Teil 3.1: IDE - Integrated Drive Electronics

IDE ist in den meisten Computern zu finden. Fast jedes heute verkaufte Komplettsystem für PC (/IBM komp.) als auch für Mac wird standardmäßig mit IDE ausgeliefert. Der Controller ist in den Motherboards integriert und häufig sogar in Systemen, die mit SCSI erweitert wurden, immer noch vorhanden. Üblicherweise sind zwei Controller schon in in dem Motherboard integriert. Mit Einsteckkarten lässt sich jeder Rechner mit weiteren Controllern über die PCI-Steckplätze erweitern. Jeder Controller ermöglicht den Anschluss von zwei Geräten und somit hat jeder heutige Rechner, mit den zweien, die er hat, Anschlussmöglichkeit für maximal vier IDE-Geräte. Wie zuvor erwähnt sind dies nicht etwa nur Festplatten, sondern auch u. a. Diskettenlaufwerke, CD-ROM/R(W) und DVD-ROM/-+R(W), ZIP und MO-Laufwerke und vereinzelt auch Bandlaufwerke (Streamer).

 

Entwicklung und Technik

In der Entwicklung dieser Technik gab es verschiedene Schritte seit IBM 1956 eine erste Festplatte mit ca. 5 MByte vorstellte. Die Entwicklung, die erst in den 80er Jahren größere Schritte machte und schließlich seit den 90ern enorme Steigerungen in Kapazität und Leistung zu verzeichnen hatte, soll hier nicht ausführlich behandelt werden, da sie den Rahmen des Artikels sprengen würde. Entscheidend ist, dass inzwischen die E-IDE-Technik aktueller Standard ist. IDE steht für „Integrated Drive Electronics“, das „E“ bedeutet „Enhanced“. Üblicherweise redet man aber auch weiterhin von „IDE“. Die „Integrierte Laufwerkselektronik“ ist Elektronik, die in Form von Chips auf einer Platine auf der Unterseite der Festplatte zu finden ist. Sie kontrolliert die Rotation der Spindel, Bewegung des Schreib-Lese-Arms und den Datenstrom von den Köpfen an das Datenkabel. Was, wie, wann und wohin auf dem Kabel an Daten gesendet wird, kontrolliert der Controller auf dem Motherboard.

 

Master und Slave - Adressierung

Die IDE-Technik ist einfacher als die von SCSI. Wieder muss eine Adressierung erfolgen über die erst das Senden von Daten von einem Punkt zu einem anderen Punkt möglich wird. Die zwei IDE-Controller sind IDE0 und IDE1 (manchmal auch nicht ganz korrekt mit IDE1 und IDE2 beschriftet). An ihnen hängen je zwei Geräte an einem 40-adrigen Flachband-Kabel. Kabelsteckleise auf Controller und an Geräten ist „Male", d. h. 40 Stifte, am Kabel sind es „Female". Es gibt zwei Anschlüsse, genannt „Master“ und „Slave“. Befremdlich wirkt diese Bezeichnung und die Adressierung der Geräte. Dabei ist es nicht so, dass der „Master“ das primäre Gerät ist, dem der „Slave“ untergeordnet ist, wodurch vielleicht die Kommunikation vom Kontroller stets nur über den Master zum Slave erfolgen müsste. Nein, tatsächlich sind beide Geräte fast vollständig gleichrangig und können die gleiche IDE-Leistung in Anspruch nehmen. Einziger Unterschied ist, dass Geräte als Master vor den Slaves gelistet und damit auch angesprochen werden.  Praktisch bedeutsam wird dies nur beim Booten/Starten des Computers.

 

Soll der Controller Daten zu einer Festplatte oder einem anderem IDE-Gerät senden, sendet er die Bits mit einer Art Empfänger-Adresse („an Master" oder „an Slave") in das Kabel. Es reagiert nur das angesprochene Gerät. Beim Senden von Daten übergibt das Gerät mit den Daten ebenfalls die Information, dass es vom Master oder vom Slave kam. Alle Adern des Kabels werden für den Transfer verwendet, es ist nicht so, dass die eine Hälfte für das eine Gerät, die andere für das andere hergenommen werden. Darin erklären sich dann auch bestimmte Leistungsabfälle. Der Kopiervorgang zwischen zwei Festplatten die an dem selben Controller hängen dauert in etwa doppelt so lang, wie der selbe zwischen den Platten unterschiedlicher Controller, da sich die Transferleistung des Kabels halbiert.

 

Jede Festplatte kann als Master oder Slave eingebaut werden. Es entscheidet sich über Jumper, die bei älteren Geräten häufiger auf der Unterseite, bei den aktuellen Produkten aber meist hinten, neben den Anschlüssen für Netz- und Daten-Kabel befinden. Eine Beschriftung auf der Festplatte oder im Zweifel auf Auskunft vom Hersteller zeigt, wie ein oder zwei Jumper gesetzt werden müssen. Sind beide Geräte gleich, entweder beide als Master oder als Slave geschaltet, wird entweder keine Festplatte vom System erkannt oder nur eine.

 

Probleme?

Bei den Jumpern gibt es zudem Einstellungen, die nötig sein können, wenn eine neue Festplatte in einen alten Rechner mit altem Bios eingebaut werden soll. Geschieht dies nicht, können Probleme auftauchen. Häufig ist etwa, dass nicht die vollständige Kapazität der Festplatte zur Verfügung steht. Hier kann das BIOS des Rechners wegen Inkompatibilität der bereits beschriebenen LBA-Technik nicht die Daten in der eigentlich möglichen Dichte auf die Platte schreiben und lesen. Ein neues Firmware, d. h. ein Update für das BIOS kann das Problem beheben, aber nicht jeder alte Rechner verfügt über ein sog. Flash-BIOS, das updatebar ist.

 

Es gibt verschiedene weitere Probleme, die insbesondere bei älteren Rechnern auftreten. Je nachdem sind weitere Einstellungen mit den Jumpern an den Festplatten möglich, bzw. Änderungen im Computer-BIOS erforderlich. Das Movie-College empfielt drigend, zunächst die werkseitig eingestellte Jumpersetzung zu verwenden und auszuprobieren. Treten dann Probleme auf, sollte die Dokumentation, Hilfe von den Supportseiten oder die Hotline des Festplatten/BIOS-Herstellers in Anspruch genommen werden.

 

Cable Select

Die Einstellung „Cable Select" findet sich auf den meisten heutigen Geräten und wurde ursprünglich erdacht, um im Zuge des P&P (Plug and Play) die Jumpereinstellungen überflüssig zu machen. Hier soll automatisch das Gerät seine Eigenschaft als Master oder Slave erkennen und dementsprechend kommunizieren. Diese Technik hat sich aber nicht wirklich durchgesetzt, da speziellere (und damit auch teurere) Kabel notwendig werden, aber selten in Rechnern automatisch ausgeliefert werden. Es empfiehlt sich auch aus Gründen der Kompatibilität lieber manuell mit den Jumpern Master und Slave einzustellen.

 

DMA, UDMA, ATA - 33, 66, 100, 133 ???

Nicht erwähnt wurden bisher die verschiedenen Leistungs-Stufen beim Datentransfer zwischen den Geräten und dem Controller. Auch finden sich Angaben wie "DMA", "UDMA" und "ATA" häufig anstelle des "IDE" in den Sepzifikationen von verschiedenen Geräten.

 

Zunächst gab es die "Advanced Technology Attachment"

 

Nachteil: wenige Geräte

Blicken wir auf die Nachteile. Erster Nachteil ist vielleicht schon deutlich geworden: Begrenzung von zwei Geräten für jeden Controller, d. h. insgesamt vier Geräte in einem heutigen Computer. Vier Festplatten wäre ja aber gar nicht so schlecht, könnte man meinen. Tatsache ist aber, dass die meisten Computer neben einer Festplatte auch ein CD/DVD-Laufwerk haben und einen CD/DVD-Brenner. Schon sind drei Anschlüsse von vier verwendet. Es kann nur noch ein weiteres Gerät, etwa eine Festplatte eingebaut werden. Ein Video-Profi mag das schon stören, denn Speicher wird für den Schnitt ohne Ende gebraucht. Eine Lösung ist es, das CD/DVD-Laufwerk auszubauen und somit Platz für eine dritte Festplatte zu schaffen. Das ist für all diejenigen sinnvoll, die nicht allzu häufig CDs abspielen müssen, denn dann können sie auch den Brenner verwenden. Wer aber einen CD/DVD-Player häufig verwendet (Spiele, Musik-CDs, Nachschlagewerke auf CD, etc.), dem ist von dieser Lösung abzuraten. Ein meist teurer Brenner sollte nicht durch Dauereinsatz verschlissen werden.

 

Eine Möglichkeit wäre aber auch, einen zusätzlichen Controller einzubauen. Im Handel gibt es bereits für unter 100 € IDE-Controller als PCI-Karten, die einfach auf das Motherboard gesteckt werden und daran dann weitere Festplatten angeschlossen werden können. Allerdings ist der Platz und die Stromversorgungs-Anschlüsse im Computerinneren begrenzt. Zudem gibt es Motherboad spezifische Grenzen, wie viel Gigabyte verwaltbar sind.

 

Nachteil: Prozessor-Belastung

Ein weiterer technischer Nachteil ist einer, dessen man sich selten bewusst ist, unter dem man aber bei IDE zu leiden hat. Die Rechenleistung, die nötig ist, um Daten über IDE an die Festplatten oder anderen Geräte zu senden oder von diesen zu empfangen, muss zu einem Großteil vom Prozessor (CPU) des Rechners übernommen werden. Natürlich laufen über diesen, der das Gehirn jedes Computers ist, sowieso alle Operationen des gesamten Systems. Wie später noch dargelegt wird, kann aber dem Prozessor ein Teil von Rechenleistung abgenommen werden. So ist es in der SCSI-Technik. Bei IDE hingegen wird die CPU vollständig belastet. Neben der Initiierung des Datentransfers (Schreiben/Lesen von Bits auf eine Festplatte oder ein anderes Gerät) muss der Vorgang auch danach bis zum Abschluss mit einem Teil seiner Leistung durch den Prozessor begleitet werden. Man kann sich vorstellen, dass quasi der Datenstrom über den Prozessor laufen muss, was diesen und damit den gesamten Computer verlangsamt. Das ist natürlich vereinfacht dargestellt, aber im Prinzip richtig. Tatsächlich läuft der Datenstrom nur über den IDE-Controller von Sender zu Empfänger aber einen nicht unerheblichen Rechenaufwand muss der Prozessor beisteuern. Auch, wenn die Hersteller die Technik verbessert haben und die Belastung für den CPU stetig reduzieren konnten, besteht sie noch weiter.

 

Externe Festplatten und die neue Serielle Technik sind weitere verwandte Themen, die aber in einem späteren Teil besprochen werden.

 

Soviel zur IDE-Technik. Wie bereits erwähnt bietet SCSI die professionelleren Möglichkeiten. Damit geht es auf der folgenden Seite (Teil 3.2: SCSI) weiter.