Gros plan sur le stockage : PATA

Mardi 16 juin 2009 à 17:11

Le Parallel ATA, sous sa forme actuelle, a été standardisé en 1994 mais était dans la pratique utilisé depuis la moitié des années 80. Il s'agissait au départ d'une adaptation d'un connecteur ISA en n'utilisant que les fils nécessaires à un disque dur, mais les évolutions successives en ont fait une interface à part entière. L'interface PATA (nom qu'elle porte depuis l'introduction du SATA en 2003) a été la norme la plus utilisée sur les PC entre 1986 et 2004 mais est en perte de vitesse depuis (les southbridges récents ne prennent plus en charge cette interface). Il existe plusieurs versions de la norme, toutes standardisées sous le nom ATA. Actuellement, on utilise l'ATA-7 et l'ATA-8 est bientôt de la partie. Notons que le SATA est une interface standardisée dans les documents sur la norme ATA.

Vitesse et capacité
Commençons par la capacité : sans entrer dans les détails (et donc dans le BIOS des PC), la norme ATA indique que les disques durs peuvent atteindre une capacité de 137 Go (jusqu'en 2002) ou 114 Po (Petaoctets) actuellement. La limite vient du codage utilisé, le LBA, qui est calculé sur 28 bits dans la norme originale et sur 48 bits actuellement. Pour la vitesse, tout dépend de la version : on distingue les modes PIO (Programmed Input/Output) qui utilisent le processeur pour gérer les transferts de données et les différents modes DMA, qui travaillent directement entre le disque dur et le contrôleur. Il existe quatre modes PIO habituellement utilisés (le 5 et 6 sont rares) et ils peuvent atteindre 16,6 Mo/s (PIO-4), mais au prix d'une utilisation CPU élevée. En mode DMA et Ultra-DMA, le débit peut atteindre 133 Mo/s (Ultra DMA 6) mais le mode 5 (100 Mo/s) est plus courant. Attention, le mode 6 n'est pas utilisable avec les chipsets Intel, qui se limitent au mode 5, et il faut donc utiliser un contrôleur tiers (Via, SiS, etc.) et un disque dur compatible (Maxtor) pour tirer parti de la dernière version du PATA.

Les câbles, la vitesse, le partage

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Le fonctionnement du PATA permet d'utiliser un seul connecteur sur la carte mère pour relier deux unités. Ce système, assez pratique au demeurant, induit malgré tout certains problèmes. Le premier vient du système de maître/esclave. En théorie, un périphérique doit être le maître, le second est l'esclave et placer deux esclaves ou deux maîtres sur un câble empêche généralement la machine de démarrer. Dans les faits, avec des périphériques récents, il suffit de placer les deux unités en mode « cable select » pour éviter les problèmes. Ce partage du câble implique aussi un partage de la bande passante : en Ultra DMA 5, on a 100 Mo/s par connecteur sur la carte mère, et donc potentiellement pour deux unités. Avec les vieux contrôleurs, les deux unités doivent utiliser le même mode (ce qui est gênant avec un disque dur et un lecteur optique) et le bus est partagé, quand un périphérique écrit ou lit, l'autre est bloqué. En pratique, le problème ne se pose que si on travaille simultanément avec deux disques durs rapides sur un même bus. Enfin, les modes de fonctionnement rapide nécessitent un câble modifié : alors que l'interface originale se contente d'un câble à 40 fils, l'Ultra DMA 4 (66 Mo/s) et les suivants demandent un câble à 80 fils. La partie donnée reste la même, mais 40 fils de blindage sont intégrés pour éviter les problèmes de parasites, courant sur une interface parallèle à haute fréquence.

Les connecteurs


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Pour la connectique, on distingue plusieurs types de câble, en fonction de la taille du disque dur. Les disques durs classiques utilisent une interface à 40 fils (ou 80), avec une prise mâle sur la carte mère et un câblé équipé de trois prises femelles. Pour les disques durs 2,5 pouces, plus petit, on utilise un câble à 44 fils, avec une prise femelle directement sur la carte mère (la connexion est en générale directe entre le disque dur et la carte). Les 4 fils supplémentaires permettent en fait de transporter l'alimentation du disque dur. Enfin, il existe des interfaces destinées aux disques durs 1,8 pouce, plus petits. On utilise soit un connecteur ZIF (un câble plat) soit un connecteur dérivé de celui utilisé en Compact Flash soit une interface propriétaire. Les lecteurs optiques, qui utilisent une subdivision de l'ATA, l'ATAPI, utilisent le câble classique (40 fils) ou un connecteur fond de panier (slim ATA) pour les modèles de PC portables. Notons que sur les appareils récents, il existe un détrompeur : une des pins du connecteur mâle est absente, ce qui permet d'empêcher de placer une nappe adaptée (qui ne dispose pas du trou nécessaire) dans le mauvais sens.

Avantages et inconvénients

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L'avantage du PATA est simple : c'est un standard depuis près de 25 ans et donc le support est très bon. Pour le reste, les câbles sont épais et encombrants, le partage de la bande passante est un problème et le débit de la norme est un point limitant avec les disques durs actuels. De plus, étant donné qu'Intel ne supporte plus le PATA depuis l'ICH8 (dans les machines de bureau) et que le support logiciel des contrôleurs tiers — que ce soit via un southbridge, chez AMD, NVIDIA ou Via, ou à travers une puce externe, comme Marvell ou JMicron — est parfois capricieux. Dans la pratique, le PATA est parfois nécessaire dans de vieilles machines, mais n'a pratiquement plus aucun intérêt actuellement. Enfin, rappelons que les rares cartes PATA disponibles actuellement offrent deux connecteurs (et peuvent donc recevoir quatre disques) mais que la bande passante du PCI limite le tout à 133 Mo/s au mieux. Notons que des cartes PCI-Express existent, mais elles sont très rares.

Au final, comme on le voit, l'interface PATA a fait les beaux jours de l'informatique personnelle pendant des années, mais elle est maintenant dépassée par le SATA. Cette série d'actualités continuera demain avec l'interface SCSI, plus professionnelle, et ensuite avec le SAS puis enfin avec les dérivés de ces interfaces comme l'eSATA, la Compact Flash, etc.

Limitations de capacité ?
La limitation en capacité dépend du disque (selon le LBA) mais aussi du BIOS. On connait typiquement les limitations à 528 Mo (BIOS), 2,1 Go (système de fichier), 8,4 Go (BIOS), 32 Go (système de fichier), 137 Go (LBA), 2 To (système de fichier). Un article plus complet sur ce problème est prévu, bientôt sur vos écrans.

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