Serial ATA ( SATA , сокращенно от Serial AT Attachment ) — это интерфейс компьютерной шины, который соединяет адаптеры главной шины с массовыми устройствами хранения, такими как жесткие диски , оптические диски и твердотельные диски. Последовательный ATA превзошел старый стандарт Parallel ATA (PATA), предлагает несколько преимуществ по сравнению с более старым интерфейсом: уменьшенный размер и стоимость кабеля (семь проводников вместо 40 или 80), естественная горячая замена , более быстрая передача данных за счет более высоких скоростей передачи, и более эффективную передачу через (необязательный) протокол очередей ввода-вывода.
До введения SATA в 2000 году PATA просто называлась ATA. Имя «AT Attachment» (ATA) появилось после выпуска IBM Personal Computer AT 1984 года, более известного как IBM AT. Интерфейс контроллера IBM AT стал де-факто промышленным интерфейсом для включения жестких дисков. «AT» была аббревиатурой IBM для «передовых технологий». Таким образом, многие компании и организации указывают, что SATA является аббревиатурой от «Serial Advanced Technology Attachment». Однако спецификации ATA просто используют имя «AT Attachment», чтобы избежать возможных проблем с товарными знаками с IBM.
Ведущие адаптеры и устройства SATA взаимодействуют через высокоскоростной последовательный кабель по двум парам проводников. Напротив, параллельный ATA ( пересмотр для устаревших спецификаций ATA) использует 16-битную шину данных с множеством дополнительных сигналов поддержки и управления, все работают на гораздо более низкой частоте. Чтобы обеспечить обратную совместимость с устаревшим программным обеспечением и приложениями ATA, SATA использует те же базовые команды ATA и ATAPI, что и устаревшие устройства ATA.
SATA заменила параллельный ATA на потребительские настольные и портативные компьютеры. Доля рынка SATA на рынке настольных ПК в 2008 году составила 99%. PATA в основном заменена SATA для любого использования с PATA в снижении использования в промышленных и встроенных приложениях, которые используют хранилище CompactFlash (CF), которое было разработано на основе устаревшего стандарта PATA.
Спецификации совместимости с промышленностью Serial ATA взяты из международной организации Serial ATA (SATA-IO). Группа SATA-IO совместно создает, проверяет, ратифицирует и публикует спецификации совместимости, тестовые примеры и plugfests . Как и во многих других стандартах совместимости с промышленностью, право собственности на SATA передается другим отраслевым органам: в основном подкомитет INCITS T13 ATA, подкомитет INCITS T10 ( SCSI ), подгруппа T10, отвечающая за Serial Attached SCSI (SAS). Остальная часть этой статьи стремится использовать терминологию и спецификации SATA-IO.
Горячее подключение
Для Serial ATA Spec требуется горячее подключение устройства SATA; то есть устройства, которые соответствуют спецификации, способны вставлять / удалять устройство в / из разъема объединительной платы (объединенного сигнала и мощности), который имеет питание. После вставки устройство инициализируется и затем работает нормально. В зависимости от операционной системы хост может также инициализировать, что приводит к горячей замене . Питание хоста или устройства не обязательно находится в состоянии покоя.
В отличие от PATA, SATA и eSATA поддерживают hotplugging по дизайну. Однако эта функция требует надлежащей поддержки на уровне хоста, устройства (привода) и операционной системы. В общем, все устройства (диски) SATA поддерживают горячее соединение (из-за требований со стороны устройства), и большинство адаптеров SATA поддерживают эту функцию.
Расширенный интерфейс хост-контроллера
Интерфейс расширенного хост-контроллера (AHCI) — это открытый интерфейс контроллера хоста, опубликованный и используемый Intel, который стал стандартом де-факто . Он позволяет использовать расширенные функции SATA, такие как hotplug и собственный командный режим (NCQ). Если AHCI не включен материнской платой и чипсетом, контроллеры SATA обычно работают в режиме эмуляции IDE, что не позволяет получить доступ к функциям устройства, которые не поддерживаются стандартом ATA (также называемым IDE).
Драйверы устройств Windows, помеченные как SATA, часто работают в режиме эмуляции IDE, если они явно не заявляют, что они являются режимом AHCI, в режиме RAID или режимом, предоставляемым проприетарным драйвером и набором команд, который разрешил доступ к расширенным функциям SATA до того, как AHCI стал популярный. Современные версии Microsoft Windows , Mac OS X , FreeBSD , Linux с версией 2.6.19 и далее, а также Solaris и OpenSolaris включают поддержку AHCI, но более старых операционных систем, таких как Windows XP , нет. Даже в этих случаях может быть создан проприетарный драйвер для определенного набора микросхем, такого как Intel.
Изменения SATA часто обозначаются тире, за которыми следуют римские цифры, например «SATA-III», [11], чтобы избежать путаницы со скоростью, которая всегда отображается арабскими цифрами , например «SATA 6 Гбит / с».
Версия SATA 1.0 (1.5 Гбит / с, 150 МБ / с, Serial ATA-150)
Версия 1.0a была выпущена 7 января 2003 г. Интерфейсы SATA первого поколения, теперь известные как SATA 1,5 Гбит / с, обмениваются данными со скоростью 1,5 Гбит / с, и не поддерживают Native Command Queuing ( NCQ). Принимая во внимание накладные расходы на кодирование 8b / 10b , у них есть фактическая некодированная скорость передачи 1,2 Гбит / с (150 МБ / с). Теоретическая пропускная способность SATA 1,5 Гбит / с аналогична пропускной способности PATA / 133, но более новые устройства SATA предлагают такие усовершенствования, как NCQ, которые повышают производительность в многозадачной среде.
В начальный период после завершения SATA 1,5 Гбит / с адаптеры и производители дисков использовали «мостовой чип» для преобразования существующих конструкций PATA для использования с интерфейсом SATA. Мостовые накопители имеют разъем SATA, могут включать в себя один или оба типа разъемов питания и, в общем, идентичны для их родных SATA-эквивалентов. Однако большинству мостовых накопителей не хватает поддержки некоторых специфичных для SATA функций, таких как NCQ. Родные SATA-продукты быстро овладели мостовыми продуктами с внедрением второго поколения дисков SATA.
По состоянию на апрель 2010 года , самые быстрые жесткие диски SATA со скоростью 10 000 об / мин могли передавать данные с максимальными (не средними) скоростями до 157 МБ / с [13], что выходит за рамки возможностей более старой спецификации PATA / 133 и также превосходит возможности SATA 1,5 Гбит / с.
Версия SATA 2.0 (3 Гбит / с, 300 Мбайт / с, Serial ATA-300)
Версия SATA 2.0 была выпущена в апреле 2004 года, представляя Native Command Queuing (NCQ). Он обратно совместим с SATA 1,5 Гбит / с.
Интерфейсы SATA второго поколения работают с собственной скоростью передачи данных 3,0 Гбит / с, которая при учете схемы кодирования 8b / 10b равна максимальной скорости кодирования 2,4 Гбит / с (300 МБ / с). Теоретическая пропускная способность SATA версии 2.0, которая также известна как SATA 3 Гбит / с, удваивает пропускную способность версии 1.0 SATA.
Все кабели данных SATA, отвечающие спецификациям SATA, рассчитаны на скорость 3,0 Гбит / с и обрабатывают современные механические приводы, не теряя при этом устойчивой и взрывной передачи данных. Однако высокопроизводительные флэш-накопители могут превышать скорость передачи данных SATA 3 Гбит / с; это связано с стандартом совместимости SATA 6 Гбит / с.
Версия SATA 2.5
Объявленный в августе 2005 года, версия 2.5 SATA сводила спецификацию к одному документу.
Версия SATA 2.6
Объявленный в феврале 2007 года, версия 2.6 SATA представила следующие функции:
— Slimline
Версия SATA 3.0 (6 Гбит / с, 600 МБ / с, Serial ATA-600)
Международная организация Serial ATA (SATA-IO) представила проект спецификации физического уровня SATA 6 Гбит / с в июле 2008 года [18] и ратифицировала его спецификацию физического уровня 18 августа 2008 года. Полный стандарт 3.0 был выпущен на 27 мая 2009 года.
Интерфейсы SATA третьего поколения работают с собственной скоростью передачи данных 6 Гбит / с; с учетом кодирования 8b / 10b максимальная скорость без кодирования составляет 4,8 Гбит / с (600 МБ / с). Теоретическая пропускная способность SATA 6.0 Гбит / с вдвое выше, чем в версии 2.0 SATA. Он обратно совместим с SATA 3 Гбит / с.
Спецификация SATA 3.0 содержит следующие изменения:
— 6 Гбит / с для масштабируемой производительности.
Продолжающаяся совместимость с SAS, включая SAS 6 Гбит / с, в соответствии с «доменом SAS» может поддерживать привязку к и немодифицированным устройствам SATA, подключенным непосредственно в домен SAS, с использованием протокола туннелирования Serial ATA (STP) »от SATA Revision 3.0 Gold Спецификация.
Операция потоковой передачи с использованием Isochronous Native Command Queuing (NCQ) для обеспечения изохронного качества передачи данных обслуживания для потоковой передачи приложений цифрового контента.
Функция управления NCQ, которая помогает оптимизировать производительность, позволяя обрабатывать хосты и управлять выдающимися командами NCQ.
Улучшены возможности управления питанием.
Маленький разъем с низкой вставкой (LIF) для более компактных 1,8-дюймовых устройств хранения.
Профиль оптического дисковода 7 мм для тонкого соединителя SATA (в дополнение к существующим профилям 12,7 мм и 9,5 мм).
Выравнивание с помощью стандарта INCITS ATA8-ACS.
В целом, усовершенствования направлены на повышение качества обслуживания для потоковой передачи видео и высокоприоритетных прерываний. Кроме того, стандарт продолжает поддерживать расстояния до одного метра. Для более высоких скоростей может потребоваться более высокая потребляемая мощность для поддержки чипов, хотя улучшенные технологические процессы и методы управления питанием могут смягчить это. Более поздняя спецификация может использовать существующие кабели и разъемы SATA, хотя в 2008 году сообщалось, что некоторые OEM-производители ожидали обновления хост-коннекторов для более высоких скоростей.
Версия SATA 3.1
— Выпущенный в июле 2011 года, версия 3.1 SATA ввел или изменил следующие функции:
— mSATA, SATA для твердотельных накопителей в мобильных вычислительных устройствах, разъем PCI Express Mini Card, который является электрически SATA.
— Оптический дисковод с нулевой мощностью, бездействующий оптический привод SATA не питает.
— Queued TRIM Command, улучшает производительность твердотельных накопителей.
— Требуемое управление мощностью линии связи снижает общую потребность в мощности системы для нескольких устройств SATA.
— Функции управления аппаратным обеспечением позволяют идентифицировать возможности устройства.
— Универсальный накопительный модуль (USM) — новый стандарт для бескабельного платного (слотового) питания для устройств бытовой электроники.
Версия SATA 3.2 (16 Гбит / с, 1969 МБ / с)
Выпущенный в августе 2013 года, версия 3.2 SATA представила следующие функции:
— Спецификация SATA Express определяет интерфейс, который объединяет шины SATA и PCI Express, позволяя сосуществовать с устаревшими устройствами хранения данных SATA и PCI Express; см. раздел SATA Express ниже для более подробного резюме.
— Стандарт SATA M.2 представляет собой реализацию небольшого форм-фактора интерфейса SATA Express с добавлением внутреннего порта USB 3.0 ; см. ниже раздел M.2 (NGFF) для более подробного резюме.
— microSSD представляет электрический интерфейс шаровой решетки для миниатюрного встроенного SATA-накопителя.
— USM Slim уменьшает толщину универсального модуля хранения (USM) с 14,5 мм (0,57 дюйма) до 9 мм (0,35 дюйма).
DevSleep обеспечивает более низкое энергопотребление для постоянно работающих устройств, в то время как они находятся в режимах с низким энергопотреблением, таких как InstantGo (который раньше назывался подключенным режимом ожидания).
Гибридная информация обеспечивает более высокую производительность для твердотельных гибридных приводо.
Версия SATA 3.3
Выпущенный в феврале 2016 года вариант 3.3 SATA представил следующие возможности:
Поддерживаемая поддержка магнитной записи (SMR), обеспечивающая 25-процентное увеличение емкости жесткого диска путем перекрытия дорожек на носителе.
— Функция отключения питания позволяет осуществлять дистанционное управление питанием дисков SATA и функцию поддержки перестройки, которая ускоряет процесс перестройки, чтобы облегчить обслуживание в центре обработки данных.
— Спецификация акцентирования передатчика повышает интероперабельность и надежность между хостом и устройствами в электрически сложных средах.
— Индикатор активности и ступенчатое вращение можно контролировать одним и тем же выводом, добавляя гибкость и предоставляя пользователям больше возможностей выбора.
Новая функция отключения питания (аналогичная функции отключения питания SAS) использует контакт 3 разъема питания SATA. Некоторые устаревшие источники питания, которые обеспечивают питание 3,3 В на контакте 3, заставят диски с функцией отключения питания застрять в условиях жесткого сброса, не позволяя им вращаться. Обычно проблему можно устранить, используя простой адаптер питания « Molex to SATA» для питания этих дисков.
Разъемы и кабели представляют наиболее заметные различия между SATA и параллельными приводами ATA. В отличие от PATA, те же разъемы используются на 3,5-дюймовых (89 мм) жестких дисках SATA (для настольных и серверных компьютеров) и 2,5-дюймовых (64-мм) дисков (для портативных или небольших компьютеров).
Стандартные разъемы SATA для данных и мощности имеют шаг проводника 1,27 мм (0,050 дюйма). Для сопряжения разъема SATA требуется низкое усилие вставки. Меньший разъем mini-SATA или mSATA используется меньшими устройствами, такими как 1,8-дюймовые SATA-диски, некоторые диски DVD и Blu-ray и мини-SSD
Для внешних устройств задан специальный разъем eSATA и опционально предусмотренное положение для зажимов для надежной фиксации внутренних разъемов. Приводы SATA могут быть подключены к контроллерам SAS и обмениваться данными на одном физическом кабеле как с родными SAS-дисками, но контроллеры SATA не могут обрабатывать диски SAS.
Коннектор данных
Стандартный разъем, сегмент данных
| 1 | 1st | Ground | |
| 2 | 2nd | A+ (transmit) | |
| 3 | 2nd | A− (transmit) | |
| 4 | 1st | Ground | |
| 5 | 2nd | B− (receive) | |
| 6 | 2nd | B+ (receive) | |
| 7 | 1st | Ground | |
| — | Coding notch | ||
Стандарт SATA определяет кабель передачи данных с семью проводниками (три основания и четыре строки активных данных в двух парах) и 8-миллиметровые вафельные разъемы на каждом конце. Кабели SATA могут иметь длину до 1 метра (3,3 фута) и подключать один разъем материнской платы к одному жесткому диску. Штырьки PATA, в сравнении, соединяют одну розетку материнской платы с одним или двумя жесткими дисками, несут либо 40 или 80 проводов, и ограничиваются длиной 45 см (18 дюймов) по спецификации PATA, однако кабели длиной до 90 см (35 дюймов) легко доступны. Таким образом, разъемы SATA и кабели легче встраиваются в закрытые пространства и уменьшают препятствия для воздушного охлаждения. Хотя они более подвержены случайному отсоединению и поломке, чем PATA, пользователи могут приобретать кабели с функцией блокировки, в результате чего небольшая (обычно металлическая) пружина удерживает вилку в розетке.
Разъемы SATA могут быть прямыми, прямоугольными или левыми. Угловые соединители обеспечивают более низкие соединения. Прямоугольные (также называемые 90-градусные) разъемы приводят кабель сразу же от привода со стороны платы. Левые угловые (также называемые 270-градусные) разъемы приводят кабель через привод к его верхней части.
Одна из проблем, связанных с передачей данных с высокой скоростью по электрическим соединениям, описывается как шум, связанный с электрическим соединением между цепями данных и другими цепями. В результате цепи данных могут влиять на другие цепи и подвергать их воздействию. Дизайнеры используют ряд методов для снижения нежелательных эффектов такой непреднамеренной связи. Одним из таких методов, используемых в каналах SATA, является дифференциальная сигнализация. Это расширение по сравнению с PATA, которое использует однонаправленную сигнализацию. Использование полностью экранированных двухточечных проводников с несколькими заземляющими соединениями для каждой дифференциальной пары улучшает изоляцию между каналами и уменьшает вероятность потери данных в сложных электрических средах.
| — | Coding notch | ||
| 1 | 3rd | 3.3 V Power | |
| 2 | 3rd | ||
| 3 | 2nd | Enter/exit Power Disable (PWDIS) mode (3.3 V Power, Pre-charge prior to SATA 3.3) |
|
| 4 | 1st | Ground | |
| 5 | 2nd | ||
| 6 | 2nd | ||
| 7 | 2nd | 5 V Power, Pre-charge | |
| 8 | 3rd | 5 V Power | |
| 9 | 3rd | ||
| 10 | 2nd | Ground | |
| 11 | 3rd | Staggered spinup / activity | |
| 12 | 1st | Ground | |
| 13 | 2nd | 12 V Power, Pre-charge | |
| 14 | 3rd | 12 V Power | |
| 15 | 3rd | ||
SATA указывает другой разъем питания, чем четырехконтактный разъем Molex, используемый на устройствах Parallel ATA (PATA) (и более ранних небольших устройствах хранения, возвращающихся на жесткие диски ST-506 и даже на дисководы гибких дисков, которые предшествовали IBM PC). Это разъем типа пластины, как и SATA-разъем данных, но гораздо шире (пятнадцать контактов против семи), чтобы избежать путаницы между ними. Некоторые ранние диски SATA включали четырехконтактный разъем питания Molex вместе с новым пятнадцатиконтактным разъемом, но большинство дисков SATA теперь имеют только последние.
Новый разъем питания SATA содержит гораздо больше контактов по нескольким причинам:
— 3,3 В поставляется вместе с традиционными источниками 5 В и 12 В. Тем не менее, очень немногие диски фактически используют его, поэтому они могут питаться от четырехконтактного разъема Molex с адаптером.
— Контакт 3 в версии 3.3 SATA был переопределен как PWDIS и используется для входа и выхода из режима POWER DISABLE для совместимости с спецификацией SAS. Если контакт 3 включен HIGH (макс. 2,1-3,6 В), питание схемы привода отключено. Приводы с этой функцией не включаются в системы, предназначенные для пересмотра версии 3.1 или ранее. Это связано с тем, что Pin 3, управляемый HIGH, предотвращает включение электропривода.
— Чтобы уменьшить импеданс и увеличить текущую мощность, каждое напряжение подается на три контакта параллельно, хотя один контакт в каждой группе предназначен для предварительной зарядки (см. Ниже). Каждый штырь должен выдерживать 1,5 А.
— Пять параллельных штырей обеспечивают низкоомное заземление.
— Два штыря заземления и один штырь для каждого подзаряжаемого питания поддерживают подзарядку горячей замены. Штыри заземления 4 и 12 в кабеле с горячей заменой являются самыми длинными, поэтому они вступают в контакт при соединении разъемов. Штыри разъемов питания 3, 7 и 13 разъема больше, чем другие, поэтому они вступают в контакт. Привод использует их для зарядки своих внутренних байпасных конденсаторов через ограничивающие ток сопротивления. Наконец, остальные контакты питания контактируют, обходя резисторы и обеспечивая источник с низким полным сопротивлением каждого напряжения. Этот двухступенчатый процесс сопряжения позволяет избежать сбоев других нагрузок и возможной дуги или размывания контактов разъема питания SATA.
Контакт 11 может функционировать для ступенчатого раскрутки , индикации активности, обоих или ничего. Это сигнал с открытым коллектором , который может быть отсоединен разъемом или приводом. Если он отсоединен от разъема (как на большинстве разъемов питания SATA с кабельным интерфейсом), привод вращается сразу же после подачи питания. Если вы останетесь плавающим, диск ждет, пока он не будет произнесен. Это предотвращает одновременное вращение многих дисков, что может вызвать слишком большую мощность. Штырь также вытягивается на привод, чтобы указать активность привода. Это можно использовать для предоставления обратной связи пользователю через светодиод .
Разъем Slimline
Slimline коннектор, силовой сегмент
SATA 2.6 является первой версией, которая определила тонкий разъем, предназначенный для небольших форм-факторов, таких как оптические приводы ноутбуков. Контакт 1 разъема питания тонкой линии, обозначающий присутствие устройства, короче других, чтобы обеспечить горячую замену. Разъем для подключения тонкой линии идентичен и совместим со стандартной версией, а разъем питания уменьшен до шести контактов, поэтому он обеспечивает только +5 В, а не +12 В или +3,3 В.
Существуют недорогие адаптеры для преобразования со стандартного SATA в slimline SATA.
Разъем Slimline
Slimline коннектор, силовой сегмент
| — | Coding notch | ||
| 1 | 3rd | Device presence | |
| 2 | 2nd | 5 V Power | |
| 3 | 2nd | ||
| 4 | 2nd | Manufacturing diagnostic | |
| 5 | 1st | Ground | |
| 6 | 1st | ||
Микроразъем SATA (иногда называемый uSATA или μSATA [46] ) создан с SATA 2.6 и предназначен для жестких дисков размером 1,8 дюйма (46 мм). Существует также микроразъем данных, похожий по внешнему виду, но немного тоньше, чем стандартный соединитель данных.
eSATA
Существует множество технологий сенсорного экрана с различными методами сенсорного прикосновения.
Стандартизованный в 2004 году eSATA ( e для внешнего) предоставляет вариант SATA, предназначенный для внешней связи. Он использует более прочный разъем, удлиненные экранированные кабели и более строгие (но обратно совместимые) электрические стандарты. Протокол и логическая сигнализация (уровни связи / транспорта и выше) идентичны внутреннему SATA. Различия заключаются в следующем:
— Разъем eSATA механически отличается от внешнего использования неэкранированных внутренних кабелей. Разъем eSATA отбрасывает «L» -образный ключ и изменяет положение и размер направляющих.
— Глубина ввода eSATA глубже: 6,6 мм вместо 5 мм. Позиции контактов также изменены.
— Кабель eSATA имеет дополнительный экран для снижения EMI до требований FCC и CE. Внутренние кабели не требуют дополнительного экрана для удовлетворения требований EMI, поскольку они находятся в защитном корпусе.
— В разъеме eSATA используются металлические пружины для контакта экрана и механического удержания.
Разъем eSATA имеет расчетный срок службы 5000 спариваний, обычный разъем SATA задается только для 50.
ESATA, ориентированная на потребительский рынок, выходит на внешний рынок хранения, который также поддерживается интерфейсами USB и FireWire. Интерфейс SATA имеет определенные преимущества. Большинство внешних жестких дисков с интерфейсами FireWire или USB используют либо PATA, либо SATA-диски и «мосты» для перевода между интерфейсами дисков и внешними портами корпусов. Этот мостик несет некоторую неэффективность. Некоторые отдельные диски могут передавать 157 МБ / с во время реального использования, [13] примерно в четыре раза превышают максимальную скорость передачи данных USB 2.0 или FireWire 400 (IEEE 1394a) и почти в два раза быстрее, чем максимальная скорость передачи данных FireWire 800. S3200 FireWire Спецификация 1394b достигает около 400 МБ / с (3,2 Гбит / с), а USB 3.0 имеет номинальную скорость 5 Гбит / с. Некоторые низкоуровневые функции привода, такие как SMART , могут не работать через некоторые мосты USB или FireWire или USB + FireWire. eSATA не страдает от этих проблем, при условии, что производитель контроллера (и его драйверы) представляет eSATA-диски в качестве устройств ATA, а не как устройства SCSI , как это было обычно с драйверами Silicon Image , JMicron и NVIDIA nForce для Windows Vista. В этих случаях диски SATA не имеют доступных низкоуровневых функций.
Версия SATA 6G eSATA работает со скоростью 6,0 Гбит / с (термин «SATA III» исключается организацией SATA-IO для предотвращения путаницы с SATA II 3,0 Гбит / с, который в разговоре был назван «SATA 3G» [бит / s] или «SATA 300» [МБ / с], так как SATA I и 1.5 Гбит / с SATA II с 1,5 Гбит / с назывались как «SATA 1.5G» [бит / с] или «SATA 150» [МБ / с]). Поэтому соединения eSATA работают с незначительными различиями между ними. Как только интерфейс может передавать данные так быстро, как диск может их обрабатывать, увеличение скорости интерфейса не улучшает передачу данных.
Однако есть некоторые недостатки в интерфейсе eSATA:
— Устройства, созданные до того, как интерфейс eSATA стал популярным, не имеют внешних разъемов SATA.
— Для небольших форм-факторных устройств (например, внешних дисков с диагональю 2,5 дюйма (64 мм)) ПК-хостинг USB или FireWire обычно может обеспечить достаточную мощность для работы устройства. Однако разъемы eSATA не могут подавать питание и требуют питания для внешнего устройства. Связанный eSATAp (но механически несовместимый, иногда называемый eSATA / USB ) разъем добавляет питание к внешнему SATA-соединению, так что дополнительный источник питания не нужен.
По состоянию на середину 2017 года несколько новых компьютеров имели выделенные внешние разъемы SATA (eSATA), с доминирующим USB3 и USB3 Type C, часто с альтернативным режимом Thunderbolt, начиная с замены более ранних USB-разъемов. Еще иногда присутствуют отдельные порты, поддерживающие как USB3, так и eSATA.
Настольные компьютеры без встроенного интерфейса eSATA могут установить адаптер хост-шины eSATA (HBA). Если материнская плата поддерживает SATA, можно добавить внешний разъем eSATA. Ноутбуки с теперь редким Cardbus или ExpressCard могут добавить eSATA HBA. Благодаря пассивным адаптерам максимальная длина кабеля снижается до 1 метра (3,3 фута) из-за отсутствия соответствующих уровней сигнала eSATA.
eSATAp
eSATAp означает питание eSATA. Он также известен как Power over eSATA, Power eSATA, eSATA / USB Combo или eSATA USB Hybrid Port (EUHP). Порт eSATAp объединяет четыре штырька порта USB 2.0 (или более раннего), семь контактов разъема eSATA и, возможно, два штыря питания 12 В. Как SATA-трафик, так и мощность устройства объединены в один кабель, как в случае с USB, но не eSATA. Питание 5 В обеспечивается через два USB-контакта, в то время как питание 12 В может быть дополнительно предусмотрено. Обычно компьютеры с рабочим столом, но не ноутбуки обеспечивают питание 12 В, поэтому устройства питания, требующие этого напряжения, обычно 3,5-дюймовые диски и CD / DVD-приводы, помимо 5-вольтовых устройств, таких как 2,5-дюймовые диски.
Оба устройства USB и eSATA могут использоваться с портом eSATAp при подключении через кабель USB или eSATA соответственно. Устройство eSATA не может питаться через кабель eSATAp, но специальный кабель может обеспечить доступ к SATA или eSATA и разъемам питания через порт eSATAp.
Разъем eSATAp может быть встроен в компьютер с внутренними SATA и USB, путем установки кронштейна с разъемами для внутренних разъемов SATA, USB и питания и внешнего порта eSATAp. Хотя разъемы eSATAp были встроены в несколько устройств, производители не ссылаются на официальный стандарт.
Предстандартные реализации
— До окончательной спецификации eSATA 3 Гбит / с ряд продуктов был разработан для внешнего подключения дисков SATA. Некоторые из них используют внутренний разъем SATA или даже разъемы, предназначенные для других спецификаций интерфейса, таких как FireWire . Эти продукты не соответствуют требованиям eSATA. Конечная спецификация eSATA имеет специальный разъем, предназначенный для грубой обработки, аналогичный обычному разъему SATA, но с усилением как на стороне мужчины, так и на женской стороне, вдохновленной разъемом USB. eSATA сопротивляется непреднамеренному отключению и может выдерживать рывок или зависание, что может сломать мужской разъем SATA (жесткий диск или хост-адаптер, обычно устанавливаемый внутри компьютера). С разъемом eSATA требуется значительно больше силы, чтобы повредить разъем, и, если он сломается, вероятно, это будет женская сторона на самом кабеле, который относительно легко заменить.
Перед окончательной спецификацией eSATA 6 Гбит / с многие дополнительные платы и некоторые материнские платы рекламировали поддержку eSATA 6 Гбит / с, поскольку у них были контроллеры SATA 3.0 с пропускной способностью 6 Гбит / с для решений только для внутреннего использования. Эти реализации являются нестандартными, а требования eSATA 6 Гбит / с были утверждены в спецификации SATA 3.1 от 18 июля 2011 года. [53] Some products might not be fully eSATA 6 Gbit/s compliant. Некоторые продукты могут быть не полностью совместимы с eSATA 6 Гбит / с.
Mini-SATA (mSATA)
Mini-SATA (сокращенно mSATA), которая отличается от микроконнектора, была анонсирована Международной организацией Serial ATA 21 сентября 2009 года. Приложения включают нетбуки , ноутбуки и другие устройства, в небольшом пространстве.
Разъем аналогичен по внешнему виду интерфейсу PCI Express Mini Card, но не является электрически совместимым. для сигналов данных (TX ± / RX ± SATA, PETn0 PETp0 PERn0 PERp0 PCI Express) требуется подключение к хост-контроллеру SATA вместо хост-контроллера PCI Express.
| 1 | Ground | 6 | Unused | 11 | Ground | 16 | +5 V |
| 2 | Ground | 7 | +5 V | 12 | B+ (transmit) | 17 | Ground |
| 3 | Ground | 8 | Unused | 13 | B− (transmit) | 18 | A− (receive) |
| 4 | Ground | 9 | Unused | 14 | Ground | 19 | A+ (receive) |
| 5 | LED | 10 | Ground | 15 | +5 V | 20 | Ground |
Тонкие 2,5-дюймовые SATA-устройства высотой 5 мм (0,20 дюйма) используют 24-контактный разъем SFF-8784 для экономии места. Объединив сигналы данных и линии питания в тонкий разъем, который эффективно обеспечивает прямое подключение к печатной плате устройства (PCB) без дополнительных пространственных разъемов, SFF-8784 позволяет дальнейшее уплотнение внутренней компоновки для портативных устройств, таких как ультрабуки.
Штыри от 1 до 10 находятся на нижней стороне разъема, в то время как контакты с 11 по 20 находятся на верхней стороне.
SATA Express
SATA Express , первоначально стандартизованный в спецификации SATA 3.2, — это интерфейс, который поддерживает устройства хранения данных SATA или PCI Express . Коннектор хоста обратно совместим со стандартным 3,5-дюймовым SATA-разъемом данных, позволяющим подключаться до двух устаревших устройств SATA. В то же время соединитель хоста обеспечивает до двух линий PCI Express 3.0 в виде чистого соединения PCI Express с устройством хранения, что позволяет использовать полосы пропускания до 2 ГБ / с.
Вместо обычного обычного подхода к удвоению нативной скорости интерфейса SATA PCI Express был выбран для достижения скорости передачи данных более 6 Гбит / с. Был сделан вывод о том, что удвоение собственной скорости SATA потребует слишком много времени, слишком много изменений потребуется для стандарта SATA и приведет к значительному потреблению энергии по сравнению с существующей шиной PCI Express.
Помимо поддержки устаревшего расширенного интерфейса хост-контроллера (AHCI), SATA Express также позволяет использовать NVM Express (NVMe) в качестве интерфейса логического устройства для подключенных устройств хранения данных PCI Express.
M.2 (NGFF)
M.2 , ранее известный как Форм-фактор следующего поколения (NGFF), является спецификацией для карт расширения компьютера и соответствующих соединителей. Он заменяет стандарт mSATA, который использует физическую схему PCI Express Mini Card. Имея меньшую и более гибкую физическую спецификацию вместе с более продвинутыми функциями, M.2 более подходит для приложений твердотельного хранения в целом, особенно при использовании в небольших устройствах, таких как ультрабуки или планшеты.
Стандарт M.2 разработан как пересмотр и усовершенствование стандарта mSATA, так что могут быть изготовлены более крупные печатные платы (печатные платы). В то время как mSATA воспользовалась существующим форм-фактором и разъемом PCI Express Mini Card, M.2 был разработан для максимального использования пространства на карте, при этом минимизируя площадь.
Поддерживаемые интерфейсы хост-контроллера и внутренние порты являются надмножеством для тех, которые определены интерфейсом SATA Express. По сути, стандарт M.2 представляет собой небольшую реализацию форм-фактора SATA Express с форм-фактором с добавлением внутреннего порта USB 3.0.
U.2 (SFF-8639)
U.2 , ранее известный как SFF-8639. Как и его предшественник, он несет электрический сигнал PCI Express, однако U.2 использует канал PCIe 3.0 × 4, обеспечивающий более высокую пропускную способность 32 Гбит / с в каждом направлении. Для обеспечения максимальной обратной совместимости разъем U.2 также поддерживает SATA и многоканальный SAS
Протокол
Спецификация SATA определяет три разных уровня протокола: физический, канал и транспорт.
Физический слой
Физический уровень определяет электрические и физические характеристики SATA (такие как размеры кабелей и паразиты, уровень напряжения драйвера и рабочий диапазон приемника), а также подсистему физического кодирования (кодирование на уровне бит, обнаружение устройства на проводе и инициализация канала).
Физическая передача использует дифференциальную сигнализацию. SATA PHY содержит пару передачи и пару приема. Когда SATA-соединение не используется (например, устройство не подключено), передатчик позволяет платам передачи плавать до уровня их общего режима. Когда SATA-соединение либо активна, либо на этапе инициализации линии, передатчик управляет передающими штырями при указанном дифференциальном напряжении (1,5 В в SATA / I).
Физическое кодирование SATA использует систему кодирования строк, известную как кодирование 8b / 10b . Эта схема обслуживает несколько функций, необходимых для поддержания дифференциальной последовательной связи. Во-первых, поток содержит необходимую информацию синхронизации, которая позволяет хосту / диску SATA извлекать синхронизацию. 8b / 10b кодированная последовательность встраивает периодические переходы края, чтобы позволить приемнику достичь битового выравнивания без использования отдельно передаваемого опорного тактового сигнала. Последовательность также поддерживает нейтральный ( DC-сбалансированный ) бит-поток, который позволяет передавать драйверы и входы приемника AC-connected . Как правило, фактическая сигнализация SATA является полудуплексной, что означает, что она может только читать или записывать данные в любой момент времени.
Кроме того, SATA использует некоторые специальные символы, определенные в 8b / 10b. В частности, уровень PHY использует символ запятой (K28.5) для поддержания выравнивания символов. Конкретная последовательность из четырех символов, примитив ALIGN, используется для согласования тактовой частоты между двумя устройствами в ссылке. Другие специальные символы сообщают информацию управления потоком, полученную и потребляемую в более высоких слоях (связь и транспорт).
Для передачи физической информации между хостом и приводом используются отдельные двухточечные линии связи с низковольтной дифференциальной сигнализацией (LVDS).
Уровень PHY отвечает за обнаружение другого SATA / устройства на кабеле и инициализацию канала. Во время процесса инициализации линии связи PHY отвечает за локальное генерирование специальных внеполосных сигналов путем переключения передатчика между электрическим бездействием и конкретными 10b-символами в определенном шаблоне, согласование взаимно поддерживаемой скорости передачи сигналов (1,5, 3,0, или 6.0 Гбит / с), и, наконец, синхронизация с потоком данных PHY-уровня на удаленном устройстве. За это время никакие данные не отправляются с уровня канала.
Как только инициализация ссылок завершена, канальный уровень берет на себя передачу данных, при этом PHY обеспечивает только преобразование 8b / 10b перед передачей бит.
Уровень ссылки
После того, как PHY-слой установил ссылку, канальный уровень отвечает за передачу и прием информационных структур кадров (FIS) по каналу SATA. FIS представляют собой пакеты, содержащие управляющую информацию или данные полезной нагрузки. Каждый пакет содержит заголовок (идентифицирующий его тип) и полезную нагрузку, содержимое которой зависит от типа. Уровень связи также управляет потоком по ссылке.
Транспортный слой
Уровень третьего в спецификации ATA — это транспортный уровень. Этот уровень несет ответственность за то, чтобы воздействовать на кадры и передавать / принимать кадры в соответствующей последовательности. Транспортный уровень обрабатывает сборку и разборку структур FIS, которая включает, например, извлечение содержимого из регистров FIS в файл задачи и информирование командного слоя. Абстрактным образом транспортный уровень отвечает за создание и кодирование структур FIS, запрошенных командным уровнем, и удаление этих структур при получении кадров.
Когда данные DMA должны быть переданы и получены с более высокого командного уровня, транспортный уровень присоединяет заголовок управления FIS к полезной нагрузке и информирует уровень канала для подготовки к передаче. Такая же процедура выполняется при получении данных, но в обратном порядке. Канальный уровень сигнализирует транспортному уровню о наличии входящих данных. После обработки данных канальным уровнем транспортный уровень проверяет заголовок FIS и удаляет его перед пересылкой данных в командный уровень.
Топология
SATA использует двухточечную архитектуру. Физическое соединение между контроллером и устройством хранения не используется совместно с другими контроллерами и устройствами хранения. SATA определяет мультипликаторы , которые позволяют одному порту контроллера SATA подключать до пятнадцати устройств хранения. Множитель выполняет функцию концентратора; контроллер и каждое запоминающее устройство подключены к концентратору. Это концептуально похоже на расширители SAS .
Современные ПК-системы имеют встроенные в материнскую плату контроллеры SATA, обычно имеющие от двух до восьми портов. Дополнительные порты могут быть установлены через дополнительные хост-адаптеры SATA (доступны в различных шинных интерфейсах: USB, PCI, PCIe).
Обратная и передовая совместимость
SATA и PATA
На уровне аппаратного интерфейса устройства SATA и PATA ( Parallel AT Attachment ) полностью несовместимы: они не могут быть связаны между собой без адаптера.
На уровне приложений устройства SATA можно указать, чтобы смотреть и действовать как устройства PATA.
Многие материнские платы предлагают опцию «Режим устаревших», что делает диски SATA для ОС похожими на диски PATA на стандартном контроллере. Этот режим устаревания облегчает установку ОС, не требуя загрузки определенного драйвера во время установки, но жертвует поддержкой некоторых (специфичных для вендора) функций SATA. Режим устаревания часто, если не всегда отключает некоторые порты PATA или SATA платы, поскольку стандартный интерфейс контроллера PATA поддерживает только четыре диска. (Часто, какие порты отключены, настраивается.)
Общее наследие набора команд ATA позволило увеличить количество недорогих PATA до чипов мостов SATA. Мостовые микросхемы широко использовались на дисках PATA (до завершения собственных накопителей SATA), а также в автономных преобразователях. При подключении к приводу PATA конвертер на стороне устройства позволяет приводу PATA работать как накопитель SATA. Преобразователи на стороне хоста позволяют подключать порт PATA материнской платы к приводу SATA.
На рынке были созданы корпуса для дисков PATA и SATA, которые взаимодействуют с ПК через USB, Firewire или eSATA с ограничениями, отмеченными выше. Существуют PCI- карты с разъемом SATA, которые позволяют подключать диски SATA к устаревшим системам без разъемов SATA.
SATA 1,5 Гбит / с и SATA 3 Гбит / с
Дизайнеры стандарта SATA — это общая цель, направленная на обратную и прямую совместимость с будущими версиями стандарта SATA. Чтобы предотвратить проблемы совместимости, которые могут возникнуть при установке на SATA-накопители следующего поколения на материнских платах со стандартными традиционными контроллерами SATA с пропускной способностью 1,5 Гбит / с, многие производители упростили переход этих новых дисков в режим предыдущего стандарта. Примеры таких положений включают:
Seagate / Maxtor добавила доступный пользователю перемычку-переключатель, известный как «сила 150», чтобы включить переключатель привода между принудительной операцией 1,5 Гбит / с и 1,5 / 3 Гбит / с.
Western Digital использует настройку перемычки, называемую OPT1, для обеспечения скорости передачи данных 1,5 Гбит / с (OPT1 активируется путем установки перемычки на контакты 5 и 6).
Приводы Samsung могут быть вынуждены использовать режим 1,5 Гбит / с, используя программное обеспечение, которое можно загрузить с веб-сайта производителя. Конфигурирование некоторых дисков Samsung таким образом требует временного использования контроллера SATA-2 (SATA 3.0 Гбит / с) при программировании привода.
Переключатель «сила 150» (или эквивалент) также полезен для подключения жестких дисков SATA 3 Гбит / с к контроллерам SATA на PCI-картах, поскольку многие из этих контроллеров (например, чипы Silicon Image ) работают со скоростью 3 Гбит / с, даже хотя шина PCI не может достигать скорости 1,5 Гбит / с. Это может привести к повреждению данных в операционных системах, которые специально не проверяют это условие и не ограничивают скорость передачи данных на диске.
SATA 3 Гбит / с и SATA 6 Гбит / с
SATA 3 Гбит / с и SATA 6 Гбит / с совместимы друг с другом. Большинство устройств, которые только SATA 3 Гбит / с могут подключаться к устройствам SATA 6 Гбит / с, и наоборот, хотя устройства SATA 3 Гбит / с подключаются только к устройствам SATA 6 Гбит / с со скоростью более 3 Гбит / с.
SATA 1,5 Гбит / с и SATA 6 Гбит / с
SATA 1,5 Гбит / с и SATA 6 Гбит / с совместимы друг с другом. Большинство устройств, которые только SATA 1,5 Гбит / с могут подключаться к устройствам с SATA 6 Гбит / с, и наоборот, хотя SATA 1,5 Гбит / с устройства подключаются только к устройствам SATA 6 Гбит / с со скоростью менее 1,5 Гбит / с
Сравнение с другими интерфейсами
SATA и SCSI
Параллельная SCSI использует более сложную шину, чем SATA, что обычно приводит к более высоким затратам на производство. Шины SCSI также позволяют подключать несколько дисков на одном общем канале, тогда как SATA позволяет использовать один диск на канал, за исключением использования множителя портов. Serial Attached SCSI использует те же физические межсоединения, что и SATA, и большинство SAS-адаптеров поддерживают также SATA-устройства 3 и 6 Гбит / с (для HBA требуется поддержка протокола Serial ATA Tunneling Protocol ).
SATA 3 Гбит / с теоретически предлагает максимальную пропускную способность 300 Мбайт / с на каждое устройство, которое лишь немного ниже номинальной скорости для SCSI Ultra 320 с максимальной суммой 320 МБ / с для всех устройств на шине. Накопители SCSI обеспечивают большую пропускную способность, чем несколько дисков SATA, подключенных через простой (то есть командный) множитель портов из-за разрыва соединения и агрегации производительности. Как правило, устройства SATA совместимы с корпусами и адаптерами SAS, тогда как устройства SCSI не могут напрямую подключаться к шине SATA.
SCSI, SAS и волоконно-канальные (FC) диски стоят дороже, чем SATA, поэтому они используются на серверах и дисковых массивах, где более высокая производительность оправдывает дополнительные затраты. Недорогие диски ATA и SATA развивались на рынке домашних компьютеров , поэтому существует мнение, что они менее надежны. По мере того, как эти два мира перекрывались, предмет надежности стал несколько противоречивым . Обратите внимание, что, как правило, частота отказов диска зависит от качества его головок, пластин и поддерживающих производственных процессов, а не от его интерфейса.
Использование серийного ATA на бизнес-рынке увеличилось с 22% в 2006 году до 28% в 2008 году.
Сравнение с другими шинами
SCSI-3 устройства с разъемами SCA-2 предназначены для горячей замены. Многие серверные и RAID-системы обеспечивают аппаратную поддержку прозрачной горячей замены. Разработчики стандарта SCSI перед разъемами SCA-2 не нацелились на «горячую» замену, но на практике большинство реализаций RAID поддерживают «горячую» замену жестких дисков.
| eSATA | 6 Gbit/s | 600 MB/s |
|
No | 1 (15 with a port multiplier) |
| eSATAp | 6 Gbit/s | 600 MB/s | 5 V, and, optionally, 12 V[71] | ||
| SATA revision 3.2 | 16 Gbit/s | 1.97 GB/s[e] | 1 m | No | |
| SATA revision 3.0 | 6 Gbit/s | 600 MB/s[72] | |||
| SATA revision 2.0 | 3 Gbit/s | 300 MB/s | |||
| SATA revision 1.0 | 1.5 Gbit/s | 150 MB/s[73] | 1 | ||
| PATA (IDE) 133 | 1.064 Gbit/s | 133.3 MB/s[f] | 0.46 m (18 in) | 5 V (only 2.5-inch drive 44-pin connector) | 2 |
| SAS-3 | 12 Gbit/s | 1.2 GB/s | 10 m | Backplane connectors only | 1 (> 65k with expanders) |
| SAS-2 | 6 Gbit/s | 600 MB/s | |||
| SAS-1 | 3 Gbit/s | 300 MB/s | |||
| IEEE 1394 (FireWire) 3200 | 3.144 Gbit/s | 393 MB/s | 100 m (more with special cables) | 15 W, 12–25 V | 63 (with a hub) |
| IEEE 1394 (FireWire) 800 | 786 Mbit/s | 98.25 MB/s | 100 m[74] | ||
| IEEE 1394 (FireWire) 400 | 393 Mbit/s | 49.13 MB/s | 4.5 m[74][75] | ||
| USB 3.1 (Generation 2) | 10 Gbit/s | 1.21 GB/s[g] | 3 m[76] | 100 W, 5, 12 or 20 V[77] | 127 (with a hub)[76] |
| USB 3.0[h] (USB 3.1, Generation 1) | 5 Gbit/s | 400 MB/s or more (excl. protocol overhead, flow control, and framing)[78] |
4.5 W, 5 V | ||
| USB 2.0 | 480 Mbit/s | 35 MB/s | 5 m[79] | 2.5 W, 5 V | |
| USB 1.1 | 12 Mbit/s | 1.5 MB/s | 3 m | Yes | |
| SCSI Ultra-320 | 2.56 Gbit/s | 320 MB/s | 12 m | Backplane connector only | 15 excl. host bus adapter/host |
| 10GFC Fibre Channel | 10.52 Gbit/s | 1.195 GB/s | 2 m – 50 km | No | 126 (16,777,216 with switches) |
| 4GFC Fibre Channel | 4.25 Gbit/s | 398 MB/s | 12 m | ||
| InfiniBand Quad Rate |
10 Gbit/s | 0.98 GB/s |
|
1 with point-to-point, many with switched fabric | |
| Thunderbolt | 1.22 GB/s |
|
10 W (only copper) | 7 | |
| Thunderbolt 2 | 20 Gbit/s | 2.44 GB/s | |||
| Thunderbolt 3 | 40 Gbit/s | 4.88 GB/s | 100 W (only copper) |