Інтерфейс SATA - Основні інтерфейси, що застосовуються у комп’ютерній техніці
Інтерфейс SATA
SATA (англ.Serial ATA) - послідовний інтерфейс обміну даними з накопичувачами інформації. SATA є розвитком паралельного інтерфейсу ATA (IDE), який після появи SATA був перейменований на PATA (Parallel ATA).
Цей інтерфейс найбільш популярний для сучасних жорстких дисків та оптичних приводів домашнього використання. Забезпечує високу швидкість передачі. Також цей інтерфейс застосовується при підключенні внутрішніх жорстких дисків до мультимедійних програвачів. [19]
У першій версії стандарту Serial ATA (SATA 1.0) передбачено максимальну пропускну здатність 150 Мбайт/с, а про обмеження на розміри дисків можна просто забути на найближчі десять років. У наступних версіях SATA передбачається подвоєння швидкості передачі, тобто спочатку 300, а потім і 600 Мбайт/с.
Як зазначалося, стандарт SATA передбачає послідовну передачу даних, тому у кабелях передачі використовуються лише дві диференціальні пари. Одна з них працює на передачу, а інша – на прийом. Усього ж у кабелі SATA допускається (опціонально) використання семи провідників, три з яких "земля". Максимальна довжина кабелю становить 1 м.
Порівняно з традиційним паралельним інтерфейсом, інтерфейс Serial ATA має велику перешкодозахищеність і мало сприйнятливий до електромагнітних перешкод завдяки використанню низькорівневих диференціальних сигналів. Рівень сигналу вимірюється не стосовно " землі " , а стосовно рівня сигналу у сусідньому дроті, тобто як різниця сигналів у двох провідниках. Будь-яка наведена перешкода позначається на обох сигналах, проте їхня диференціальна різниця при цьому не змінюється.
Насамперед кабель у нового інтерфейсу принципововідрізняється від колишнього 40- або 80-жильного широкого плоского: кількість сигнальних проводів кабелю скорочено до чотирьох (є ще й земля), і до метра збільшено його допустиму довжину. Це сприяє більш компактній упаковці та кращим умовам охолодження всередині корпусу комп'ютера, здешевлює конструкцію. Тут компактні семиконтактні роз'єми з'єднуються вузьким кабелем сплощеним шириною приблизно 8 мм і товщиною близько 2 мм. Усередині кабелю Serial ATA знаходяться дві пари сигнальних проводів (одна пара на прийом, інша - на передачу), відокремлених трьома жилами загального проводу ("землі"). На роз'ємі, розташованому на дисках і материнських платах, три "земляні" контакти виступають трохи далі сигнальних контактів, щоб полегшити "гаряче" підключення (передбачено "гаряче" підключення накопичувачів Serial ATA без спеціальних адаптерів).
Ще одна перевага Serial ATA – більша смуга пропускання, ніж у Parallel ATA. Перша версія інтерфейсу Serial ATA має пропускну здатність до 1,5 Гбіт/с (це близько 150 Мбайт/с для корисних даних проти 100-130 Мбайт/с у паралельного інтерфейсу). Однак надалі друге та третє покоління Serial ATA (приблизно через 3 та 6 років) збільшать швидкість до 3 та 6 Гбіт/с відповідно.
Існує кілька способів підвищити пропускну здатність інтерфейсу: збільшити або розрядність шини даних, або тактову частоту передачі, або те й інше відразу. Збільшення розрядності шини даних (тобто коли передача стає все більш "паралельною") накладає жорсткі обмеження на максимальну частоту передачі. Це спричиняє складності синхронізації, виникнення паразитних модуляційних сигналів при одночасному перемиканні сигналів у сусідніх проводах, інтерференцію сигналів на високих частотах тощо. Тому для реалізаціїбільшої пропускної спроможності був обраний шлях послідовної передачі даних, тобто розрядність шини даних звели до мінімуму та підвищили тактову частоту передачі. Саме в цьому полягає важлива відмінність нового інтерфейсу Serial ATA від інтерфейсу PATA.
Крім того, оскільки до кожного кабелю Serial ATA може бути підключений лише один накопичувач (до паралельних можна підключати два накопичувачі одночасно), то запас швидкості інтерфейсу зараз здається дуже великим.
Справді, якщо нинішні IDE-вінчестери зі швидкістю читання корисних даних із пластин до 50 Мбайт/с практично наситили інтерфейс UltraATA/100 (два таких диски на одному IDE-шлейфі вже не можуть співіснувати без втрати теоретичної швидкості, оскільки реально UltraATA/100 дає приблизно 90 Мбайт/с потокової пропускної спроможності) і підступили впритул до межі інтерфейсу UltraATA/133, то добиратися до 150 Мбайт/с одиночним дискам доведеться ще дуже довго (за прикидками - приблизно років 5, а то й більше), тобто навіть першої версії Serial ATA забезпечене довге життя. До того ж сусідство на одному шлейфі більше не заважатиме дискам через усунення латентностей шини IDE на перемикання між сусідніми пристроями, що також має підвищити швидкість роботи дисків у комп'ютерах під час грамотної реалізації контролерів на системних платах.
Покращено й електричне обрамлення інтерфейсу: тепер замість понад 20 п'ятивольтових ліній (а п'ятивольтові сигнали в сучасних системах нерідко вимагають ускладнення та подорожчання схемотехніки, оскільки більшість нинішніх цифрових мікросхем вже працюють за більш низьких напруг живлення) використовуються всього дві диференціальні лінії з перепадом 5 вольт, а це відмінно узгоджується із сучасними інтегрованимирішеннями.
Ще однією важливою особливістю Serial ATA є те, що зміни архітектури інтерфейсу лежать тільки в області фізичного інтерфейсу, а по регістрам та програмному забезпеченню він буде повністю сумісний із нинішнім паралельним ATA. Тому не буде потреби кардинально змінювати драйвери. Більше того, в деяких випадках нових драйверів для Serial ATA взагалі не потрібно (!): архітектура Serial ATA прозора для BIOS і операційної системи. Крім того, Serial ATA (на відміну від паралельних ATA) володіє засобами виправлення помилок (по ECC), і цілісність даних, що передаються по кабелю, буде гарантуватися. [20]
SATA використовує 7-контактний роз'єм замість 40-контактного роз'єму PATA. SATA-кабель має меншу площу, за рахунок чого зменшується опір повітря, що обдуває комплектуючі комп'ютера, спрощується розведення проводів усередині системного блоку.
SATA-кабель за рахунок своєї форми стійкіший до багаторазового підключення. Живлення шнура SATA також розроблено з урахуванням багаторазових підключень. Роз'єм живлення SATA подає 3 напруги живлення: +12, +5 і +3,3 В; проте сучасні пристрої можуть працювати без напруги +3,3, що дає можливість використовувати пасивний перехідник зі стандартного роз'єму живлення IDE на SATA. Ряд SATA-пристроїв поставляється з двома роз'ємами живлення: SATA та Molex.
Стандарт SATA відмовився від традиційного для PATA підключення по два пристрої на шлейф; кожному пристрою належить окремий кабель, що знімає проблему неможливості одночасної роботи пристроїв, що знаходяться на одному кабелі (і виникли звідси затримок), зменшує можливі проблеми при складанні (проблема конфлікту Slave/Master пристроїв для SATA відсутня), усуває можливість помилок при використаннінетермінованих PATA-шлейфів
Стандарт SATA підтримує функцію черги команд (NCQ, починаючи з SATA Revision 2. x).
Стандарт SATA не передбачає гарячу заміну активного пристрою (використовується Операційною Системою) (аж до SATA Revision 3. x), додатково підключені диски можна відключати поступово - живлення, шлейф, а підключати у зворотному порядку - шлейф, живлення. Після вимкнення з'єднання диска потрібно в оновленні конфігурації в диспетчері пристроїв.
SATA Revision 3. x (до 6 Гбіт/с)
Специфікація SATA Revision 3.0 передбачає можливість передачі на швидкості до 6 Гбіт/с (практично до 4,8 Гбіт/с - 600 МБ/с). У числі покращень SATA Revision 3.0 у порівнянні з попередньою версією специфікації, крім вищої швидкості, можна відзначити покращене керування живленням. Також буде збережено сумісність як на рівні роз'ємів і кабелів SATA, так і на рівні протоколів обміну. До речі, консорціум SATA-IO застерігає від застосування для позначення поколінь SATA доморощених термінів на зразок SATA III, SATA 3.0 або SATA Gen 3. Повна правильна назва специфікації – SATA Revision 3.0; назва інтерфейсу – SATA 6Gb/s. [21]