ST-506/ST-412

ST -506とST-412（ST506とST412と表記されることもある^{[ 1 ]}）は、それぞれ1980年と1981年にSeagateが発表した初期のハードディスクドライブ^{[ 1 ]}で、後にハードディスクドライブのインターフェース、すなわちST-506ディスクインターフェースとST-412ディスクインターフェースとして解釈されるようになった。1980年に発表されたST-506は、最初の5.25インチHDDだった。後継機種のST-412は1981年に発表され、シーク速度の改良とドライブ容量を5MBから10MBに増やしたが、それ以外は非常に似ていた。^{[ 1 ]} 

初代IBM XTのハードドライブサブシステムとして採用されたことを皮切りに、^{[ 1 ]} ST-412インターフェースをサポートするディスクドライブコントローラはパーソナルコンピュータ業界で広く普及するようになりました。^{[ 2 ]} ST-412インターフェースとその派生版は、1990年代初頭にIDEまたはATAインターフェースが登場し広く採用されるまで、パーソナルコンピュータのハードディスクの事実上の業界標準でした。

ST -506 HDD は、1980 年にShugart Technology (現在のSeagate Technology ) によって発表された最初の 5.25 インチハードディスク ドライブでした^{[ 3 ]}。フォーマット後に最大 5 メガバイトを保存でき (153 シリンダ、4 ヘッド、32 セクタ/トラック、256 バイト/セクタ) ^{[ 4 ]}、価格は 1,500 米ドル ( 2025 年換算で 5,861 ドルに相当) ^{[ 5 ]}、同様の 10 メガバイトの ST-412 HDD は 1981 年後半に発表されました (306 シリンダ)。ST225 はその後すぐに 20 メガバイトで高さが半分のものが発表されました。3 つとも広く使用されている符号化方式であるMFM符号化を使用していました。ST-412 インターフェースのその後の拡張であるST-412HPは、容量とビット レートが 50% 増加するRLL符号化を使用していました。

ST-506ドライブはディスクコントローラを介してコンピュータシステムに接続されました。コントローラとドライブ間のST-506インターフェースは、 Shugart Associates SA1000インターフェース^{[ 6 ]}から派生したもので、これはフロッピーディスクドライブインターフェース^{[ 7 ]}に基づいていたため、ディスクコントローラの設計は比較的容易でした^{[ 3 ] 。}

ST -412インターフェースは多数のHDDメーカーに採用され、1990年代に入ってもなお、ディスクドライブの事実上の業界標準となった^{[ 8 ] 。}

ST-412インターフェースの制限事項は、データラインでの最大トランジション数が毎秒500万回、ヘッド数が16個、ドライブユニット数が4個、ケーブル長が20フィート（6.1m ）であることです 。ST-412（およびST-506）の標準チャネルコードはMFMで、トランジションごとに1データビット、データレートは5Mbit /sです​​。ST-412HP RLLバリアントは、トランジションごとに平均1.5データビット、データレートは7.5Mbit /sです​​。   

ST-506 インターフェースでは、ドライブは信号を伝送する 2 本のリボン ケーブルでコントローラ カードに接続され、3 本目のケーブルで電源が供給されます。 2 本の信号ケーブルは、幅広の 34 ピン制御ケーブルと、幅狭の 20 ピンデータ ケーブルです。制御ケーブル インターフェースは、標準の Shugart フロッピー ディスク インターフェースと非常によく似ています。フロッピー ディスク インターフェースと同様に、4 台のドライブをサポートできます。データ ケーブルは、100 Ω の終端抵抗を備えた 2 組 (読み取り、書き込み) の独立した単方向RS-422互換差動信号ペアを伝送します。^{[ 9 ] : 20}フロッピー ディスク ドライブと同様に、磁束反転は、固定タイムアウト後に立ち下がりエッジで終了し、ゼロ復帰コードとなる短いパルスの立ち上がりエッジ (差動ペアの正のラインが負のペアよりも高い正の電圧に達する) に対応します。これらのパルスと磁束反転のタイミングは完全にコントローラによって制御されますが、システム設計はMFM用であり、コントローラがプラッタ上の磁束反転ストリームに正確に同期している間、ユーザーデータビットは特定の時点でのこれらのパルスの有無によって表されました。最大4台のドライブが制御ケーブルを共有できますが、各ドライブはハードディスクコントローラ（HDC）に接続する専用のデータケーブルを備えています。ほとんどのHDCは2台のドライブしかサポートしていませんでした。

制御カードは、ホストシステムからの特定のトラックとセクターの要求を、ヘッドの移動方向（インまたはアウト）の設定や、移動のための個別の「STEP」コマンドの送信など、一連のヘッド位置決めコマンドに変換します。制御ケーブルの4つのピン、「HD SLCT 0」から「HD SLCT 3」により、最大16個のヘッドを選択できますが、2プラッタのST-506では4個しか使用できません。オリジナルのST-506/ST-412インターフェースは、2つのHD SLCTラインのみを定義しており、4つのヘッドしかサポートしていませんでしたが、3つ目のHD SLCTラインがすぐに設計に追加されました。4つ目のラインは、ごく初期のドライブでのみ必要だった書き込み電流信号を低減してHD SLCT 3として再定義することにより、それほど遅れて追加されました。ヘッドが適切に配置され、適切なヘッドが選択されると、データケーブルの一連のピンを介してデータがシリアルに読み書きされます。データケーブルの帯域幅が限られていることは当時問題ではなく、システムのパフォーマンスを制限する要因ではありませんでした。しかし、シールドされていないケーブルは、場合によっては高レベルのノイズの影響を受けやすいことがあります。

フロッピー ドライブのインターフェースと同様に、ST-506 は、ステッピング モーターがヘッドを動かす速度よりも速く発生できないタイミング パルスで、ドライブ ヘッドを一度に 1 トラックずつ移動します。ST-412 ディスク ドライブは、他の改良に加えて、インターフェースにバッファ シーク機能を追加しました。コントローラは、ドライブが受信できる速度で必要な STEP パルスを送信します。^{[ 10 ]}バッファ シークのない ST506 ディスク ドライブの平均シーク時間は 170 ms (フロッピー ドライブや最新の光ディスク ドライブ と同様) ですが、機械的に非常によく似たバッファ シーク付きの ST-412 ディスク ドライブの平均シーク時間は 85 ms です。^{[ 9 ]} 1980 年代後半には、ST-412 インターフェースを備えたドライブの平均シーク時間は 15 ～ 30 ミリ秒になりました。 

性能向上のために、コマンド解釈の一部をコントローラ カードからドライブ自体に移すプロセスは、後のハード ドライブ接続方式、特に豊富なコマンド セットを持つSCSIやストレージに特化したIDEシステムに共通する特徴です。IDE は、実際にはコンピュータ バスを拡張するシステムであり、インターフェース コントローラをコンピュータのバックプレーンに接続するのではなく、ドライブ ユニットに組み込むことができます。これにより、単一の「コントローラ」カード(実際にはインターフェース カード)で複数の異なるドライブと通信できるようになり、コントローラとドライブ ハードウェア間の遅延とノイズも低減されます。^{[ 11 ]}実際には役割が逆転しています。コントローラが複雑な処理のほとんどすべてを行い、ドライブが磁気ディスクとコントローラ間でエンコードされたデータを転送するだけだったのに対し、ドライブが複雑な処理のほとんどすべてを行い、「コントローラ」はデコードされたデータをドライブとホスト システム間で転送するだけです。これらのシステムでは、ヘッド選択やシークなどのドライブの動作の詳細はホストから完全に隠蔽され、ドライブ専用のコントローラ内で処理されます。これらは「スマート」ドライブとして知られるようになり、一方、ST-506のようなデバイスは後付けで「ダム」と呼ばれるようになった。

統合型コントローラには多くの利点がある一方で、欠点もあります。機械式ドライブ（「ヘッド・ディスク・アセンブリ」、略してHDA）とコントローラが一体化したブラックボックスになっているため、ドライブに何らかの問題が発生した場合、対処はほぼ不可能で、データは通常、回復不能なほど失われます。ST-506インターフェースのようにコントローラとディスクシステムが分離されている場合、実際の（おそらく非常に重要な）データを含むディスクドライブを別の互換性のあるコントローラに接続することで、問題を解決できる場合があります。さらに、ST-506スタイルのインターフェースでは、データを破棄することなくコントローラを交換できるだけでなく、ディスクドライブからのアナログデータ信号にアクセスし、通常のコントローラでは読み取れないデータを復元できる可能性のある特別なデータ復旧システムで処理することも容易です。このようなデータ復旧技術は、統合型ドライブでははるかに困難です。なぜなら、ディスクからの必要なアナログ信号は標準インターフェースでは利用できず、ほぼすべての統合型ドライブモデルの内部データ記録方式、セクタフォーマット、ディスク構成が異なり、秘密にされているからです。

他の多くの企業も同じコネクタと信号を使用したドライブをすぐに導入し、ST-506 をベースとしたハードドライブの標準を作成しました。IBMはこれを使用することを選択し、PC/XT用アダプタ カードはXebecから^{[ 12 ]}、PC/AT用アダプタ カードはWestern Digitalから入手しました。IBM の支持の結果、1980 年代のドライブのほとんどは ST-506 をベースとしていました。しかし、コントローラとケーブルの複雑さから、SCSIや後にATA (IDE) のような新しいソリューションが生まれました。初期の SCSI ドライブの中には、ドライブの底部に SCSI から ST-506 コントローラを搭載した ST-506 ドライブもありました。^{[ 13 ]} Atari も、自社の SH204/SH205 外部 ACSI ドライブのラインに Adaptec ACB-4000A SCSI から ST-506 コンバータを使用していました。^{[ 14 ]}同様に、初期の IDE ドライブの中には、コントローラ ボードまたはチップに ST-412 インターフェースが接続されたドライブもありました。最終的に、すべてのSCSIおよびATAドライブはコントローラをドライブ本体に内蔵するようになり、その結果、これらのモデルではST-506/412インターフェースは不要になった。

ST-506/ST-412 OEM マニュアルより。^{[ 9 ]}以下の表では、「~」は否定（アクティブ ロー）信号を表します。

• ST506 MicroWinchester純正マニュアル。2022年1月10日アクセス。
• ST506 MicroWinchester純正マニュアル（アーカイブ版）。2020年9月3日アクセス。