Serial ATA

Cabo de alimentação para drives Serial ATA.

Slot Serial ATA em uma placa-mãe.

Serial ATA, SATA ou S-ATA (acrônimo para Serial Advanced Technology Attachment) é uma tecnologia de transferência de dados em série entre um computador e dispositivos de armazenamento em massa (mass storage devices) como unidades de disco rígido e drives ópticos.

É o sucessor da tecnologia ATA (acrônimo de Advanced Technology Attachment, introduzido em 1984 pela IBM em seu computador AT. ATA, também conhecido como IDE ou Integrated Drive Electronics) que foi renomeada para PATA (Parallel ATA) para se diferenciar de SATA.

Diferentemente dos dispositivos de interface PATA, que transmitem os dados através de cabos de quarenta ou oitenta fios paralelos, o que resulta num cabo demasiadamente largo, os dispositivos de interface SATA transferem os dados em série. Os cabos Serial ATA são formados por dois pares de fios (um par para transmissão e outro par para recepção) usando transmissão diferencial, e mais três fios terra, totalizando 7 fios, o que permite usar cabos com menor diâmetro que não interferem na ventilação do gabinete.

As principais vantagens sobre a tradicional interface paralela é que o SATA, com a estratégia de transmissão serial, possui maior rapidez na transferência de dados, possibilidade de remover ou acrescentar dispositivos do tipo hot-swap e utilização de cabos mais finos que permitem o resfriamento de ar de forma mais eficiente.

Advanced Host Controller Interface

O padrão de interface dos controladores SATA é AHCI (Advanced Host Controller Interface) que permite a utilização de recursos avançados, como o SATA hot plug e NCQ (Native Command Queuing), sejam ativados quando o AHCI não está conectado no chipset da placa-mãe. Isso porque os controladores SATA, normalmente funcionam em emulação "IDE", cuja função não permite que os recursos do dispositivo sejam acessados, pois o padrão ATA/IDE não suporta. Os controladores de dispositivos de drivers do Windows são rotulados como SATA, mas funcionam normalmente na emulação do modo IDE, exceto se forem expressos como AHCI. Enquanto que os drivers incluídos com o Windows XP não suportam AHCI devido ter sido implementada por proprietários controladores de dispositivos. As versões atuais do Windows7, Windows Vista, Mac OS X e Linux [1] têm suporte nativo para AHCI.

Características

Cabo de dados serial para conexão com um disco rígido.

• O padrão Serial ATA usa o esquema de codificação conhecido como 8B/10B, também usado na Fast Ethernet.
• Hot swapping - pode ser trocado a "quente", ou seja, enquanto está ligado.
• Capacidade de reconhecer os dispositivos de imediato após serem conectados.
• Ligação de dispositivos exteriores.
• A atual especificação SATA pode apoiar as taxas de transferência de dados tão elevadas quanto 6,0 Gbit / s por aparelho.
• SATA usa apenas 4 sinais de linhas.
• Os cabos são mais compactos e mais baratos do que PATA.
• SATA suporta hot-swap e NCQ.
• Existe um conector especial (eSATA) especificado para dispositivos externos e, opcionalmente implementado como uma provisão para clips, com o objetivo de assegurar que as conexões internas fiquem firmemente no lugar.
• Os drives SATA podem ser conectados em SAS (Serial Attached SCSI) e comunicar-se ao mesmo cabo físico em discos nativos do SAS, mas os controladores SATA não podem manipular discos do SAS.

Throughput

Função dos pinos de um cabo Serial ATA, onde A e B representam os dois canais separados usados para a transmissão de dados diferencial.

A primeira geração Serial-ATA, também conhecida como SATA/150 ou mesmo SATA I, funciona em 1,5 giga-hertz. A transferência de dados é de 1,2 gigabits por segundo ou 150 megabytes por segundo, o que permite cabos mais longos do que os antigos cabos IDE ou ATA/133.

Disco rígido com entrada Serial ATA da Samsung.

Com o lançamento do chipset NVIDIA nForce4 em 2004 a taxa de clock dos Discos Rígidos SATA foi duplicada chegando a 3.0 GHz com uma transferência máxima de 300 MB/s. SATA II é geralmente compatível com SATA I, tanto de SATA II para SATA I quanto ao contrário, o que permite usar os mesmos plugs e os mesmos cabos. No entanto alguns sistemas não suportam a velocidade SATA II e a velocidade do clock deve ser limitada manualmente para 150 Mb/s por meio de um jumper. A tecnologia SATA II também é conhecida como SATA/300. Abaixo uma tabela com o resumo das características de velocidade do padrão.

Características	SATA 1.5 Gb/s	SATA 3 Gb/s	SATA 6 Gb/s
Frequência do barramento	100 MHz	100 MHz	100 MHz	-	Bits/clock	1	1	1
Codificação 8B/10B	80%	80%	80%
bits/Byte	8	8	8
Velocidade máxima teórica	1,5 Gbit/s	3 GBit/s	6 GBit/s

SATA 1,5 Gbit/s

Interfaces SATA de primeira geração, também conhecidas como SATA/150 ou não oficialmente como SATA 1, que se comunicam a uma taxa de 1,5 gigabits por segundo (Gbit/s). Tendo em conta as codificações gerais 8b10b, cuja taxa real de transferências não codificadas é de 1,2 Gbit/s, ou 1200 megabits por segundo (Mbit/s), mas com a diferença que a frequência do barramento PCI atinge velocidade 33 MHZ para transmitir IDE 133 MB/s e o Serial ATA atinge 100 MHZ para transmitir 150 MB/s. A teórica ruptura throughput de SATA/150 é semelhante ao de ATA / 133, mas os mais recentes dispositivos SATA oferecem acessórios como NCQ que melhoram o desempenho em um ambiente multitarefa. As taxas de transferência de dados são limitados por processos mecânicos de discos rígidos por eles mesmos, e não as interfaces: o mais rápido e moderno desktop hard drives transfere dados no máximo, 120 MB/s, que está bem dentro das potencialidades especificadas na mais antiga PATA/133.

Durante o período inicial após a finalização e adaptação de SATA/150 's, e fabricação do drive usando um "bridge chip" para converter designs existentes no PATA para uso com a interface SATA. Os drives tem uma conexão SATA e podem incluir ambos os tipos de power connectors, e geralmente executam identicamente aos seus equivalentes PATA. Na maioria das características específicas falta suporte de SATA, tais como NCQ. Produtos Bridge que davam gradativamente uma função a nativa SATA.

SATA 3.0 Gbit/s

Logo após a introdução de SATA/150 uma série de falhas foram observadas. No mesmo nível da aplicação SATA só poderia tratar uma transação pendente em um momento, como PATA; a interface SCSI há muito tempo aceita vários pedidos pendentes e, de prestação de serviços na ordem resposta que minimiza o tempo. Este recurso, NCQ (Native Command Queuing), foi aprovado como um recurso opcional apoiado por SATA 1,5 Gbit/s SATA e 3,0 Gbit/s dispositivos.

Os dispositivos da primeira geração SATA, na melhor das hipóteses era pouco mais rápida que os dispositivos parallel ATA/133. Com o acréscimo de 3 Gbit/s, a taxa de sinalização foi acrescentada à Physical layer (PHY layer), duplicando eficazmente o máximo lançamento de dados (throughput) de 150 MB / s para 300 MB/s. Com a taxa de transferência SATA/300 's espera-se satisfazer as exigências de lançamentos de drives (throughput) em algum tempo. Os discos rígidos mais rápidos desktop, mal preenchem um link SATA/150. Um cabo de dados SATA classificado para 1,5 Gbit/s irá assegurar a segunda geração atual de dispositivos SATA 3,0 Gbit/s, sem qualquer perda de rebentar a transferência dos dados sustentados e desempenhados.

A compatibilidade inversa entre os controladores SATA 1,5 Gbit/s e os dispositivos SATA 3,0 Gbit/s foi importante, por isso a seqüência da auto-negociação SATA/300 's é projetada para cair a velocidade SATA/150 (taxa de 1,5 Gbit/s), quando em comunicação com tais dispositivos. Na prática, alguns dos mais antigos controladores SATA não aplicam corretamente velocidade negociada de SATA. Sistemas atingidos requerem que o utilizador possa definir os periféricos de SATA 3,0 Gbit/s para o modem 1,5 Gbit/s, geralmente através do uso de um jumper. Chipsets são conhecidos por ter esta falha e inclui o VIA VT8237 e VT8237R south bridges, e os controladores autônomos de chipsets, VIA VT6420 e VT6421L SATA; SiS's 760 e 964 inicialmente exibiram também este problema, embora possa ser corrigido com uma atualização no controlador ROM SATA.

SATA II Misnomer

A especificação dos 3,0 Gbit/s foi amplamente referida como "Serial ATA II" ("SATA II" ou "SATA2"), contra a vontade da Organização Internacional do Serial ATA (SATA-IO) que define a norma. SATA II foi originalmente o nome de uma comissão que define normas atualizadas SATA, da qual o padrão 3 Gbit/s era apenas um. No entanto, uma vez que foi um das mais proeminentes características definidas pela comissão ex-SATA II, Este nome tornou-se sinônimo padrão de 3 Gbit / s, de modo que o grupo tenha mudado tais nomes, para a Organização Internacional Serial ATA, ou SATA-IO, para evitar futuras confusões.

SATA 6.0 Gbit/s

O roteiro do SATA inclui planos para o padrão de 6,0 Gbit/s. Nos PCs atuais, SATA 3,0 Gbit / s que já excede largamente as rupturas não sustentáveis (non-burst) de taxas de transferência, dos discos rígidos mais rápidos. O padrão dos 6,0 Gbit/s é útil no momento de uso de multiplicadores de porta (port multipliers), que permitem que os dispositivos múltiplos sejam ligados a uma única porta Serial ATA, partilhando assim com múltiplos drives. Drives do tipo SSD (Solid-state drives) podem também um dia fazer uso da taxa de transferência mais alta.

Cabos e conectores

A esquerda um cabo SATA, e a direita um cabo eSATA.

Os conectores e cabos são as partes mais visíveis da diferença entre SATA e o drives Parallel ATA. Ao contrário PATA, os mesmos são utilizados em conectores 3.5-in (90 mm) nos discos rígidos SATA, para computadores desktop e servidor e 2.5-in (70 mm), discos para computadores portáteis ou pequenos, o que permitem 2,5 drives para serem usados em computadores desktop sem a necessidade de cabos adaptadores (montando um adaptador que ainda seja necessário montar um drive firmemente).

Os power connectors SATA e os conectores de dados foram criticados pela sua fragilidade e robustez pobre - e tops de plástico fino para conexão (power conectors ver a foto à direita) o qual pode facilmente quebrar devido à força, quando o usuário puxa o plugue em um ângulo não-ortogonal, isso porque os conectores podem ligá-los à drives. No caso de um conector quebrar em um disco rígido, isto poderia resultar em uma perda completa de acesso a todos os dados armazenados no disco rígido.

Dados

O padrão SATA define um cabo de dados com sete condutores (3 terras e 4 linhas de dados ativadas em dois pares) e com conectores wafer de 8 mm de largura em cada extremidade. Os cabos SATA podem ser de até 1 m (39 in) de comprimento, ligando um soquete da placa-mãe a uma unidade de disco rígido. Em comparação PATA ribbon cable, que conecta um socket da placa-mãe até dois discos rígidos, carregando 40 - ou 80 fios-condutores, limitados a 45cm (a 18 in) na extensão pela especificação PATA (entretanto, cabos de até 90 centímetros (a 36) estão facilmente disponíveis). Assim, cabos e conectores SATA são mais fáceis para se encaixar em espaços fechados e reduzir os obstáculos para o ar frio (air cooling). Eles são mais susceptíveis à quebra acidental e delegável do que PATA, mas os cabos podem ser adquiridos por um "bloqueio" característico, segundo a qual uma pequena mola (normalmente metais) prende o plugue no soquete.

O Parallel ATA utiliza sinais únicos de acabamento (single-ended signalling). Neste sistema, o ruído combina com os sinais dados durante a transmissão. O ruído provoca interferência significativa com os sinais dados em alta velocidade. A fim de reduzir o ruído de interferências; a tensão de condução Parallel ATA é tão elevada como 5 volts. Apesar da maior tensão reduzir o ruído interferência, 5 volts é demasiadamente elevado para a alta velocidade de dispositivos modernos de silício. Assim, o custo de fabricação de condução ICs é mais elevado, cuja velocidade é limitada em comparação com baixa tensão de circuitos s de silício integrado.

Em comparação, o uso sistemas SATA de um diferencial de sinalização (differential signaling). Neste sistema, é fácil filtrar para fora o ruído do sinal dos dados na extremidade de recepção. O sistema SATA permite maior rejeição do ruído, usando apenas 500mV pico-a-pico de tensão diferencial para transportar o sinal em alta velocidade sem distorção ou ruído interferência.

Em comparação com tensão 5V na condução ribbon cables PATA, os cabos SATA de 0,5V, na teoria, tornam o sistema SATA muito mais poderoso e eficiente. Porém, a maioria dos chipsets SATA precisam significativamente mais energia do que os chipsets PATA, devido à rapidez exigida na codificação por fio.

Potência

O padrão especifico SATA tem um novo conector de força. Como o cabo de dados, ele é wafer-based, mas seu pino-15 mais largo impede que acidentalmente seja forçado uma inserção do tipo errado de conector. Os dispositivos SATA favorecem naturalmente o conector de força SATA ao longo dos conhecidos conectores Molex de 4 pinos(encontrado em todo o equipamento PATA), contudo algumas unidades SATA mantém conectores Molex ultrapassados de 4 pinos.

Há mais pinos do que o conector tradicional por várias razões:

• Uma terceira tensão é fornecida - 3,3V - além da tradicional 5V, e 12V.
• Cada tensão é fornecida por três pinos ligados juntos - porque os pinos pequenos sozinhos não podem fornecer a corrente suficiente para alguns dispositivos.
• Para cada uma das três tensões, um dos três pinos é usado para hotplugging.
• O terra é fornecido por cinco pinos ligados.
• Pino 11 é utilizado em drives mais novos para staggered spinup.
• Os adaptadores disponíveis para converter um conector Molex de 4 pinos a uma conexão de alimentação SATA.
• Entretanto porque os conectores Molex de 4-pinos não fornecem um power, estes adaptadores de 3.3 V fornecem energia de apenas 5V e 12V, deixando as linhas de 3.3V desligadas. Isso impede a utilização de tais adaptadores exigidos pelos drives de 3,3V.
• Compreendendo isto, os fabricantes de drivers têm deixado os pinos de 3,3V desligados.

No entanto, sem a tensão de 3,3V, o dispositivo SATA não é capaz de aplicar os hotplugging mencionado no parágrafo anterior.

Topologia

SATA é uma arquitetura ponto a ponto. A ligação é direta entre o controlador e o dispositivo de armazenamento.

Em um PC moderno, o controlador SATA é normalmente encontrado na placa-mãe, ou instalado em um slot PCI. Alguns controladores SATA podem ter múltiplas portas SATA e pode ser ligado a vários dispositivos de armazenamento. Há também o expansor de porta que possibilita que os dispositivos de múltiplo armazenamento sejam conectados a uma única porta do controlador SATA.

Codificação

Estes protocolos de transmissão de alta velocidade usam uma codificação lógica conhecida como 8b10b. O sinal é enviado usando o NRZ (Non-return to Zero) que codifica a LVDS (Low Voltage Differential Signaling).

A codificação e sincronização do sinal no 8b10b é incluído na seqüência dos dados. Esta técnica é conhecida como recuperação dos dados do relógio (Clock Data Recovery), porque ela não usa um sinal separado de sincronização. Em vez disso, ela usa o serial do sinal de 0 a 1 transição para recuperar o sinal do relógio.

Armazenamento Externo Visando o mercado de consumo armazenamento externo, eSATA entra no mercado já servido pela interface USB e FireWire. É provável que eSATA venha acompanhado com USB 2,0 e FireWire external storage por várias razões. Tal como no início de 2008 a grande maioria do mercado de massa de computadores têm portas USB e muitos computadores e aparelhos eletroeletrônicos têm portas FireWire, mas poucos têm dispositivos externos SATA.

A partir do segundo semestre de 2008, SATA-IO espera eSATA, para fornecer energia a eSATA dispositivos, sem a necessidade de um conector de força adicional, separado.

Antes de descobrir o padrão eSATA, houve uma série de produtos projetados para conexões externas de unidades SATA. Algumas destas utilizaram o conector SATA interno ou mesmo conectores destinados a outros interfaces, tais como FireWire. Estes produtos não são como o padrão eSATA. A especificação final eSATA traz como características específicas um conector projetado para manuseio, semelhante ao conector SATA regular, mas com reforços em ambos os lados "macho e fêmea, inspirado pelo conector USB. É mais difícil de se desconectar, e com um conector exata, consideravelmente, mais força é necessário para danificar o conector, e se ele quebrar, é provável que seja o lado fêmea, sendo um cabo de fácil substituição.

Ver também

• NCQ
• Disco Rígido
• IDE/ATA

Ligações externas

• «Serial ATA (SATA), funções dos pinos» (em inglês) 
• «Artigo: Tudo o Que Você Precisa Saber Sobre o Serial ATA»