Что такое Serial ATA

Автор: Олег Нечай
Источник: TerraLab

  Сегодня мало кто вспоминает процессоры с тактовой частотой 33 МГц или карты расширения с разъемом ISA. Темпы прогресса постоянно ускоряются: за последние пару лет в компьютерном мире поменялось многое: появились новые скоростные устройства, новые шины с высокой пропускной способностью, новые интерфейсы. В этой статье мы расскажем о набирающем все большую популярность интерфейсе Serial ATA, который используется в современных настольных персональных компьютерах для подключения жестких дисков и оптических накопителей.

  В течение многих лет основным интерфейсом для подключения жестких дисков к персональному компьютеру являлся ATA (AT Attachment for Disk Drives - интерфейс для подключения дисковых накопителей к компьютерам PC AT), называемый также IDE (Integrated Drive Electronics - накопитель со встроенным контроллером). Другой распространенный интерфейс, SCSI (Small Computer System Interface - интерфейс для малых компьютерных систем), во многом из-за необходимости использования дорогостоящего контроллера и относительной сложности настройки оборудования, применялся исключительно в высокопроизводительных рабочих станциях и серверах.

  И ATA, и SCSI - это параллельные интерфейсы, однако они не совместимы друг с другом. За более чем пятнадцатилетнюю историю этих интерфейсов скорость передачи данных по протоколу ATA выросла с 3,3 (ATA, PIO mode 0) до 133 Мбайт/с (ATA/133), а по протоколу SCSI - c 5 (SCSI-1) до 320 Мбайт/с (Ultra320 SCSI). При повышении скоростей передачи данных из-за параллельной архитектуры этих шин разработчикам приходилось бороться с такими неприятными явлениями, как паразитные наводки и искажения передаваемых сигналов. Теоретически возможно и дальше увеличивать скорость работы обоих этих интерфейсов, однако обеспечение надежности передачи данных будет обходиться потребителю слишком дорого.

  Оценив преимущества таких скоростных последовательных интерфейсов, как USB и IEEE 1394 (он же - FireWire или iLink), разработчики жестких дисков начали вести работы по переходу к специализированному последовательному интерфейсу, которому было дано незамысловатое имя Serial ATA, то есть, последовательный ATA. Разработкой стандартов Serial ATA занимается Международная организация Serial ATA (SATA-IO). Подробные спецификации можно скачать с сайта SATA-IO.

  В 2002 году появились первые образцы винчестеров с интерфейсом Serial ATA (SATA/150), максимальная пропускная способность которого составила 150 Мбайт/с (или 1,5 Гбит/с). Более того, в самое ближайшее время инженеры планируют добиться максимальной скорости передачи данных 300 Мбайт/с, а к 2007 году - 600 Мбайт/с. Впрочем, пока такие скорости представляются явно избыточными: современные винчестеры не достигают даже скорости 100 Мбит/с при чтении данных, однако новый интерфейс, нацеленный в будущее, способен послужить хорошим стимулом для улучшения этих и других характеристик.

  В 2003 году практически все ведущие производители жестких дисков начали серийное производство Serial ATA-винчестеров, поскольку преимущества нового интерфейса очевидны. Помимо повышения скорости передачи данных, Serial ATA имеет и другие достоинства. На смену 80-жильным ленточным шлейфам пришли 7-жильные тонкие кабели, более стойкие к различным помехам, что позволяет увеличить максимальную длину такого кабеля с 46 см до одного метра. Кроме того, использование длинных кабелей способно обеспечить более рациональное размещение комплектующих в системном блоке, а отказ от плоских и широких шлейфов, препятствующих распространению воздушных потоков, теоретически дает возможность организовать оптимальное охлаждение компонентов.

  В Serial ATA используется 32-разрядный контроль CRC (Cyclic Redundancy Check) - контроль с помощью циклического избыточного кода; код CRC, записываемый в секторы жестких дисков, служит для обнаружения ошибок), гарантирующий повышенную надежность передачи данных. Помимо всего прочего, SATA обеспечивает типичную для современных последовательных интерфейсов возможность "горячего" подключения винчестеров.

  Наконец, еще одно достоинство Serial ATA - простота подключения: в отличие от параллельного ATA, здесь к каждому разъему контроллера может присоединяться только один диск, а не два, что позволяет отказаться от настроек Master/Slave, а также от перемычек на жестких дисках, так как смысл в их существовании просто пропадает. Для неопытных пользователей это большой плюс, ибо для использования нового диска нужно просто подключить его и отформатировать. Нужно отметить, что стандартом Serial ATA 1.0 предусмотрена обязательная установка на винчестеры, нового 15-контактного разъема питания, однако поскольку в большинстве современных компьютеров такие разъемы отсутствуют, на многих SATA-дисках сохранился и традиционный четырехштырьковый разъем. При его отсутствии в комплект обычно входит переходник.

  Разумеется, у нового интерфейса имеются и недостатки. Во-первых, новые разъемы, как сигнальные, так и подачи питания, чисто конструктивно имеют меньшую прочность, чем применявшиеся ранее. Различные производители по-разному и с переменным успехом борются с этой проблемой, но оптимальное решение пока так и не найдено. Иными словами, старайтесь пореже отключать и подключать SATA-диски, и делайте это с большой осторожностью.

  Второй недостаток чисто формальный и, к счастью, преходящий: всеми достоинствами Serial ATA могут воспользоваться только владельцы сравнительно новых компьютеров, где соответствующий контроллер встроен в набор системной логики. Дело в том, что если такой контроллер выполнен в виде отдельной микросхемы на материнской плате, либо в виде отдельной платы расширения, то скорость передачи данных ограничивается скоростью шины PCI, к которой они подключены, то есть, 133 Мбайтами/с. С другой стороны, вряд ли в ближайшее время скорости передачи данных серийных винчестеров существенно превысят 133 Мбайт/с; к тому же, все более широкое распространение получает шина PCI Express, а на смену старым компьютерам рано или поздно придут новые модели.

  Третий недостаток тоже, в значительной степени, условен: для правильного распознавания компьютером SATA-диска в ряде случаев необходимы не слишком очевидные настройки BIOS. В частности, в BIOS плат на основе чипсетов со встроенным контроллером Serial ATA к SATA-дискам может применяться терминология Parallel ATA, а сами такие диски "маскируются" под IDE-винчестеры: такой диск, в частности, может быть назван Primary или Secondary Master, что для Serial ATA просто нонсенс. Очевидно, это связано с не слишком корректной работой старых операционных систем с новым интерфейсом, поэтому и третий недостаток можно считать временным. В любом случае, неоспоримые преимущества и перспективы Serial ATA настолько значительны, что при покупке или сборке нового компьютера нет никакого смысла приобретать ATA-диски, если, конечно, речь не идет об офисной машине начального уровня.

* Материал проиллюстрирован рисунками и фотографиями компании Seagate

---

Serial ATA подробно

Перевод: Дмитрий Чеканов
Источник: Tom's Hardware

  Рабочие принципы Serial ATA просты. Технология следует за многими другими технологиями, использующими последовательный принцип передачи для достижения высоких скоростей - к примеру, Ethernet, USB и FireWire.

  Обычный ATA использует большое число проводов (если быть точным, 40) и построен на принципе параллельной передачи. Широкие кабели и разъемы механически громоздки, да и на них накладывается целый ряд электрических ограничений. Serial ATA требует две пары высокочастотных кабелей, работающих под низким напряжением. Компактные кабели очень легко подсоединять, и они не блокируют воздушный поток внутри корпуса. Более того, в прошлом остались ограничения соединений параллельного ATA - режимы "ведущий" (master) и "ведомый" (slave).

  Один из наиболее важных моментов, влияющий на успех Serial ATA, это обратная совместимость с Ultra ATA. Особенно интересно, что текущее поколение Serial ATA контроллеров прекрасно работает с обычными UltraATA/133 жесткими дисками (или более старыми). Это относится не только к материнским платам, которые оборудованы разъемами Serial ATA и UltraATA/133. Даже раздельные Serial ATA контроллеры могут работать со старыми ATA приводами через адаптеры.

  Минусом преобразования является удар по производительности. Чипсеты со встроенными Serial ATA контроллерами должны появиться только лишь весной-летом, а сегодня многие модели теряют некоторую часть своей потенциальной производительности из-за преобразования из параллельного формата в последовательный (см. наше тестирование). К счастью, на практике потери не очень велики, поскольку оставшейся пропускной способности вполне достаточно для работы современных жестких дисков.

  Спецификации стандарта Serial ATA предусматривают большое пространство для будущих расширений.

---

Немного теории

Автор: Алекс Карабуто
Источник: http://www.ferra.ru

  Подробно предпосылки и предысторию возникновения интерфейса Serial ATA, а также его базовые характеристики были рассмотрены нами ранее, поэтому, чтобы не повторяться, отсылаем вас к статье на www.ferra.ru/online/storage/6926. Детальные спецификации версии 1.0 этого интерфейса желающие могут изучить, например, на официальном сайте http://www.serialata.org/ в 307-страничном документе по линку www.serialata.org/collateral/zipdownloads/SerialATA10Gold.zip, а также на сайте developer.intel.com. Здесь же мы просто перечислим основные отличия нового последовательного интерфейса от старого параллельного и коснемся основных принципов и путей его реализации в «железе».

  Прежде всего, кабель у нового интерфейса принципиально отличается от прежнего 40- или 80-жильного широкого плоского: количество сигнальных проводов кабеля сокращено до четырех (есть еще и земля), и до метра увеличена его допустимая длина. Это способствует более компактной упаковке и лучшим условиям охлаждения внутри корпуса компьютера, удешевляет конструкцию. Тут компактные семиконтактные разъемы соединяются узким уплощенным кабелем шириной примерно 8 мм и толщиной около 2 мм (см. фото). Внутри кабеля Serial ATA находятся 2 пары сигнальных проводов (одна пара на прием, другая - на передачу), отделенных тремя жилами общего провода («земли»). На разъеме, расположенном на дисках и материнских платах, три «земляных» контакта выступают чуть дальше сигнальных контактов, чтобы облегчить «горячее» подключение (предусмотрено «горячее» подключение накопителей по Serial ATA без специальных адаптеров).

  Еще одно преимущество Serial ATA - бОльшая полоса пропускания, чем у Parallel ATA. Первая версия интерфейса Serial ATA обладает пропускной способностью до 1,5 Гбит/с (это около 150 Мбайт/с для полезных данных против 100-130 Мбайт/с у параллельного интерфейса). Однако в дальнейшем второе и третье поколение Serial ATA (примерно через 3 и 6 лет) увеличат скорость до 3 и 6 Гбит/с соответственно.

  Кроме того, поскольку к каждому кабелю Serial ATA может быть подключен только один накопитель (к параллельным можно подключать два накопителя одновременно), то запас скорости интерфейса сейчас кажется очень большим. Действительно, если нынешние IDE-винчестеры со скоростью чтения полезных данных с пластин до 50 Мбайт/с практически насытили интерфейс UltraATA/100 (два таких диска на одном IDE-шлейфе уже не могут сосуществовать без теоретической потери скорости, поскольку реально UltraATA/100 дает примерно 90 Мбайт/с потоковой пропускной способности) и подступили вплотную к пределу интерфейса UltraATA/133, то добираться до 150 Мбайт/с одиночным дискам придется еще очень долго (по прикидкам - примерно лет 5, а то и больше), то есть даже первой версии Serial ATA обеспечена долгая жизнь. К тому же соседство на одном шлейфе больше не будет мешать дискам в силу устранения латентностей шины IDE на переключение между соседними устройствами, что также должно повысить скорость работы дисков в компьютерах при грамотной реализации контроллеров на системных платах.

  Улучшено и электрическое обрамление интерфейса: теперь вместо более 20 пятивольтовых линий (а пятивольтовые сигналы в современных системах нередко требуют усложнения и удорожания схемотехники, поскольку большинство нынешних цифровых микросхем уже работают при более низких напряжениях питания) используются всего две дифференциальные линии с перепадом уровня всего 0,5 вольт, а это отлично согласуется с современными интегрированными решениями.

  Еще одной важной особенностью Serial ATA является то, что изменения архитектуры интерфейса лежат только в области физического интерфейса, а по регистрам и программному обеспечению он будет полностью совместим с нынешним параллельным ATA. Поэтому не будет необходимости кардинально менять драйверы. Более того, в некоторых случай новых драйверов для Serial ATA вообще не потребуется (!): архитектура Serial ATA прозрачна для BIOS и операционной системы. Кроме того, Serial ATA (в отличие от параллельных ATA) обладает средствами исправления ошибок (по ECC), и целостность передаваемых по кабелю данных будет гарантироваться.

  Обратная совместимость последовательного ATA с параллельным будет реализовываться двумя способами: объединением чипсетов, поддерживающих параллельный ATA-интерфейс, с дискретными компонентами, реализующими Serial ATA физически, и применением адаптеров (dongles), превращающих параллельную шину АТА в последовательную, и наоборот (см. блок-схему).

  На схеме показаны 4 основных варианта реализации интерфейса Serial ATA. Первый - классический. Контроллер Serial ATA напрямую связан с диском Serial ATA. Второй вариант предназначен, главным образом, для самого начального этапа внедрения нового интерфейса, когда есть отлаженные контроллеры UltraATA/100 (и аналогичные) и диски с таким же интерфейсом, и можно их связать по Serial ATA, если с двух концов поставить соответствующие чипы-трансляторы (dongles, эти чипы НЕ требуют специальных драйверов). Оставшиеся два варианта - более поздние периоды адаптации (перехода) к Serial ATA от Parallel ATA, когда одно из устройств уже Serial ATA, а другое еще нет. В этом случае один транслятор интерфейса выполняет нужную работу. В настоящее время нам наиболее близки варианты «2» и «4» (именно их мы и рассмотрим в этой статье), хотя с появлением дисков Serial ATA вернемся к остальным вариантам.

---