Выполнил студент группы 09-ОЗИ1:
Потенко Я.В.
Преподаватель:
Дракин А.Ю.
ВВЕДЕНИЕ
Современный информационный мир невозможно представить без персональных компьютеров, микро ЭВМ, поскольку их значение имеет важную роль в современном информационном мире. Канули в лету те времена, когда ЭВМ занимали целые здания, но на сегодняшний день нам они представлены в виде микро ЭВМ, очень много времени прошло и много изменений произошло на этом промежутки времени, одно поколение компьютеров сменялось другим совершенствовалось практически все от внешнего вида до его возможностей.
Условно части ЭВМ можно разделить на основные устройства и периферийные. К основным устройствам относят процессор и память, а к периферийным все остальное, в том числе и устройства для долговременного хранения данных (жесткий диск). Невозможно представить без жесткого диска современный ПК, так как вся информация располагалась именно на нем, в том числе и Операционная Система, которая осуществляет непосредственный интерфейс между пользователем и аппаратной части ЭВМ, то присутствие жесткого диска на ПК просто необходимо. Существует различное множество жестких дисков, соответственно существует и множество интерфейсов винчестеров, среди которых и встречается Serial ATA.
Новой (относительно) разработкой в области интерфейсов винчестеров является интерфейс SerialATA. В отличие от своего предшественника Parallel ATA, Serial ATA использует последовательную передачу данных, а не параллельную, что подразумевает сокращение числа необходимых для соединения устройств проводников
ИНТЕРФЕЙС SERIAL-ATA
SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). (7)
На рис. 1 показан официальный логотип рабочей группы Serial ATA, который можно встретить на подавляющем большинстве устройств SATA. (1; 441)
Рис. 1 Официальный логотип рабочей группы Serial ATA
На сегодняшний день существует три стандарта (спецификации) Serial-ATA.
SATA Revision 1.x (до 1.5 Гбит/с)
Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 МБ/с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной. Несмотря на то, что последовательный способ обмена принципиально медленнее параллельного, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах за счёт избежания необходимости синхронизации каналов и большей помехоустойчивости кабеля. Это достигается применением принципиально иного способа передачи данных. (7)
SATA Revision 2.x (до 3 Гбит/с)
Cтандарт SATA/300 работает на частоте 3 ГГц, обеспечивает пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 МБ/с). Впервые был реализован в контроллере чипсета nForce 4 фирмы «NVIDIA». Часто стандарт SATA/300 называют SATA II или SATA 2.0.1 Теоретически устройства SATA/150 и SATA/300 должны быть совместимы (как контроллер SATA/300 с устройством SATA/150, так и контроллер SATA/150 с устройством SATA/300) за счёт поддержки согласования скоростей (в меньшую сторону), однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное выставление режима работы (например, на НЖМД фирмы Seagate, поддерживающих SATA/300, для принудительного включения режима SATA/150 предусмотрен специальный джампер). (7)
SATA Revision 3.x (до 6 Гбит/с)
Спецификация SATA Revision 3.0 предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (практически до 5.89 Гбит/с — 700 Мбайт/с). В числе улучшений SATA Revision 3.0 по сравнению с предыдущей версией спецификации, помимо более высокой скорости, можно отметить улучшенное управление питанием. Также будет сохранена совместимость, как на уровне разъёмов и кабелей SATA, так и на уровне протоколов обмена. Кстати, консорциум SATA-IO предостерегает от применения для обозначения поколений SATA терминов вроде SATA III, SATA 3.0 или SATA Gen 3. Полное правильное название спецификации — SATA Revision 3.0; название интерфейса — SATA 6Gb/s. (7)
КАБЕЛИ И РАЗЪЕМЫ SATA
В схеме физической передачи интерфейса SATA используется так называемый дифференцированный метод "без возврата к нулю" (Non-Return to Zero — NRZ). В этой схеме применяется сбалансированная пара проводов, по каждому из которых подается напряжение, равное ±0,25 В. Сигналы посылаются дифференцированно: если по одному проводу пары передается напряжение +0,25 В, то по другому соответственно -0,25 В. Таким образом, разность напряжений постоянно составляет 0,5 В. Это означает, что передаваемые сигналы всегда находятся в противофазе в смежных проводах. Дифференцированная передача минимизирует электромагнитное излучение и позволяет упростить чтение сигналов на принимающем конце. (1; 443)
В интерфейсе SATA для подачи напряжения 5 и 12 В используется стандартный 4-контактный силовой разъем, а также дополнительный 15-контактный силовой кабель и разъем питания, обеспечивающие подачу электроэнергии напряжением 3,3 В. Ширина силового разъема 15-контактного кабеля в этой конструкции равна всего 24 мм (0,945 дюйма). Сила тока, подаваемого на контакты уровней напряжения 3,3, 5 и 12 В, достигает 4,5 А, что обеспечивает достаточную мощность даже для наиболее энергоемких дисководов. Для совместимости с существующими источниками питания дисководы SATA могут быть выполнены как со стандартными 4-контактными разъемами питания, так и с новыми 15-контактными силовыми разъемами. К тому же на рынке представлен широкий выбор переходников. (1; 444)
Сигнальные и силовые разъемы интерфейса SATA показаны на рис. 2. (1; 444)
Рис. 2 Сигнальные и силовые разъемы SATA
На рис. 3 показаны разъемы адаптеров интерфейсов SATA и PATA, расположенные на типичной системной плате. (1; 444)
Рис. 3 Системная плата с хост-адаптерами PATA и SATA
В табл. 1 и 2 приведены параметры выводов разъема данных SATA и дополнительных силовых разъемов. (1; 444)
Контакты разъема расположены в один ряд на расстоянии 1,27 мм (0,05 дюйма) один от другого. Выводы заземления длиннее, поэтому они контактируют друг с другом раньше, чем сигнальные или силовые контакты. Это позволяет подключать кабель во время работы компьютера. (1; 445)
Таблица 1
Выводы разъема данных SATA
| Контакт | Сигнал | Описание |
| S1 | Общий | Первая пара |
| S2 | A+ | Host Transmit+ |
| S3 | A- | Host Transmit- |
| S4 | Общий | Первая пара |
| S5 | B- | Host Receive- |
| S6 | B+ | Host Receive+ |
| S7 | Общий | Первая пара |
Таблица 2
Выводы дополнительного силового разъема SATA
| Контакт | Сигнал | Описание |
| Р1 | +3,3 В | +3,3 В (питание) |
| Р2 | +3,3 В | +3,3 В (питание) |
| Р3 | +3,3 В | +3,3 В (питание) |
| Р4 | Общий | Первая пара |
| Р5 | Общий | Первая пара |
| Р6 | Общий | Первая пара |
| Р7 | +5 В | +5 В (питание) |
| Р8 | +5 В | +5 В (питание) |
| Р9 | +5 В | +5 В (питание) |
| Р10 | Общий | Первая пара |
| Р11 | Общий | Первая пара |
| Р12 | Общий | Первая пара |
| Р13 | +12 В | +12 В (питание) |
| Р14 | +12 В | +12 В (питание) |
| Р15 | +12 В | +12 В (питание) |
Контакты разъема расположены в один ряд на расстоянии 1,27 мм (0,05 дюйма) один от другого. Выводы заземления длиннее, поэтому они контактируют друг с другом раньше, чем сигнальные или силовые контакты. Это позволяет подключать кабель во время работы компьютера. Три силовых вывода используются для подачи тока силой 4,5 А на каждом уровне напряжения. (1; 445)
УРОВНИ СВЯЗИ УСТРОЙСТВА SATA И ХОСТ-КОНТРОЛЛЕРА
Все функции взаимодействия устройства и контроллера, выполняемые в параллельном интерфейсе при помощи множества управляющих и информационных линий, в последовательном интерфейсе реализуются двумя встречно направленными сигнальными линиями. В стандарте рассматривается четырехуровневая модель взаимодействия хоста и устройства, где на верхнем (прикладном) уровне между хостом (процессором и памятью) и устройством SATA выполняется обмен командами, информацией о состоянии и хранимыми данными. (2; 72)
Три нижестоящих уровня обеспечивают связь устройства и хост-контроллера по последовательному интерфейсу.
Конструирует информационные структуры — FIS (Frame Information Structure), которыми обменивается контроллер и устройство, передает эти структуры канальному уровню и обеспечивает управление FIFO-буферами обмена с прикладным уровнем. Структуры, принятые от канального уровня, он разбирает на составные части и передает их прикладному уровню. (2; 72)
Канальный уровень из информационных структур, представляемых потоками двойных слов, конструирует кадры (обрамляет структуры служебными примитивами, подсчитывает CRC для потоков данных транспортного уровня), выполняет кодирование 8В/10В, скремблирование и передачу кадров физическому уровню в виде битового потока. Принимаемые с физического уровня битовые потоки канальный уровень обратно преобразует в выровненные потоки двойных слов, проверяет корректность CRC и, освободив от служебных примитивов, передает их транспортному уровню. Со своим партнером (канальным уровнем противоположной стороны интерфейса) уровень обменивается подтверждениями успешного приема кадра и уведомляет об этих успехах свой транспортный уровень. (2; 72)
Арбитраж и контроль передачи. Сам по себе физический уровень может только передавать данные, поступившие на его вход. Для предотвращения конфликтов, когда одновременно и устройство, и хост контроллер хотят передать данные, на канальном уровне предусмотрен специальный механизм контроля, получивший название арбитража. Кроме того в обязанности канального уровня входит слежение за тем, были ли данные успешно переданы и сообщение об этом вышестоящему - транспортному уровню. Легко сообразить зачем это нужно. (4)
Обнаружение и коррекция ошибок. В отличие от стандарта ATA, который различными механизмами обнаружения и коррекции ошибок обрастал по мере роста быстродействия, т.е. тогда, когда припирало и без них было не обойтись, в Serial ATA несколько механизмов заложены изначально. Во-первых, хорошей распознаваемостью обладает используемый на физическом уровне NRZ. Но это не главное, ряд ошибок может успешно его миновать. Как метод применяется избыточное кодирование 8B/10B. Суть его проста: 8 бит исходных данных дополняются 2-мя дополнительными битами. Итого получается 10 бит - т.е. 1024 возможных битовых комбинаций может быть в получившемся коде, в то время как в исходном - только 256. (4)
Из результирующего кода отбирают 256 комбинаций, которые будут соответствовать 256-ти комбинациям исходного кода, а остальные считают запрещенными. Это позволяет распознавать искажение данных - если принята запрещенная последовательность, то при передаче произошла ошибка. Кроме того, в Serial ATA используется CRC код. О нем, не буду подробно, так как многие наверное наслышаны. Кстати то, что жесткие диски с SATA имеют максимальную скорость обмена по интерфейсу в 150 Мбайт в секунду, при том, что для SATA заявлена скорость передачи на физическом уровне в 1.5 Гбит/с, объясняется использованием избыточного 8B/10B кодирования, снижающего полезную пропускную способность интерфейса до 1.2 Гбит/с. (4)
Скремблирование. Код NRZ, используемый на физическом уровне не обладает свойством самосинхронизации, так как при последовательности нулей или единиц сигнал в линии просто превращается в постоянный сигнал определенного уровня. Скремблирование помогает бороться с этим явлением, перемешивая данные, подлежащие передаче определенным образом так, чтобы вероятность появления единиц и нулей на выходе была приблизительно одинаковой. (4)
Работает канальный уровень так: получает информационный кадр от транспортного, выполняя логическое кодирование и вычисление CRC, и спускает вниз - к физическому уровню. При получении данных от физического порядок действия обратный. (4)
Физический уровень принимает от канального данные кадра в параллельном 10-, 20-, 40-разрядном (или более) виде и преобразует их в сигналы последовательного интерфейса. Над последовательными данными, принятыми от партнера по интерфейсу, производятся обратные преобразования. Уровень выполняет инициализацию интерфейса при подключении и подаче питания, определяет состояние подключения устройства и успешность согласования скоростей, передавая эту информацию канальному уровню. Дополнительно уровень может заниматься управлением энергопотреблением интерфейса, а также калибровкой приемопередатчиков (согласованием с линией). (2; 72)
На физическом уровне для передачи информации между контроллером и устройством используются две экранированные пары проводов, соединяющих выход дифференциального передатчика с входом дифференциального приемника. Сигналы передаются с использованием NRZ-кодирования, которому подвергаются битовые потоки канального уровня с избыточными 10-битными символами. Битовая синхронизация приемника обеспечивается фазовой автоподстройкой частоты (Phase-Locked Loop, PLL) приемника под принимаемый сигнал. Символьная синхронизация (выравнивание) устанавливается посылкой примитивов ALIGN, последующая синхронизация поддерживается непрерывностью потока передаваемых примитивов и элементов данных. Примитив ALIGN распознается специальной схемой приемника, сравнивающей битовый поток с образцом, представляющим данный примитив. Передатчик имеет специальный формирователь примитива ALIGN, что позволяет передавать его по собственной инициативе. (2; 78)
В первом поколении Serial АТА данные по кабелю передаются со скоростью 1,5 Гбит/с, что с учетом кодирования 8В/10В обеспечивает скорость 150 Мбайт/с (без учета накладных расходов протоколов верхних уровней). В дальнейшем планируется повышать скорость передачи, но в SATA-II новая скорость еще не вводилась. В интерфейсе заложена возможность согласования скоростей обмена по каждому порту в соответствии с возможностями хоста и устройства, а также качеством связи. Хост-адаптер имеет средства управления соединениями, программно эти средства доступны через специальные регистры Serial АТА. (2; 78)
В спецификации предусмотрена возможность передачи с расширением спектра сигнала (Spread Spectrum Clocking, SSC). В режиме SSC тактовая частота передачи битов модулируется с частотой 30-33 кГц, что позволяет «размазать» спектр электромагнитных помех, создаваемых интерфейсом. Передача с расширением спектра является дополнительным свойством интерфейса, которое может не поддерживаться или быть запрещено при программном конфигурировании. (2; 78)
В Serial АТА 1.0 для скорости 1,5 Гбит/с определен размах сигнала на выходе передатчика в диапазоне 400-600 мВ, на входе приемника — в диапазоне 325- 600 мВ. Эти границы применимы и к устройству, и к контроллеру, что позволяет их соединять непосредственно или через кабель длиной до 1 м. В SATA II для поддержки пассивных шасси с устройствами, подключаемых такими же кабелями к контроллеру, повысили минимальный уровень сигнала передатчика хост-контроллера до 500 мВ, а требуемую чувствительность приемника довели до 240 мВ. При неизмененных требованиях к устройствам это позволяет подключать метровым кабелем к контроллеру шасси, на котором расстояние от разъема кабеля до дальнего устройства может достигать 18". Номинальное волновое сопротивление кабелей — 100 Ом. (2; 78)
Передатчики и приемники могут связываться друг с другом непосредственно (DC coupling) или через разделительные конденсаторы (AC Coupling), устанавливаемые на любой стороне (или обоих сторонах). Синфазное напряжение1 (и уровень сигналов в покое) составляет 250 мВ. Для оптимального согласования с волновым сопротивлением (импедансом) линии приемопередатчики могут иметь регулировку своего импеданса. Эта регулировка (калибровка терминаторов) выполняется при инициализации интерфейса путем подачи специальных сигналов и исследования отраженных сигналов. Сигналы, используемые для калибровки, отличаются от обычных и «внеполосных» сигналов. (2; 78)
К «внеполосным» (Out Of Band, ООВ) сигналам относятся сигналы COMINIT, COMRESET и COMWAKE. «Внеполосность» означает лишь то, что для передачи и приема этих сигналов не требуются синхронизации и выравнивание; OOB-сигналы передаются теми же передатчиками и принимаются теми же приемниками. OOB-сигналы представляют собой посылки пачек из 160 примитивов ALIGN на. базовой скорости (длительность пачки — 106,7 не). Информативна длительность зазора между пачками: для сигналов COMRESET и COMINIT зазор между пачками составляет 320 нс, для COMWAKE — 106,7 нс. (2; 79)
Инициализация интерфейса включает в себя согласование скорости и взаимную синхронизацию порта с устройством. Инициализация требуется по включении питания порта или устройства, а также при «горячем» подключении. Инициализация выполняется с помощью внеполосных сигналов, ее может инициировать как хост, так и устройство. Последовательность инициализации по инициативе хоста начинается с подачи им сигнала COMRESETкоторый вызывает аппаратный сброс устройства. На этот сигнал устройство отвечает посылкой сигнала COMINIT после чего хост выполняет калибровку своих терминаторов и посылает сигнал COMWAKE. В ответ на это устройство выполняет свою калибровку, посылает COMWAKE, а затем начинает непрерывно передавать примитивы ALIGN на своей максимальной скорости. Если устройство долго (за время посылки 2048 примитивов) не получает ответа, оно может предположить, что хост такую скорость не поддерживает, и попробовать снизить скорость (вплоть до базовой). Хост принимает сигнал и, обнаружив примитив ALIGN на доступной ему скорости, синхронизируется с устройством и посылает ему примитивы ALIGN. Приняв этот примитив, устройство синхронизируется с хостом и посылает ему примитивы SYNC, на что хост отвечает теми же примитивами. После приема трех идущих подряд примитивов SYNC каждый партнер считает соединение установленным и готовым к передаче кадров. Инициализация по инициативе устройства начинается с подачи им сигнала COMINIT получив который, хост выполняет калибровку и посылает сигнал COMWAKE. В ответ на COMWAKE устройство выполняет калибровку, посылает COMWAKE, после чего хост и устройство согласуют скорость и синхронизируются, как и в описанной ранее инициализации по инициативе хоста. (2; 79)
Физический интерфейс включенного устройства может находиться в следующих состояниях энергопотребления:
- PHY Ready — активное состояние, устройство и порт синхронизированы (PLL-цепи активны);
- Partial — PHY-цепи под напряжением, но потребление понижено, сигнальные линии в нейтральном состоянии, синхронизации нет, а для перехода в активное состояние требуется не более 10 мкc;
- Slumber — состояние с еще меньшим потреблением, для перехода в активное состояние требуется не более 10 мс. (2; 80)
Переход в состояние пониженного потребления и согласование выполняются посылкой примитивов PMREQ_P и PMREQ_S. Переход в активное состояние может происходить как по инициативе хоста, так и по инициативе устройства. Инициатор посылает сигнал COMWAKE, его партнер должен ответить таким же сигналом, после чего инициатор и его партнер для синхронизации обмениваются примитивами ALIGN, и соединение снова становится готовым к передаче кадров. Согласование скоростей и калибровка терминаторов при этом не требуются, поскольку эти параметры уже согласованы. (2; 80)
ПРОТОКОЛ NCQ
Native Command Queuing – это расширенный протокол команд Serial ATA, который позволяет нескольким различным приложениям обращаться с запросами ввода-вывода в одно и то же время. Накопители с поддержкой NCQ используют специальный буфер, внутри которого команды, стоящие в очереди, могут динамически перестраиваться в соответствии с положением считывающей головки и текущей загрузкой. Кроме того, NCQ описывает механизм, который позволяет сортировать команды, в то время как дисковый накопитель работает с данными другой команды. Таким образом, теоретически применение NCQ позволяет повысить общую производительность системы, когда приложения активно используют технологию асинхронных запросов ввода-вывода. (3)
При использовании механизма NCQ контроллер анализирует запросы и оптимизирует очередность их выполнения таким образом, чтобы увеличить скорость передачи данных и минимизировать время поиска. Кроме того, контроллеры Native Serial ATA способны самостоятельно организовывать очереди запросов и выполнять их без вмешательства процессора. Механизм работы Serial ATA NCQ в общих чертах можно сравнить с организацией очереди команд интерфейса SCSI, но в отличие от 256-уровневой архитектуры в случае со SCSI поддерживает 32-уровневую глубину маршрутизации команд. (3)
Итак, рассмотрим механизм работы NCQ в первом приближении. Приведенный рис. 4 отражает главную суть идеи маршрутизации команд: возможность предоставлять жесткому диску доступ сразу к нескольким командам контроллера и перестраивать порядок их выполнения для достижения максимальной производительности. (3)
Рис. 4 Упрощенная блок-схема принципа маршрутизации команд (Command Queuing)
Как известно, основная часть времени, затрачиваемая приводом на выполнение команды, уходит на поиск сектора и позиционирование головок для подготовки к обмену необходимыми данными. Именно это "потерянное время" и используется приводом для выбора следующей, наиболее оптимальной в текущей ситуации команды, когда головки находятся в позиции, наиболее рациональной для считывания следующего сектора; именно за счет этого снижаются всевозможные задержки, присущие обычным винчестерам. (3)
Пожалуй, самая прозрачная и понятная аналогия принципа маршрутизации команд просматривается при сравнении механизма NCQ с работой тривиального лифта. Пассажиры лифта "набиваются" в кабину на первом этаже по тому же принципу, что и команды в очередь запросов. Далее следует нажатие пассажирами кнопок, соответствующих интересующим их этажам (расстановка команд в оптимизированную очередь) – и поехали, лифт отвезет всех по самому оптимальному пути, этаж за этажом, и также оптимально соберет жителей с верхних этажей и доставит их вниз (головки винчестера, соответственно, совершат при выполнении очередных команд минимальный набор движений и здорово сэкономят время, затрачиваемое в обычных приводах на неупорядоченное позиционирование). Попробуйте переложить аналогию с лифтом на современные винчестеры без поддержки NCQ: можете себе только представить, сколько лишних километров в день "намотает" такой лифт, "позиционирующий" исключительно по одному жильцу, пока остальные ждут своей очереди... (3)
На представленной выше схеме видно, что каждая поставленная в очередь команда ассоциируется со своим значением тэга (метки), который используется контроллером как в фазе обмена данными, так и в фазе завершения. При передаче данных привод передает хосту тэг соответствующей команды, после чего хост-контроллер определяется с операцией DMA, указывающей на соответствующий сектор хост-памяти для этой команды. Для завершения операции переноса данных привод также посылает ассоциированный с командой тэг. Использование механизма передачи тэгов позволяет контроллеру защитить память от попыток ошибочного доступа со стороны привода, плюс, четко определяться со статусной информацией о посылаемой команде и возможных сопутствующих ошибках. (3)
ПРЕИМУЩЕСТВА SATA ПО СРАВНЕНИЮ С PATA
Последовательный интерфейс Serial АТА (SATА) предназначен для замены традиционного параллельного (PATА) с сохранением регистровой модели подключаемых устройств и возможности передачи данных в режимах РЮ и DMA. При этом шинное подключение пары устройств к одному каналу АТА заменяется двухточечными соединениями устройств с портами хост-контроллера (или концентратора). Для совместимости с АТА программное взаимодействие с устройствами Serial АТА практически совпадает с прежним, набор команд соответствует ATA/ATAPI-5. Для полной программной совместимости контроллер SATA может эмулировать пары устройств (ведущее — ведомое) на одном канале, если такая необходимость возникнет. В то же время аппаратная реализация хост-адаптера Serial АТА значительно отличается от примитивного (в исходном варианте) интерфейса АТА. В параллельном интерфейсе АТА хост-адаптер является простым средством, обеспечивающим программное обращение к регистрам, расположенным в самих подключенных устройствах. В Serial АТА ситуация иная: хост-адаптер имеет блоки так называемых теневых регистров (shadow registers), совпадающих по назначению с обычными регистрами устройств АТА. Каждому порту соответствует свой набор регистров. Обращения к этим теневым регистрам вызывают процессы взаимодействия хост-адаптера с подключенными устройствами и исполнение команд. Помимо поддержки старых команд АТА/ ATAPI, интерфейс обеспечивает поддержку более эффективных команд, в которых обмен данными происходит в режиме FPDMA. (2; 71)
Переход на последовательный интерфейс и двухточечные соединения в Serial АТА дает ряд преимуществ:
- каждое устройство получает монопольный канал связи с контроллером, что позволяет повысить производительность обмена с устройствами;
- исключаются ненужные протокольные взаимодействия ведущего и ведомого устройств параллельной шины и связанные с ними проблемы совместимости устройств;
- появляется возможность эффективной одновременной работы контроллера с несколькими устройствами с использованием FPDMA и качественной поддержкой очередей (NCQ);
- упрощается (для пользователя) конфигурирование устройств (не требуется выбор адреса);
- обеспечивается возможность полной поддержки «горячего» подключения-отключения;
- имеются перспективы повышения скорости обмена с устройствами (относительно базовой скорости 150 Мбайт/с);
- упрощаются и удешевляются кабели и разъемы;
- улучшаются условия охлаждения устройств — тонкий кабель не препятствует циркуляции воздуха в корпусе компьютера или внутри массива устройств. (2; 72)
Помимо использования преимуществ последовательного двухточечного интерфейса, в SATA решена проблема адресации — введен режим LBA-48, появившийся и в последних версиях параллельного интерфейса (ATA/ATAPI-6). Наиболее эффективно возможности интерфейса SATA реализуются в его естественном режиме работы, а не в режиме совместимости с параллельным интерфейсом АТА. (2; 72)
Тонкий и гибкий кабель
Да, кабель SATA намного компактнее, места в корпусе много не займёт. Плюс, так как допустимая длина кабеля составляет 1 метр, то его можно очень удобно проложить внутри корпуса. (7)
Но так как теперь один кабель позволяет подключить к контроллеру только одно устройство, то в системах с большим количеством дисков будет наблюдаться некое подобие серпентария - куча мала из тонких шлейфиков. К тому же, кто Вам сказал, что шлейфы гибкие? Все шлейфы, что я успел "потрогать", относительно легко гнутся только в одной плоскости - вдоль провода. И они СОВЕРШЕННО не гнутся в другой плоскости. Что порождает еще одну проблему, о которой мы поговорим чуть позже. (7)
Теперь о длине кабеля. Стандарт SATA оговаривает максимальную длину кабеля - 1м. И во всех рекламных проспектах это выдаётся за "достоинство". Но каково же было моё удивление, когда я вскрывал коробки с SATA-контроллерами (обычными и RAID) и находил там "огрызки" кабелей с привычной длиной в 45см. Форменное издевательство! (7)
Компактный разъём
Теперь вместо больших и широких разъёмов PATA на материнской плате можно разместить большее количество компактных разъёмов SATA.
Да, разъём стал маленький. С точки зрения пользователя это значит только одно - в него сложнее стало попасть! Особенно, если компьютер уже наполовину собран... Лёгкость, с которой кабель "прыгает" на разъём (в том случае, если Вам удалось как следует прицелиться, тут же сказывается отрицательно на устойчивости соединения кабеля и устройства. Так как разъём не снабжён фиксатором, то жёсткий кабель, не уложенный "по правилам", тут же перекашивает разъём, и до разрыва контакта остаётся только сильно тряхнуть компьютер при перевозке... Всё-таки большой PATA-разъём гарантировал лучшее соединение за счёт трения. (7)
HotSwap и HotPlug
Возможность подключать диски "на ходу" - это серьёзный прорыв вперёд. Если с ATA-дисками для реализации HotPlug нам нужны были специальные мобайл-реки, то теперь "безопасное" подключение устройств к шине реализовано в самой конструкции разъёмов винчестера и его электроники. (7)
Тут у меня нет никаких серьёзных аргументов против, за исключением той малости, что на текущий момент поддержку HotPlug со стороны операционных систем можно считать "условной". (7)
Надёжность
Протокол SATA обеспечивает гарантированную передачу по кабелю каждого байта информации, в отличие от стандарта ATA/ATAPI6, в котором контрольной суммой сопровождаются только данные (а команды передаются "на авось"). (7)
Большая скорость
Ещё один серьёзный аргумент в пользу SATA - большая скорость обмена данными между диском и хост-контроллером. Так как с приходом SATA мы наконец-то можем забыть о концепции Master-Slave, то каждое SATA-устройство не делит шину, соединяющую его с контроллером, и может полностью располагать всей её пропускной способностью. А это ни много, ни мало 150МБ/сек. (7)
Как показала история Parallel ATA, его долгое существование определено удачным решением появившихся на тех или иных этапах проблем и ограничений. (6)
Direct Memory Access (DMA) - прямой доступ к памяти - название протоколов, позволяющих устройству передавать информацию непосредственно в системную память без всякого участия центрального процессора. Сегодня этот способ дает возможность в перспективе увеличить скорость передачи данных до 133 Мбайт/с - предел того, что способен выдержать 80-жильный кабель. (6)
У Serial ATA есть неоспоримые преимущества. Это пониженное напряжение - 3,3 В вместо 5. Вследствие снижения напряжения, а также уменьшения числа проводников всего до двух (плюс шесть на питание и заземление), возможно удлинение сигнального кабеля до 1 метра, что больше стандарта для параллельного интерфейса в два раза. Также канет в лету и последовательный способ подключения устройств, при котором каждое либо Master, либо Slave. Программное обеспечение посчитает оба устройства главными, "сидящими" на разных портах. Пропускная способность интерфейса составит 1,5 Гбит/с. (6)
Переключатель Master/Slave (первичный/вторичный) или Cable Select (выбор кабеля), используемый при работе с устройствами параллельного АТА, в интерфейсе SATA не используется. Это значительно упрощает конфигурацию устройств последовательного интерфейса. (5)
Последовательный интерфейс АТА, как и параллельный АТА, предназначен для работы с внутренними накопителями и не поддерживает внешние устройства хранения данных. Таким образом, интерфейс SATA не может соперничать с интерфейсами внешних устройств, к примеру SCSI, USB 2.0 или IEEE-1394 (FireWire). Поэтому SATA в ближайшее время заменит полностью, параллельный интерфейс АТА. (5)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На данный момент уже разработана и внедряется спецификация Serial ATA III, которая определяет скорости передачи данных до 6 Гб/сек (или 600 Мб/сек). Разрабатываются также и такие характеристики, как организация очереди команд, направленная в основном на корпоративные приложения хранения. Эти новые характеристики направлены на то, чтобы отвечать потребностям сред хранения данных, нуждающихся в простоте конфигурации и оптимальном соотношении цена/емкость.
Основной целью рабочей группы Serial ATA III является сохранение небольшой стоимости дисков Serial ATA, сходной с нынешними ценами Parallel ATA. По этой причине, ни одна из новых характеристик не будет изменять спецификации Serial ATA 1.0 или требовать внесения изменений в жесткие диски Serial ATA 1.0.
Serial ATA позволит в будущем увеличить производительность клиентских систем, необходимых для того, чтобы не отставать от требований и усовершенствований других систем. Этот переход также облегчит внедрение, потребляемую мощность и вопросы дизайна для компаний, производящих компьютерные системы.
Список источников
- Скотт Мюллер "Модернизация и ремонт ПК". 18-е издание. Вильямс, 2009. -1512 с.
- М. Гук "Интерфейсы устройств хранения: ATA, SCSI и другие". Энциклопедия. СПб.: Питер, 2007. - 447 с.
- Вкратце о технологии маршрутизации команд Serial ATA II NCQ (Native Command Queuing) (электронный ресурс)\\ Фцентр (сайт) URL: http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/hdd/9397 (дата обращения 26.05.2011)
- Технология Serial ATA (электронный ресурс)\\ SUPERSERVERS (сайт) URL: http://superservers.ru/rus/sata-technology/ (дата обращения 26.05.2011)
- Интерфейс SERIAL АТА (электронный ресурс)\\ Ремонт и upgrade компьютеров своими руками (сайт) URL: http://upgradecomputer.narod.ru/096.html (дата обращения 26.05.2011)
- Parallel ATA умер, да здравствует Serial ATA! (электронный ресурс)\\ 3DNews (сайт) URL: http://www.3dnews.ru/storage/serial_ata/ (дата обращения 26.05.2011)
- SATA (электронный ресурс)\\ Википедия (сайт) URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/SATA (дата обращения 26.05.2011)