SATA

SATA pistik ja pesad emaplaadil
Loomise aasta	2003
Kiirus	1,5, 3, 6 ja 16 Gbit/s
Stiil	jadaühendus
Käigultvahetuse liides	jah
Väline liides	jah (eSATA)

SATA (Serial AT Attachment^{[märkus 1]} ehk Serial-ATA või jada-ATA) on arvuti liides ühissiini ühendamiseks massmäluseadmetega, näiteks kõvaketaste ja optiliste seadmetega. SATA adapter suhtleb seadmega läbi kahe juhipaariga jadaühenduse, mis lubab ka käigultvahetust.

SATA asendas vanema ja aeglasema paralleel-ATA (IDE/ATA) standardi, mis kasutas 40 või 80 juhiga paralleelühendust, neist 16 andmeedastuseks. PATAga võrreldes on seitsme juhiga SATA kaabel kompaktsem ja odavam.

SATA versioonid

Versioon 1.0 (SATA 1,5 Gbit/s)

Esimese põlvkonna SATA-liides on tänapäeval tuntud kui SATA 1,5 Gbit/s ja suudab andmeid edastada kiirusega 1,5 Gbit/s.^[1] Arvestades 8b/10b kodeerimist on sellise liidese tegelik kodeerimata andmeedastuskiirus 1,2 Gbit/s (150 MB/s). Teoreetiline valang-läbilaskevõime on sarnane ATA/133-ga, kuid uuemad SATA-seadmed pakuvad multitegumtöö jõudlust parandavaid täiendusi (näiteks NCQ).

SATA 1,5 Gbit/s väljastamise järel kasutasid adapterite ja kettaseadmete tootjad "kiibisilda", et teisendada olemasolevad ATA disainid SATA-liidesega sobivaks. Sedasi sillatud kettaseadmetel on SATA-ühendus, need võivad omada mõlemat või kumbagi tüüpi toitepistikut ja on tavaliselt sama jõudlusega nagu nende ATA ekvivalendid. Enamikul neist puudub SATA-le omastele võimalustele tugi (nt. NCQ).

Versioon 2.0 (SATA 3 Gbit/s)

Teise generatsiooni SATA-liidesed töötavad kiirusel 3,0 Gbit/s.^[1] Arvestades 8b/10b kodeeringut on maksimaalne kodeerimata andmeedastuskiirus 2,4 Gbit/S (300 MB/s). Selle versiooni andmeedastus on ATA/133 omast umbes kaks korda kiirem ning samuti on toetatud täiendused nagu NCQ.

Kõik SATA spetsifikatsioonile vastavad SATA-kaablid on hinnatud 3,0 Gbit/s peale ja töötavad praeguste mehaaniliste kettaseadmetega ilma valang- või jätkuval andmeedastusel tekkivate kadudeta.

Versioon 3.0 (SATA 6 Gbit/s)

SATA-IO (Serial ATA International Organization) esitles SATA 6 Gbit/s füüsilise kihi visandspetsifikatsiooni juulis 2008,^[2] ja ratifitseeris spetsifikatsiooni 18. augustil 2008.^[3] Täielik 3.0 standard (tippläbilaskevõime 600 MB/s) avaldati 27. mail 2009.^[4] Kuigi isegi kiireimad tavalised kõvakettad ei suuda täita originaalset SATA 1,5 Gbit/s läbilaskevõimet, on SSD-d (pooljuhtkettad) suutelised jõudma isegi SATA 3,0 Gbit/s limiidini, 285 MB/s neto-lugemiskiirusega ja 275 MB/s neto-kirjutamiskiirusega kasutades Sandforce 1200 ja 1500 kontrollereid.^[5] Seega on liikumine SATA 3 Gbit/s standardilt SATA 6 Gbit/s standardile kasulik eelkõige SSD kasutamisel. Ka mehaaniliste ketaste puhul tekib kiirusevõit nende sisseehitatud vahemälust andmete lugemisel. SATA 6 Gbit/s toega emaplaadid ja kõvakettad on tootmises mitmel tootjal.

Uus spetsifikatsioon sisaldab järgmisi muudatusi:

• 6 Gbit/s skaleeritav jõudlus kasutades SSD-ga
• Jätkuv ühilduvus SAS-iga, sh SAS 6 Gbit/s
• Isokroonne voogedastus käsk – NCQ voogedastuse käsk, et võimaldada isokroonset kvaliteetset andmeedastust digitaalset sisu voogesitatavatele rakendustele.
• NCQ haldusvahend aitab optimeerida jõudlust, lubades host-ipoolset väljapaistvate NCQ käskude töötlust ja haldust
• Parandatud energiahalduse võimalus
• Väike madala sisestusjõuga pistik kompaktsemate 1,8-tolliste seadmete jaoks
• Õhemates ja kergemates sülearvutites kasutatavate 7 mm optiliste kettaseadmete jaoks kohandatud pistik
• Joondus INCITS ATA8-ACS standardiga

Üldiselt on muudatused sihitud video voogesituse ja kõrgeprioriteediliste katkestuste teenusekvaliteedi parandamiseks. Peale selle toetab standard jätkuvalt kuni meetriseid vahemaid. Uued energiahaldustehnoloogiad on mõeldud leevendama uute kiiruste jaoks potentsiaalselt vajalikku suuremat energiatarvet. Uus spetsifikatsioon on võimeline kasutama juba olemasolevaid SATA-kaableid ja -ühendusi, ehkki on oodata mõnede tootjate uuendatud ühendusi kõrgemate kiiruste jaoks.^[6] Uus standard on tagasiühilduv SATA 3 Gbit/s-ga.^[1]

eSATA

2004. aastal standardiseeritud eSATA (e = external inglise 'väline') on välisteks ühendusteks mõeldud SATA variant. eSATA-l on korrigeeritud elektrilised nõuded ning tavalise SATA-ga ühildumatud pistikud ja kaablid.^[7]

Muutused võrreldes tavalise SATA-liidesega:

• Minimaalne saatmise potentsiaal tõusis: vahemik on 500–600 mV, 400–600 mV asemel.
• Minimaalne vastuvõtmise potentsiaal alanes: vahemik on 240–600 mV, 325–600 mV asemel.
• Sama protokoll ja loogiline signaalimine (andmelüli/transpordi kihist ülespoole), mis lubab tavaliste SATA-seadmete paigutamist välistesse kõvakettaboksidesse minimaalsete modifikatsioonidega.
• Kaabli suurim lubatud pikkus on 2 meetrit (USB ja FireWire lubavad rohkem).
• Väline kaabliühendus võrdsustub varjestatud versiooniga SATA 1.0a-ga spetsifitseeritud pistikust, nende põhiliste erinevustega:
  • Välisel pistikul puudub L-kujuline sisu, ning juhtjooni on vertikaalselt nihutatud ning vähendatud. See takistab siseseks kasutamiseks mõeldud varjestamata kaablite kasutamist välistes rakendustes ja vastupidi.
  • Elektrostaatiliste kahjustuste välimiseks on muudetud pistiku sisestussügavust 5 mm-lt 6,6 mm-le. Kontaktid on paigaldatud sügavamale nii pistikus kui pesas
  • Kaitseks elektromagnetiliste häirete eest ning FCC ja CE emissiooni nõuetele vastavuse jaoks on kaablil lisakiht varjestust ning ja pistikutel on metallist kontaktpunktid.
  • Pistiku kaitsel on sisse ehitatud vedrud kinnituselementideks nii ülemisel kui alumisel pinnal.
  • Välisel pistikul ja kaablil on kavandatud eluiga üle viie tuhande sisestamise ja väljavõtmise, samas on sisene pistik kavandatud taluma kõigest viitekümmet.

Tarbijaturule mõeldult siseneb eSATA välise andmesalvestuse turule, millel on ees juba USB- ja FireWire-liidesed. Enamik USB- või FireWire-liidesega väliseid kettabokse kasutab PATA- või SATA-kettaseadmeid ja "sildu" tõlkimaks kettaseadmete liideste ja bokside väliste portide vahel. Sellise sildamisega kaasneb teatav ebaefektiivsus. Mõningad üksikud kettaseadmed suudavad andmeid edastada reaalse kasutuse käigus kuni 157 MB/s,^[8] mis on umbes neli korda rohkem kui USB või FireWire 400 (IEEE 1934a) maksimaalne edastuskiirus ja umbes kaks korda kiirem kui FireWire 800-l, kuigi FireWire S3200 1394b ja USB 3.0 jõuavad kiirusteni kuni ~400 MB/s (3,2 Gbit/s). Peale selle on madala taseme kõvaketaste võimalusi, nagu S.M.A.R.T, mis ei pruugi töötada kõikide USB ja/või FireWire sildade puhul.^[9] eSATA ei kannata nende probleemide all eeldades, et kontrollerite tootjad (ja nende kettaseadmed) esitlevad eSATA-seadmeid ATA-seadmetena SCSI asemel (nagu on olnud tavaline Silicon Image, JMicron, ja Nvidia Windows Vista draiverite puhul), kuid sel juhul ei toimi need madalataseme võimalused isegi siseste SATA-draivide puhul. USB 3.0-i 4.8 Gbit/s ja FireWire tuleviku 6,4 Gbit/s (768 MB/s) on kiiremad kui eSATA-I, kuid eSATA 6G versioon opereerib 6.0 Gbit/s kiirusel,^[10] seega on kiiruste erinevused ebaolulised.

eSATAp

 Pikemalt artiklis eSATAp

eSATAp on tuntud ka kui Power over eSATA või eSATA/USB Combo. eSATA port kombineerib eSATA (suur kiirus) ja USB (ühilduvus) tugevad küljed ühte porti. eSATAp-seadmed on võimelised töötama ilma lisatoiteta. Tavaline arvuti on võimeline pakkuma üle eSATAp pordi 12 V, et panna tööle 3,5" kõvaketas või 5,25" optiline seade ilma eraldi toiteallika vajaduseta erinevalt eSATA-st või USB-st. Sülearvuti puhul suudab eSATAp pakkuda 5 V erinevalt eSATA-st.^[11] eSATAp port on samal ajal nii toitega eSATA-port kui ka tavaline USB-port ehk seda saab kasutada eraldiseisvalt kummagi pordina.

eSATAp on võimalik implementeerida kõigil arvutitel, millel on ekstra SATA-port. Sellised süsteemid sisaldavad: PC sülearvuteid, PC lauaarvuteid, Apple Mac Pro-d ja Linuxi/Unixi servereid jm. See teeb eSATAp-st lihtsa ja ökonoomse lahenduse mitmeplatvormiliseks väliseks andmesalvestuseks.

Versioonide nimede kasutamine

SATA versioonidel on tekkinud vastuolusid nimetuste "SATA II" ja "SATA III" ning "Gen 2" ja "Gen 3" kasutamisel. SATA II kasutamise populaarsus tuleneb SATA-IO eelnevast nimetusest SATA II commitee, ning asjaolust, et teise generatsiooni liides oli nende levinuim standard, kuid tegelikult on see vaid üks selle organisatsiooni poolt välja antud paljudest standarditest ning segaduse vältimiseks pole selle nimetuse kasutamine korrektne. SATA III nimetuse kasutamise probleem seisneb asjaolus, et III-e võib kolmanda generatsiooni asemel vaadelda ka kui vihjet teise generatsiooni 3 Gbit/s kiirusele, sama probleem esineb ka "Gen 3" kasutamisel.^[1] (Korrektsed nimetused on tabelis "SATA versioonide nimed")

Kaablid, pistikud ja pordid

Kontakti nt	Funktsioon
1	maandus
2	A+ (edastus)
3	A− (edastus)
4	Maandus
5	B− (vastuvõtt)
6	B+ (vastuvõtt)
7	maandus
Seitsme kontaktiga SATA nurgaga andmekaabel

Kaablid ja pistikud on kõige märgatavam erinevus SATA- ja paralleel-ATA-kettaseadmete vahel. Erinevalt PATA-st kasutatakse samu pistikuid nii 3,5-tolliste lauaarvutiketaste kui ka 2,5-tolliste sülearvuti-/väikearvutiketaste puhul, see võimaldab kasutada 2,5-tolliseid kettaid ka lauaarvutites vähese vaevaga vaid paigalduskronsteiniga ja ilma juhtmeadapterita. Väiksemad seadmed võivad kasutada ka mini-SATA spetsifikatsiooni, mis on sobiv väikse vormiteguriga SATA-ketastele ja mini SSD-le.^[12]

Väliste seadmete jaoks on olemas eraldi pistik (eSATA) ja valikuliselt rakendatud on lisa sisestele pistikutele, klambrid nende paremaks paigalhoidmiseks. SATA-kettaseadmeid võib ühendada ka SAS-kontrollerisse ja kommunitseerida sama füüsilise kaabli kaudu mis SAS, kuid SATA-kontrollerid ei toeta SAS-kettaseadmeid.

Andmeedastus

SATA standard defineerib andmekaabli seitsme soonega (3 maandust ja 4 aktiivset andmeliini kahe paarina) ja 8 mm laiuste vahvel-ühendustega mõlemas otsas. SATA-kaabli pikkus võib ulatuda ühe meetrini ning sellega ühendatakse üks emaplaadi pesa ühe kettaseadmega. Võrdluseks ühendavad PATA-lintkaablid ühe emaplaadi pesa ühe või kahe kettaseadmega ja omavad 40 või 80 soont ning on piiratud 45 cm-le PATA spetsifikatsiooni järgi (kuigi kuni 90 cm kaablid on laialdaselt kättesaadavad). SATA-kaableid on kergem mahutada väikestesse/kinnistesse ruumidesse ning nad segavad vähem õhkjahutust. Siiski on sellised kaablid vastuvõtlikumad juhuslikele lahtiühendamistele ja katkiminemisele, kuid SATA-kaableid saab osta ka lukustamisvõimalusega, kus väike (tavaliselt metallist) vedru hoiab pistikut pesas.

Toitepistikud

Standardne pistik

SATA standard spetsifitseerib toitepistiku, mis erineb vanadest Molex-pistikutest, mis leidusid SATA-eelsetes seadmetes. Nagu andmekaabliski kasutatakse vahvel-pistikut, kuid selle 15 kontaktiline kuju ennetab pistiku sisestamist valesse pessa. SATA-seadmed eelistavad SATA-toitepistikut, kuigi mõningatel varastel seadmetel olid olemas nii Molex-pistik kui ka SATA-toitepistik.

Kontakt #	Funktsioon
1, 2, 3	3,3 V
4, 5, 6	Maandus
7, 8, 9	5 V
10	Maandus
11	Järkjärguline üleskeerlemine / aktiivsus (toetavatel seadetel)
12	Maandus
13, 14, 15	12 V
15 kontaktiga SATA-toitekaabel

SATA kasutab rohkem kontakte mitmel põhjustel:

• Pakutakse kolmandat 3,3 V pinget tavalise 5 ja 12 V kõrval
• Iga pinget pakutakse üle kolme grupeeritud kontakti, kuna väiksed kontaktid ei suuda ühe kaupa pakkuda osadele seadmetele vajalikku voolutugevust (Iga kontakt peaks suutma kanda 1.5 A)
• Viis kontakti kokku pakuvad maandust
• Iga kolme pinge kohta pakub üks kontakt tuge käigultvahetusele. Kontaktid 3, 7 ja 13 on pikemad (SATA- seadmel) nii et nad ühenduksid esimesena. Spetsiaalne käigultvahetuse pistik suudab ühendada ka maanduskontatkid 4 ja 12 esimesena.
• Kontakt 11 suudab funktsioneerida järkjärgulise üleskeerlemise, aktiivsuse või mittemillegina. Järkjärgulist üleskeerlemist kasutatakse takistamaks liiga paljudel seadmetel korraga üleskeerlemist, kuna see võib nõuda liiga palju energiat. Aktiivsus on mõeldud kasutajale tagasiside andmiseks LED-indikaatori kaudu.

Adapterid suudavad muuta 4-kontaktilise Molex-pistiku SATA-toitepistikuks, kuid kuna Molex-pistik ei paku 3,3 V, jätavad sellised adapterid need kontaktid enamasti lahtiseks. See välistab selliste adapterite kasutamise kettaseadmetega, mis nõuavad 3,3 V. Osal Molex-SATA-konverteritel sisaldub ka elektroonika, mis pakub lisaks 3,3 V pinget. Ketaste tootjad on suuresti jätnud 3,3 V pinge kasutamata.

Slimline-pistik

SATA 2.6 defineeris esimest korda väiksema (Slimline) pistiku, mis oleks sobiv väiksematesse kohtadesse nagu sülearvutite optilised kettaseadmed.

Kontaktid:

• 1 – seadme kohalolu
• 2, 3–5 V
• 4 – tootmisdiagnostika
• 5, 6 – maandus

Mikropistik

SATA 2.6 tõi ka 9 kontaktiga mikropistiku, mis on mõeldud 1,8-tollistele ketastele, peale selle on olemas ka mikro- andmesidepistik, mis on sarnane toitepistikuga, kuid natuke õhem. Kontaktid:

• 1, 2–3,3 V
• 3, 4 – maandus
• 5, 6–5 V
• 7 – reserveeritud
• 7, 8 – tootjaspetsiifiline

Protokoll

Topoloogia

SATA kasutab punktist-punkti arhitektuuri. Ühendus kontrolleri ja salvestusseadme vahel on otsene.

Tänapäevastel arvutitel on tavaliselt SATA-kontroller emaplaadil või paigaldatud PCI või PCI-E pesasse. Enamikul SATA-kontrolleritel on mitu SATA-porti ja ühendada saab mitu salvestusseadet. Peale selle on olemas ka pordilaiendid, mille abil saab ühendada ühte porti mitu SATA-seadet.

Kodeerimine

Füüsiliseks transpordiks kasutatakse kodeerimisloogikat, mis on tuntud kui 8b/10b kodeerimine. Selline skeem eemaldab vajaduse saata eraldi taktisignaali koos andmevooga. Voog ise sisaldab vajalikku sünkroonimisinformatsiooni, mis lubab SATA hosti ja kettaseadme täpset taktistamist.

Edasi-ja tagasiühilduvus

SATA ja PATA

Seadme tasemel on SATA- ja PATA-seadmed ühildumatud – neid ei saa ühendada. Rakenduse tasemel saab SATA-seadmeid spetsifitseerida välja nägema ja käituma nagu PATA-seadmeid.^[13] Paljud emaplaadid pakuvad "pärandi töörežiimi" (legacy mode) võimalust, mis paneb SATA-seadmed operatsioonisüsteemile välja nägema nagu PATA-kettaseadmed standardse kontrolleri taga. See kergendab operatsioonisüsteemi installeerimist, kuna selle ajal ei ole sellisel juhul vaja laadida spetsiifilisi draivereid, kuid ohverdab mõningate SATA võimaluste toe ja üldiselt blokeerib mõne emaplaadi SATA või PATA pordi, kuna standardne sata kontrolleri liides toetab ainult 4 kettaseadet. (Tihti on see, millised pordid blokeeritakse, seadistatav.)

Ühine ATA käsustik on võimaldanud odavate PATA-st SATA-sse sild-kiipide laia leviku. Sild-kiipe kasutati laialdaselt PATA seadmetel (enne päris SATA-seadmete valmimist) ja ka iseseisvate vahejuppidel. PATA-seadme külge ühendatult lubab selline vahejupp PATA-kettaseadmel toimida SATA-kettaseadmena. Hostipoolsed vahendajad lubavad emaplaadi PATA-portidel toimida SATA-portidena.^[14]

Toodetud on toitega bokse nii PATA- kui ka SATA-ketaste jaoks, mis ühenduvad arvutiga USB, FireWire või eSATA kaudu, ülalmainitud kitsendustega. Eksisteerivad PCI kaardid, mis lubavad ühendada SATA-kettaseadmeid ka vanemate arvutitega, millel puuduvad SATA-pordid.

SATA 1.5 Gbit/s, SATA 3.0 Gbit/s ja SATA 6.0 Gbit/s

SATA-seadmed on mõeldud olema enda endiste ja edasiste versioonidega tagasi- ja edasiühilduvad.^[15]

Erandna eksisteerib siiski mõningaid SATA 1,5 Gbit/s toega emaplaate, mis ei suuda tuvastada uuemate SATA-liidestega seadmeid, mainitud iseärasus esineb järgmiste kiibistike korral: Via VT8237, VT8237R, VT6420, VT6421L; SIS 760, 964; Intel 82801EB (ICH 5/5R)^[16]

Võrdlus teiste liidestega

Märkused

Viited