ST-506/ST-412

Los ST-506 y ST-412 (a veces escritos como ST506 y ST412 ^{[ 1 ]} ) fueron unidades de disco duro tempranas introducidas por Seagate en 1980 y 1981 respectivamente, ^{[ 1 ]} que posteriormente se interpretaron como interfaces de unidades de disco duro : la interfaz de disco ST-506 y la interfaz de disco ST-412 . Introducido en 1980, el ST-506 fue el primer  disco duro de 5,25 pulgadas. Su sucesor, el ST-412, se introdujo en 1981 e implementó una mejora en la velocidad de búsqueda y aumentó la capacidad de la unidad de 5 MB a 10 MB, pero por lo demás era muy similar. ^{[ 1 ]}

A partir de su selección como subsistema de disco duro para el IBM XT original , ^{[ 1 ]} los controladores de disco que admiten la interfaz ST-412 se volvieron omnipresentes en la industria de las computadoras personales . ^{[ 2 ]} La interfaz ST-412 y sus variantes fueron el estándar de facto de la industria para discos duros de computadoras personales hasta la llegada y adopción más amplia de la interfaz IDE o ATA a principios de la década de 1990.

El disco duro ST-506 fue el primer disco duro  de 5,25 pulgadas , presentado en 1980 ^{[ 3 ]} por Shugart Technology (ahora Seagate Technology ). Almacenaba hasta 5 megabytes después del formateo (153 cilindros, 4 cabezales, 32 sectores/pista, 256 bytes/sector) ^{[ 4 ]} y costaba US$1500 ( equivalente a $5861 en 2025 ). ^{[ 5 ]} El disco duro ST-412, similar y de 10 megabytes, se presentó a finales de 1981 (con 306 cilindros). El ST225 se presentó poco después con 20 megabytes y la mitad de altura. Los tres utilizaban codificación MFM , un esquema de codificación ampliamente utilizado. Una extensión posterior de la interfaz ST-412, el ST-412HP , utilizó codificación RLL para un aumento del 50% en la capacidad y la tasa de bits .

La unidad ST-506 se conectaba a un sistema informático a través de un controlador de disco . La interfaz ST-506 entre el controlador y la unidad derivaba de la interfaz Shugart Associates SA1000, ^{[ 6 ]} que a su vez se basaba en la interfaz de la unidad de disquete , ^{[ 7 ]} lo que hacía que el diseño del controlador de disco fuera relativamente sencillo. ^{[ 3 ]}

La interfaz ST-412 fue adoptada por numerosos fabricantes de discos duros, de tal manera que se convirtió en un estándar de facto de la industria para unidades de disco ^{[ 8 ]} hasta bien entrada la década de 1990.

Las limitaciones de la interfaz ST-412 son un máximo de 5 millones de transiciones por segundo en las líneas de datos, 16 cabezales, 4 unidades de accionamiento y una longitud de cable de 6,1 metros (20 pies) . El código de canal estándar para la ST-412 (y la ST-506) es MFM , con un bit de datos por transición para una velocidad de datos de 5 Mbit/s. La variante ST-412HP RLL ofrece un promedio de 1,5 bits de datos por transición para una velocidad de datos de 7,5 Mbit/s.   

En la interfaz ST-506, la unidad se conecta a una tarjeta controladora con dos cables planos que transportan señales, mientras que un tercer cable proporciona alimentación. Los dos cables de señal son el cable de control ancho de 34 pines y el cable de datos estrecho de 20 pines . La interfaz del cable de control es muy similar a la interfaz estándar de disquete Shugart; al igual que esa interfaz de disquete, puede admitir cuatro unidades. El cable de datos transporta dos pares de señales diferenciales unidireccionales separados (Lectura, Escritura) compatibles con RS-422 con resistencias de terminación de 100 ohmios . ^{[ 9 ] : 20} Al igual que con las unidades de disquete, una inversión de flujo corresponde a un flanco ascendente (la línea positiva del par diferencial alcanza un voltaje más positivo que el par negativo) de un pulso corto que termina con un flanco descendente después de un tiempo de espera fijo y, por lo tanto, un código de retorno a cero . Aunque la sincronización de estos pulsos e inversiones de flujo está completamente en manos del controlador, el diseño del sistema se concibió para MFM, y los bits de datos del usuario se representaban mediante la ausencia o presencia de estos pulsos en momentos específicos, mientras que el controlador se sincronizaba con precisión con el flujo de inversión en el plato. Si bien hasta cuatro unidades pueden compartir un cable de control, cada unidad tiene su propio cable de datos dedicado que la conecta al controlador de disco duro (HDC). La mayoría de los HDC solo admitían dos unidades.

La tarjeta de control traduce las solicitudes de una pista y sector específicos del sistema anfitrión en una secuencia de comandos de posicionamiento del cabezal, incluyendo la configuración de la dirección de movimiento del cabezal, hacia adentro o hacia afuera, y el envío de comandos "STEP" individuales para moverlo. Cuatro de los pines del cable de control, "HD SLCT 0" a "HD SLCT 3", permiten la selección entre hasta 16 cabezales, aunque solo cuatro están disponibles en el ST-506 de dos platos. La interfaz original del ST-506/ST-412 definía solo dos líneas HD SLCT, proporcionando soporte para solo cuatro cabezales, pero poco después se agregó una tercera línea HD SLCT al diseño; una cuarta se agregó poco más tarde al redefinir la señal de corriente de escritura reducida, necesaria solo para las unidades muy antiguas, como HD SLCT 3. Una vez que los cabezales están correctamente posicionados y se selecciona el cabezal apropiado, los datos se leen o escriben en serie a través de un conjunto de pines en el cable de datos. El ancho de banda limitado del cable de datos no era un problema en ese momento y no es el factor que limitó el rendimiento del sistema. Sin embargo, el cable sin blindaje a veces puede ser susceptible a altos niveles de ruido.

Al igual que una interfaz de unidad de disquete, ST-506 mueve el cabezal de la unidad una pista a la vez con un pulso temporizado, que no puede ocurrir más rápido de lo que el motor paso a paso puede mover el cabezal. La unidad de disco ST-412, entre otras mejoras, agregó capacidad de búsqueda con búfer a la interfaz. El controlador envía los pulsos STEP necesarios a la unidad tan rápido como puede recibirlos. ^{[ 10 ]} La unidad de disco ST506 sin búsqueda con búfer tiene un promedio de 170  ms (similar a una unidad de disquete o una unidad óptica moderna ) mientras que la unidad de disco ST-412 mecánicamente muy similar con búsqueda con búfer tiene un promedio de 85  ms. ^{[ 9 ]} A finales de la década de 1980, las unidades con una interfaz ST-412 eran capaces de tiempos de búsqueda promedio entre 15 y 30 milisegundos.

El proceso de trasladar partes de la interpretación de comandos de la tarjeta controladora a la propia unidad para mejorar el rendimiento es una característica común de los esquemas de conexión de discos duros más recientes, especialmente SCSI , con su amplio conjunto de comandos, y los sistemas IDE centrados en el almacenamiento . IDE, en efecto, es un sistema para extender el bus de la computadora de modo que el controlador de interfaz pueda estar integrado en la unidad en lugar de estar conectado al backplane de la computadora. Esto permite que una sola tarjeta "controladora" —en realidad solo una tarjeta de interfaz— se comunique con múltiples unidades diferentes, a la vez que reduce la latencia y el ruido entre el controlador y el hardware de la unidad. ^{[ 11 ]} En efecto, los roles se invierten: en lugar de que el controlador realice casi todo el procesamiento complejo y la unidad simplemente transfiera datos codificados entre los discos magnéticos y el controlador, la unidad realiza casi todo el procesamiento complejo y el "controlador" simplemente transfiere datos decodificados entre la unidad y el sistema host. En estos sistemas, los detalles operativos de la unidad, como la selección y la búsqueda del cabezal, están completamente ocultos para el host y se gestionan dentro del controlador dedicado de la unidad. Estos dispositivos pasaron a conocerse como unidades "inteligentes", mientras que los dispositivos similares al ST-506 se conocieron retroactivamente como "tontos".

Si bien los controladores integrados ofrecen muchas ventajas, también presentan una desventaja: la unidad mecánica (denominada "conjunto de cabezal y disco" o HDA) y el controlador están fusionados en una sola unidad monolítica, de modo que si la unidad falla, resulta prácticamente imposible solucionarlo, ya que los datos suelen perderse irremediablemente. Con un sistema de controlador y disco separado, como el de la interfaz ST-506, a veces el problema puede resolverse conectando la unidad de disco, que contiene los datos reales (quizás muy importantes), a otro controlador compatible. Además, una interfaz tipo ST-506 permite no solo reemplazar el controlador sin perder los datos, sino también acceder a las señales de datos analógicas de la unidad de disco y procesarlas mediante un sistema especial de recuperación de datos que puede reconstruir datos que un controlador normal no puede leer. Estas técnicas de recuperación de datos son mucho más difíciles de aplicar en unidades integradas, ya que las señales analógicas necesarias del disco no están disponibles en una interfaz estándar y el método de grabación de datos interno, el formato de sector y la organización del disco de casi todos los modelos de unidades integradas son diferentes y confidenciales.

Muchas otras compañías introdujeron rápidamente unidades que utilizaban los mismos conectores y señales, creando un estándar de disco duro basado en el ST-506. IBM optó por usarlo, adquiriendo tarjetas adaptadoras para el PC/XT de Xebec ^{[ 12 ]} y para el PC/AT de Western Digital . Como consecuencia del respaldo de IBM, la mayoría de las unidades en la década de 1980 se basaban en el ST-506. Sin embargo, la complejidad del controlador y el cableado condujo a soluciones más nuevas como SCSI y, posteriormente, ATA (IDE). Algunas de las primeras unidades SCSI eran en realidad unidades ST-506 con un controlador SCSI a ST-506 en la parte inferior de la unidad. ^{[ 13 ]} Atari también utilizó el convertidor Adaptec ACB-4000A SCSI a ST-506 dentro de su propia línea de unidades ACSI externas SH204/SH205. ^{[ 14 ]} Del mismo modo, algunas de las primeras unidades IDE eran simplemente unidades con una interfaz ST-412 conectada a una placa o chip controlador. En definitiva, todas las unidades SCSI y ATA incorporaban el controlador en la propia unidad, eliminando así la interfaz ST-506/412 en dichos modelos.

Del manual OEM ST-506/ST-412. ^{[ 9 ]} En las siguientes tablas, "~" denota una señal negada (activa en bajo).

• Manual del fabricante original (OEM) del MicroWinchester ST506. Consultado el 10 de enero de 2022.
• Versión archivada del manual OEM de MicroWinchester ST506. Consultado el 3 de septiembre de 2020.