Sériové rozhraní

SerialATA vs ATA

Nejdůležitějším rozdílem mezi "paralelním ATA" a novým rozhraním Serial ATA je šířka sběrnice, potažmo šírka kabelu spojujícího řadič a disk. V případě ATA se jedná o všem známé, ploché 40/80 žílové "kšandy" (druhá polovina jsou zemnící vodiče) - u SerialATA (zkráceně SATA) se jedná o úzký a ohebný "dvoukanálový" stíněný kabel.

Chybou by však bylo domnívat se, že kabel je vše co ATA a SATA odlišuje - z původní koncepce totiž téměř nezůstal kámen na kameni: rozdílné jsou vlastnosti sběrnice, její frekvence, způsob komunikace mezi řadičem a diskem, časování přenosu dat, přenos ř ídících povelů nebo kontrola integrity dat.

Sběrnice

Narozdíl od ATA/ATAPI6, kde se k přenosu dat používají dvě 16-bit sběrnice (každá pro jeden směr) které jsou taktované frekvencí 50MHz, používá SerialATA sériový přenos dat s teoretickou propustností 1.5Gb/s (oběmi směry, teoretická datová propustnost SATA 1.0 je 150MB/s). Používá se moderní diferenciální 250mV "signaling" (teoretická maximální délka kabelu je 1m, v praxi se však nepoužívají kabely delší než 50cm), sběrnice je přímá, nesdílená, nekolizní a propojuje vždy pouze dva body (point-to-point bus): disk a řadič. Přenos dat je tedy efektivní a i přes sériový charakter přenosu dat "bit po bitu" je propustnost i odezvy (latency) lepší než v případě UltraATA.

Sbřrnice a konektory SerialATA jsou navržené tak, aby bylo možné případné připojení / odpojení disku za chodu počítače (hot plug, hot swap). Všimněte si: kontakty "ground" a "precharge" jsou delší. To je pravá poklona směrem k podnikovým a serverovým systémům a malý krok směrem tam kde je nyní SCSI.

Principy, vlastnosti

• Snahy o zvyšování rychlosti v komunikaci s periferními zarízeními jsou velmi problematicky naplnitelné – jedním z omezujících faktoru je fyzická konstrukce rozhraní a kabelu.
• Možnosti zvyšování rychlosti prenosu [MB/s] udávané:
  • rozširování sbernice na vetší pocet slabik (pri stejné synchronizaci se zvýší parametr MB/s)
  • zdokonalování kabelu, napr. zarazením vetšího poctu stínících vodicu – je možné zvýšit synchronizaci
  • zkracování kabelu
  • zvyšováním kmitoctu, jímž jsou synchronizovány prenosy
  • prechod na jiný zpusob komunikace, který je možné synchronizovat vyšším kmitoctem.
• První verze ATA/IDE kabelu – 40 vodicu, pouze jistý pocet využit pro prenos signálu, zbývající vodice plní funkci stínení.
• Úcel stínících kabelu – redukovat preslechy mezi signály podílející se na komunikaci a tak zvýšit rychlost prenosu.
• Cím vyšší rychlosti prenosu pres paralelní kabel realizujeme (vyšší kmitocty), tím vetší nebezpecí preslechu existuje.
• Zvýšení poctu signálu v kabelu => vetší pocet vodicu je možné použít pro stínení => je možné zvýšit rychlost prenosu pres kabel.
• Obecne: pocet stínících vodicu ovlivnuje maximální možné rychlosti prenosu dat pres kabel (s vyšším poctem stínících vodicu je možné prenosy synchronizovat vyšším kmitoctem).

• Nevýhody klasického kabelu a rozhraní ATA/IDE
• (prenos 16 bitu soucasne):

  • objem kabelu
  • obtížná manipulace (instalace)
  • obtížne realizovatelný prechod na vyšší
  • rychlost
  • rozhraní pracuje na logických úrovních 5 V, což je dnes stav dávno prekonaný (kdysi byl výhodný) a zcela nekompatibilní s trendy vývoje integrovaných obvodu.
• Kabel se sériovým prenosem (tzn. prenos po bitech)
  • možnost prechodu na vyšší kmitocet:
    • - dva vodice, po nemž se sériove prenášejí data => problém s preslechy je menší
  • je možné tak sériový prenos synchronizovat vyšším kmitoctem.
• Výsledek: první verze sériového ATA byla synchronizována kmitoctem 1500 MHz, na rozdíl od standardu ATA/100 synchronizovaného kmitoctem 50 MHz.
• 300/600 MByte/s blízká budoucnost – 2 roky.
• Sériové ATA potrebuje pouze ctyri vodice - dva pro každý smer:
  • Pres jednu dvojici signálu se data prenášejí v jednom smeru, druhou dvojici signálu používá príjemce pro potvrzování príjmu.
  • Napetové úrovne na rozhraní: 250 mV (IDE – + 5 V).
  • Signál na rozhraní je diferenciální (tzn. signál +, -, dva vodice pro jeden kanál) - two phasereversed signals.
  • Rušení do jednoho signálu ovlivní stejne i druhý signál – vysoká imunita proti rušení, požadavky na stínení využitím uzemnených vodicu v kabelu je mírnejší.
• ATA/IDE bylo postaveno na koncepci master/slave, kdy jeden kanál (kabel) je dedikován dvema HDD, melo vliv na rychlost – prenosová rychlost kabelu je sdílena dvema disky.
• SATA – každý HDD má svuj vlastní kabel – prenosová rychlost kabelu je k dispozici jednomu disku.
• Sériové prenosy – budoucnost pro tvorbu prenosových kabelu.
• Konstrukce konektoru – možné vyšší rychlosti.

• Výhody sériového ATA:
  • možnost použít delší kabel (až 1 m oproti 40 cm kabelu ATA/IDE)
  • vyšší prenosové rychlosti
  • vyšší spolehlivost
  • snadnejší manipulace s kabelem (kabel ATA se 40/80 vodici). Alternativa s 80 vodici pocínaje od ATA 5 – vetší pocet stínících vodičů.