内部コンピュータバスインターフェース

ザ・内部コンピュータバスインターフェース内部ドライブ（ハードディスク、オプティカルドライブなど）がPCに接続するための物理的および論理的手段を定義します。最新のPCは、次のインターフェイスの一方または両方を使用します。

ATAシリーズ （（ SATA ）は、ATAに取って代わる新しいテクノロジーです。 SATAには、ケーブルとコネクタの小型化、帯域幅の拡大、信頼性の向上など、ATAに比べていくつかの利点があります。 SATAとATAは物理的レベルと電気的レベルで互換性がありませんが、SATAドライブをATAインターフェイスに接続したり、その逆を行ったりできるアダプタをすぐに利用できます。 SATAは通常、ソフトウェアレベルでATAと互換性があります。つまり、オペレーティングシステムのATAドライバーは、SATAまたはATAインターフェイスおよびハードドライブのいずれかで動作します。 図7-2 は、中央の32.768kHzクロッククリスタルの上下にある2つのSATAインターフェイスを示しています。各インターフェイスコネクタはL字型の本体で固定されているため、SATAケーブルが逆方向に接続されるのを防ぐことができます。

図7-2：SATAインターフェース

スモールコンピュータシステムインターフェイス（SCSI）

ザ・ スモールコンピュータシステムインターフェイス （（ SCSI ）は通常発音されます ぎこちない 、でも時々 セクシー 。 SCSIは、サーバーとハイエンドワークステーションで使用され、マルチタスク、マルチユーザー環境でのATAおよびSATAと比較してパフォーマンスが向上することと、1つのインターフェイスで多数のドライブをデイジーチェーン接続できることの2つの利点があります。以前は高性能デスクトップシステムにSCSIを推奨していましたが、SCSIドライブとホストコントローラーのコストが非常に高く、SCSIとSATAの間のパフォーマンスギャップが狭くなっているため、その推奨を撤回しました。

ATアタッチメント （（彼ら）は、個別の文字として発音され、1990年代初頭から2003年までPCで使用された最も一般的なハードディスクインターフェイスでした。ATAは時々呼ばれます パラレルATA または PATA 、新しいものと区別するために ATAシリーズ （（ SATA ）インターフェース。 ATAは、SATAに取って代わられていますが、新しいシステムではまだ使用されています。 ATAはよく呼ばれます ここに （（ 統合ドライブエレクトロニクス ）。 図7-1 は、マザーボードのフロントエッジの通常の位置にある2つの標準ATAインターフェイスを示しています。各インターフェイスコネクタには、一番上の行に欠落しているピンがあり、一番下のコネクタシュラウドにノッチがあることに注意してください。

図7-1：標準のATAインターフェース

ATAとATAPI

技術的には、ハードドライブのみがATAデバイスです。 ATAインターフェイスに接続する光学ドライブ、テープドライブ、および同様のデバイスは、と呼ばれるATAプロトコルの修正バージョンを使用します。 ATAPI （（ ATAパケットインターフェイス ）。実際には、ATAハードドライブ、ATAPIデバイス、またはその両方を任意のATAインターフェイスに同時に接続できるため、ほとんど違いはありません。

すべてのデスクトップATAケーブルには3つの40ピンコネクタがあります。1つはATAインターフェイスに接続し、2つはATA / ATAPIドライブに接続します。 ATAケーブルには次の3種類があります。

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標準のATAケーブルは、3つの位置すべてで40線リボンケーブルと40ピンコネクタを使用します。 40本の導体すべてが3つのコネクタすべてに接続します。ケーブルの品質以外の唯一の実際のバリエーションは、3つのコネクタの配置です。標準のATAケーブルの2つのデバイスコネクタは、ケーブルの一方の端の近くにあります。どちらのドライブもどちらのドライブコネクタにも接続できます。標準のATAケーブルは、UltraATA-33（UDMAモード2）を介して任意のATA / ATAPIデバイスで使用できます。標準のATAケーブルを使用してUltraATA-66（UDMAモード4）以上のデバイスを接続する場合、そのデバイスは正常に機能しますが、UDMAモード2（33 MB / s）での動作にフォールバックします。標準のATAケーブルでは、接続されたデバイスにマスター/スレーブジャンパーを設定する必要があります。

標準のATAケーブルはもはや「標準」ではないことに注意してください（これらはすべてかなり古い準備ができているため）。まだATAインターフェイスを備えているほとんどのコンピューターは、おそらくUltraDMAタイプになります。

標準/ CSEL ATAケーブルは、ピン28がミドルドライブコネクタとエンドドライブコネクタの間に接続されていないことを除いて、標準ATAケーブルと同じです。標準/ CSEL ATAケーブルは、接続されたデバイスのマスター/スレーブジャンパーまたはCSELジャンパーのいずれかをサポートします。標準/ CSELケーブルではコネクタの位置が重要です。 CSELケーブルのインターフェイスコネクタには、ラベルが付いているか、ドライブコネクタとは異なる色が付いています。中央のコネクタはマスターデバイス用で、インターフェイスコネクタの反対側のエンドコネクタはスレーブデバイス用です。

UltraDMA （（ UDMA ）ケーブルは、3つの位置すべてで80線リボンケーブルと40ピンコネクタを使用します。追加の40線は専用のアース線であり、それぞれが標準の40ATAピンの1つに割り当てられています。 UDMAケーブルは任意のATA / ATAPIデバイスで使用でき、より信頼性の高い機能を実現する必要がありますが、UltraATA-66、-100、および-133デバイス（それぞれUDMAモード4、5、および6）で最高のパフォーマンスを発揮するために必要です。すべてのUDMAケーブルはCSELケーブルであり、ケーブル選択モードまたはマスター/スレーブモードのいずれかで使用できます。以前のATAケーブルでは、色分けされたコネクタは指定されていませんでした。

UltraATA-66以降の操作にはUltraDMAケーブルが必要であるため、システムには、そのようなケーブルが取り付けられているかどうかを検出する方法が必要です。これは、インターフェースに接続されている青いコネクタのピン34を接地することによって行われます。 40線のATAケーブルはピン34を接地しないため、システムは起動時に40線または80線のケーブルが取り付けられているかどうかを検出できます。

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ラベルのない40線CSELケーブルは標準ケーブルから分離してください。標準ケーブルの代わりにCSELケーブルを使用すると、マスターまたはスレーブとしてジャンパーされたドライブが正しく機能します。 CSELケーブルの代わりに標準ケーブルを使用し、CSELとしてジャンパーされた1つのドライブをそのケーブルに接続すると、マスターとして正しく機能します。ただし、2つのCSELドライブを標準ケーブルに接続すると、両方がマスターとして機能するため、微妙な問題から（より可能性が高い）システムがどちらのドライブにもアクセスできなくなる可能性があります。最善のルールは、ハードドライブの接続に40線ケーブルを使用しないことです。

すべてのCSELケーブルが同じではありません

CSEL操作に40線CSELケーブルと80線ケーブルを使用する場合の違いに注意してください。すべてのUltraDMAケーブルは、マスター/スレーブまたはCSELとしてジャンパーされたドライブをサポートしていますが、40線ケーブルの代わりに80線ケーブルを自由に使用できるわけではありません。ドライブがマスター/スレーブとしてジャンパーされている場合は、80線ケーブルに置き換えると問題なく機能します。ただし、ドライブがCSELとしてジャンパされている場合、40線式CSELケーブルを80線式ケーブルに交換すると、ドライブは設定を交換します。つまり、40線ケーブルでマスターだったドライブが80線ケーブルでスレーブになり、その逆も同様です。

PIOモードとDMAモード

ATAは、と呼ばれる2つのクラスの転送モードを定義します。 PIOモード （（ プログラムドI / Oモード ）および DMAモード （（ ダイレクトメモリアクセスモード ）。 PIOモードの転送ははるかに遅く、プロセッサがデバイスとメモリ間の転送を調停する必要があります。 DMAモードの転送ははるかに高速で、プロセッサの介入なしに実行されます。 ATAチャネルのいずれかのデバイスがPIOモードを使用する場合、両方のデバイスが使用する必要があります。これによりスループットが低下し、プロセッサに大きな負荷がかかり、ドライブにアクセスするたびにシステムが停止します。

最新のATAおよびATAPIデバイスはすべてDMAモードをサポートしていますが、下位互換性のために、ほとんどのデバイスをPIOモードを使用するように設定できます。 PIOモードの使用は間違いです。システムをアップグレードするときに、PIOモードのみをサポートするドライブを見つけた場合は、それらを交換します。とにかく非常に古いハードドライブとオプティカルドライブのみがPIOモードに制限されているため、それらを交換するのは簡単です。

古いIDEデバイスと新しいIDEデバイス間の互換性

マイナーな例外を除いて、新しいATAデバイスと古いATAインターフェイスの間、またはその逆の間に完全な互換性の競合はありません。新しいインターフェイスが古いドライブのパフォーマンスを改善できないのと同様に、新しいドライブは古いATAインターフェイスに接続したときに最高のパフォーマンスを発揮できません。ただし、おそらく最適ではありませんが、任意のATAまたはATAPIドライブを任意のATAインターフェイスに接続できます。

ただし、DMAデバイスと同じインターフェイスで古いPIOデバイスを使用しないでください。両方のデバイスは機能しますが、DMAデバイスのスループットが低下します。 PIOモードデバイスがインストールされているシステムをアップグレードする場合は、可能であれば、DMA用に再構成します。それ以外の場合は、DMA対応デバイスと交換してください。

また、インターフェイスは一度に1つのDMAまたはUltraDMA（UDMA）モードのみをサポートすることに注意してください。たとえば、UDMAモード4（66.6 MB / s）Plextor PX-716A DVDライターとUDMAモード6（133 MB / s）Maxtorハードドライブを同じATAインターフェイスに接続すると、ハードドライブはUDMAモード4で動作します。 66 MB / sで、ハードドライブのスループットを妨げる可能性があります。同様に、UDMAモード2（33 MB / s）を最速モードとしてサポートするPlextor PX-740A DVDライターをインストールすると、ハードドライブのスループットはわずか33 MB / sで低下します。

SATAインターフェイスとドライブが一般的になる前は、ATAはハードドライブの接続にほぼ普遍的に使用されていました。今日でも、何億台ものPCにATAハードドライブが搭載されています。古いシステムがアップグレードされて交換されると、その数は必然的に減少しますが、ATAは何年も私たちと一緒に残ります。

元のATA仕様では、1台または2台のATAハードドライブをサポートする単一のインターフェイスが定義されていました。 1990年代初頭までに、ほぼすべてのシステムにデュアルATAインターフェイスがあり、それぞれが最大2台のATAハードドライブまたはATAPIデバイスをサポートしていました。皮肉なことに、私たちは完全に一周しました。現在のマザーボードの多くは、いくつかのSATAインターフェイスを提供していますが、ATAインターフェイスは1つだけです。

システムに2つのATAインターフェイスがある場合、1つは次のように定義されます。 プライマリATAインターフェイス そして他の セカンダリATAインターフェイス 。これらの2つのインターフェイスは機能的には同じですが、システムはプライマリインターフェイスに高い優先度を割り当てます。したがって、ハードドライブ（優先度の高い周辺機器）は通常、プライマリインターフェイスに接続され、セカンダリインターフェイスは光学ドライブやその他の優先度の低いデバイスに使用されます。

マスターはマスターであり、スレーブはスレーブです

デバイスのマスターまたはスレーブをジャンパーすると、ATAケーブルのどの位置に接続するかに関係なく、デバイスがその役割を引き受けます。たとえば、デバイスをマスターとしてジャンパーすると、ATAケーブルの端にあるドライブコネクタに接続されているか、ATAケーブルの中央にあるドライブコネクタに接続されているかに関係なく、デバイスはマスターとして機能します。

各ATAインターフェイス（大まかに「 ATAチャネル ）0、1、または2つのATAおよび/またはATAPIデバイスを接続できます。すべてのATAおよびATAPIデバイスにはコントローラーが組み込まれていますが、ATAは、インターフェイスごとに1つのアクティブなコントローラーのみを許可します（必要とします）。したがって、インターフェイスに接続されているデバイスが1つだけの場合は、そのデバイスで組み込みコントローラーを有効にする必要があります。 2つのデバイスがATAインターフェイスに接続されている場合、一方のデバイスではコントローラを有効にし、もう一方のデバイスではコントローラを無効にする必要があります。

ATAの用語では、コントローラーが有効になっているデバイスは、主人コントローラが無効になっているものは、奴隷（ATAは政治的正しさよりも前のものです）。したがって、2つのATAインターフェイスを備えたPCでは、デバイスは次の4つの方法のいずれかで構成できます。 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 、または 二次スレーブ 。 ATA / ATAPIデバイスは、に示すように、デバイスにジャンパーを設定することにより、マスターまたはスレーブとして割り当てられます。 図7-3 。

図7-3：ATAドライブでのマスター/スレーブジャンパーの設定

2つのインターフェイス間でデバイスを割り当てる方法を決定し、それぞれにマスターまたはスレーブステータスを選択する場合は、次のガイドラインを使用してください。

常にメインハードドライブをプライマリマスターとして割り当てます。セカンダリインターフェイスの両方の位置が占有されていない限り、別のデバイスをプライマリATAインターフェイスに接続しないでください。
ATAは、インターフェイスでの同時I / Oを禁止します。つまり、一度にアクティブにできるデバイスは1つだけです。一方のデバイスが読み取りまたは書き込みを行っている場合、もう一方のデバイスは、アクティブなデバイスがチャネルを解放するまで読み取りまたは書き込みを行うことができません。このルールの意味するところは、たとえば、同時I / Oを実行する必要のある2つのデバイスがある場合、DVD-ROMドライブからDVDを複製するために使用するDVDライターは、これら2つのデバイスを別々のインターフェイスに配置する必要があるということです。
ATAデバイス（ハードドライブ）とATAPIデバイス（オプティカルドライブなど）を同じインターフェイスに接続する場合は、ハードドライブをマスターとして、ATAPIデバイスをスレーブとして設定します。
2つの同様のデバイス（ATAまたはATAPI）をインターフェイスに接続している場合、通常、どちらのデバイスがマスターでどちらがスレーブであるかは関係ありません。ただし、このガイドラインには例外があります。特にATAPIデバイスの場合、チャネルに接続されている他のATAPIデバイスに応じて、マスター（またはスレーブ）になりたいものもあります。
古いデバイスと新しいデバイスを同じATAインターフェイスに接続する場合は、新しいデバイスをマスターとして構成することをお勧めします。これは、古いデバイスよりも高性能なコントローラーを備えている可能性が高いためです。
DMA対応デバイスとPIOのみのデバイス間で1つのインターフェイスを共有することは避けてください。インターフェイス上の両方のデバイスがDMA対応の場合、両方ともDMAを使用します。 1つのデバイスのみがDMA対応の場合、両方のデバイスでPIOを使用する必要があります。これにより、パフォーマンスが低下し、CPU使用率が大幅に増加します。同様に、両方のデバイスがDMA対応であるが、レベルが異なる場合、より機能の高いデバイスは、より低速のDMAモードを使用するように強制されます。可能であれば、PIOのみのデバイスを交換してください。

正しいジャンパー設定を決定できるようにするには、ドライブが正しいコネクタに接続されていることを確認する必要があります。

標準のATAケーブルの場合、その仕組みは次のとおりです。

すべてのコネクタは黒です。どちらのドライブもどちらのドライブコネクタにも接続できます。通常、マスターデバイスをケーブルの中央のコネクタに配置し、スレーブをケーブルの端に配置します。見るここに

ほとんどのATA / ATAPIドライブは、標準のマスター/スレーブジャンパーに加えて、ケーブル選択（CSまたはCSEL）ジャンパーを提供します。ドライブをマスター（またはスレーブ）としてジャンパーすると、そのドライブは、ATAケーブルで接続されているコネクターに関係なく、マスター（またはスレーブ）として機能します。ドライブをCSELとしてジャンパする場合、ケーブル上のドライブの位置によって、ドライブがマスターとして機能するかスレーブとして機能するかが決まります。

CSELは、ATA構成を簡素化する手段として導入されました。目標は、ジャンパーを変更せずにドライブを簡単に取り付けたり取り外したりできることであり、ジャンパーの設定が不適切なために競合が発生する可能性はありません。 CSELは何年も前から存在していますが、システムメーカーに人気が出てきたのはここ数年のことです。

CSELを使用するには、次のものが必要です。

1つのドライブがインターフェイスにインストールされている場合、そのドライブはCSELをサポートし、CSELを使用するように構成されている必要があります。 2つのドライブがインストールされている場合は、両方がCSELをサポートし、使用するように構成されている必要があります
ATAインターフェイスはCSELをサポートする必要があります。非常に古いATAインターフェイスはCSELをサポートしておらず、CSELとして構成されたドライブをスレーブとして扱います。
ATAケーブルは特別なCSELケーブルである必要があります。残念ながら、CSELケーブルには次の3つのタイプがあります。
- 40線式CSELケーブルは標準の40線式ATAケーブルとは異なり、ピン28はATAインターフェイスとケーブルの最初のドライブ位置（中央のコネクタ）の間にのみ接続されます。ピン28は、インターフェイスと2番目のドライブ位置（ケーブルのエンドコネクタ）の間に接続されていません。このようなケーブルを使用すると、中央のコネクタに接続されているドライブ（ピン28が接続されている）がマスターになり、インターフェイスから最も遠いコネクタに接続されているドライブ（ピン28が接続されていない）がスレーブになります。
- すべての80線式（Ultra DMA）ATAケーブルはCSELをサポートしますが、今説明した40線式の標準CSELケーブルとは正反対の方向になります。このようなケーブルを使用すると、中央のコネクタに接続されているドライブ（ピン28が接続されていない）がスレーブになり、インターフェイスから最も遠いコネクタに接続されているドライブ（ピン28が接続されている）がマスターになります。これは実際にはより良い配置ですが、少し直感的でない場合、ワイヤをエンドコネクタに接続できますが、中央のコネクタには接続できませんか？標準の40線式CSELケーブルは、マスタードライブを中央のコネクタに配置するためです。そのケーブルにドライブが1つだけ取り付けられている場合、ケーブルの長い「スタブ」が何も接続されていない状態で自由にぶら下がっています。電気的には、これは非常に悪い考えです。ケーブルが終端されていない場合、定在波が形成され、回線のノイズが増加し、データの整合性が損なわれるためです。
- 40線のCSELYケーブルは、インターフェイスコネクタを中央に配置し、両端にドライブコネクタを配置します。1つはマスター、もう1つはスレーブとラベル付けされています。これは理論的には良い考えですが、実際にはほとんど機能しません。問題は、ATAケーブルの長さの制限が引き続き適用されることです。つまり、ドライブコネクタには、最小の場合を除いて、ドライブに接続するのに十分なケーブルがありません。タワーがある場合は、忘れることができます。40線式CSELケーブルには明確なラベルが付けられているはずですが、そうでない場合が多いことがわかりました。このようなケーブルを視覚的に識別することはできませんが、ピン28の両端のコネクタ間でデジタル電圧計または導通テスターを使用してタイプを確認できます。導通がある場合は、標準のATAケーブルを使用します。そうでない場合は、CSELケーブルがあります。

Ultra DMAケーブルの仕様では、次のコネクタの色が必要です。

一方の端のコネクタは青色で、マザーボードのATAインターフェイスに接続されていることを示しています。
反対側の端のコネクタは黒で、マスタードライブ（デバイス0）を接続するために使用されます。ケーブルに接続されているのが1つだけの場合は、単一のドライブを接続するために使用されます。 CSELが使用されている場合、黒いコネクタはドライブをマスターとして構成します。標準のマスター/スレーブジャンパを使用する場合、ATA-66、ATA-100、およびATA-133では単一のドライブを中央のコネクタに接続できないため、マスタードライブを黒いコネクタに接続する必要があります。データ通信を妨げる定在波で。
中央のコネクタは灰色で、スレーブドライブ（デバイス1）が存在する場合はそれを接続するために使用されます。

図7-4 は、比較のために80線のUltraDMAケーブル（上）と40線の標準ATAケーブルを示しています。

図7-4：UltraDMA 80線ATAケーブル（上）と標準の40線ATAケーブル

ATAデバイスには、次のジャンパーの選択肢の一部またはすべてがあります。

ジャンパーをマスター位置に接続すると、オンボードコントローラーが有効になります。すべてのATAおよびATAPIデバイスにこのオプションがあります。これがインターフェイスに接続されている唯一のデバイスである場合、またはインターフェイスに接続されている2つのデバイスの最初のデバイスである場合は、このジャンパ位置を選択します。

ジャンパーをスレーブ位置に接続すると、オンボードコントローラーが無効になります。（テクニカルレビューアの1人は、これを利用して、コントローラーに障害が発生したハードドライブからデータを取得したと述べています。これは、覚えておくと非常に便利です。）すべてのATAおよびATAPIデバイスをスレーブとして設定できます。これが、マスターデバイスがすでに接続されているインターフェイスに接続されている2番目のデバイスである場合は、このジャンパー位置を選択します。

ほとんどのATA / ATAPIデバイスには、ラベルが付いた3番目のジャンパー位置があります ケーブル選択、CS 、またはルセ。ジャンパーをCSELの位置に接続すると、ATAケーブル上の位置に基づいてマスターまたはスレーブとして構成するようにデバイスに指示します。 CSELジャンパーが接続されている場合、他のジャンパーは接続できません。 CSELの詳細については、次のセクションを参照してください。

マスターとして機能する場合、いくつかの古いATA / ATAPIデバイスは、それらがチャネル上の唯一のデバイスであるかどうか、またはスレーブデバイスも接続されているかどうかを知る必要があります。このようなデバイスには、ラベルが付いた追加のジャンパー位置がある場合があります唯一またはのみ。このようなデバイスの場合、インターフェイス上のマスターデバイスの場合はマスター、インターフェイス上のスレーブデバイスの場合はスレーブ、インターフェイスに接続されている唯一のデバイスの場合はソール/のみとしてジャンパします。

いくつかの古いドライブには、ジャンパーが指定されています スレーブプレゼント 、または SP 。このジャンパーは、マスターとしてジャンパーされたデバイスに、チャネル上にスレーブデバイスもあることを通知することにより、ソール/オンリージャンパーの逆の機能を実行します。このようなデバイスの場合、インターフェイス上の唯一のデバイスである場合はマスターとしてジャンパし、インターフェイス上の2つのデバイスの2番目である場合はスレーブとしてジャンパします。

スレーブもインストールされているチャネルのマスターである場合は、マスターとスレーブの両方の現在のジャンパーを接続します。

ドライブをケーブルの適切なコネクタに接続し、ジャンパを設定したら、システムにドライブを検出させます。これを行うには、システムを再起動してBIOSセットアップを実行します（システムが起動することが多いため、キーを押す必要があります。キーはF1、F2、Esc、またはDelのいずれかです）。 BIOSがドライブを自動的に表示しない場合は、メニューで[自動検出]などのオプションを探します。この自動検出オプションを使用して、ドライブ検出を強制します。再起動すると、ドライブを使用できるようになります（その後、ドライブのパーティション分割とフォーマットを開始できます）。現在の構成を使用してドライブを動作させることができない場合は、説明されているように他の構成を試してくださいここに

SATAを使用している場合は、BIOSセットアップでSATAインターフェイスの数も表示されることに注意してください。これは、ドライブをプライマリドライブにするためにドライブを接続する必要があるインターフェイスを決定するのに役立ちます。

ATAシリーズ （としても知られている SATA または S-ATA ）は、古いATA / ATAPI標準の後継です。 SATAは主にハードドライブインターフェイスとして意図されていますが、光学ドライブ、テープドライブ、および同様のデバイスにも使用できます。

SATAドライブとインターフェイスは、当初2001年後半に大量に出荷されると予想されていましたが、さまざまな問題により、展開が1年以上遅れました。 2002年後半までに、SATAマザーボードとドライブの配布は制限されていましたが、SATAドライブとネイティブSATAサポートを備えたマザーボードが広く利用できるようになったのは2003年半ばまででした。スタートが遅いにもかかわらず、SATAは大騒ぎのように離陸しました。より高速な第2世代のSATAドライブとインターフェイスは、2005年の初めに出荷を開始しました。

現在利用可能なSATAには2つのバージョンがあります。

SATA / 150 （とも呼ばれている SATA150 ）第1世代のSATAインターフェイスとデバイスを定義します。 SATA / 150は1.5GB / sの生データレートで動作しますが、オーバーヘッドにより実効データレートが1.2 GB / s、つまり150 MB / sに低下します。このデータレートはUltraATA / 133の133MB / sレートよりわずかに高いだけですが、PATAの場合のように、2つのデバイス間で共有されるのではなく、接続された各デバイスでSATA帯域幅全体を利用できます。

SATA / 300 または SATA300 （しばしば誤って呼ばれる SATA II ）第2世代のSATAインターフェイスとデバイスを定義します。 SATA / 300は3.0GB / sの生データレートで動作しますが、オーバーヘッドにより実効データレートが2.4 GB / s、つまり300 MB / sに低下します。 NVIDIA nForce4チップセットをベースにしたマザーボードは、2005年の初めに出荷を開始し、利用可能な最初のSATA / 300準拠デバイスでした。 SATA / 300ハードドライブは2005年半ばに出荷を開始しました。 SATA / 300インターフェイスおよびドライブは、SATA / 150コンポーネントと同じ物理コネクタを使用し、SATA / 150インターフェイスおよびドライブと下位互換性があります（ただし、SATA / 150データレートは低くなります）。

128 / 137GBの制限

古いATAインターフェイスは28ビットを使用します 論理ブロックアドレス指定 （（ LBA ）、これらのインターフェイスをアドレス指定2に制限します²⁸またはハードドライブの268,435,456セクター。ハードドライブは512バイトのセクターを使用するため、サポートされる最大ドライブサイズは137,438,953,472バイト（128 GB）になります。（ドライブメーカーはバイナリGBではなく10進数のGBを使用するため、この制限をBIOSおよびオペレーティングシステムによって報告される128GBではなく137GBと呼びます。）これは、インターフェイス自体によって課されるハードウェアの制限です。現在のATAインターフェイスは48ビットLBAを使用しており、サポートされる最大ドライブサイズを100万倍以上に拡張して128 PB（ ペタバイト 、ここで、ペタバイトは1,024テラバイトです）。

古いATAインターフェイスに128GBを超えるハードドライブをインストールすると、正常に動作しますが、128GBを超えるディスク容量にはアクセスできません。結局のところ、古いシステムでより大きなドライブをサポートする必要がある場合、1つの代替手段は、PATAハードドライブに1つ以上の48ビットLBAインターフェイスを提供する拡張カードをインストールすることです。さらに良いことに、SATAアダプタカードをインストールし、SATAハードドライブを使用します。（すべてのSATAインターフェイスは48ビットLBAをサポートします。）いずれの場合も、リソースを節約するためにプライマリマザーボードのATAインターフェイスを無効にし、セカンダリマザーボードインターフェイスでオプティカルドライブとその他のATAPIデバイスを実行します。

SATAには次の重要な機能があります。

PATAは比較的高い信号電圧を使用します。これは、高いピン密度と相まって、133 MB / sをPATAで現実的に達成可能な最高のデータレートにします。 SATAははるかに低い信号電圧を使用するため、導体間の干渉とクロストークが減少します。

SATAは、40ピン/ 80線のPATAリボンケーブルを7線のケーブルに置き換えます。コストの削減と信頼性の向上に加えて、より小さなSATAケーブルはケーブルの配線を容易にし、空気の流れと冷却を改善します。 SATAケーブルの長さは1メートル（39+インチ）であるのに対し、PATAの制限は0.45メートル（18フィート）です。この長さの増加は、特にタワーシステムでドライブを取り付ける際の使いやすさと柔軟性の向上に貢献します。

3本のアース線に加えて、7線SATAケーブルは差動送信ペア（TX +とTX）と差動受信ペア（RX +とRX）を使用します。 SCSIベースのサーバーストレージに長い間使用されてきた差動シグナリングは、シグナルインテグリティを高め、より高速なデータレートをサポートし、より長いケーブルの使用を可能にします。

差動シグナリングの使用に加えて、SATAには優れたエラー検出と訂正が組み込まれているため、PATAで可能な速度を大幅に超える速度でコマンドとデータ転送のエンドツーエンドの整合性が保証されます。

SATAは、オペレーティングシステムの観点からはPATAと同じように見えます。したがって、現在のオペレーティングシステムは、既存のドライバーを使用してSATAインターフェイスとデバイスを認識して使用できます。（ただし、システムでネイティブSATAをサポートしていないチップセットまたはBIOSを使用している場合、またはSATAより前のオペレーティングシステム配布ディスクを使用している場合は、SATAドライブのインストール中にSATAドライバー付きのフロッピーディスクを挿入する必要があります。認識されます。）

外部SATA

外部SATA （（ eSATA ）は、外付けハードドライブを接続するためのUSB 2.0およびFireWire（IEEE-1394）を置き換えることを目的としています。 eSATAは、比較的壊れやすい標準のSATAコネクタよりもはるかに堅牢で、数千回の挿入と取り外しに対応している、変更されたSATAコネクタを使用しています。 eSATAは、許容ケーブル長を1メートルから2メートルに拡張し、外付けハードドライブとアレイを便利に配置できるようにします。 eSATAは、150 MB / sと300MB / sのバリエーションで利用でき、どちらもサポートしています。 ホットプラグ （システムの実行中にドライブを接続または切断します）。

eSATAには、USB 2.0とFireWireを定格スループットの数分の1に遅くするプロトコルオーバーヘッドがないため、eSATAはUSB2.0またはFireWireよりもはるかに高いスループットを提供します。外付けeSATAハードドライブのパフォーマンスは、内部で実行されている同様のSATAハードドライブのパフォーマンスと同じです。

2005年半ば以降に導入された一部のマザーボードにはそのようなインターフェイスが含まれていますが、現在のほとんどのマザーボードにはeSATAインターフェイスが組み込まれていません。システムにeSATAインターフェイスがない場合は、簡単に追加できます。デスクトップシステム用のeSATAホストバスアダプタは、PCIまたはPCIExpress拡張スロットに合わせてすぐに利用できます。 CardbusまたはExpressCardeSATAカードをインストールすることにより、ノートブックシステムにeSATAサポートを追加できます。

標準のSATAドライブをSATAプロトコルを使用して外部に接続できるようにする、一部の移行用外部ドライブハウジングとホストバスアダプタが販売されていることに注意してください。これらのデバイスはeSATAに準拠していません。ほとんどが標準のSATAコネクタを使用しますが、一部はUSB 2.0またはFireWireコネクタとケーブルに置き換えられます（インターフェイスは実際にはSATAですが）。ほとんどはホットプラグをサポートしていません。

Francisco Garc a Macedaは、次のように述べています。 '一部の企業（HighPointなど）が販売しているケーブル/ブラケットの組み合わせについても言及します。これにより、内部SATAポートの1つを外部ポートにできます。これは、一方の端に通常のSATAコネクタがあり、もう一方の端にeSATAコネクタがあり、電子機器がない通常のケースブラケットに接続されている単純なケーブルです。また、HighPoint RocketMate 1100などの外部eSATAケースにPATAドライブを取り付けることができる外部ドライブエンクロージャもあります。これは、単純なケーブル/ブラケットコンボ、または任意のeSATAカードやマザーボードで使用できます。

2つのデバイスを1つのインターフェイスに接続できるPATAとは異なり、SATAはインターフェイスを各デバイス専用にします。これは、次の3つの方法でパフォーマンスを向上させます。

各SATAデバイスには、150 MB / sまたは300MB / sの帯域幅があります。現在のPATAドライブは、チャネルごとに1つを動作させる場合、帯域幅に制約はありませんが、1つのチャネルに2つの高速PATAドライブをインストールすると、両方のスループットが抑制されます。
- PATAは、一度に1つのデバイスのみがチャネルを使用できるようにします。つまり、デバイスは、PATAチャネルでデータを読み書きする前に、順番を待たなければならない場合があります。 SATAデバイスは、他のデバイスを考慮せずに、いつでも書き込みまたは読み取りを行うことができます。
- 2つのデバイスがPATAチャネルにインストールされている場合、そのチャネルは常に低速のデバイスの速度で動作します。たとえば、UDMA-6ハードドライブとUDMA-2オプティカルドライブを同じチャネルに取り付けると、ハードドライブはUDMA-2で動作する必要があります。 SATAデバイスは、常にデバイスとインターフェイスでサポートされている最高のデータレートで通信します。

フランシスコ・ガルシア・マセダからのアドバイス

また、ほとんどのPATAドライブには、以前の32 GBBIOS制限の容量を制限するためのジャンパーがあります。 40 GB未満のディスクを取得することがますます困難になっているため、これによりベーコンを節約できます。古いドライブをレスキュー/クローンする必要がある場合は、これが唯一の選択肢となる可能性があります。

PATAドライブは、ドライブ上のデータの場所に関係なく、受信した順序で読み取りおよび書き込み要求に応答します。これは、中間階で待っている人を無視して、呼び出しボタンが押された順序で各階に行くエレベーターに似ています。ほとんど（すべてではない）のSATAドライブがサポート ネイティブコマンドキューイング （（ NCQ ）。これにより、ドライブは読み取りおよび書き込み要求を蓄積し、それらを最も効率的な順序に並べ替えてから、受信された順序を考慮せずにそれらの要求を処理できます。このプロセスは、 エレベーター探し は、ヘッドの動きを最小限に抑えながら、ドライブが読み取りおよび書き込み要求を処理できるようにします。これにより、パフォーマンスが向上します。 NCQは、ドライブが常にアクセスされているサーバーなどの環境で最も重要ですが、デスクトップシステムでもパフォーマンス上の利点があります。

PATAと比較して、SATAはより細いケーブルとより小さく明確にキー設定されたコネクタを使用します。 7ピン SATA信号コネクタ SATAデータケーブルの両端で使用されます。どちらのコネクタも、ドライブのデータコネクタまたはマザーボードのSATAインターフェイスと交換可能に結合できます。 15ピン SATA電源コネクタ 同様の物理コネクタを使用しますが、キーイングも明確です。 図7-5 は、左側にSATAデータケーブルを示し、比較のために、右側にUDMAATAケーブルを示しています。 ATAケーブルが2つのデバイスをサポートしているという事実を考慮に入れても、SATAを使用するとマザーボードのスペースが節約され、ケース内のケーブルの乱雑さが大幅に減少することは明らかです。

図7-5：SATAデータケーブル（左）とUltraDMAデータケーブル

SATA仕様では、SATA信号ケーブルの許容長さを最長許容PATAケーブルの2倍以上の最大1メートルと定義しています。優れた電気的特性と長い許容長さに加えて、SATAケーブルの主な利点の1つは、物理的なサイズが小さいことです。これにより、ケーブルの配線がすっきりし、空気の流れと冷却が大幅に改善されます。

SATAハードドライブの構成について言うことはあまりありません。 PATAとは異なり、マスターまたはスレーブにジャンパーを設定する必要はありません（ただし、SATAはマスター/スレーブエミュレーションをサポートしています）。各SATAドライブは専用の信号コネクタに接続され、信号ケーブルと電源ケーブルは完全に標準です。また、DMAの構成、チャネルを共有するデバイスの決定などについて心配する必要もありません。すべてのSATAハードドライブとインターフェイスが48ビットLBAをサポートしているため、容量制限について心配する必要はありません。現在のシステムのチップセット、BIOS、オペレーティングシステム、およびドライバーはすべて、SATAハードドライブを単なる別のATAドライブとして認識するため、構成は必要ありません。データケーブルをドライブとインターフェイスに接続し、電源ケーブルをドライブに接続して、ドライブの使用を開始するだけです。（古いシステムでは、ドライバーを手動でインストールする必要がある場合があり、SATAドライブはATAデバイスではなくSCSIデバイスとして認識される場合があります。これは正常な動作です。）

ただし、注意する必要があるのは、プライマリSATAドライブとなることを目的としたSATAドライブを、番号が最も小さいSATAインターフェイス（通常は0、場合によっては1）に接続する必要があるということです。使用可能な最低のSATAインターフェイスのセカンダリであるSATAドライブを接続します。（プライマリPATAドライブとセカンダリSATAドライブを備えたシステムでは、SATAインターフェイス0以降を使用します。）可能な限り、すべてのPATAハードドライブをマスターデバイスとして構成する必要があります。プライマリマスターとしてプライマリであるPATAドライブと、セカンダリマストとしてセカンダリであるPATAドライブを接続します。

RAID （（ 安価なディスク/ドライブの冗長アレイ ）は、パフォーマンスを向上させ、データの安全性を高めるために、データを2台以上の物理ハードドライブに分散する手段です。 RAIDは、データを失うことなく1つのドライブの損失に耐えることができます。これは、アレイの冗長性により、残りのドライブからデータを回復または再構築できるためです。

RAIDは、以前は実装に非常に費用がかかるため、サーバーとプロフェッショナルワークステーションでのみ使用されていました。それはもはや真実ではありません。最近の多くのシステムおよびマザーボードには、RAID対応のATAおよび/またはSATAインターフェースがあります。 ATAおよびSATAドライブの低価格と組み込みのRAIDサポートにより、通常のPCでRAIDを使用することが実用的になりました。

RAIDには5つの定義済みレベルがあり、RAID1からRAID5までの番号が付けられていますが、PC環境で一般的に使用されているのはそのうちの2つだけです。次のRAIDレベルおよびその他のマルチドライブ構成の一部またはすべてが、現在の多くのマザーボードでサポートされています。

JBOD （（ ただのドライブの束 ）、とも呼ばれている スパンモード または スパニングモード は、ほとんどのRAIDアダプタがサポートする非RAID動作モードです。 JBODを使用すると、2つ以上の物理ドライブを論理的に統合して、オペレーティングシステムからは1つの大きなドライブとして表示できます。データは、最初のドライブがいっぱいになるまで書き込まれ、次に2番目のドライブがいっぱいになるまで書き込まれます。以前は、ドライブ容量が小さかったとき、JBODアレイを使用して、巨大なデータベースを格納するのに十分な大きさの単一ボリュームを作成していました。 300 GB以上のドライブがすぐに利用できるようになったため、JBODを使用する正当な理由はほとんどありません。 JBODの欠点は、ドライブに障害が発生すると、アレイ全体にアクセスできなくなることです。ドライブ障害の可能性はアレイ内のドライブの数に比例するため、JBODは1つの大きなドライブよりも信頼性が低くなります。 JBODのパフォーマンスは、アレイを構成するドライブのパフォーマンスと同じです。

RAID 0 、とも呼ばれている ディスクストライピング は、冗長性を提供しないため、実際にはRAIDではありません。 RAID 0では、データは2つ以上の物理ドライブにインターリーブされて書き込まれます。書き込みと読み取りは2つ以上のドライブに分割されるため、RAID 0は、任意のRAIDレベルの中で最速の読み取りと書き込みを提供し、書き込みと読み取りの両方のパフォーマンスは、単一のドライブよりも著しく高速です。 RAID 0の欠点は、アレイ内のいずれかのドライブに障害が発生すると、アレイ内のすべてのドライブに保存されているすべてのデータが失われることです。つまり、RAID 0アレイに保存されたデータは、実際には単一のドライブに保存されたデータよりもリスクが高くなります。一部の熱心なゲーマーは、可能な限り最高のパフォーマンスを求めてRAID 0を使用しますが、一般的なデスクトップシステムでRAID0を使用することはお勧めしません。

RAID0はデスクトップシステムの感度です

RAID 0は、実際には、一般的なデスクトップPCのパフォーマンス上の利点をほとんど提供しません。 RAID 0は、多くのユーザーをサポートするサーバーのように、ディスクサブシステムが非常に頻繁に使用される場合に独自に機能します。 RAID 0の恩恵を受けるのに十分なほど、ディスクにアクセスするシングルユーザーシステムはほとんどありません。

RAID 1 、とも呼ばれている ディスクミラーリング 、2つ以上の物理ディスクドライブへのすべての書き込みを複製します。したがって、RAID 1は、オペレーティングシステムに表示されるディスク容量を半分にするという犠牲を払って、最高レベルのデータ冗長性を提供します。同じデータを2つのドライブに書き込むために必要なオーバーヘッドは、RAID 1の書き込みが通常、単一のドライブへの書き込みよりも少し遅いことを意味します。逆に、どちらのドライブからも同じデータを読み取ることができるため、インテリジェントRAID 1アダプターは、各ドライブの読み取り要求を個別にキューに入れて、単一のドライブに比べて読み取りパフォーマンスをわずかに向上させ、ドライブが存在するドライブからデータを読み取ることができます。要求されたデータに最も近いヘッド。 RAID 1アレイが2つの物理ホストアダプターを使用して、単一障害点としてのディスクアダプターを排除することも可能です。そのような取り決めでは、 ディスクの二重化 、アレイは、1つのドライブ、1つのホストアダプタ、またはその両方（同じチャネル上にある場合）に障害が発生した後も動作を継続できます。

RAID 5 、とも呼ばれている パリティ付きディスクストライピング 、少なくとも3台の物理ディスクドライブが必要です。データは、パリティブロックがインターリーブされた状態で、交互のドライブにブロック単位で書き込まれます。たとえば、3つの物理ドライブで構成されるRAID 5アレイでは、最初の64 KBデータブロックを最初のドライブに、2番目のデータブロックを2番目のドライブに、パリティブロックを3番目のドライブに書き込むことができます。後続のデータブロックとパリティブロックは、データブロックとパリティブロックが3つのドライブすべてに均等に分散されるように3つのドライブに書き込まれます。パリティブロックは、2つのデータブロックのいずれかが失われた場合に、パリティブロックと残りのデータブロックを使用して再構築できるように計算されます。 RAID 5アレイのいずれかのドライブに障害が発生しても、データが失われることはありません。失われたデータブロックは、残りの2つのドライブのデータブロックとパリティブロックから再構築できるためです。 RAID 5は、単一のドライブよりもいくらか優れた読み取りパフォーマンスを提供します。 RAID 5の書き込みパフォーマンスは、データのセグメント化とパリティブロックの計算に伴うオーバーヘッドのため、通常、単一ドライブのパフォーマンスよりも少し遅くなります。ほとんどのPCと小規模サーバーは書き込みよりも読み取りを行うため、RAID5はパフォーマンスとデータの冗長性の間の最良の妥協点であることがよくあります。

RAID 5は任意の数のドライブで構成できますが、実際には、劣化したRAID 5（ドライブに障害が発生したもの）のパフォーマンスはアレイ内のドライブの数。たとえば、ドライブに障害が発生した3ドライブのRAID 5は非常に低速ですが、アレイを再構築できるようになるまではおそらく使用可能です。 6台または8台のドライブを備えた劣化したRAID5は、通常、遅すぎてまったく使用できません。

RAIDはバックアップの代わりにはなりません

RAID1またはRAID5を使用することは、ハードドライブの障害によるデータ損失から身を守るための安価な方法ですが、RAIDはバックアップに代わるものではありません。 RAIDは保護しますのみドライブ障害に対して。偶発的な破損やファイルの削除、または火災、洪水、盗難による損失から保護するために、データをバックアップする必要があります。

マザーボードがRAIDをサポートしていない場合、またはマザーボードが提供していないRAIDレベルが必要な場合は、3Ware製などのサードパーティのRAIDアダプタをインストールできます（ http://www.3ware.com ）、アダプテック（ http://www.adaptec.com ）、Highpoint Technologies（ http://www.highpoint-tech.com ）、Promise Technology（ http://www.promise.com ）、その他。このようなカードを購入する前に、特にLinuxまたは古いバージョンのWindowsを実行している場合は、オペレーティングシステムのサポートを確認してください。

ハードドライブの詳細