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年にシーゲイト社が発表した初期のハードディスクドライブ製品であり、 ^[1]後にハードディスクドライブインターフェースとして解釈されるようになった：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。1980年に発表されたST-506は、最初の5.25インチHDDであった。その後継機である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の5MBから10MBへの増加が行われたが、それ以外はほとんど同じであった。^[1]

オリジナルのIBM XT ^[1] のハードドライブサブシステムとして選択されたことから始まり、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しました。 ^[2] ST-412インターフェースとその派生製品は、 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。

どちらのインターフェースもMFMエンコーディングを使用しましたが、ST-412 インターフェースのその後の拡張であるST-412HPインターフェースでは、容量とビット レートが 50% 増加するためにRLLエンコーディングが使用されました。

ST -506 HDDは、1980年にShugart Technology（現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]フォーマット後は最大5メガバイト（153シリンダ、4ヘッド、32セクタ/トラック、256バイト/セクタ）を保存でき、 [4]}価格は1,500米ドル（2023年の5,547米ドルに相当）でした。^[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）。その後すぐに、20メガバイトで高さが半分のST225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エンコーディングを採用していました。

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す。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、}フロッピーディスクドライブインターフェース^[7]に基づいており、これによりディスクコントローラの設計が比較的容易になりました。^[3]

ST -412インターフェースは多くのHDDメーカーに採用され、1990年代まで ディスクドライブの事実上の業界標準となりました^{[8] 。}

ST-412 インターフェイスの制限は、データ ラインで最大 1 秒あたり 500 万回の遷移、16 個のヘッド、4 個のドライブ ユニット、および 20 フィート (6.1 m) のケーブル長です。ST-412 (および ST-506) の標準チャネル コードはMFMで、1 回の遷移につき 1 つのデータ ビット、データ レートは 5 Mbit/s です。ST-412HP RLLバリアントは、1 回の遷移につき平均 1.5 データ ビット、データ レートは 7.5 Mbit/s です。

ST-506 インターフェイスでは、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 インターフェイスは、標準の Shugart フロッピー ディスク インターフェイスと非常によく似ており、そのフロッピー ディスク インターフェイスと同様に、4 台のドライブをサポートできます。データ ケーブルは、読み取り信号と書き込み信号を伝送します。これらは両方とも差動バイナリ信号です。2 つの信号状態は、2 つの可能な差動信号極性に対応します。これらの信号によって表されるデータは MFM であるため、絶対的な信号状態は重要ではありません。データは、フロッピー ディスク システムと同様に、状態遷移のタイミングで表されます。最大 4 台のドライブで制御ケーブルを共有できますが、各ドライブには、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 ケーブルがあります。ほとんどの HDC は 2 台のドライブのみをサポートしていました。

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、ヘッド移動の方向 (インまたはアウト) の設定、および移動するための個別の "STEP" コマンドの送信を含む、ヘッド位置決めコマンドのシーケンスに変換します。制御ケーブルのピンのうち 4 つ ("HD SLCT 0" から "HD SLCT 3") では、最大 16 個のヘッドを選択できますが、2 枚のプラッタを備えた ST-506 では 4 つしか使用できません。元の ST-506/ST-412 インターフェイスでは、2 つの HD SLCT ラインのみが定義され、4 つのヘッドのみがサポートされていましたが、すぐに 3 番目の HD SLCT ラインが設計に追加されました。その後間もなく、非常に初期のドライブでのみ必要だった縮小書き込み電流信号を HD SLCT 3 として再定義することで、4 番目のラインが追加されました。ヘッドが適切に配置され、適切なヘッドが選択されると、データはデータ ケーブルのピン セットを介してシリアルに読み書きされます。データ ケーブルの帯域幅の制限は当時は問題ではなく、システムのパフォーマンスを制限する要因でもありません。ただし、シールドされていないケーブルは、高レベルのノイズの影響を受けやすい場合があります。

フロッピードライブインターフェースと同様に、ST-506はタイミングパルスを使用してドライブヘッドを一度に1トラックずつ移動しますが、これはステッピングモーターがヘッドを移動できる速度よりも速くすることはできません。ST-412ディスクドライブは、他の改良とともに、インターフェースにバッファ付きシーク機能を追加しました。コントローラは、必要なSTEPパルスを、受信できる限り速くドライブに送信します。 ^[9]バッファ付きシークのないST506ディスクドライブの平均シーク時間は170ミリ秒（フロッピードライブまたは最新の光学式ドライブと同様）ですが、機械的に非常によく似ているバッファ付きシークのあるST-412ディスクドライブの平均シーク時間は85ミリ秒です。^[10] 1980年代後半までに、ST-412インターフェースを備えたドライブは、平均シーク時間を15〜30ミリ秒に抑えることができました。

パフォーマンスを向上させるために、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、豊富なコマンド セットを備えたSCSIやストレージに重点を置いたIDEシステムなど、後のハード ドライブ接続方式の一般的な機能です。IDE は、実質的にはコンピュータ バスを拡張するシステムであり、インターフェイス コントローラをコンピュータのバックプレーンに差し込むのではなく、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、1 枚の「コントローラ」カード (実際にはインターフェイス 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削減されます。^[11]実質的には、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実行し、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代わりに、ドライブが複雑な処理のほとんどすべてを実行し、「コントローラ」がドライブとホスト システム間でデコードされたデータを転送するだけです。これらのシステムでは、ヘッドの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され、ドライブの専用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、ST-506 のようなデバイスは遡及的に「ダム」ドライブとして知られるようになりました。

統合コントローラには多くの利点がありますが、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」または HDA と呼ばれる) とコントローラは、モノリシック ブラック ボックスに事実上融合されているため、ドライブに問題が発生した場合、対処することはほぼ不可能です。通常、データは回復不能に失われます。ST-506 インターフェイスのようなコントローラとディスクが分離されたシステムでは、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イスでは、データを破棄せずにコントローラを交換するだけでなく、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て、通常のコントローラでは読み取れないデータを再構築できる可能性のある特別なデータ回復システムで処理することが可能かつ簡単です。このようなデータ回復手法は、統合ドライブでは実行がはるかに困難です。これは、必要なディスクからのアナログ信号が標準インターフェイスで利用できず、ほぼすべての統合ドライブ モデルの内部データ記録方法、セクター フォーマット、およびディスク構成が異なり、秘密であるためです。

他の多くの企業も同じコネクタと信号を使用するドライブをすぐに導入し、ST-506 に基づいたハード ドライブ規格を作成しました。IBMはこれを採用し、Xebec ^[12]からPC/XT用のアダプタ カード、Western DigitalからPC/AT用のアダプタ カードを取得しました。IBM の支持の結果、1980 年代のドライブのほとんどは ST-506 に基づいていました。ただし、コントローラとケーブルの複雑さから、SCSI、後にATA (IDE) などの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、実際には ST-506 ドライブで、ドライブの下部に SCSI から ST-506 へのコントローラが搭載されていました。^[13] Atari も、独自の SH204/SH205 外付け ACSI ドライブ ライン内で Adaptec ACB-4000A SCSI から ST-506 への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 インターフェイスが接続されただけの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に組み込むようになり、そのようなモデルでは ST-506/412 インターフェイスが廃止されました。

ST-506/ST-412 OEMマニュアルより。^[10]次の表では、「~」は否定（アクティブロー）信号を示します。

ウィキメディア・コモンズには、 ST-506に関連するメディアがあります。

• ST506 MicroWinchester OEM マニュアル。2022 年 1 月 10 日にアクセス
• アーカイブ版 ST506 MicroWinchester OEM マニュアル。2020 年 9 月 3 日にアクセス