HDDのインターフェイス

ハードディスクはメーカー別、大きさ別、インターフェイス別で区分することができる。
メーカーや大きさ別では、すぐ分かると思いますが、インターフェイス別に区分するのはよくわからない方々が多いのでは、と思います。

HDDのインターフェイスとはディスクドライブ装置とコンピューターの間を連結接続し、両者間のデータのやりとりを仲介する回路や装置の事をいいます。
インターフェイスはシステムバスと HDD 間の信号体系を定義しているので、結局情報が伝達する速度を決める重要な要因になります。HDDはインターフェイスによって、IDE(Integrated Drive Electronics) 方式と SATA(Serial ATA)、SCSI(Small Computer System Interface) 方式で分けられます。

1970年代Seagate社が作った "ST506/412" 方式と 1983年Maxtor社が中心になった "ESDI" 方式がありましたが、今これは使いません。
最近の HDDは大部分が IDE 方式で、拡張された E-IDE(Enhanced IDE) 方式を使っていますが、回転速度とデータアクセス時間、データ転送時間は SCSI 方式の方が優れています。

HDDを PCに接続させるためには、外部コントローラを使うようになります。外部コントローラは HDDから直列で送られてきたデータをコンピューターのシステムバスに転送することができる並列データで切り替える役割をもっています。

ST-506/412方式はPCで使われた最初のインターフェイスで、初期の低速コンピューターで主に使われた方式で FDDの駆動方式を基礎にして作られていました。
記録方式は MFMと RLL の二つが使われていました。記録方式に従ってコントローラも変わり、記録方式が違うST-506ハードディスクの間には互換性がありません。

従来使われていた、ST-506インターフェイスを高速化したものです。
ハードディスクドライブやフロッピーディスクドライブの接続に使われていましたが、後にIDEなどが登場したことでそちらに世代交代しました。
主としてPC/AT互換機で用いられていたが、PC-H98専用の内蔵用増設ハードディスクPC-H98/70-E02がESDIであることが知られています。

コントローラーが HDDに内蔵されているので別途の外部コントローラは必要なく、PCに接続するためにはホストアダプタだけあれば十分です。システムレベルインターフェイスは知能型インターフェイスとも呼ばれています。

知能型インターフェイスとは ZBR 記録方式などのようにHDDの特定の論理的構造や HDDの性能向上のために行う動作をシステムが把握できないようにして、OS やソフトウェアのメモリー管理体系にかかわらずHDDを使うことができるようにすることを言います。
システムレベルインターフェイスを使った HDDはキャッシュを利用してデータ転送速度を高めることができます。

Compaq Computer社やWestern Digital社などが共同で開発しました。1989年にアメリカ規格協会(ANSI)によって「ATA」規格として標準化されました。
BIOSによって直接制御できるため、SCSIなどほかの方式に比べて簡便で低コストなのですが、同時に2台までしか接続することができません。他にもハードディスク以外の機器を接続することができない、ハードディスクの最大容量が528MBまでに制限されている、などの弱点があります。IDEを拡張したEIDE方式がパソコン用の接続方式として広く普及しました。これをさらに拡張したUltra ATA規格の普及も進んでいます。

IDEの拡張規格で、1993年にWestern Digital社が中心となって推進されました。ディスク容量の上限を拡張し、対応する周辺機器を拡張し、接続可能台数を拡張することを目的に進められました。

拡張IDEのバス転送能力は当初、毎秒16.6Mバイトでしたが、その後、転送能力を毎秒33Mバイトに高めたUltraDMA（Direct Memory Access）/33と、転送能力を毎秒66Mバイトに高めたUltraDMA/66仕様が次々と追加されました。また、転送能力を毎秒100Mバイトに高めたUltraDMA/100も登場しています。

SCSIとは 1986年ANS（American National Standard Institute)で採択された小型コンピューターデータ転送方式です。これはHDDだけでなく、プリンタ、スキャナ、MOなどさまざまな機器でも採用されています。

SCSIには種類がいくつかあり、現在ではFast SCSI、Ultra SCSI、Ultra Wide SCSI、Ultra 2 Wide SCSI、Ultra 160 SCSIなどがあります。
SCSIには8ビットのデータ幅でデータを転送するモードのナロー転送と16ビットのワイド転送があります。ナロー転送には50ピンのケーブルを、ワイド転送には68ピンのケーブルを使い、IDE接続などと比べると確かに高速ですが、SCSIカードが必要であるのと、SCSI接続のHDDは高価です。
以前CD-RWやプリンタ、スキャナなどはSCSI接続が一般的でSCSIカードは必要になっていましたが、最近ではUSBという規格が登場しプリンタ、スキャナなどの主流になっています。

SerialATAとは、Intel、DELLなどがメンバーである「 Serial ATA Working　Group 」によって2001年8月29日に発表されたHDDインターフェイスとしての規格で、 SerialATAは名前の通り、従来ATAのようなパラレル転送ではなく、シリアル転送にてデータの受け渡しを行う仕様となっています。
ATAとの違いとしては、物理的にケーブルがパラレルからシリアルへと変更される程度で、非常に高い互換性を保ったまま転送速度の高速化が図られています。
16ビットのパラレル転送では16ビットの情報を1クロックで一度に転送でき、シリアル転送では1クロックで1ビットの情報を転送できます。パラレル転送では転送するビット数を増やせば、さらに高速化する事が可能です。

1996年にQuantum社とIntel社が発表した、パソコンとハードディスクなどの記憶装置を接続するIDE(ATA)規格の拡張仕様です。ATA-2として規格化されたEIDEの後継仕様で、1998年にANSIによってATA/ATAPI-4として標準化されました。最高データ転送速度は33MB/sで、Quantum社はUltra ATAと呼んでいますが、Intel社は「Ultra DMA」と呼んでおり、他にもATA-33とかDMA-33などとも呼ばれています。

1998年にQuantum社とIntel社が発表した、パソコンとハードディスクなどの記憶装置を接続するIDE(ATA)規格の拡張仕様で「Ultra DMA/66」「Fast ATA-2」などとも呼ばれています。
転送速度は最大で66.6MB/sとUltra ATAの倍となっていますが、コネクタは従来と同じ40ピンコネクタを使用しています。信号線は倍の80本となっています。
下位互換性は確保されており、Ultra ATA仕様やEIDE仕様のハードディスクも接続することができます。
IDE の拡張仕様である Ultra ATA/66 において導入された IDE インターフェイスの転送モードの 1 種でUltra DMA で規定されている 6 つの転送モードのうち、Ultra DMA/66 は Ultra DMA モード 0〜4 をカバーします。最大転送レートは 66.7 Mbytes/sです。
Ultra DMA/66 では、前身の Ultra DMA/33 に対して、Ultra DMA モード 3〜4 が追加され、最大転送レートは 2 倍になりました。この速度向上を実現するために、IDE ケーブルの強化が図られています。
それまでケーブルの導線が 40 本だったのに対して、Ultra DMA/66 では 2 倍の 80 本に増やすなど、工夫することで電気的な特性を向上させています。たとえば、IDE ホスト・コントローラと IDE デバイスの両方とも Ultra DMA/66 に対応していても、従来の 40 芯ケーブルでは Ultra DMA/33 と同じ速度までしかでません。80 芯ケーブルを使って初めて Ultra DMA/33 より高速な転送モードを利用できるようになります。