SFF）によるATAPI（ATAパケットインターフェース）の導入により、ATAはハードディスクドライブに必要な機能を超えた機能を必要とするさまざまなデバイスに使用できるようになりました。たとえば、リムーバブルメディアデバイスには「メディアイジェクト」コマンドと、ホストがメディアが存在するかどうかを判断する方法が必要ですが、これらはATAプロトコルでは提供されていませんでした。

ATAPIは、ATAインターフェースがSCSIコマンドと応答を伝送できるようにするプロトコルです。したがって、すべてのATAPIデバイスは、電気インターフェース以外では実際には「SCSIを話しています」。SCSIコマンドと応答は、ATAケーブル上で伝送するために「パケット」（つまり「ATAパケットインターフェース」）に埋め込まれています。これにより、SCSIコマンドセットが定義されているすべてのデバイスクラスをATA/ATAPI経由でインターフェースできます

ATAPIデバイスは、パケットの送信にATA物理インターフェースとプロトコルが現在も使用されているため、「ATAを話す」とも言えます。一方、ATAハードドライブとソリッドステートドライブはATAPIを使用しません。

ATAPIデバイスには、CD-ROMドライブ、DVD-ROMドライブ、テープドライブ、 ZipドライブやSuperDiskドライブなどの大容量フロッピードライブが含まれます。初期のATAPIデバイスの中には、ATA/ATAPIからSCSIへのプロトコルコンバータが追加されただけのSCSIデバイスもありました。[要出典]

各クラスのATAPIデバイス（CD-ROM、テープなど）で使用されるSCSIコマンドとレスポンスは、それぞれのデバイスクラスに固有の他のドキュメントまたは仕様書で規定されており、ATA/ATAPIまたはT13委員会の管轄範囲外です。一般的に使用されるコマンドセットの1つは、 MMC SCSIコマンドセットで定義されています。

ATAPIは、INCITS 317-1998、 AT Attachment with Packet Interface Extension（ATA/ATAPI-4）でATAの一部として採用されました。[26] [27] [28]

UDMAとATA-4

ATA/ATAPI-4規格では、いくつかの「Ultra DMA」転送モードも導入されました。これらは当初、16～33MB/秒の速度をサポートしていました。後のバージョンでは、より高速なUltra DMAモードが追加され、クロストークを低減するために新しい80線ケーブルが必要になりました。最新バージョンのParallel ATAは、最大133MB/秒をサポートしています。

Ultra ATA

Ultra ATA（略称UATA）は、主にWestern Digital社がATA/ATAPI規格のさまざまな速度向上に使用してきた名称です。例えば、2000年にWestern Digital社は「Ultra ATA/100」について説明する文書を公開しました。これは、パラレルATAインターフェースの最大速度を66MB/秒から100MB/秒に向上させることで、当時のATA/ATAPI-5規格のパフォーマンス向上をもたらしました。[29] Western Digital社による変更のほとんどは、他の変更とともに、ATA/ATAPI-6規格（2002年）に含まれました。

x86 BIOSのサイズ制限

当初、ATAドライブのサイズは、C/H/Sパラメータ[30]と、多くの場合、未使用時にドライブヘッドが待機するランディングゾーンを事前に定義するタイプ番号（1～45）を使用して、システムのx86 BIOSに保存されていました。後に、C/H/S、つまりシリンダ、ヘッド、セクタと呼ばれる「ユーザー定義」フォーマット[30]が利用可能になりました。これらの数値は初期のST-506インターフェースでは重要でしたが、ATAでは通常意味を持ちませんでした。後期のATA大容量ドライブのCHSパラメータは、ドライブの内部物理レイアウトを全く定義しない、あり得ないほど大きなヘッド数やセクタ数を指定することが多かったからです。当初からATA-2までは、接続されたドライブのサイズをユーザーが明示的に指定する必要がありました。ATA-2以降は、送信可能な「identify drive」コマンドが実装され、すべてのドライブパラメータが返されます。

マザーボードメーカーの先見の明がなかったため、システムBIOSは、特定の値が特定の数値の最大値を超えないとメーカーが想定していたため、人為的なC/H/Sサイズ制限によってしばしば制限されていました。

これらのBIOS制限の最初のものは、ATAドライブのサイズが504MiBを超えたときに発生しました。これは、一部のマザーボードBIOSが1024シリンダ、16ヘッド、63セクターを超えるC/H/S値を許可しなかったためです。セクターあたり512バイトを掛けると合計528,482,304バイトとなり、これを1MiBあたり1,048,576バイトで割ると504MiB（528MB ）になります

BIOSの2つ目の制限は、シリンダ数1024、ヘッド数256、セクター数63で発生し、 MS - DOSの問題によりヘッド数が255に制限されました。合計は8,422,686,720バイト（8,032.5MiB）となり、一般的に8.4ギガバイトの壁と呼ばれています。これもx86 BIOSによって課せられた制限であり、ATAインターフェースによって課せられた制限ではありません。

最終的に、これらのサイズ制限は、起動時にハードドライブのブートセクターからロードされる小さなプログラムによって上書きできることが判明しました。Western Digitalなどの一部のハードドライブメーカーは、これらの問題を克服するために、大容量ハードドライブにこれらのオーバーライドユーティリティを同梱し始めました。ただし、特別なユーティリティをロードせずにコンピューターを他の方法で起動すると、無効なBIOS設定が使用され、ドライブにアクセスできなくなるか、オペレーティングシステムに破損しているように見える可能性があります

その後、x86 BIOSディスクサービスの拡張機能である「拡張ディスクドライブ」（EDD）が利用可能になり、最大2の64セクターのドライブのアドレス指定が可能になりました。[31]

インターフェースサイズの制限

最初のドライブインターフェースは22ビットのアドレッシングモードを使用し、最大ドライブ容量は2ギガバイトでした。その後、最初に正式化されたATA仕様では、 LBA28を介して28ビットのアドレッシングモードが使用され、2の28乗（268、435、456 ）のセクター（ブロック）（それぞれ512バイト）のアドレス指定が可能になり、最大容量は128GiB  （ 137GB ）に なりました

ATA-6では48ビットのアドレス指定が導入され、容量制限が128PiB（144PB）に増加しました。そのため、約137GBを超える容量のATAドライブは、ATA-6以降のドライブを使用する必要があります。このようなドライブをATA-5以前のインターフェースを持つホストに接続すると、使用可能な容量はインターフェースの最大値に制限されます。

Windows XP SP1以前、Windows 2000 SP3以前など、一部のオペレーティングシステムでは、 LBA48がデフォルトで無効になっているため、約137ギガバイトを超えるATAドライブの全容量を使用するには、ユーザーが追加の手順を実行する必要があります。[32]

Windows 98などの古いオペレーティングシステムは、48ビットLBAをまったくサポートしていません。ただし、サードパーティグループMSFN [33]のメンバーは、Windows 98ディスクドライバを変更し、Windows 95 OSR2、Windows 98、Windows 98 SE、およびWindows MEに48ビットLBAの非公式サポートを追加しました。

LBA48をサポートする一部の16ビットおよび32ビットオペレーティングシステムは、32ビット演算のみを使用しているため、2TiBを超えるディスクをサポートしていない場合があります。この制限は多くのブートセクターにも適用されます。

優位性と陳腐化

パラレルATA（当時は単にATAまたはIDEと呼ばれていました）は、導入後すぐにPCの主要なストレージデバイスインターフェースとなりました。一部のシステムでは、3つ目と4つ目のマザーボードインターフェースが提供され、最大8台のATAデバイスをマザーボードに接続できるようになりました。多くの場合、これらの追加コネクタは安価なRAIDコントローラによって実装されました。

2003年にシリアルATA （SATA）が導入されて間もなく、パラレルATAの使用は減少しました。当時の一部のPCやラップトップには、SATAハードディスクとPATAに接続された光学ドライブが搭載されていました。

2007年時点で、Intel ICH10などの一部のPCチップセットはPATAのサポートを廃止しました。これらのチップセットでパラレルATAを提供し続けたいマザーボードベンダーは、追加のインターフェースチップを搭載する必要があります。最近のコンピュータでは、マザーボードには通常4つ以上のシリアルATAコネクタが用意されており、あらゆる種類のSATAデバイスが一般的であるため、パラレルATAインターフェースが存在していてもほとんど使用されません

ウエスタンデジタルがPATA市場から撤退したため、PATAインターフェースを備えたハードディスクドライブは、2013年12月以降、特殊用途以外では生産されなくなりました。[34]

インターフェース

パラレル ATA ケーブルは、一度に 16 ビットのデータを転送します。従来のケーブルでは、 40 または 80 導体のリボン ケーブルに接続された 40 ピンのメス型圧接コネクタ(IDC) が使用されています。各ケーブルには 2 つまたは 3 つのコネクタがあり、そのうちの 1 つは、コンピュータ システムの残りの部分とインターフェイスするホスト アダプタに接続します。残りのコネクタは、ストレージ デバイス (最も一般的にはハード ディスク ドライブまたは光学式ドライブ) に接続します。各コネクタには 39 本の物理ピンが 2 列に配置されており (2.54 mm、1 ⁄ 10インチ ピッチ)、ピン 20 にギャップまたはキーがあります。初期のコネクタにはこのギャップがなく、40 ピンすべてが使用可能である場合があります。そのため、ギャップが埋められた後期のケーブルは、初期のコネクタと互換性がありません。ただし、初期のケーブルは、後期のコネクタと互換性があります。

丸型パラレルATAケーブル（リボンケーブルとは対照的に）は、見た目の理由、コンピュータの冷却性能の向上、そして取り扱いの容易さから、「ケース改造者」向けに最終的に利用可能になりました。しかし、ATA仕様ではリボンケーブルのみがサポートされています。

ピン20
ATA規格では、ピン20はメカニカルキーとして定義されており、使用されません。メスコネクタのピンソケットはブロックされていることが多く、オスケーブルまたはドライブコネクタからピン20を省略する必要があります。そのため、逆向きに差し込むことはできません。ただし、一部のフラッシュメモリドライブでは、特別な電源ケーブルを必要とせずに、ピン20をVCC_inとして使用してドライブに電力を供給できます。この機能は、機器がピン20のこの使用をサポートしている場合にのみ使用できます。[35]
ピン28
80芯ケーブルの灰色（スレーブ/中央）コネクタのピン28は、ケーブルのどの導体にも接続されていません。黒色（マスタードライブ側）と青色（マザーボード側）のコネクタには通常接続されています。これにより、ケーブルセレクト機能が有効になります。
ピン34
ピン34は、80芯ケーブルの青色コネクタ内部でグランドに接続されていますが、ケーブルのどの導体にも接続されていないため、このようなケーブルを検出できます。灰色と黒色のコネクタには通常接続されています。[36]

44ピンバリアント

44ピンバリアントPATAコネクタは、ノートパソコン内の2.5インチドライブに使用されます。ピンはより密集しており（2.0 mmピッチ）、コネクタは40ピンコネクタよりも物理的に小さくなっています。追加のピンは電力を供給します。

80芯バリアント

1.8インチハードディスク上の80ピンパラレルATAインターフェース
ATAケーブルの比較：40芯リボンケーブル（上）と80芯リボンケーブル（下）。どちらの場合も40ピンのメスコネクタが使用されています。

ATA ケーブルはその歴史のほとんどで 40 本の導体 (2.5 インチ ドライブに使用される小型フォーム ファクタ バージョンでは 44 本の導体、追加の 4 本は電源用) でしたが、UDMA/66モードの導入により 80 本の導体バージョンが登場しました。新しいケーブルの追加の導体はすべて接地であり、信号導体と交互に配置されることで、隣接する信号導体間の容量結合の影響を減らし、クロストークを減らします。容量結合は転送速度が高いほど問題になるので、この変更はUDMA4の 66 メガバイト/秒 (MB/s) の転送速度を確実に動作させるために必要でした。より高速なUDMA5およびUDMA6モードでも 80 本の導体ケーブルが必要です。

導体数は2倍になりましたが、コネクタピンの数とピン配置は40芯ケーブルと同じで、コネクタの外観も同じです。内部的にはコネクタが異なります。80芯ケーブルのコネクタはより多くの接地導体を接地ピンに接続しますが、40芯ケーブルのコネクタは接地導体を接地ピンに1対1で接続します。80芯ケーブルには通常、3つの異なる色のコネクタ（コントローラー、マスタードライブ、スレーブドライブそれぞれに青、黒、灰色）が付属していますが、40芯ケーブルのコネクタは均一な色（通常はすべて灰色）です。80芯ケーブルの灰色のコネクタはピン28 CSELが接続されていないため、ケーブルセレクトが設定されたドライブのスレーブ位置になります。

ケーブル上の複数のデバイス

1本のケーブルに2つのデバイスが接続されている場合は、一方をデバイス0（以前は一般的にマスターと呼ばれていました）、もう一方をデバイス1（以前は一般的にスレーブと呼ばれていました）として指定する必要があります。[37]この区別は、両方のドライブが競合することなくケーブルを共有できるようにするために必要です。デバイス0ドライブは、通常、コンピュータのBIOSやオペレーティングシステムに「最初に」表示されるドライブです。ほとんどのパーソナルコンピュータでは、ドライブはデバイス0の場合は「C:」、デバイス1の場合は「D:」と指定され、それぞれに1つのアクティブなプライマリパーティションがあることを表します

デバイスが使用するモードは、多くの場合、デバイス自体のジャンパー設定によって設定され、デバイス0（マスター）またはデバイス1（スレーブ）に手動で設定する必要があります。ケーブル上にデバイスが1つしかない場合は、デバイス0として設定する必要があります。ただし、一部の特定の時代のドライブには、この構成用に「シングル」と呼ばれる特別な設定があります（特にWestern Digital）。また、利用可能なハードウェアとソフトウェアによっては、ケーブル上のシングルドライブは、デバイス1ドライブとして設定されていても、多くの場合確実に動作します（セカンダリATAインターフェース上のデバイスが光学ドライブのみである場合に最もよく見られます）。

プライマリとセカンダリという言葉は通常、2本のIDEケーブルを指し、それぞれに2つのドライブ（プライマリマスター、プライマリスレーブ、セカンダリマスター、セカンダリスレーブ）があります。

低速デバイスが同じケーブル上の高速デバイスのパフォーマンスにどの程度影響を与えるかについては、多くの議論があります。初期のATAホストアダプタでは、速度が異なる2つのデバイスが同じケーブル上にある場合、両方のデバイスのデータ転送が低速デバイスの速度に制限される可能性があります最新のATAホストアダプタはすべて独立デバイスタイミングをサポートしているため、これは当てはまりません。これにより、ケーブル上の各デバイスはそれぞれ最適な速度でデータを転送できます。独立タイミング機能のない初期のアダプタでも、この効果は読み取りまたは書き込み操作のデータ転送フェーズにのみ適用されます。[38]これは、ほとんどのパラレルATA製品がオーバーラップ機能とキュー機能の両方を省略しているためです。ケーブル上で一度に読み取りまたは書き込み操作を実行できるのは1つのデバイスだけです。そのため、同じケーブル上で高速デバイスが、使用頻度の高い低速デバイスと接続されている場合、低速デバイスが先にタスクを完了するまで待たなければなりません。しかし、ほとんどの最新デバイスは、データがオンボードキャッシュメモリに保存され、（低速の）磁気ストレージに書き込まれる前に、書き込み操作が完了したと報告します。これにより、ケーブル上の他のデバイスにコマンドを送信できるため、「一度に1つの操作」という制限の影響が軽減されます。これがシステムパフォーマンスに与える影響は、アプリケーションによって異なります。たとえば、光学ドライブからハードドライブにデータをコピーする場合（ソフトウェアのインストール時など）、この影響はおそらく問題にならないでしょう。このようなジョブは、光学ドライブがどこにあるかに関係なく、必然的に光学ドライブの速度によって制限されます。しかし、問題のハードドライブが同時に他のタスクに対しても良好なスループットを提供することが期待される場合、光学ドライブと同じケーブル上には接続しない方がよいでしょう。

ケーブル選択

ケーブルセレクトと呼ばれるドライブモードは、ATA-1ではオプションとして記述されていましたが、ATA-5以降でかなり広く使用されるようになりました。「ケーブルセレクト」に設定されたドライブは、ケーブル上の位置に応じて、自動的にデバイス0またはデバイス1として設定されます。ケーブルセレクトはピン28によって制御されます。ホストアダプタはこのピンを接地します。デバイスはピンが接地されていることを検出すると、デバイス0（マスター）デバイスになり、ピン28が開いていることを検出すると、デバイス1（スレーブ）デバイスになります。

この設定は通常、ドライブ上の「ケーブルセレクト」と呼ばれるジャンパー設定によって選択され、通常はCSとマークされています。これはデバイス0/1設定とは別です

2台のドライブを手動でデバイス0とデバイス1に設定する場合、この設定はケーブル上の位置と一致させる必要はありません。ピン28は、ドライブにケーブル上の位置を知らせるためにのみ使用され、ホストがドライブと通信する際には使用されません。つまり、ドライブ上のジャンパーを使用した手動のマスター/スレーブ設定が優先され、リボンケーブルのどちらのコネクタにも自由に配置できます。

40芯ケーブルでは、2つのデバイスコネクタ間のピン28のワイヤを切断するだけでケーブルセレクトを実装するのが一般的でした。スレーブのデバイス1をケーブルの端に、マスターのデバイス0を中央のコネクタに配置します。この配置は、最終的に後のバージョンで標準化されました。ただし、1つの欠点がありました。2ドライブケーブルに中央のコネクタを使用するマスターデバイスが1つしかない場合、ケーブルの未使用のスタブが発生し、物理的な利便性と電気的な理由から望ましくないのです。スタブは、特に転送速度が高い場合に信号の反射を引き起こします

ATAPI5/UDMA4で使用するために定義された80導体ケーブルから始まり、マスターデバイス0デバイスは18インチ（460 mm）ケーブルのホストから遠い側の端にある黒いコネクタに接続され、スレーブデバイス1は灰色の中央のコネクタに接続され、青いコネクタはホスト（マザーボードのIDEコネクタやIDEカードなど）に接続されます。したがって、 2ドライブケーブルにデバイス0が1つしかない場合、黒いコネクタを使用すると、反射を引き起こすケーブルスタブはありません（未使用のコネクタはリボンの中央にあります）。また、ケーブルセレクトは灰色の中央のデバイスコネクタに実装され、通常はコネクタ本体からピン28の接点を省略するだけです。

シリアル化、オーバーラップ、キュー操作

ATA-3までのパラレルATAプロトコルでは、ATAインターフェース上でコマンドが発行されると、そのコマンドが完了してからでないと、後続のコマンドを発行できません。デバイス上の操作は、ATAホストインターフェースに対してシリアル化（一度に1つの操作のみを処理）する必要があります。有用なメンタルモデルとして、ホストATAインターフェースは最初の要求の処理中ずっとビジー状態であるため、最初の要求が完了するまで次の要求について通知されない、というものがあります。インターフェースへの要求をシリアル化する機能は、通常、ホストオペレーティングシステム内のデバイスドライバーによって実行されます。

ATA-4以降の仕様では、オプション機能として「オーバーラップ機能セット」と「キュー機能セット」が含まれており、どちらも「タグ付きコマンドキューイング」（TCQ）という名前が付けられています。これは、ATAバージョンがエミュレートしようとしているSCSIの機能セットに由来しています。しかし、これらの機能セットは、元々ISAバスの拡張として受け継がれてきたソフトウェア互換性を維持するように実装されているため、実際のパラレルATA製品やデバイスドライバではこれらのサポートは非​​常に稀です。この実装はCPU使用率の過度化を招き、コマンドキューイングの利点を大きく損なっていました。対照的に、オーバーラップ操作とキュー操作は他のストレージバスでは一般的でした。特に、SCSIバージョンのタグ付きコマンドキューイングは、ISA用に設計されたAPIと互換性を持つ必要がないため、PCIのようなファーストパーティDMAをサポートするバスで、低いオーバーヘッドで高いパフォーマンスを実現できました。これは長い間、SCSIの大きな利点と考えられてきました

シリアルATA規格は、最初のリリース以来、ネイティブ・コマンド・キューイング（NCQ）をサポートしていますが、これはホストアダプタとターゲットデバイスの両方にとってオプション機能です。多くの旧式のPCマザーボードはNCQをサポートしていませんが、最新のSATAハードディスクドライブとSATAソリッドステートドライブは通常NCQをサポートしています。リムーバブルドライブ（CD/DVD）の場合は、制御に使用されるATAPIコマンドセットがキュー操作を禁止しているため、NCQはサポートされません。

HDDのパスワードとセキュリティ

ATAデバイスは、ATA仕様で定義されているオプションのセキュリティ機能をサポートしている場合があり、特定のブランドやデバイスに限定されるものではありません。このセキュリティ機能は、ドライブに特別なATAコマンドを送信することで有効化または無効化できます。デバイスがロックされている場合、ロック解除されるまですべてのアクセスが拒否されます。デバイスには、ユーザーパスワードとマスターパスワードの2つのパスワードを設定できます。どちらか一方、または両方を設定できます。マスターパスワード識別機能があり、サポートされ使用されている場合、現在のマスターパスワードを（公開することなく）識別できます。マスターパスワードが設定されている場合、エンドユーザーがユーザーパスワードを忘れた場合、管理者はマスターパスワードを使用してユーザーパスワードをリセットできます。一部のノートパソコンやビジネスコンピュータでは、BIOSがATAパスワードを制御できます。[39]

デバイスは、高セキュリティモードまたは最大セキュリティモードの2つのモードでロックできます。IDENTIFY応答のワード128のビット8は、ディスクがどのモードであるかを示します。0 = 高、1 = 最大高セキュリティモードでは、ユーザーパスワードまたはマスターパスワードのいずれかを使用して、「SECURITY UNLOCK DEVICE」ATAコマンドでデバイスのロックを解除できます。試行回数には制限があり、通常は5回に設定されています。制限回数を超えると、ディスクの電源を入れ直すか、ハードリセットを行ってからでないと、再度ロック解除を試行できません。また、高セキュリティモードでは、SECURITY ERASE UNITコマンドをユーザーパスワードまたはマスターパスワードのいずれかで使用できます。最大セキュリティモードでは、デバイスのロックを解除できるのはユーザーパスワードのみです。ユーザーパスワードが使用できない場合、少なくともハードウェア全体を使用可能な状態に戻す唯一の方法は、SECURITY ERASE PREPAREコマンドを発行し、その後すぐにSECURITY ERASE UNITコマンドを発行することです。最大セキュリティモードでは、SECURITY ERASE UNITコマンドにはマスターパスワードが必要であり、ディスク上のすべてのデータが完全に消去されます。IDENTIFY応答のWord 89は、操作にかかる時間を示します。[40] ATAロックは有効なパスワードがなければ解除できないように設計されていますが、デバイスのロックを解除するための回避策が存在します。[要出典]

NVMeドライブの場合、ロックパスワードを含むセキュリティ機能はOPAL規格で定義されています。[41]

ディスク全体をサニタイズするには、組み込みのSecure Eraseコマンドが正しく実装されていれば効果的です。[42]一部またはすべてのデータの消去に失敗した事例がいくつか報告されています。[43] [44] [42]一部のノートパソコンやビジネスコンピュータでは、BIOSでSecure Eraseを利用してディスクのすべてのデータを消去できます。

外付けパラレルATAデバイス

PATA-USBアダプタ。外付けケース内のDVD-RW光学ドライブの背面に取り付けられます。

ケーブル長の仕様が短く、シールドの問題があるため、PATAを使用してコンピュータに直接接続する外付けPATAデバイスは非常にまれです。外部接続されたデバイスは、コンピュータケースの横または上に配置できるようにU字型の曲げを形成するために追加のケーブル長が必要ですが、標準ケーブル長ではこれを可能にするには短すぎます。マザーボードからデバイスへのアクセスを容易にするため、コネクタはマザーボードの前端に配置される傾向があり、コンピュータケースの前面から突き出ているデバイスに接続します。この前端の位置により、背面から外付けデバイスへの延長がさらに困難になります。リボンケーブルはシールドが不十分であり、規格では、RF放射制限を満たすために、ケーブルをシールドされたコンピュータケース内に設置することを前提としています

内部にPATAインターフェースを備えた外付けハードディスクドライブまたは光ディスクドライブは、外部デバイスとコンピュータ間の距離を橋渡しするために、他のインターフェース技術を使用します。最も一般的な外部インターフェースはUSBで、次にFireWireが続きます。外部デバイス内部のブリッジチップは、USBインターフェースをPATAに変換し、通常、ケーブルセレクトやマスター/スレーブなしで1台の外部デバイスのみをサポートします。

仕様

次の表は、ATA規格のバージョン名と、それぞれでサポートされている転送モードと速度を示しています。各モードの転送速度（たとえば、ATA-5で定義されているUDMA4（一般に「Ultra-DMA 66」と呼ばれる）の場合は66.7 MB/秒）は、ケーブル上の理論上の最大転送速度を示します。これは、2バイトに実効クロックレートを掛けた値であり、すべてのクロックサイクルがエンドユーザーデータの転送に使用されることを前提としています。もちろん、実際にはプロトコルのオーバーヘッドによってこの値は減少します

ATAアダプタが接続されているホストバスの混雑も、最大バースト転送速度を制限する可能性があります。例えば、従来のPCIバスの最大データ転送速度は133MB/秒で、これはバス上のすべてのアクティブなデバイス間で共有されます

さらに、2005年には、80MB/秒を超える持続転送速度を測定できるATAハードドライブは存在しませんでした。さらに、持続転送速度テストでは、ほとんどのワークロードに対して現実的なスループットの期待値が得られません。これらのテストでは、シーク時間や回転待ち時間による遅延がほとんど発生しないように特別に設計されたI/O負荷を使用します。ほとんどのワークロードにおけるハードドライブのパフォーマンスは、これら2つの要因によって第一に第二に制限され、バス上の転送速度は重要性において3番目に遠いものとなります。したがって、66MB/秒を超える転送速度制限が実際にパフォーマンスに影響を与えるのは、ハードドライブが内部キャッシュからの読み取りによってすべてのI/O要求を満たすことができる場合のみです。これは、特にそのようなデータは通常、オペレーティングシステムによって既にバッファリングされていることを考えると、非常に異常な状況です。

2021年7月現在、機械式ハードディスクドライブは最大524MB/秒[45]でデータを転送できますが、これはPATA/133仕様の能力をはるかに超えています。高性能ソリッドステートドライブは、最大7000～7500MB/秒でデータを転送できます。[46]

コントローラーとドライブ間のデータ転送におけるエラー検出にCRCを使用するのは、Ultra DMAモードのみです。これは16ビットCRCで、データブロックにのみ使用されます。コマンドブロックとステータスブロックの送信では、CRCを必要とする高速信号方式は使用されません。比較のために、シリアルATAでは、コマンドとデータの両方に32ビットCRCが使用されます。[47]

ATAの各リビジョンで導入された機能

規格その他の名称新しい転送モード最大ディスクサイズ
（512バイトセクター）		その他ANSIリファレンス
IDE（ATA以前）IDEPIO 02GiB  （2.1GB  ） 22ビット論理ブロックアドレス指定（LBA）

ANSI X379.2/90-143 ATA（ATアタッチメント）草案提案 1990年8月15日

ATA-1ATA、IDEPIO 0、1、2
シングルワードDMA 0、1、2
マルチワードDMA 0		128GiB  (  137GB )28ビット論理ブロックアドレス指定 ( X3.221-1994 2012年3月21日Wayback Machineにアーカイブ
（1999年以降廃止）
ATA-2EIDE、Fast ATA、Fast IDE、Ultra ATAPIO 3、4
マルチワードDMA 1、2		2.5インチ以下のドライブ用の44ピンSFPコネクタとPCMCIAコネクタ。ドライブコマンドを識別します。[48] プラグアンドプレイ対応X3.279-1996 2011年7月28日にWayback Machine
にアーカイブ（2001年以降廃止）
ATA-3EIDEシングルワードDMAモードが廃止[49]SMART、セキュリティX3.298-1997 2014年7月22日にWayback Machine
にアーカイブ（2002年以降廃止）
ATA/ATAPI-4ATA-4、Ultra ATA/33Ultra DMA 0、1、2、
UDMA/33とも呼ばれます		AT Attachment Packet Interface (ATAPI)（CD-ROM、テープドライブなどのサポート）、オプションのオーバーラップおよびキューコマンドセット機能、ホスト保護領域（HPA）、ソリッドステートドライブ用のCompactFlash Association (CFA)機能セットNCITS 317-1998 2014年7月22日アーカイブ（Wayback Machine）
ATA/ATAPI-5ATA-5、Ultra ATA/66Ultra DMA 3、4、
UDMA/66とも呼ばれます		80芯ケーブル、CompactFlashコネクタNCITS 340-2000 2014年7月22日アーカイブ（Wayback Machine）
ATA/ATAPI-6ATA-6、Ultra ATA/100UDMA 5（
UDMA/100とも呼ばれる）		128PiB  （144PB  ） 48ビットLBA、デバイス構成オーバーレイ（DCO）、
自動音響管理（AAM） 、
CHSデータアドレス指定方式は廃止		NCITS 361-2002、2011年9月15日アーカイブ、Wayback Machine
ATA/ATAPI-7ATA-7、Ultra ATA/133UDMA 6（
UDMA/133とも呼ばれる）
SATA/150		SATA 1.0、ストリーミング機能セット、非パケットデバイス用の長い論理/物理セクター機能セットINCITS 397-2005 (vol 1) 2020年8月6日アーカイブ、INCITS 397-2005 (vol 2) 2020年6月16日アーカイブ、 INCITS 397-2005 (vol 3) 2020年6月15日アーカイブ、Wayback Machine
ATA/ATAPI-8ATA-8SATA/300
SATA/600		重要なOSファイルを高速化する不揮発性キャッシュを搭載したハイブリッドドライブINCITS 452-2008 2014年10月10日アーカイブ、Wayback Machine
ACS-2— —データセット管理、拡張電源条件、CFast、追加統計などINCITS 482-2012 2016年7月1日アーカイブ、Wayback Machine
ACS-3— —
ACS-4— —ゾーンATAコマンド

定義された転送モードの速度

転送モード
モード番号最大転送
速度（MB/秒）		サイクルタイム
PIO03.3600 ns
15.2383 ns
28.3240 ns
311.1180 ns
416.7120 ns
シングルワードDMA02.1960 ns
14.2480 ns
28.3240 ns
マルチワードDMA04.2480 ns
113.3150 ns
216.7120 ns
3 [50]20100ns
4 [50]2580ns
Ultra DMA016.7240ns ÷ 2
125.0160ns ÷ 2
2 (Ultra ATA/33)33.3120ns ÷ 2
344.490ns ÷ 2
4 (Ultra ATA/66)66.760ns ÷ 2
5 (Ultra ATA/100)10040ns ÷ 2
6 (Ultra ATA/133)13330ns ÷ 2
7 (Ultra ATA/167) [51]16724ns ÷ 2

ATAPIリムーバブルメディアデバイス (ARMD)

CDドライブとDVDドライブ以外のリムーバブルメディアを備えたATAPIデバイスは、ARMD（ATAPIリムーバブルメディアデバイス）に分類され、オペレーティングシステムにはスーパーフロッピー（パーティション化されていないメディア）またはハードドライブ（パーティション化されたメディア）として表示されます。これらは、 Compaq Computer CorporationとPhoenix Technologiesによって最初に開発されたATAPIリムーバブルメディアデバイスBIOS仕様[ 52]に準拠したBIOSによって起動可能なデバイスとしてサポートできます。この仕様は、パーソナルコンピュータのBIOSに規定を設け、Zipドライブ、Jazドライブ、SuperDisk（LS-120）ドライブなどのデバイスからコンピュータをブートストラップできるようにしています

これらのデバイスは、フロッピーディスクドライブのようなリムーバブルメディアを備えていますが、容量はハードドライブに匹敵し、プログラミング要件はどちらとも異なります。フロッピーコントローラインターフェースの制限により、これらのデバイスのほとんどはATAPIデバイスであり、ハードドライブやCD-ROMデバイスと同様に、ホストコンピュータのATAインターフェースの1つに接続されていました。しかし、既存のBIOS規格ではこれらのデバイスはサポートされていませんでした。ARMD準拠のBIOSでは、OSにデバイス固有のコードを必要とせずに、これらのデバイスをオペレーティングシステムから起動して使用できます。

ARMDを実装したBIOSでは、ユーザーはARMDデバイスを起動検索順序に含めることができます。通常、ARMDデバイスはハードドライブよりも起動順序の早い位置に構成されます。フロッピードライブと同様に、ARMDドライブに起動可能なメディアが存在する場合、BIOSはそこから起動します。存在しない場合、BIOSは通常ハードドライブを最後にして検索順序を続行します

ARMDには、ARMD-FDDとARMD-HDDの2つのバリエーションがあります。当初、ARMDはデバイスを一種の非常に大きなフロッピードライブ（プライマリフロッピードライブデバイス00hまたはセカンダリデバイス01h）として認識させました。一部のオペレーティングシステムでは、標準のフロッピーディスクドライブよりもはるかに大きな容量のフロッピーディスクをサポートするためにコードの変更が必要でした。また、標準フロッピーディスクドライブのエミュレーションは、Iomega Zipドライブなどの特定の大容量フロッピーディスクドライブには適していないことが判明しました。後に、これらの問題に対処するために、ARMD-HDD（ARMD-「ハードディスクデバイス」）というバリエーションが開発されました。ARMD-HDDでは、ARMDデバイスはBIOSとオペレーティングシステムにハードドライブとして表示されます。

ATA over Ethernet

2004年8月、 CoraidのSam Hopkins氏とBrantley Coile氏は、 ATAコマンドをPATAホストアダプタに直接接続するのではなく、イーサネット経由で伝送するための軽量ATA over Ethernetプロトコルを仕様化しました。これにより、確立されたブロックプロトコルをストレージエリアネットワーク（SAN）アプリケーションで再利用できるようになりました。

コンパクトフラッシュ

コンパクトフラッシュは、電源供給ができるように改造された小型ATAインターフェースです。

IDEモードのコンパクトフラッシュ（CF）は、基本的に小型化されたATAインターフェースであり、フラッシュメモリストレージを使用するデバイスで使用することを目的としています。小型のCFソケットを大型のATAコネクタに直接接続する以外に、インターフェースチップや回路は必要ありません。（ただし、ほとんどのCFカードはPIO4までのIDEモードしかサポートしていないため、IDEモードではCF対応速度よりもはるかに遅くなります[53]）

ATAコネクタの仕様には、CFデバイスに電力を供給するためのピンが含まれていないため、コネクタには別の電源から電力が供給されます。例外は、CFデバイスがノートパソコンによく見られる2.5インチハードディスクドライブ用に設計された44ピンATAバスに接続されている場合です。このバス実装は標準のハードディスクドライブに電力を供給する必要があるためです。

CFデバイスはATAインターフェース上でデバイス0または1として指定できますが、ほとんどのCFデバイスはソケットを1つしか提供しないため、エンドユーザーにこの選択肢を提供する必要はありません。CFは追加の設計方法を使用することでホットプラグ可能にすることができますが、ATAインターフェースに直接配線する場合、デフォルトではホットプラグ対応ではありません。

参照

注記

  1. ^ 1つのPATAバスは2つのデバイスに制限されていますが、コンピューターは複数のPATAバスを持つことができ、実際にそうであることがよくあります。

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