S-ATA

Charakteristika

• sériová sběrnice primárně určená pro přenos dat mezi procesorem a pevným diskem
• vyvinula ze standardu Advanced technology attachment (ATA nebo IDE)
  
• rychlost S-ATA v 1.0 - 1.2 Gb/s
• tenké kabely, které budou mít jen pár žil
  (zjednoduší návrhy mainboardů, široké kabely brání toku vzduchu)
• nejsou potřeba žádné jumpery na přepínání master/slave
• žádné limity pro velikost disků
• zachování softwarové kompatibility

Paralelní ATA

Dnešní počítače používají pro připojení ATA (AT Attachement) zařízení, jako jsou pevné disky, stejně tak k připojení ATAPI (AT Attachement Packet Interface) zařízení jako jsou CD-ROM mechaniky, paraleního přenosu dat.

Před mnoha a mnoha lety bylo při vývoji IDE rozhraní rozhodnuto, že se použije čtyřicetipinový plochý kabel.
Tento datový kabel přežíval mnoho let, přestože se technologie neustále vyvíjela, časování se stalo přísnějším, maximální délka kabelu se zkracovala.

První (a poslední) radikálnější zlom přišel s použitím režimů Ultra DMA mode 3 (ATA-44) a rychlejších.
Řadič ATA-66 pracuje na dvojnásobné frekvenci, řadič ATA-100 dokonce na čtyřnásobné oproti ATA-33, takže elektromagnetické rušení se zde stává čím dál větším problémem.

Nevýhody paralelního uspořádání

• velký počet pinů
  
  • pATA vyžaduje 26 datových pinů na kanál plus logickou nulu
    (čím více pinů, tím vyšší jsou výrobní náklady a tím dražší zařízení)
• vysoké napětí
  
  • signaling vyžaduje na dnešní dobu vysokých 5V
    (to způsobuje problémy čipům vyráběným moderní technologií)
  • takto vysoké napětí používali první generace procesorů Pentium vyráběné do roku 1995 a z pamětí pouze SIMM, které v roce 1998 nahradil DIMM na 3,3V
• problém kabelů
  
  • velké ploché kabely jsou neohebné
  • mají poměrně omezenou maximální délku
  • především brání proudění vzduchu uvnitř počítače
  • problém jak s nimi manipulovat v menších počítačových skříních
• problém výkonu
  
  • další zvyšování frekvence řadiče, popř. změna signalingu za účelem zvýšení výkonu rozhraní, je finančně náročná
• paralelní ATA je dnes již zastaralá technologie, která neodpovídá moderním požadavkům

Serial ATA

Problém zastaralosti paralelního ATA je znám již několik let. Již v době ATA-66 rozhraní se pilně pracovalo na jeho nástupci.
Za vývojem tohoto rozhraní stojí řada významných firem.

Hlavním úkolem je vyvinout takové rozhraní, které

• eliminuje problémy dnešního paralelního ATA
• umožní dále zvyšovat výkon
• zůstane na přijatelné cenové hladině

Hlavní rysy nového rozhraní

• nízké napětí
  - serial ATA používá velmi nízké napětí (obvykle 250 mV, maximálně 500 mV)
• sériové uspořádání
  - v dnešní době se spíše než k paralelnímu způsobu přenosu dat firmy přiklání k uspořádání sériovému při použití vysokých frekvencí
  • umožňuje to lepší škálovatelnost
  • snižuje cenu
• lepší kabeláž
  - kabely s málo piny (serial ATA používá pouze čtyři signální piny)
  • ideální z hlediska montáže
  • proudění vzduchu
• ideální pro mobilní použití
  - snížené napětí znamená také nižší spotřebu, což je výhodné především u notebooků
• žádný master/slave
  - odpadají problémy s nastavováním jumperů
• podpora velkých disků
  - díky novému způsobu adresování je odstraněn limit 128 GB
• cenově výhodné
  - celkově větší integrace a méně pinů znamená nižší výrobní cenu

Vizuální srovnání

Serial ATA první generace

• první generace - hotová
• druhá generace - dokončuje se
• třetí generace - ve stádiu plánování

První generace nabízí rychlost přenosu 150 Mbytů/s, tedy asi o 50 procent více než dnes používané rozhraní ATA-100.

Konektory

• nejvýznamější změna SATA

Protože Serial ATA je zamýšleno i pro hot-plug použití (připojení a odpojení za chodu), byly vyvinuty dva typy konektorů.

• pod označením a-d je vidět hot plug konektor
  • a-c je signální část
  • b, d napájení
  • pojí s konektorem pod označením g
• pod označením e je vidět klasický signální (ne hot plug) kabel
  • pojí se ke konektoru pod označením f
• signální kabely mohou být dlouhé až jeden metr

Žádné jumpery

• další změna v podobě master/slave nastavení

• problém dnešního paralelního ATA rozhraní je nemožnost přistupování k oběma diskům zároveň, pokud jsou připojené jako master/slave
• vždy je nutné nejdříve ukončit komunikaci s jedním diskem, pak změnit časování (změnit režim přenosu, pokud jsou rozdílné) a teprve pak je možné připojit se k druhému disku
• to trvá dlouho a není to vůbec efektivní

• serial ATA zná pouze Master
• výhodné, netřeba nastavovat Master/Slave (/Single Drive)
• disky se při komunikaci již nemusí střídat
• kvůli zachování kompatibility je do specifikace zařazena také emulace stávajícího paralelního ATA, v takovém rozsahu, že je možné emulovat i režim Master/Slave

Výhody externích disků

• přenositelnost, ovšem jejich použití znamená snížení rychlosti
• připojení přes USB 2.0 nebo FireWire je znatelně pomalejší než připojení přes Ultra ATA nebo SerialATA

• proč firmy s něčím takovým nepřijdou hned?
  • SerialATA konektor nebyl primárně navržen pro takovéto využití
    • není dostatečně chráněn
    • nepočítá s velkým množstvím připojování a odpojování
  • firmy Comax Technology, Maxtor a Silicon Image se senaží tento problém vyřešit ve specifikaci "SerialATA II Cables and Connectors Volume 2", která se zabývá novým typem kabelů, převážně pro externími produkty

Druhá generace - Serial ATA II: Rozšíření S-ATA 1.0

• zcela zpětně kompatibilní s původním SerialATA
• zaměřuje se na zlepšení výkonu, management a velká datová úložiště
• Native command queing
  • Serial ATA 1.0 řadič zašle požadavek a než mu dojde odpověď, že požadavek je vyřízen, nemůže posílat další požadavky
    
  • v nové specifikaci - lze disku odeslat do fronty (queue) až 32 požadavků a ten si je bude vyřizovat dle libosti, může vyřizovat částečně i po kouskách
• lepší podpora pro DAS, NAS a SAN
  • DAS (Direct Attached Storage) - znamená připojené diskové pole přímo k nějakému tomu počítači a to za pomocí SCSI, nebo Fibre Channelu
  • NAS (Network Attached Storage) - je úložiště dat, které je připojeno k síti a přímo nabízí sdílení souborů za pomocí například NFS
  • SAN (Storage Area Network) - je varianta, kdy na vysokorychlostní síti máme připojeno více datových serverů a k vlastním datům se přistupuje na blokovém principu
• podpora managementu - sledování větráků, teplot, poruch, jak mají svítit LEDky atd.
• Hot-plug: řadič je schopen si sám všimnout, že byl připojen nový disk a oznámit to operačnímu systému

Ve 2. fázi

• zvýšení přenosové rychlosti ze 150 MB/s na 300 MB/s
• vylepšení, které budou zaměřeny na další potřeby velkých datových serverů
• podpora pro možnost připojení dvou řadičů k diskovému poli složenému ze SerialATA disků tak, aby v případě poruchy jednoho řadiče byl systém schopen nadále pracovat
• zlepšení konektivity pro velké množstí zařízení