Interne computerbusinterfaces

De interne computerbusinterface definieert de fysieke en logische middelen waarmee interne schijven (zoals harde schijven, optische schijven, ...) verbinding maken met de pc. Een moderne pc gebruikt een of beide van de volgende interfaces:

Serial ATA (SATA) is een nieuwere technologie die ATA vervangt. SATA heeft verschillende voordelen ten opzichte van ATA, waaronder kleinere kabels en (kabel)aansluitingen, hogere bandbreedte en grotere betrouwbaarheid. Hoewel SATA en ATA fysiek en elektrisch incompatibel zijn, zijn er eenvoudig adapters beschikbaar waarmee SATA-schijven op ATA-interfaces kunnen worden aangesloten en vice versa. SATA is op softwareniveau over het algemeen compatibel met ATA, wat betekent dat de ATA-stuurprogramma's van het besturingssysteem werken met zowel SATA- als ATA-interfaces en harde schijven. Figuur 7-2 toont twee SATA-interfaces, boven en onder het 32,768 kHz klokkristal in het midden. Merk op dat elke (kabel)aansluiting is voorzien van een L-vormige behuizing, wat voorkomt dat de SATA-kabel verkeerd om wordt aangesloten.

Figuur 7-2: SATA-interfaces

Small Computer System Interface (SCSI)

De Small Computer System Interface (SCSI) wordt meestal uitgesproken als skuzzie. SCSI wordt gebruikt in servers en high-end werkstations, waar het twee voordelen biedt: verbeterde prestaties ten opzichte van ATA en SATA in multitasking, multi-user omgevingen, en de mogelijkheid om vele schijven in een keten (daisy-chain) op één interface aan te sluiten. Hoewel we voorheen SCSI aanbeveelden voor krachtige desktopsystemen, hebben de zeer hoge kosten van SCSI-schijven en hostcontrollers en het kleiner worden van het prestatieverschil tussen SCSI en SATA ertoe geleid dat we die aanbeveling intrekken.

AT Attachment (ATA), uitgesproken als individuele letters, was veruit de meest voorkomende interface voor harde schijven in pc's van begin jaren 90 tot en met 2003. ATA wordt soms Parallel ATA of PATA genoemd om het te onderscheiden van de nieuwere Serial ATA (SATA)-interface. ATA wordt nog steeds gebruikt in nieuwe systemen, hoewel het wordt verdrongen door SATA. ATA wordt ook vaak IDE (Integrated Drive Electronics) genoemd. Figuur 7-1 toont twee standaard ATA-interfaces, op hun gebruikelijke positie aan de voorrand van een moederbord. Merk op dat elke (kabel)aansluiting is voorzien van een ontbrekende pin in de bovenste rij en een inkeping in de connectorbehuizing aan de onderkant.

Figuur 7-1: Standaard ATA-interfaces

ATA VERSUS ATAPI

Technisch gezien zijn alleen harde schijven ATA-apparaten. Optische schijven, tapestations en vergelijkbare apparaten die op ATA-interfaces worden aangesloten, gebruiken een aangepaste versie van de ATA-protocollen genaamd ATAPI (ATA Packet Interface). In de praktijk maakt het weinig verschil, aangezien u zowel een ATA-harde schijf, een ATAPI-apparaat, of beide tegelijk op elke ATA-interface kunt aansluiten.

Alle desktop ATA-kabels hebben drie 40-pins (kabel)aansluitingen: een die verbinding maakt met de ATA-interface en twee die verbinding maken met ATA/ATAPI-schijven. ATA-kabels zijn er in drie variëteiten:

Een standaard ATA-kabel gebruikt een 40-aderige lintkabel en 40-pins (kabel)aansluitingen op alle drie de posities. Alle 40 geleiders zijn verbonden met alle drie de (kabel)aansluitingen. De enige echte variatie, afgezien van kabelkwaliteit, is de positionering van de drie (kabel)aansluitingen. De twee apparaatconnectors op een standaard ATA-kabel bevinden zich dichter bij een uiteinde van de kabel. Elke schijf kan op elke schijfconnector worden aangesloten. Een standaard ATA-kabel kan worden gebruikt met elk ATA/ATAPI-apparaat tot UltraATA-33 (UDMA Mode 2). Als een standaard ATA-kabel wordt gebruikt om een UltraATA-66 (UDMA Mode 4) of sneller apparaat aan te sluiten, functioneert dat apparaat correct, maar valt het terug naar de werking in UDMA Mode 2 (33 MB/s). Een standaard ATA-kabel vereist het instellen van master/slave-jumpers voor aangesloten apparaten.

Merk op dat de standaard ATA-kabels trouwens niet meer zo "standaard" zijn (aangezien deze inmiddels al redelijk oud zijn). De meeste computers die nog ATA-interfaces hebben, zullen waarschijnlijk van het UltraDMA-type zijn.

Een standaard/CSEL ATA-kabel is identiek aan een standaard ATA-kabel, behalve dat pin 28 niet is verbonden tussen de middelste schijfconnector en de uiteindelijke schijfconnector. Een standaard/CSEL ATA-kabel ondersteunt zowel master/slave-jumpering als CSEL-jumpering voor aangesloten apparaten. De positie van de (kabel)aansluiting is significant op een standaard/CSEL-kabel. De interface-connector op een CSEL-kabel is ofwel gelabeld of heeft een andere kleur dan de schijfconnectors. De middelste connector is voor het master-apparaat en de uiteindelijke connector tegenover de interface-connector is voor het slave-apparaat.

Een UltraDMA (UDMA)-kabel gebruikt een 80-aderige lintkabel en 40-pins (kabel)aansluitingen op alle drie de posities. De extra 40 aders zijn toegewezen aardingsdraden, elk toegewezen aan een van de standaard 40 ATA-pinnen. Een UDMA-kabel kan worden gebruikt met elk ATA/ATAPI-apparaat en zou voor betrouwbaardere werking moeten worden gebruikt, maar is vereist voor de beste prestaties bij UltraATA-66, -100 en -133 apparaten (respectievelijk UDMA-modi 4, 5 en 6). Alle UDMA-kabels zijn CSEL-kabels en kunnen worden gebruikt in zowel cable select-modus als master/slave-modus. Voor eerdere ATA-kabels waren geen kleurgecodeerde (kabel)aansluitingen gespecificeerd.

Omdat een UltraDMA-kabel vereist is voor UltraATA-66 of snellere werking, moet het systeem een manier hebben om te detecteren of een dergelijke kabel is geïnstalleerd. Dit gebeurt door pin 34 te aarden in de blauwe (kabel)aansluiting, die op de interface wordt aangesloten. Omdat 40-aderige ATA-kabels pin 34 niet aarden, kan het systeem bij het opstarten detecteren of een 40-aderige of 80-aderige kabel is geïnstalleerd.

EEN WOLF IN SCHAAPSKLEREN

Houd ongelabelde 40-aderige CSEL-kabels gescheiden van standaardkabels. Als u een CSEL-kabel vervangt door een standaardkabel, functioneren schijven die als master of slave zijn gejumperd correct. Als u een standaardkabel vervangt door een CSEL-kabel en één schijf die als CSEL is gejumperd op die kabel aansluit, zal deze correct functioneren als master. Maar als u twee CSEL-schijven op een standaardkabel aansluit, functioneren beide als master, wat kan resulteren in alles van subtiele problemen tot (waarschijnlijker) dat het systeem geen van beide schijven kan benaderen. De beste regel is simpelweg om nooit een 40-aderige kabel te gebruiken om een harde schijf aan te sluiten.

NIET ALLE CSEL-KABELS ZIJN HETZELFDE

Let op het verschil tussen het gebruik van een 40-aderige CSEL-kabel en een 80-aderige kabel voor CSEL-werking. Hoewel alle Ultra DMA-kabels schijven ondersteunen die als master/slave of CSEL zijn gejumperd, betekent dit niet dat u een 80-aderige kabel vrijelijk kunt vervangen door een 40-aderige kabel. Als de schijven als master/slave zijn gejumperd, werkt het vervangen door een 80-aderige kabel prima. Als de schijven echter als CSEL zijn gejumperd, zorgt het vervangen van een 40-aderige CSEL-kabel door een 80-aderige kabel ervoor dat de schijven hun instellingen uitwisselen. Dat wil zeggen, de schijf die master was op de 40-aderige kabel wordt slave op de 80-aderige kabel, en vice versa.

PIO-modus Versus DMA-modus

ATA definieert twee klassen overdrachtsmodus, genaamd PIO-modus (Programmed I/O Mode) en DMA-modus (Direct Memory Access Mode). Overdrachten in PIO-modus zijn veel langzamer en vereisen dat de processor de overdrachten tussen het apparaat en het geheugen regelt. Overdrachten in DMA-modus zijn veel sneller en vinden plaats zonder tussenkomst van de processor. Als een van beide apparaten op een ATA-kanaal een PIO-modus gebruikt, moeten beide apparaten dat doen. Dat verlamt de doorvoersnelheid en belast de processor zwaar, waardoor het systeem vertraagt telkens wanneer de schijf wordt benaderd.

Alle moderne ATA- en ATAPI-apparaten ondersteunen DMA-modus, maar voor achterwaartse compatibiliteit kunnen de meeste worden ingesteld om PIO-modus te gebruiken. Het gebruik van PIO-modus is een fout. Wanneer u een systeem upgradet en schijven vindt die alleen PIO-modus ondersteunen, vervang ze dan. Alleen zeer oude harde schijven en optische schijven zijn toch al beperkt tot PIO-modus, dus ze vervangen is een logische keuze.

Compatibiliteit Tussen Oude en Nieuwe IDE-apparaten

Op kleine uitzonderingen na zijn er geen directe compatibiliteitsconflicten tussen nieuwe ATA-apparaten en oude ATA-interfaces of vice versa. Nieuwere schijven kunnen niet hun hoogste prestaties leveren wanneer ze op een oude ATA-interface zijn aangesloten, net zoals een nieuwe interface de prestaties van een oudere schijf niet kan verbeteren. Maar u kunt elke ATA- of ATAPI-schijf op elke ATA-interface aansluiten met de zekerheid dat het zal werken, hoewel misschien niet optimaal.

Dat gezegd hebbende, moet u geen bejaarde PIO-apparaten op dezelfde interface gebruiken als een DMA-apparaat. Beide apparaten zullen functioneren, maar de doorvoersnelheid van het DMA-apparaat zal worden verlamd. Als u een systeem upgradet waarop een apparaat met PIO-modus is geïnstalleerd, configureer het dan indien mogelijk voor DMA. Vervang het anders door een DMA-geschikt apparaat.

Merk ook op dat een interface slechts één DMA- of UltraDMA (UDMA)-modus tegelijk ondersteunt. Bijvoorbeeld, als u een UDMA Mode 4 (66,6 MB/s) Plextor PX-716A dvd-schrijver en een UDMA Mode 6 (133 MB/s) Maxtor harde schijf op dezelfde ATA-interface aansluit, werkt de harde schijf in UDMA Mode 4 op 66 MB/s, wat de doorvoersnelheid van de harde schijf kan belemmeren. Evenzo, als u een Plextor PX-740A dvd-schrijver installeert, die UDMA Mode 2 (33 MB/s) ondersteunt als zijn snelste modus, wordt de doorvoersnelheid van de harde schijf verlamd tot slechts 33 MB/s.

Voordat SATA-interfaces en -schijven gemeengoed werden, werd ATA bijna universeel gebruikt om harde schijven aan te sluiten. Zelfs vandaag de dag hebben honderden miljoenen pc's ATA-harde schijven. Dat aantal zal onvermijdelijk afnemen naarmate oudere systemen worden geüpgraded en vervangen, maar ATA zal nog jaren bij ons blijven.

De oorspronkelijke ATA-specificatie definieerde een enkele interface die één of twee ATA-harde schijven ondersteunde. Begin jaren 90 hadden bijna alle systemen dubbele ATA-interfaces, die elk maximaal twee ATA-harde schijven of ATAPI-apparaten ondersteunden. Ironisch genoeg zijn we weer bij het beginpunt beland. Veel huidige moederborden bieden verschillende SATA-interfaces, maar slechts één ATA-interface.

Als een systeem twee ATA-interfaces heeft, wordt er een gedefinieerd als de primaire ATA-interface en de andere als de secundaire ATA-interface. Deze twee interfaces zijn functioneel identiek, maar het systeem kent een hogere prioriteit toe aan de primaire interface. Dienovereenkomstig wordt de harde schijf (een randapparaat met hoge prioriteit) meestal aangesloten op de primaire interface, waarbij de secundaire interface wordt gebruikt voor optische schijven en andere apparaten met een lagere prioriteit.

MASTERS ZIJN MASTERS, EN SLAVES ZIJN SLAVES

Wanneer u een apparaat als master of slave jumpert, neemt het apparaat die rol aan, ongeacht op welke positie het op de ATA-kabel wordt aangesloten. Bijvoorbeeld, als u een apparaat als master jumpert, functioneert het als master, ongeacht of het is bevestigd aan de schijfconnector aan het uiteinde van de ATA-kabel of de schijfconnector in het midden van de ATA-kabel.

Elke ATA-interface (vaak losjes een ATA-kanaal genoemd) kan nul, één of twee ATA- en/of ATAPI-apparaten hebben aangesloten. Elk ATA- en ATAPI-apparaat heeft een ingebouwde controller, maar ATA staat (en vereist) slechts één actieve controller per interface toe. Daarom, als er slechts één apparaat op een interface is aangesloten, moet dat apparaat zijn ingebouwde controller ingeschakeld hebben. Als twee apparaten op een ATA-interface zijn aangesloten, moet bij één apparaat de controller zijn ingeschakeld en bij het andere de controller zijn uitgeschakeld.

In ATA-terminologie wordt een apparaat waarvan de controller is ingeschakeld een master genoemd; een apparaat waarvan de controller is uitgeschakeld wordt een slave genoemd (ATA dateert van vóór de politieke correctheid). In een pc met twee ATA-interfaces kan een apparaat daarom op een van de vier manieren worden geconfigureerd: primaire master, primaire slave, secundaire master of secundaire slave. ATA/ATAPI-apparaten worden toegewezen als master of slave door jumpers op het apparaat in te stellen, zoals getoond in Figuur 7-3.

Figuur 7-3: De master/slave-jumper instellen op een ATA-schijf

Gebruik de volgende richtlijnen bij het bepalen hoe apparaten over twee interfaces moeten worden verdeeld en het kiezen van de master- of slave-status voor elk:

• Wijs de belangrijkste harde schijf altijd toe als primaire master. Sluit geen ander apparaat aan op de primaire ATA-interface, tenzij beide posities op de secundaire interface bezet zijn.
• ATA verbiedt gelijktijdige I/O op een interface, wat betekent dat er slechts één apparaat tegelijk actief kan zijn. Als het ene apparaat leest of schrijft, kan het andere apparaat niet lezen of schrijven totdat het actieve apparaat het kanaal vrijgeeft. De implicatie van deze regel is dat als u twee apparaten hebt die gelijktijdige I/O moeten uitvoeren, bijvoorbeeld een dvd-schrijver die u gebruikt om dvd's te kopiëren vanaf een dvd-rom-speler, u die twee apparaten op afzonderlijke interfaces moet plaatsen.
• Als u een ATA-apparaat (een harde schijf) en een ATAPI-apparaat (bijvoorbeeld een optische schijf) op dezelfde interface aansluit, stel de harde schijf dan in als master en het ATAPI-apparaat als slave.
• Als u twee vergelijkbare apparaten (ATA of ATAPI) op een interface aansluit, maakt het over het algemeen niet uit welk apparaat master is en welke slave. Er zijn echter uitzonderingen op deze richtlijn, met name bij ATAPI-apparaten, waarvan sommige echt master (of slave) willen zijn, afhankelijk van welk ander ATAPI-apparaat op het kanaal is aangesloten.
• Als u een ouder apparaat en een nieuwer apparaat op dezelfde ATA-interface aansluit, is het over het algemeen beter om het nieuwere apparaat als master te configureren, omdat deze waarschijnlijk een capabelere controller heeft dan het oudere apparaat.
• Vermijd het delen van één interface tussen een DMA-geschikt apparaat en een apparaat dat alleen PIO ondersteunt. Als beide apparaten op een interface DMA-geschikt zijn, gebruiken beide DMA. Als slechts één apparaat DMA-geschikt is, worden beide apparaten gedwongen om PIO te gebruiken, wat de prestaties vermindert en het CPU-gebruik dramatisch verhoogt. Evenzo, als beide apparaten DMA-geschikt zijn, maar op verschillende niveaus, wordt het capabelere apparaat gedwongen om de langzamere DMA-modus te gebruiken. Vervang indien mogelijk alle apparaten die alleen PIO ondersteunen.

Om de juiste jumperinstelling te kunnen bepalen, moet u ervoor zorgen dat u de schijf op de juiste (kabel)aansluiting aansluit.

Voor standaard ATA-kabels werkt het als volgt:

Alle (kabel)aansluitingen zijn zwart. Elke schijf kan op elke schijfconnector worden aangesloten. Over het algemeen plaatst u het master-apparaat op de middelste connector van de kabel en plaatst u de slave aan het uiteinde van de kabel. Zie hier

De meeste ATA/ATAPI-schijven bieden een Cable Select (CS of CSEL)-jumper naast de standaard master/slave-jumpers. Als u een schijf als master (of slave) jumpert, functioneert die schijf als master (of slave), ongeacht op welke (kabel)aansluiting deze op de ATA-kabel is aangesloten. Als u een schijf als CSEL jumpert, bepaalt de positie van de schijf op de kabel of de schijf functioneert als master of als slave.

CSEL werd geïntroduceerd als een middel om ATA-configuratie te vereenvoudigen. Het doel was dat schijven eenvoudig konden worden geïnstalleerd en verwijderd zonder jumpers te veranderen, zonder kans op conflicten door onjuiste jumperinstellingen. Hoewel CSEL al vele jaren bestaat, is het pas de laatste jaren populair geworden bij systeemfabrikanten.

Het gebruik van CSEL vereist het volgende:

• Als er één schijf op de interface is geïnstalleerd, moet die schijf CSEL ondersteunen en geconfigureerd zijn om het te gebruiken. Als er twee schijven zijn geïnstalleerd, moeten beide CSEL ondersteunen en geconfigureerd zijn om het te gebruiken
• De ATA-interface moet CSEL ondersteunen. Zeer oude ATA-interfaces ondersteunen geen CSEL en behandelen elke schijf die als CSEL is geconfigureerd als een slave.
• De ATA-kabel moet een speciale CSEL-kabel zijn. Helaas zijn er drie typen CSEL-kabel:
  • Een 40-aderige CSEL-kabel verschilt van een standaard 40-aderige ATA-kabel doordat pin 28 alleen is verbonden tussen de ATA-interface en de eerste schijfpositie op de kabel (de middelste connector). Pin 28 is niet verbonden tussen de interface en de tweede schijfpositie (de uiteindelijke connector op de kabel). Bij zo'n kabel is de schijf die op de middelste connector is aangesloten (met pin 28 verbonden) master; de schijf die is aangesloten op de connector die het verst van de interface verwijderd is (met pin 28 niet verbonden) is slave.
  • Alle 80-aderige (Ultra DMA) ATA-kabels ondersteunen CSEL, maar met precies de tegenovergestelde oriëntatie van de 40-aderige standaard CSEL-kabel die zojuist is beschreven. Bij zo'n kabel is de schijf die is aangesloten op de middelste connector (met pin 28 niet verbonden) slave; de schijf die is aangesloten op de connector die het verst van de interface verwijderd is (met pin 28 verbonden) is master. Dit is eigenlijk een betere opstelling, ook al is het een beetje onintuïtief hoe kan een draad verbonden zijn met de uiteindelijke connector maar niet met die in het midden? omdat de standaard 40-aderige CSEL-kabel de master-schijf op de middelste connector plaatst. Als er slechts één schijf op die kabel is geïnstalleerd, blijft er een lang "stompje" kabel vrij hangen zonder dat er iets op is aangesloten. Elektrisch gezien is dat een zeer slecht idee, omdat een niet-afgesloten kabel toestaat dat staande golven zich vormen, wat de ruis op de lijn verhoogt en de data-integriteit schaadt.
  • Een 40-aderige CSEL Y-kabel plaatst de interface-connector in het midden met aan elk uiteinde een schijfconnector, de ene gelabeld als master en de andere als slave. Hoewel dit in theorie een goed idee is, werkt het in de praktijk zelden. Het probleem is dat de lengtebeperkingen van ATA-kabels nog steeds gelden, wat betekent dat de schijfconnectors niet genoeg kabel hebben om de schijven te bereiken in alle gevallen behalve de kleinste. Als u een torenbehuizing hebt, kunt u het vergeten. 40-aderige CSEL-kabels zouden duidelijk gelabeld moeten zijn, maar we hebben gemerkt dat dit vaak niet het geval is. Het is niet mogelijk om dergelijke kabels visueel te identificeren, hoewel u het type kunt verifiëren met een digitale voltmeter of continuïteitstester tussen de twee uiteindelijke connectors op pin 28. Als er continuïteit is, hebt u een standaard ATA-kabel. Zo niet, dan hebt u een CSEL-kabel.

De Ultra DMA-kabelspecificatie vereist de volgende kleuren voor de (kabel)aansluitingen:

• Eén uiteinde-connector is blauw, wat aangeeft dat deze op de moederbord ATA-interface wordt aangesloten.
• De tegenovergestelde uiteinde-connector is zwart en wordt gebruikt om de master-schijf (Apparaat 0) aan te sluiten, of een enkele schijf als er slechts één op de kabel is aangesloten. Als CSEL wordt gebruikt, configureert de zwarte connector de schijf als master. Als standaard master/slave-jumpering wordt gebruikt, moet de master-schijf nog steeds worden aangesloten op de zwarte connector, omdat ATA-66, ATA-100 en ATA-133 niet toestaan dat een enkele schijf wordt aangesloten op de middelste connector, wat resulteert in staande golven die de datacommunicatie verstoren.
• De middelste connector is grijs en wordt gebruikt om de slave-schijf (Apparaat 1) aan te sluiten, indien aanwezig.

Figuur 7-4 toont ter vergelijking een 80-aderige UltraDMA-kabel (boven) en een 40-aderige standaard ATA-kabel.

Figuur 7-4: UltraDMA 80-aderige ATA-kabel (boven) en standaard 40-aderige ATA-kabel

ATA-apparaten hebben enkele of alle van de volgende jumperselecties:

Het aansluiten van een jumper in de master-positie schakelt de ingebouwde controller in. Alle ATA- en ATAPI-apparaten hebben deze optie. Selecteer deze jumperpositie als dit het enige apparaat is dat op de interface is aangesloten, of als het het eerste van twee apparaten is dat op de interface is aangesloten.

Het aansluiten van een jumper in de slave-positie schakelt de ingebouwde controller uit. (Een van onze technische beoordelaars merkt op dat hij hiervan gebruik heeft gemaakt om gegevens te herstellen van een harde schijf waarvan de controller was uitgevallen, een zeer nuttig ding om in gedachten te houden.) Alle ATA- en ATAPI-apparaten kunnen als slave worden ingesteld. Selecteer deze jumperpositie als dit het tweede apparaat is dat is aangesloten op een interface waarop al een master-apparaat is aangesloten.

De meeste ATA/ATAPI-apparaten hebben een derde jumperpositie gelabeld Cable Select, CS of CSEL. Het aansluiten van een jumper in de CSEL-positie instrueert het apparaat om zichzelf als master of slave te configureren op basis van zijn positie op de ATA-kabel. Als de CSEL-jumper is aangesloten, mogen er geen andere jumpers zijn aangesloten. Zie de volgende sectie voor meer informatie over CSEL.

Bij het functioneren als master moeten een paar oudere ATA/ATAPI-apparaten weten of ze het enige apparaat op het kanaal zijn, of dat er ook een slave-apparaat is aangesloten. Dergelijke apparaten kunnen een extra jumperpositie hebben gelabeld Sole (enig) of Only (alleen). Voor een dergelijk apparaat jumpert u het als master als het het master-apparaat op de interface is, slave als het het slave-apparaat op de interface is, en enig/alleen als het het enige apparaat is dat op de interface is aangesloten.

Een paar oudere schijven hebben een jumper aangeduid als Slave Present (slave aanwezig), of SP. Deze jumper voert de inverse functie uit van de enig/alleen-jumper, door een apparaat dat als master is gejumperd te melden dat er ook een slave-apparaat op het kanaal is. Voor een dergelijk apparaat jumpert u het als master als het het enige apparaat op de interface is, of slave als het het tweede van twee apparaten op de interface is.

Als het de master is op een kanaal waarop ook een slave is geïnstalleerd, sluit dan zowel de master- als de slave-aanwezigheidsjumpers aan.

Nadat u uw schijven op de juiste (kabel)aansluitingen op de kabels hebt aangesloten en de jumpers hebt ingesteld, is het tijd om het systeem de schijven te laten detecteren. Start hiervoor het systeem opnieuw op en voer de BIOS-instellingen uit (u moet op een toets drukken terwijl uw systeem opstart; vaak is de toets F1, F2, Esc of Del). Zoek in het menu naar een optie genaamd Auto Detect of iets dergelijks, als het BIOS uw schijven niet automatisch toont. Gebruik deze Auto Detect-optie om schijfdetectie te forceren. Start opnieuw op en u zou uw schijven moeten kunnen gebruiken (u kunt dan beginnen met het partitioneren en formatteren van uw schijf). Als het u niet lukt om uw schijven werkend te krijgen met de huidige configuratie, probeer dan andere configuraties zoals uitgelegd hier

Merk op dat de BIOS-instellingen u ook het nummer van uw SATA-interfaces vertellen, als u SATA hebt. Dit zal nuttig zijn om u te laten bepalen op welke interface u uw schijf moet aansluiten om er de primaire schijf van te maken.

Serial ATA (ook bekend als SATA of S-ATA) is de opvolger van de oudere ATA/ATAPI-standaarden. SATA is primair bedoeld als een interface voor harde schijven, maar kan ook worden gebruikt voor optische schijven, tapestations en vergelijkbare apparaten.

SATA-schijven en -interfaces zouden oorspronkelijk eind 2001 in grote hoeveelheden worden geleverd, maar diverse problemen vertraagden de inzet met meer dan een jaar. Tegen eind 2002 waren SATA-moederborden en -schijven beperkt in distributie, maar pas medio 2003 kwamen SATA-schijven en moederborden met native SATA-ondersteuning op grote schaal beschikbaar. Ondanks de trage start heeft SATA een enorme vlucht genomen. Snellere, tweede-generatie SATA-schijven en -interfaces begonnen begin 2005 te worden verzonden.

Er zijn momenteel twee versies van SATA beschikbaar:

SATA/150 (ook wel SATA150 genoemd) definieert de eerste generatie SATA-interfaces en -apparaten. SATA/150 werkt op een onbewerkte datasnelheid van 1,5 GB/s, maar overhead vermindert de effectieve datasnelheid tot 1,2 GB/s, of 150 MB/s. Hoewel deze datasnelheid slechts iets hoger is dan de 133 MB/s-snelheid van UltraATA/133, is de volledige SATA-bandbreedte beschikbaar voor elk aangesloten apparaat in plaats van te worden gedeeld tussen twee apparaten, zoals het geval is bij PATA.

SATA/300 of SATA300 (vaak ten onrechte SATA II genoemd) definieert de tweede generatie SATA-interfaces en -apparaten. SATA/300 werkt op een onbewerkte datasnelheid van 3,0 GB/s, maar overhead vermindert de effectieve datasnelheid tot 2,4 GB/s, of 300 MB/s. Moederborden op basis van de NVIDIA nForce4-chipset begonnen begin 2005 te worden verzonden en waren de eerste SATA/300-compatibele apparaten die beschikbaar waren. SATA/300 harde schijven begonnen medio 2005 te worden verzonden. SATA/300-interfaces en -schijven gebruiken dezelfde fysieke (kabel)aansluitingen als SATA/150-componenten en zijn achterwaarts compatibel met SATA/150-interfaces en -schijven (hoewel op de lagere SATA/150-datasnelheid).

De 128/137 GB limiet

Oudere ATA-interfaces gebruiken 28-bit Logical Block Addressing (LBA), wat die interfaces beperkt tot het adresseren van 2²⁸ of 268.435.456 sectoren op een harde schijf. Omdat harde schijven 512-byte sectoren gebruiken, vertaalt dat zich naar een maximaal ondersteunde schijfgrootte van 137.438.953.472 bytes, of 128 GB. (Schijffabrikanten gebruiken decimale GB in plaats van binaire GB, en verwijzen daarom naar deze limiet als 137 GB in plaats van de 128 GB gerapporteerd door het BIOS en besturingssysteem.) Dit is een hardwarelimiet, opgelegd door de interface zelf. Huidige ATA-interfaces gebruiken 48-bit LBA, wat de maximaal ondersteunde schijfgrootte met een factor van meer dan een miljoen vergroot, tot 128 PB (petabytes, waarbij een petabyte 1.024 terabytes is).

Als u een harde schijf groter dan 128 GB op een oudere ATA-interface installeert, werkt deze correct, maar schijfruimte voorbij 128 GB is ontoegankelijk. Als u echt grotere schijven wilt ondersteunen op wat tenslotte een bejaard systeem is, is een alternatief om een uitbreidingskaart te installeren die een of meer 48-bit LBA-interfaces voor PATA-harde schijven biedt. Beter nog, installeer een SATA-adapterkaart en gebruik SATA-harde schijven. (Alle SATA-interfaces ondersteunen 48-bit LBA.) Schakel in beide gevallen de primaire moederbord ATA-interface uit om bronnen te sparen en gebruik uw optische schijf en andere ATAPI-apparaten op de secundaire moederbord-interface.

SATA heeft de volgende belangrijke kenmerken:

PATA gebruikt een relatief hoog signaleringsvoltage, wat in combinatie met hoge pindichtheden 133 MB/s de hoogst haalbare datasnelheid maakt voor PATA. SATA gebruikt een veel lager signaleringsvoltage, wat interferentie en overspraak tussen geleiders vermindert.

SATA vervangt de 40-pins/80-aderige PATA-lintkabel door een 7-aderige kabel. Naast het verlagen van de kosten en het verhogen van de betrouwbaarheid, vergemakkelijkt de kleinere SATA-kabel het kabelbeheer en verbetert deze de luchtstroom en koeling. Een SATA-kabel kan tot 1 meter (39+ inch) lang zijn, versus de beperking van 0,45 meter (18") van PATA. Deze toegenomen lengte draagt bij aan een verbeterd gebruiksgemak en flexibiliteit bij het installeren van schijven, met name in torenbehuizingen.

Naast drie aardingsdraden gebruikt de 7-aderige SATA-kabel een differentieel zendpaar (TX+ en TX-) en een differentieel ontvangstpaar (RX+ en RX-). Differentiële signalering, al lang gebruikt voor SCSI-gebaseerde serveropslag, verhoogt de signaalintegriteit, ondersteunt snellere datasnelheden en maakt het gebruik van langere kabels mogelijk.

Naast het gebruik van differentiële signalering, bevat SATA superieure foutdetectie en -correctie, wat de end-to-end integriteit van commando- en gegevensoverdrachten garandeert bij snelheden die de mogelijkheden van PATA ver overtreffen.

SATA lijkt vanuit het perspectief van het besturingssysteem identiek aan PATA. Huidige besturingssystemen kunnen dus SATA-interfaces en -apparaten herkennen en gebruiken met bestaande stuurprogramma's. (Echter, als uw systeem een chipset of BIOS gebruikt die geen native SATA-ondersteuning heeft, of als u een installatieschijf van een besturingssysteem gebruikt die van vóór SATA dateert, moet u mogelijk tijdens de installatie een diskette met SATA-stuurprogramma's plaatsen om SATA-schijven te laten herkennen.)

External SATA

External SATA (eSATA) is bedoeld om USB 2.0 en FireWire (IEEE-1394) te vervangen voor het aansluiten van externe harde schijven. eSATA gebruikt een aangepaste SATA-(kabel)aansluiting die veel robuuster is dan de relatief fragiele standaard SATA-(kabel)aansluiting en is beoordeeld voor duizenden keren aansluiten en loskoppelen. eSATA verlengt de toegestane kabellengte van 1 meter naar 2 meter, waardoor externe harde schijven en arrays gemakkelijk kunnen worden geplaatst. eSATA is beschikbaar in 150 MB/s en 300 MB/s-varianten, die beide hot-plugging ondersteunen (het schijfstation aansluiten of loskoppelen terwijl het systeem draait).

eSATA biedt een veel hogere doorvoersnelheid dan USB 2.0 of FireWire, omdat eSATA de protocoloverhead mist die USB 2.0 en FireWire vertraagt tot een fractie van hun nominale doorvoersnelheid. De prestaties van een externe eSATA-harde schijf zijn identiek aan die van een vergelijkbare SATA-harde schijf die intern draait.

De meeste huidige moederborden missen ingebouwde eSATA-interfaces, hoewel sommige moederborden die na medio 2005 zijn geïntroduceerd dergelijke interfaces bevatten. Als uw systeem een eSATA-interface mist, is het eenvoudig genoeg om er een toe te voegen. eSATA hostbusadapters voor desktopsystemen zijn gemakkelijk beschikbaar voor PCI- of PCI Express-uitbreidingsslots. U kunt eSATA-ondersteuning aan een laptopsysteem toevoegen door een Cardbus- of ExpressCard eSATA-kaart te installeren.

Merk op dat er enkele overgangsbehuizingen voor externe schijven en hostbusadapters zijn verkocht waarmee standaard SATA-schijven extern kunnen worden aangesloten met behulp van SATA-protocollen. Deze apparaten zijn niet eSATA-compatibel. De meeste gebruiken standaard SATA-(kabel)aansluitingen, hoewel sommige USB 2.0- of FireWire-(kabel)aansluitingen en -kabels vervangen (ook al is de interface eigenlijk SATA). De meeste ondersteunen geen hot-plugging.

Francisco García Maceda merkt op: "Ik zou ook de kabel/bracket-combinatie noemen die sommige bedrijven (HighPoint en anderen) verkopen, zodat u een van uw interne SATA-poorten kunt omzetten in een externe. Het is een eenvoudige kabel met aan de ene kant een gewone SATA-(kabel)aansluiting en aan de andere kant een eSATA-(kabel)aansluiting bevestigd aan een gewone bracket voor de behuizing; helemaal geen elektronica. Ook zijn er externe schijfbehuizingen beschikbaar waarmee u PATA-schijven in externe eSATA-behuizingen kunt installeren; bijvoorbeeld de HighPoint RocketMate 1100. Deze kan worden gebruikt met de eenvoudige kabel/bracket-combinatie of met elke eSATA-kaart of moederbord."

In tegenstelling tot PATA, dat toestaat om twee apparaten op één interface aan te sluiten, wijst SATA een interface toe aan elk apparaat. Dit helpt de prestaties op drie manieren:

• Elk SATA-apparaat heeft een volledige 150 MB/s of 300 MB/s aan bandbreedte beschikbaar. Hoewel huidige PATA-schijven niet bandbreedtebeperkt zijn bij het gebruik van één per kanaal, vertraagt het installeren van twee snelle PATA-schijven op één kanaal de doorvoersnelheid van beide.
  • PATA staat toe dat slechts één apparaat tegelijk het kanaal gebruikt, wat betekent dat een apparaat op zijn beurt moet wachten voordat het gegevens op een PATA-kanaal kan schrijven of lezen. SATA-apparaten kunnen op elk moment schrijven of lezen, zonder rekening te houden met andere apparaten.
  • Als er twee apparaten op een PATA-kanaal zijn geïnstalleerd, werkt dat kanaal altijd op de snelheid van het langzamere apparaat. Bijvoorbeeld, het installeren van een UDMA-6 harde schijf en een UDMA-2 optische schijf op hetzelfde kanaal betekent dat de harde schijf op UDMA-2 moet werken. SATA-apparaten communiceren altijd op de hoogste datasnelheid die wordt ondersteund door het apparaat en de interface.

Advies van Francisco García Maceda

Ik zou ook willen vermelden dat de meeste PATA-schijven een jumper hebben om de capaciteit te beperken voor de eerdere 32 GB BIOS-limiet. Dit kan uw redding zijn, omdat het steeds moeilijker wordt om schijven onder de 40 GB te krijgen en als u een oudere schijf moet redden/klonen, is dit misschien uw enige keuze.

PATA-schijven reageren op lees- en schrijfverzoeken in de volgorde waarin ze worden ontvangen, ongeacht de locatie van de gegevens op de schijf. Dit is vergelijkbaar met een lift die naar elke verdieping gaat in de volgorde waarin de oproepknoppen werden ingedrukt, waarbij mensen die op tussenverdiepingen wachten worden genegeerd. De meeste (maar niet alle) SATA-schijven ondersteunen Native Command Queuing (NCQ), waarmee de schijf lees- en schrijfverzoeken kan verzamelen, ze in de meest efficiënte volgorde kan sorteren en vervolgens die verzoeken kan verwerken zonder rekening te houden met de volgorde waarin ze werden ontvangen. Dit proces, ook wel elevator seeking genoemd, stelt de schijf in staat om lees- en schrijfverzoeken te bedienen terwijl de kopbewegingen worden geminimaliseerd, wat resulteert in betere prestaties. NCQ is het belangrijkst in omgevingen, zoals servers, waar schijven constant worden benaderd, maar biedt zelfs in desktopsystemen enkele prestatievoordelen.

Ten opzichte van PATA gebruikt SATA dunnere kabels en kleinere, ondubbelzinnig gecodeerde (kabel)aansluitingen. De 7-pins SATA Signaal-(kabel)aansluiting wordt aan beide uiteinden van een SATA-datakabel gebruikt. Elke (kabel)aansluiting kan uitwisselbaar worden gekoppeld met de data-(kabel)aansluiting op de schijf of de SATA-interface op het moederbord. De 15-pins SATA-stroomkabelaansluiting gebruikt een vergelijkbare fysieke (kabel)aansluiting, ook met ondubbelzinnige codering. Figuur 7-5 toont een SATA-datakabel aan de linkerkant en, ter vergelijking, een UDMA ATA-kabel aan de rechterkant. Zelfs rekening houdend met het feit dat een ATA-kabel twee apparaten ondersteunt, is het duidelijk dat het gebruik van SATA moederbordruimte bespaart en de kabelwirwar in de behuizing aanzienlijk vermindert.

Figuur 7-5: SATA-datakabel (links) en UltraDMA-datakabel

De SATA-specificatie definieert de toegestane lengte van een SATA-signaalkabel als maximaal 1 meter, meer dan twee keer zo lang als de langst toegestane PATA-kabel. Naast superieure elektrische eigenschappen en een grotere toegestane lengte, is een groot voordeel van SATA-bekabeling het kleinere fysieke formaat, wat bijdraagt aan nettere kabelpaden en een sterk verbeterde luchtstroom en koeling.

Er valt niet veel te zeggen over het configureren van een SATA-harde schijf. In tegenstelling tot PATA hoeft u geen jumpers in te stellen voor master of slave (hoewel SATA wel master/slave-emulatie ondersteunt). Elke SATA-schijf wordt aangesloten op een toegewezen signaal-(kabel)aansluiting, en de signaal- en stroomkabels zijn volledig standaard. U hoeft zich ook geen zorgen te maken over het configureren van DMA, beslissen welke apparaten een kanaal moeten delen, enzovoort. Er zijn geen zorgen over capaciteitslimieten, omdat alle SATA-harde schijven en -interfaces 48-bit LBA ondersteunen. De chipset, het BIOS, het besturingssysteem en de stuurprogramma's op huidige systemen herkennen een SATA-harde schijf allemaal als zomaar een andere ATA-schijf, dus er is geen configuratie nodig. U sluit eenvoudig de datakabel aan op de schijf en de interface, sluit de stroomkabel aan op de schijf en begint de schijf te gebruiken. (Op oudere systemen moet u mogelijk handmatig stuurprogramma's installeren en kunnen SATA-schijven worden herkend als SCSI-apparaten in plaats van ATA-apparaten; dit is normaal gedrag.)

Waar u wel rekening mee moet houden, is dat u een SATA-schijf die bedoeld is als de primaire SATA-schijf, moet aansluiten op de SATA-interface met het laagste nummer (meestal 0, maar soms 1). Sluit een SATA-schijf die secundair is aan op de SATA-interface met het laagste beschikbare nummer. (Op een systeem met een primaire PATA-schijf en een secundaire SATA-schijf, gebruikt u SATA-interface 0 of hoger.) Elke PATA-harde schijf moet indien mogelijk als master-apparaat worden geconfigureerd. Sluit een PATA-schijf die primair is aan als primaire master en een PATA-schijf die secundair is als secundaire master.

RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks/Drives) is een middel waarmee gegevens over twee of meer fysieke harde schijven worden verdeeld om de prestaties te verbeteren en de gegevensveiligheid te vergroten. Een RAID kan het verlies van een willekeurige schijf overleven zonder gegevens te verliezen, omdat de redundantie van de array toestaat dat die gegevens worden herrecovered of gereconstrueerd vanaf de resterende schijven.

RAID was voorheen erg duur om te implementeren en werd daarom alleen gebruikt op servers en professionele werkstations. Dat is niet langer waar. Veel recente systemen en moederborden hebben RAID-geschikte ATA- en/of SATA-interfaces. De lage prijs van ATA- en SATA-schijven en de ingebouwde RAID-ondersteuning betekenen dat het nu praktisch is om RAID op gewone pc's te gebruiken.

Er zijn vijf gedefinieerde RAID-niveaus, genummerd RAID 1 tot en met RAID 5, hoewel slechts twee van die niveaus vaak worden gebruikt in pc-omgevingen. Sommige of alle van de volgende RAID-niveaus en andere configuraties met meerdere schijven worden ondersteund door veel huidige moederborden:

JBOD (Just a Bunch Of Drives), ook wel Span-modus of Spanning-modus genoemd, is een niet-RAID-bedrijfsmodus die de meeste RAID-adapters ondersteunen. Met JBOD kunnen twee of meer fysieke schijven logisch worden samengevoegd om voor het besturingssysteem als één grotere schijf te verschijnen. Gegevens worden naar de eerste schijf geschreven totdat deze vol is, daarna naar de tweede schijf totdat deze vol is, enzovoort. In het verleden, toen de schijfcapaciteiten kleiner waren, werden JBOD-arrays gebruikt om enkele volumes te creëren die groot genoeg waren om enorme databases op te slaan. Met 300 GB en grotere schijven die nu gemakkelijk beschikbaar zijn, is er zelden een goede reden om JBOD te gebruiken. Het nadeel van JBOD is dat het uitvallen van een willekeurige schijf de gehele array onbenaderbaar maakt. Omdat de kans op een schijfdefect evenredig is aan het aantal schijven in de array, is een JBOD minder betrouwbaar dan één grote schijf. De prestaties van een JBOD zijn hetzelfde als die van de schijven waaruit de array bestaat.

RAID 0, ook wel disk striping genoemd, is eigenlijk helemaal geen RAID, omdat het geen redundantie biedt. Bij RAID 0 worden gegevens interleavend geschreven naar twee of meer fysieke schijven. Omdat schrijfacties en leesacties worden verdeeld over twee of meer schijven, biedt RAID 0 de snelste lees- en schrijfsnelheden van elk RAID-niveau, met zowel schrijf- als leesprestaties die merkbaar sneller zijn dan die van een enkele schijf. Het nadeel van RAID 0 is dat het falen van een willekeurige schijf in de array het verlies van alle gegevens op alle schijven in de array veroorzaakt. Dat betekent dat gegevens die op een RAID 0-array zijn opgeslagen, eigenlijk meer risico lopen dan gegevens die op een enkele schijf zijn opgeslagen. Hoewel sommige toegewijde gamers RAID 0 gebruiken in hun zoektocht naar de hoogst mogelijke prestaties, raden we het gebruik van RAID 0 op een typisch desktopsysteem af.

RAID 0 IS ZINLOOS VOOR DESKTOPSYSTEMEN

RAID 0 biedt eigenlijk heel weinig prestatievoordeel voor een typische desktop-pc. RAID 0 komt tot zijn recht wanneer het schijfsubsysteem erg zwaar wordt belast, zoals bij een server die veel gebruikers ondersteunt. Weinig systemen voor één gebruiker benaderen de schijven zwaar genoeg om te profiteren van RAID 0.

RAID 1, ook wel disk mirroring genoemd, dupliceert alle schrijfacties naar twee of meer fysieke schijven. Dienovereenkomstig biedt RAID 1 het hoogste niveau van gegevensredundantie ten koste van het halveren van de hoeveelheid schijfruimte die zichtbaar is voor het besturingssysteem. De overhead die nodig is om dezelfde gegevens naar twee schijven te schrijven, betekent dat RAID 1-schrijfacties doorgaans iets langzamer zijn dan schrijfacties naar een enkele schijf. Omgekeerd, omdat dezelfde gegevens vanaf beide schijven kunnen worden gelezen, kan een intelligente RAID 1-adapter de leesprestaties enigszins verbeteren ten opzichte van een enkele schijf door leesverzoeken voor elke schijf afzonderlijk in de wachtrij te plaatsen, waardoor gegevens kunnen worden gelezen vanaf welke schijf dan ook waarvan de koppen zich toevallig het dichtst bij de gevraagde gegevens bevinden. Het is ook mogelijk voor een RAID 1-array om twee fysieke hostadapters te gebruiken om de schijfadapter als single point of failure te elimineren. In een dergelijke opstelling, disk duplexing genoemd, kan de array blijven werken na het falen van één schijf, één hostadapter, of beide (als ze op hetzelfde kanaal zitten).

RAID 5, ook wel disk striping with parity genoemd, vereist minimaal drie fysieke schijven. Gegevens worden bloksgewijs naar afwisselende schijven geschreven, met pariteitsblokken tussengevoegd. Bijvoorbeeld, in een RAID 5-array die bestaat uit drie fysieke schijven, kan het eerste 64 KB datablok naar de eerste schijf worden geschreven, het tweede datablok naar de tweede schijf en een pariteitsblok naar de derde schijf. Daaropvolgende datablokken en pariteitsblokken worden op zo'n manier naar de drie schijven geschreven dat datablokken en pariteitsblokken gelijkmatig over alle drie de schijven worden verdeeld. Pariteitsblokken worden zo berekend dat als een van de twee datablokken verloren gaat, dit kan worden gereconstrueerd met behulp van het pariteitsblok en het resterende datablok. Een falen van een willekeurige schijf in de RAID 5-array veroorzaakt geen gegevensverlies, omdat de verloren datablokken kunnen worden gereconstrueerd vanaf de data- en pariteitsblokken op de resterende twee schijven. Een RAID 5 biedt iets betere leesprestaties dan een enkele schijf. RAID 5-schrijfprestaties zijn doorgaans iets langzamer dan die van een enkele schijf, vanwege de overhead die gemoeid is met het segmenteren van de gegevens en het berekenen van pariteitsblokken. Omdat de meeste pc's en kleine servers meer lezen dan schrijven, is RAID 5 vaak het beste compromis tussen prestaties en gegevensredundantie.

Een RAID 5 kan bestaan uit een willekeurig aantal schijven, maar in de praktijk is het het beste om de RAID 5 te beperken tot drie of vier fysieke schijven, omdat de prestaties van een gedegradeerde RAID 5 (een waarin een schijf is uitgevallen) omgekeerd evenredig variëren met het aantal schijven in de array. Een RAID 5 met drie schijven en een uitgevallen schijf is bijvoorbeeld erg langzaam, maar is waarschijnlijk bruikbaar totdat de array kan worden herbouwd. Een gedegradeerde RAID 5 met zes of acht schijven is meestal te langzaam om überhaupt bruikbaar te zijn.

RAID VERVANGT BACK-UPS NIET

Het gebruik van RAID 1 of RAID 5 is een goedkope manier om uzelf te beschermen tegen gegevensverlies door een defecte harde schijf, maar RAID is geen vervanging voor back-ups. RAID beschermt alleen tegen het uitvallen van schijven. Om uzelf te beschermen tegen accidentele corruptie of verwijdering van bestanden of verlies door brand, overstroming of diefstal, moet u nog steeds een back-up van uw gegevens maken.

Als uw moederbord geen RAID-ondersteuning heeft of als u een RAID-niveau nodig hebt dat niet door het moederbord wordt geleverd, kunt u een RAID-adapter van een derde partij installeren, zoals die van 3Ware (http://www.3ware.com), Adaptec (http://www.adaptec.com), Highpoint Technologies (http://www.highpoint-tech.com), Promise Technology (http://www.promise.com) en anderen. Controleer de ondersteuning voor het besturingssysteem voordat u een dergelijke kaart aanschaft, vooral als u Linux of een oudere versie van Windows gebruikt.

Meer over harde schijven