ATA-Schnittstellen
Advanced Technology Attachment. ATA wird synonym verwendet für IDE (Integrated Disc Electronics, Integrated Drive Electronics, Integrated Device Electronics), wobei IDE  den ganzen Bereich von Hardware-Schnittstellen von Laufwerken bezeichnet. Es handelt sich um einen Schnittstellenstandard für Festplatten. Dieser Standard wurde von der ANSI (American National Standards Institute) gesetzt.  Ultra-ATA entspricht Ultra-DMA (Ultra-Direct Memory Access). Mit ULTRA-DMA wird die IDE-Schnittstelle beschleunigt. Die Übertragungsgeschwindigkeiten liegen bei ULTRA-DMA/33, Ultra-DMA/66 und ULTRA-DMA/100 bei 33, 66 bzw 100 MB/s.  Im Unterschied zu den Vorgängerstandards, der ST506-Schnittstelle von Seagate mit den Aufzeichnungsverfahren MFM (Modified Frequency Modulation) und RLL (Run Length Limited)  sowie Enhanced Small Disk Interface (ESDI)  befindet sich ein Teil der Controller-Elektronik auf dem Peripheriegerät. Dies kann beispielsweise die Festplatte sein. Daher leitet sich die Bezeichnung IDE ab. Eine Verbesserung dieses Standards ist  Enhanced-IDE (EIDE). Dies entspricht ATA-2. EIDE bedeutet, dass der Festplatten-Controller 4 Kanäle (anstatt 2) unterstützt. Massgebend bei der Entwicklung von EIDE war die Firma Western-Digital, welche die ATA-Spezifikation um proprietäre  Ansätze erweiterte. Auch das BIOS wurde um einige Funktionen aufgewertet. Neue Funktionen und Eigenschaften von EIDE waren: Erweiterung der ATA-Schnittstelle um einen zweiten Kanal an dem dann zwei weitere Laufwerke  angeschlossen werden können, insgesamt vier Laufwerke sind dann anschliessbar. Weiterhin höhere Speicherkapazitäten und Datentransferraten. Weitere Laufwerke wie CD-ROM Laufwerke oder Streamer können über das ATAPI-Protokoll  angeschlossen werden.  ATAPI (Advanced Technology Attachment with Packet Interface) stellt eine Ausbaustufe des ATA-Protokolls dar, um SCSI-Befehle durch den Packet-Befehl des ATA-Protokolls ausführen zu können.  Die Bezeichnung Parallel ATA (P-ATA) wurde von der Industrie eingeführt um alle ATA-Varianten von S-ATA abzugrenzen.  Die ATA-Spezifikationen wurden immer weiter entwickelt, die ATA-Schnittstelle ist jedoch abwärtskompatibel. Eine ATA-I Festplatte kann demnach z.B. an einem UltraDMA/66-Controller zum Betrieb gebracht werden.

Funktionsweise von ATA 
Bei ATA erfolgt die Kommunikation zwischen CPU und Festplatte über mehrere 8-Bit-Register. Diese Register dienen der Adressierung, Steuerung und Kommandoübertragung. Das Datenregister verfügt mit 16-Bit über eine breitere  Anbindung. Das Datenregister kann von der CPU die Daten so schneller empfangen. Dadurch können Datenpakete zwischen dem Hauptspeicher und der HDD gesendet und empfangen werden. Der unmittelbare Vorgang der Datenübertragung kann dann starten: es wird der  entsprechende Sektor der HDD identifiziert. Dies erfolgt über die jeweiligen Register der Sektornummer, Zylindernummer und des Laufwerkes.  Die Übertragung der Kommandos erfolgt über das Kommandoregister, wobei der Datenaustausch zwischen Controller und HDD durch das Datenregister erfolgt. Danach werden die Daten in den Cache der HDD übertragen.  Ein Dekodierer übernimmt die korrekte Adressermittlung woraufhin die Schreib/Lese-Köpfe entsprechend in Stellung gebracht werden.  Bei der ATA-Spezifikation hat man es mit zwei Registerblöcken (AT-Task File) zu tun: der Steuerregisterblock und der Kommandoregisterblock.  Um die jeweiligen Register anzusteuern gibt es fünf verschiedene Signale. Die Auswahl zwischen den Blöcken erfolgt über die Adress-Signale CS1 und CS0.  Über die Signale DA0, DA1 und DA2 wird entschieden, welches der Register aktiv ist.  Die ATA-Spezifikation nutzt viele Register um ihre Aufgabe zu erfüllen: darunter sind das Statusregister mit dem Laufwerksstatus nach dem letzten Kommando, das Laufwerkregister mit der Laufwerksnummer (Master/Slave-Prinzip) und der Kopfnummer (Head), ein  Kommando- und Fehlerregister, das Daten- und das Steuerregister, ein Register für Zylindernummer (Cylinder, Cyl), Sektornummer (Sec) und Sektorzahl.             

Eine Festplatte (englisch: Hard Disk Drive, HDD) ist eines der wichtigsten magnetischen Speichermedien eines Computers. Auf der Festplatte wird das Betriebssystem und alle Programme installiert. Innerhalb des Gehäuses der Festplatte befinden sich  auf einer Achse mehrere Scheiben, die beidseitig magnetisiert sind. Weiterhin sind da mehrere Schreib-Lese-Köpfe, welche für die Lese- und Schreibvorgänge der Daten zuständig sind. Die heute üblicherweise bei Desktop PCs und Servern verwendeten  Festplatten haben eine Grösse von 3,5 Zoll. In Notebooks werden 2,5" Platten verbaut. Die Speicherkapazität bei 3,5" SATA Platten liegt bei 2000 GB (2 TB), bei 2,5" SATA Platten bei 750 GB (Stand 2. Quartal 2010). Zu einem RAID zusammen geschlossen  kann man auch ein Vielfaches von 2 TB erzielen. Im Labor sind schon grössere Festplattenkapazitäten erzeugt worden: 3 - 5 TB. 

Schnittstellen von Festplatten: IDE, parallel ATA (EIDE), SCSI, SAS, Fibre Channel, S-ATA
Festplatten sind mit dem Computer über eine Schnittstelle  verbunden. Dazu verfügen sie über eine Controller Elektronik. Das ist üblicherweise IDE (Integrated Device Electronics) oder ATA (Advanced Technology Attachment), Enhanced-IDE  (EIDE oder ATA-2), S-ATA (Serial Advanced Technology Attachment), S-ATA II oder SCSI (Small Computer System Interface: auch Ultra-SCSI, Ultra-320 SCSI, SCAM (SCSI Configured Automatically), SAS (Serial Attached SCSI)).  IDE Platten rotieren mit Geschwindigkeiten von 5.400, 7.500 oder 10.000 Umdrehungen pro Minute (U/m). SCSI Platten rotieren mit 10.000-15.000 U/m, 2,5" Platten mit 4.200 -7200 U/m.  Mehrere Festplatten können auch im Verbund laufen: RAID-Systeme können redundante Datenstrukturen aufbauen, die Ausfallsicherheit und Transferrate erhöhen oder grössere logische Laufwerke aufbauen. Es gibt mehrere RAID-Level.  Man kann Festplatten auch über ein Fibre-Channel Interface anschliessen. Die Festplatte wird dann über einen Fibre-Channel-Controller, einen Fibre-Channel Hub oder einen Fibre-Channel-Switch gesteuert.  Von der Industrie wurde der Begriff P-ATA (Parallel ATA) eingeführt um S-ATA von den Standards ATA (ATA I - III), ATA/ATAPI 4-7, ATA-8, ACS-2 und EIDE abzugrenzen. ATA/ATAPI (ATA with Packet Interface) stellt eine Ausbaustufe  des ATA Protokolls dar. Bei ATAPI wurde ATA ausgebaut um SCSI-Befehle durch den Packet-Befehl des ATA-Protokolls ausführen zu können.    Der ATA-Standard wurde durch das T13 Technical Committee des International Committee for Information Technology Standards (INCITS) entwickelt. Normiert wurde er durch die ANSI.  Bei dem ATA-Stecker handelt es sich um einen 40-poligen, zweireihigen Stecker mit einem Pinabstand von 2,54 mm.  Die modernen ATAPI-5-Kabel mit 80-Adern besitzen farbige Kennzeichnungen: Blau für Controller/PC, Grau für Device 1 (Slave), IDE 1 sowie Schwarz für Device 0 (Master) IDE 0. 

Funktionsweise von Festplatten
Die Daten werden auf rotierenden Magnetscheiben, meist Aluminium-Legierungen, gespeichert. Der Schreib/Lesekopf (Magnetkopf) befindet sich nur wenige Mikrometer über der Oberfläche der Magnetscheibe.  Bei moderneren Festplatten beträgt dieser Abstand nur 20 Nanometer, bei Festplatten mit Perpendicular-Recording-Technik sogar nur 10 Nanometer. Der Magnetkopf schwebt auch (Bodeneffekt) aufgrund des Luftpolsters,  das durch Reibung der Luft an der rotierenden Scheibenoberfläche erzeugt wird, über der Magnetscheibe. Heute setzt man MR-Leseköpfe (magnetoresistiver Effekt) oder GMR-Leseköpfe (Riesenmagnetowiderstand, Spintronik) ein.  Der Schreib/Lesekopf wird von dem Aktuator bogenförmig geführt. Je nach Kapazität werden Ober- und Unterseite der Magnetscheibe zur Speicherung verwendet. Pro Scheibe sind dann zwei Magnetköpfe erforderlich.  Die Grundeinheit der Magnetscheibe ist der Sektor mit 512, 1024 oder 4096 Bytes. Sektoren sind in konzentrischen Datenkreisen angeordnet. Diese Kreise sind von aussen nach innen mit Zahlen versehen und bilden so die Spuren. Als Spur 0 bezeichnet man den  äusseren Kreis der Magnetplatte. Die Spuren wiederum sind in Sektoren aufgeteilt. Das Lesen eines Sektors erfolgt, indem der Magnetkopf in der Spur positioniert wird und abwartet, bis der entsprechende Sektor unter ihm auftaucht.  Da man heute mehrere Magnetscheiben übereinander verwendet und beide Oberflächen einsetzt, befinden sich Spuren mit derselben Nummerierung stets übereinander. Darum bezeichnet man diese als Zylinder, so dass durch Angabe der Sektornummer,  Zylindernummer bzw. Spur- und Kopfnummer der jeweiligen Plattenoberfläche ein Sektor eindeutig identifizierbar ist.  Ein Sektor besteht aus einem Header und einem Datenfeld. Im Header befindet sich ein Datenseparator der über Informationen des Kodierverfahren verfügt. Weiterhin befinden sich dort die Zylinderkopf- und Sektornummern. 

Technische Merkmale
Die Aluminium-Legierungen der Magnetscheiben sind oberflächenbehandelt und verfügen neben einer dünnen Magnetschicht über eine Eisen- und Kobaltschicht von einem Mikrometer. Die Magnetscheiben müssen Belastungen aushalten  können und über eine geringe elektrische Leitfähigkeit verfügen. Moderne HDDs werden, um eine höhere Datendichte zu erreichen, besputtert mit einem entsprechenden Material wie z.B. einer Kobalt-Chrom-Platin-Legierung.  Um die Magnetscheibe vor mechanischen Schäden zu bewahren, kann man die magnetische Schicht mit einer harten Kohlenstoffschicht (carbon overcoat) überziehen. Vor dem Schreiben werden die Daten kodiert nach verschiedenen Vefahren:  Group-Coded Recording (GCR), Modified Frequency Modulation (MFM), Run Length Limited (RLL) oder nach moderneren Verfahren wie Partial Response/Maximum Likelihood (PRML) oder Extended PRML. Heutige Festplatten verfügen über Perpendicular Recording:  die magnetischen Dipolmomente, die i.V.m. der Kodierung wie PRML ein logisches Bit darstellen, stehen nicht parallel zur Rotationsrichtung sondern senkrecht (perpendicular). Die Datendichte erhöht sich.