sata 3 что это значит
Введение в SSD. Часть 2. Интерфейсная
В прошлой части цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков. Вторая часть расскажет про интерфейсы взаимодействия с накопителями.
Общение между процессором и периферийными устройствами происходит в соответствии с заранее определенными соглашениями, называемыми интерфейсами. Эти соглашения регламентируют физический и программный уровень взаимодействия.
Интерфейс — совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.
Физическая реализация интерфейса влияет на следующие параметры:
Параллельные и последовательные порты
По способу обмена данными порты ввода-вывода делятся на два типа:
Параллельные порты, на первый взгляд, отлично масштабируются: больше сигнальных линий — больше бит передается за раз и, следовательно, выше пропускная способность. Тем не менее, из-за увеличения количества сигнальных линий между ними возникает интерференционное взаимодействие, приводящее к искажению передаваемых сообщений.
Последовательные порты — противоположность параллельным. Отправка данных происходит по одному биту за раз, что сокращает общее количество сигнальных линий, но усложняет контроллер ввода-вывода. Контроллер передатчика получает машинное слово за раз и должен передавать по одному биту, а контроллер приемника в свою очередь должен получать биты и сохранять в том же порядке.
Малое количество сигнальных линий позволяет без помех увеличивать частоту передачи сообщения.
Small Computer Systems Interface (SCSI) появился в далеком 1978 году и был изначально разработан, чтобы объединять устройства различного профиля в единую систему. Спецификация SCSI-1 предусматривала подключение до 8 устройств (вместе с контроллером), таких как:
Изначально SCSI имел название Shugart Associates System Interface (SASI), но стандартизирующий комитет не одобрил бы название в честь компании и после дня мозгового штурма появилось название Small Computer Systems Interface (SCSI). «Отец» SCSI, Ларри Баучер (Larry Boucher) подразумевал, что аббревиатура будет произноситься как «sexy», но Дал Аллан (Dal Allan) прочитал «sсuzzy» («скази»). Впоследствии произношение «скази» прочно закрепилось за этим стандартом.
В терминологии SCSI подключаемые устройства делятся на два типа:
Используемая топология «общая шина» накладывает ряд ограничений:
Устройства на шине идентифицируются по уникальному номеру, называемому SCSI Target ID. Каждый SCSI-юнит в системе представлен минимум одним логическим устройством, адресация которого происходит по уникальному в пределах физического устройства номеру Logical Unit Number (LUN).
Команды в SCSI отправляются в виде блоков описания команды (Command Descriptor Block, CDB), состоящих из кода операции и параметров команды. В стандарте описано более 200 команд, разделенных в четыре категории:
Дальнейшее усовершенствование SCSI (спецификации SCSI-2 и Ultra SCSI) расширило список используемых команд и увеличило количество подключаемых устройств до 16-ти, а скорость обмена данными по шине до 640 МБ/c. Так как SCSI — параллельный интерфейс, повышение частоты обмена данными было сопряжено с уменьшением максимальной длины кабеля и приводило к неудобству в использовании.
Начиная со стандарта Ultra-3 SCSI появилась поддержка «горячего подключения» — подключение устройств при включенном питании.
Первым известным SSD диском с интерфейсом SCSI можно считать M-Systems FFD-350, выпущенный в 1995 году. Диск имел высокую стоимость и не имел широкой распространенности.
В настоящее время параллельный SCSI не является популярным интерфейсом подключения дисков, но набор команд до сих пор активно используется в интерфейсах USB и SAS.
ATA / PATA
Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment), так же известный как PATA (Parallel ATA) был разработан компанией Western Digital в 1986 году. Маркетинговое название стандарта IDE (англ. Integrated Drive Electronics — «электроника, встроенная в привод») подчеркивало важное нововведение: контроллер привода был встроен в привод, а не на отдельной плате расширения.
Решение разместить контроллер внутри привода решило сразу несколько проблем. Во-первых, уменьшилось расстояние от накопителя до контроллера, что положительным образом повлияло на характеристики накопителя. Во-вторых, встроенный контроллер был «заточен» только под определенный тип привода и, соответственно, был дешевле.
ATA, как и SCSI, использует параллельный способ ввода-вывода, что отражается на используемых кабелях. Для подключения дисков с использованием интерфейса IDE необходимы 40-жильные кабели, также именуемые шлейфами. В более поздних спецификациях используются 80-жильные шлейфы: более половины из которых — заземления для уменьшения интерференции на высоких частотах.
На шлейфе ATA присутствует от двух до четырех разъемов, один из которых подключается в материнскую плату, а остальные — в накопители. При подключении двух устройств одним шлейфом, одно из них должно быть сконфигурировано как Master, а второе — как Slave. Третье устройство может быть подключено исключительно в режиме «только чтение».
Положение перемычки задает роль конкретного устройства. Термины Master и Slave по отношению к устройствам не совсем корректны, так как относительно контроллера все подключенные устройства — Slaves.
Особенным нововведением в ATA-3 считается появление Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Пять компаний (IBM, Seagate, Quantum, Conner и Western Digital) объединили усилия и стандартизировали технологию оценки состояния накопителей.
Поддержка твердотельных накопителей появилась с четвертой версии стандарта, выпущенной в 1998 году. Эта версия стандарта обеспечивала скорость обмена данными до 33.3 МБ/с.
Стандарт выдвигает жесткие требования к шлейфам ATA:
Стандарт Serial ATA (SATA) был представлен 7 января 2003 года и решал проблемы своего предшественника следующими изменениями:
Шестнадцать сигнальных линий для передачи данных в ATA были заменены на две витые пары: одна для передачи, вторая для приема. Коннекторы SATA спроектированы для большей устойчивости к множественным переподключениям, а спецификация SATA 1.0 сделала возможным «горячее подключение» (Hot Plug).
Некоторые пины на дисках короче, чем все остальные. Это сделано для поддержки «горячей замены» (Hot Swap). В процессе замены устройство «теряет» и «находит» линии в заранее определенном порядке.
Чуть более, чем через год, в апреле 2004-го, вышла вторая версия спецификации SATA. Помимо ускорения до 3 Гбит/с в SATA 2.0 ввели технологию Native Command Queuing (NCQ). Устройства с поддержкой NCQ способны самостоятельно организовывать порядок выполнения поступивших команд для достижения максимальной производительности.
Последующие три года SATA Working Group работала над улучшением существующей спецификации и в версии 2.6 появились компактные коннекторы Slimline и micro SATA (uSATA). Эти коннекторы являются уменьшенной копией оригинального коннектора SATA и разработаны для оптических приводов и маленьких дисков в ноутбуках.
Несмотря на то, что пропускной способности второго поколения SATA хватало для жестких дисков, твердотельные накопители требовали большего. В мае 2009 года вышла третья версия спецификации SATA с увеличенной до 6 Гбит/с пропускной способностью.
Особое внимание твердотельным накопителям уделили в редакции SATA 3.1. Появился коннектор Mini-SATA (mSATA), предназначенный для подключения твердотельных накопителей в ноутбуках. В отличие от Slimline и uSATA новый коннектор был похож на PCIe Mini, хотя и не был электрически совместим с PCIe. Помимо нового коннектора SATA 3.1 мог похвастаться возможностью ставить команды TRIM в очередь с командами чтения и записи.
Команда TRIM уведомляет твердотельный накопитель о блоках данных, которые не несут полезной нагрузки. До SATA 3.1 выполнение этой команды приводило к сбросу кэшей и приостановке операций ввода-вывода с последующим выполнением команды TRIM. Такой подход ухудшал производительность диска при операциях удаления.
Спецификация SATA не успевала за бурным ростом скорости доступа к твердотельным накопителям, что привело к появлению в 2013 году компромисса под названием SATA Express в стандарте SATA 3.2. Вместо того, чтобы снова удвоить пропускную способность SATA, разработчики задействовали широко распространенную шину PCIe, чья скорость превышает 6 Гбит/с. Диски с поддержкой SATA Express приобрели собственный форм-фактор под названием M.2.
«Конкурирующий» с ATA стандарт SCSI тоже не стоял на месте и всего через год после появления Serial ATA, в 2004, переродился в последовательный интерфейс. Имя новому интерфейсу — Serial Attached SCSI (SAS).
Несмотря на то, что SAS унаследовал набор команд SCSI, изменения были значительные:
Максимальное количество одновременно подключенных устройств в SAS-домене по спецификации превышает 16 тысяч, а вместо SCSI ID для адресации используется идентификатор World-Wide Name (WWN).
WWN — уникальный идентификатор длиной 16 байт, аналог MAC-адреса для SAS-устройств.
Несмотря на схожесть разъемов SAS и SATA, эти стандарты не являются полностью совместимыми. Тем не менее, SATA-диск может быть подключен в SAS-коннектор, но не наоборот. Совместимость между SATA-дисками и SAS-доменом обеспечивается при помощи протокола SATA Tunneling Protocol (STP).
Первая версия стандарта SAS-1 имеет пропускную способность 3 Гбит/с, а самая современная, SAS-4, улучшила этот показатель в 7 раз: 22,5 Гбит/с.
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) — последовательный интерфейс для передачи данных, появившийся в 2002 году. Разработка была начата компанией Intel, а впоследствии передана специальной организации — PCI Special Interest Group.
Последовательный интерфейс PCIe не был исключением и стал логическим продолжением параллельного PCI, который предназначен для подключения карт расширения.
PCI Express значительно отличается от SATA и SAS. Интерфейс PCIe имеет переменное количество линий. Количество линий равно степеням двойки и колеблется в диапазоне от 1 до 16.
Термин «линия» в PCIe обозначает не конкретную сигнальную линию, а отдельный полнодуплексный канал связи, состоящий из следующих сигнальных линий:
«Аппетиты» твердотельных накопителей растут очень быстро. И SATA, и SAS не успевают увеличивать свою пропускную способность, чтобы «угнаться» за SSD, что привело к появлению SSD-дисков с подключением по PCIe.
Хотя PCIe Add-In карты прикручиваются винтом, PCIe поддерживает «горячую замену». Короткие пины PRSNT (англ. present — присутствовать) позволяют удостовериться, что карта полностью установлена в слот.
Твердотельные накопители, подключаемые по PCIe регламентируются отдельным стандартом Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification и воплощены в множестве форм-факторов, но о них мы расскажем в следующей части.
Удаленные накопители
При создании больших хранилищ данных появилась потребность в протоколах, позволяющих подключить накопители, расположенные вне сервера. Первым решением в этой области был Internet SCSI (iSCSI), разработанный компаниями IBM и Cisco в 1998 году.
Идея протокола iSCSI проста: команды SCSI «оборачиваются» в пакеты TCP/IP и передаются в сеть. Несмотря на удаленное подключение, для клиентов создается иллюзия, что накопитель подключен локально. Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN), основанная на iSCSI, может быть построена на существующей сетевой инфраструктуре. Использование iSCSI значительно снижает затраты на организацию SAN.
У iSCSI существует «премиальный» вариант — Fibre Channel Protocol (FCP). SAN с использованием FCP строится на выделенных волоконно-оптических линиях связи. Такой подход требует дополнительного оптического сетевого оборудования, но отличается стабильностью и высокой пропускной способностью.
Существует множество протоколов для отправки команд SCSI по компьютерным сетям. Тем не менее, есть только один стандарт, решающий противоположную задачу и позволяющий отправлять IP-пакеты по шине SCSI — IP-over-SCSI.
Большинство протоколов для организации SAN используют набор команд SCSI для управления накопителями, но есть и исключения, например, простой ATA over Ethernet (AoE). Протокол AoE отправляет ATA-команды в Ethernet-пакетах, но в системе накопители отображаются как SCSI.
С появлением накопителей NVM Express протоколы iSCSI и FCP перестали удовлетворять быстро растущим требованиям твердотельных накопителей. Появилось два решения:
Протокол NVMe over Fabrics стал хорошей альтернативой iSCSI и FCP. В NVMe-oF используются волоконно-оптическая линии связи и набор команд NVM Express.
Стандарты iSCSI и NVMe-oF решают задачу подключения удаленных дисков как локальные, а компания Intel пошла другой дорогой и максимально приблизила локальный диск к процессору. Выбор пал на DIMM-слоты, в которые подключается оперативная память. Максимальная пропускная способность канала DDR4 составляет 25 ГБ/с, что значительно превышает скорость шины PCIe. Так появился твердотельный накопитель Intel® Optane™ DC Persistent Memory.
Для подключения накопителя в DIMM слоты был изобретен протокол DDR-T, физически и электрически совместимый с DDR4, но требующий специального контроллера, который видит разницу между планкой памяти и накопителем. Скорость доступа к накопителю меньше, чем к оперативной памяти, но больше, чем к NVMe.
Протокол DDR-T доступен только с процессорами Intel® поколения Cascade Lake или новее.
Заключение
Почти все интерфейсы прошли долгий путь развития от последовательного до параллельного способа передачи данных. Скорости твердотельных накопителей стремительно растут, еще вчера твердотельные накопители были в диковинку, а сегодня NVMe уже не вызывает особого удивления.
В нашей лаборатории Selectel Lab вы можете самостоятельно протестировать SSD и NVMe диски.
SATA 2 и SATA 3 в чем разница
В современных персональных компьютерах использование интерфейса SATA 3 является общепринятым стандартом. Высокая скорость работы (до 600 мегабайт в секунду), низкое энергопотребление и удобная модель управления питанием инспирировали разработчиков материнских плат сделать выбор в пользу данного интерфейса. При этом прогресс не стоит на месте, и на смену общепринятому стандарту идут ещё более быстрые спецификации, обещая существенные улучшения в скорости приёма и передачи данных. В этом материале я подробно расскажу, что это за интерфейс, поясню, в чем различие интерфейсов SATA 2 и SATA 3, и что приходит на замену популярному ныне стандарту.
Что такое SATA
Рассматриваемый термин является сокращением от словосочетания «Serial ATA» и обозначает последовательный интерфейс обмена данными с каким-либо накопителем информации.
Если читатель не знаком с аббревиатурой «ATA», то она является производной от сокращения слов «Advanced Technology Attachment» (в переводе «соединение по передовой технологии»).
САТА является следующей ступенью развития всем нам знакомого (и уже устаревшего) параллельного интерфейса IDE, который ныне известен под именем «PATA» (Parallel ATA). Далее в статье, я расскажу разницу SATA два от SATA три.
Основное преимущество SATA перед PATA состоит в использовании последовательной шины по сравнению с параллельной, что позволило существенно поднять пропускную способность интерфейса. Этому поспособствовало использование более высоких частот и хорошая помехоустойчивость применяющегося в подключении кабеля.
Для своей работы САТА использует 7-контактный разъём для обмена данными и 15-контактный для питания.
При этом шлейфы САТА имеют меньшую площадь по сравнению со шлейфами ПАТА, оказывают меньшую сопротивляемость воздуху, устойчивы к многократным подключениям, компактны и удобны в работе. В их реализации было решено отказаться от практики подключений двух устройств на один шлейф (известная практика IDE), что позволило избавиться от различных задержек, связанных с невозможностью одновременной работы подключенных устройств.
К достоинствам САТА также можно отнести то, что данный интерфейс производит значительно меньше тепла, нежели IDE.
Обычно интерфейс САТА используется для подключения к компьютеру жёстких дисков (HDD), твердотельных накопителей (SDD), а также устройства чтения компакт дисков (СД, ДВД и др.).
История развития САТА
Интерфейс САТА пришёл на смену IDE в 2003 году, пережив по ходу своего развития ряд существенных улучшений. Самая первая версия SATA позволяла получать данные на пропускной способности 150 мегабайт в секунду (для сравнения, интерфейс IDE обеспечивал всего около 130 Мбайт/c). При этом введение САТА позволило отказаться от практики переключения джамперов (перемычек) на жёстком диске, о которой хорошо помнят пользователи со стажем.
Следующей ступенью в развитии интерфейса САТА стал интерфейс SATA 2 (SATA revision 2.0), выпущенный в апреле 2004 года. Его пропускная способность по сравнению с первой спецификацией возросла вдвое – до 300 Мбайт/с. Особенностью второй версии Serial ATA стало включение в неё специальной технологии для увеличения быстродействия (NCQ), позволившую поднять скорость и количество обработки одновременных запросов.
Современной (и доминирующей сегодня) является спецификация САТА 3 (SATA revision 3.0), обеспечивающая скорость до 600 мегабайт в секунду. Данный вариант интерфейса появился в 2008 году, и ныне, фактически, является доминирующим на рынке. При этом указанный интерфейс обратно совместим с интерфейсом САТА 2 (к САТА 3 можно подключать устройства, работавшие с САТА 2 и наоборот).
Разница в скорости между САТА2 и САТА 3
Чем отличается SATA 2 от SATA 3
Так в чем разница? Основное их различие – в пропускной скорости, интерфейса САТА3 вдвое быстрее САТА 2 (6 Гбит/с и 3 Гбит/с соответственно).
При этом стремительно набирающие популярность твердотельные накопители (SSD) работают только с интерфейсом САТА 3, подключение их к САТА 2 снижает скорость работы с устройством в два раза (но даже в таком состоянии SSD оказывается быстрее HDD).
Кроме того, САТА 3 работает на высокой, нежели САТА 2, частоте, при этом обеспечивая меньшее энергопотребление и более совершенную систему управления питанием.
Ближайшее будущее интерфейса
Заключение
При разборе дифференциации SATA 2 и SATA 3 важно, прежде всего, упомянуть разницу в скорости передачи данных, ведь она различается более чем вдвое. При этом более современный стандарт САТА 3 обеспечивает меньшее энергопотребление и улучшенную модель управления питанием, а дальнейшее развитие Serial ATA 3 (3.1, 3.2 и 3.3) существенно поднимает планку скорости передачи данных, при этом используя PCI Express (или его вариации) в качестве несущего интерфейса.
Что такое SATA
Многим пользователям компьютеров не однократно встречалось слово SATA, но не многие знают, что этого такое. Стоит ли обращать на него внимание при выборе жесткого диска, системной платны или уже готового компьютера? Ведь в характеристиках данных устройств слово SATA сейчас часто упоминается.
СОДЕРЖАНИЕ (нажмите на кнопку справа):
Даем определение
SATA это последовательный интерфейс передачи данных между различными накопителями информации, который пришел на смену параллельному интерфейсу АТА.
Начало работ по созданию данного интерфейса было организованно с 2000 года.
В феврале 2000 года, по инициативе компании Intel была создана специальная рабочая группа, в которую вошли лидеры IT технологий тех и теперешних времен: компания Dell, Maxtor, Seagate, APT Technologies, Quantum и много других не менее значимых компаний.
В результате двух годичной совместной работы, первые разъемы SATA появились на системных платах в конце 2002года. Они использовались для передачи данных через сетевые устройства.
А с 2003 года последовательный интерфейс был интегрирован уже во все современные системные платы.
Чтобы визуально ощутить разницу между АТА и SATA посмотрите фото ниже.
Параллельный интерфейс АТА.
Последовательный интерфейс Serial ATA.
Новый интерфейс на программной уровне, совместим со всеми существующими аппаратными устройствами и обеспечиваем более высокую скорость передачи данных.
Как видно из фото выше 7 контактный провод имеет меньшую толщину, что обеспечивает более удобное соединение между собой различных устройств, а также позволяет увеличить количество разъемов Serial ATA на системной плате.
В некоторых моделях материнских плат их количество может достигать аж 6.
Более низкое рабочего напряжение, меньшее количество контактов и микросхем уменьшило тепловыделение устройствами. Поэтому контроллеры портов SATA не перегреваются, а это обеспечивают еще большую надежную передачу данных.
Однако к интерфейсу Serial ATA еще проблематично подключить большинство современных дисководов, поэтому все производили современных системных плат еще не отказались от интерфейса АТА (IDE).
Кабеля и разъемы
Для полноценной передачи данных через интерфейс SATA используются два кабеля.
Один, 7 контактный, непосредственно для передачи данных, и второй, 15 контактный, силовой, для подачи дополнительного напряжения.
При этом, 15 контактный, силовой кабель подключается к блоку питания, через обычный, 4-х контактный разъем выдающий два разных напряжения, 5 и 12 В.
Силовой кабель SATA выдает рабочее напряжение 3,3, 5 и 12 В, при силе тока в 4,5 А.
Ширина кабеля 2, 4 см.
Чтобы обеспечить плавный переход от АТА к SATA, в плане подключения питания, на некоторых моделях жестких дисков еще можно увидеть старые 4-х контактные разъемы.
Но как правило, современные винчестеры уже идут только с 15 контактным новым разъемом.
Кабель передачи данных Serial ATA можно подключать к винчестеру и системной плате даже при включенных последних, что нельзя было сделать в старом интерфейсе АТА.
Это достигается за счет того, что выводы заземления в районе контактов интерфейса сделаны немного длиннее, чем сигнальные и силовые.
Поэтому при подсоединении в первую очередь контактируют провода заземления, и только потом все остальные.
Тоже самое можно сказать и про силовой 15 контактный кабель.
Таблица, выводы разъема данных.
Таблица, силовой разъем Serial ATA.
Конфигурация SATA
Основное отличие конфигурации SATA от АТА это отсутствие специальных переключателей и фишек типа Master/Slave.
А также нет необходимости выбирать место подключения устройства к кабелю, ведь на кабеле АТА два таких места, и устройство, которое подключено в конце кабеля считается в BIOS главным.
Отсутствие настроек Master/Slave не только значительно упрощает аппаратную конфигурацию, но и позволяет более быстро устанавливать операционные системы, к примеру, Windows 7.
Кстати про BIOS, настройки в нем тоже не займут много времени. Вы там быстро все найдете и настроите.
Скорость передачи данных
Скорость передачи данных это один из важных параметров, для улучшение которого и был разработан интерфейс SATA.
Но этот показатель в данном интерфейсе постоянно увеличивался и сейчас скорость передачи данных может достигать до 1969 Мбайт /с. Многое зависит от поколения интерфейса SATA, а их уже 5.
Первые поколения последовательного интерфейса, версии «0», могли передать до 50 Мбайт/с, но они не прижились, так как сразу же были заменены на SATA 1.0. скорость передачи данных которых уже тогда достигала 150 Мбайт/с.
Время появления серий SATA и их возможности.
Серии:
SATA Express
В данном интерфейсе передача данных осуществляется на скорости 16 Гбит/с или 1969 Мбайт/с за счет взаимодействия двух линий PCIe Express и SATA.
Интерфейс SATA Express начал внедрятся в чипсетах Intel 9-й серии и в начале 2014 года был мало еще известен.
Если не внедрятся в дебри ИТ технологий, то в двух словах можно сказать так.
Serial ATA Express, это своеобразный переходной мост, который переводит обычный режим передачи сигналов в режиме SATA на более скоростной, который возможен благодаря интерфейсу PCI Express.
eSATA
eSATA используется для подключения внешних устройств, что еще раз подтверждает универсальность интерфейса SATA.
Здесь уже используется более надежный разъемы подключения и порты.
Недостатком является то, что для работы внешнего устройства нужен отдельный специальный кабель.
Но разработчики интерфейса в скором времени решили эту проблему внедрив систему питания сразу в основной кабель в интерфейсе eSATAp.
eSATAp
eSATAp, это доработанный интерфейс eSATA в реализации которого была использована технология USB 2.0. Основное преимущество данного интерфейса, это передача по проводам напряжения 5 и 12 Вольт.
Соответственно встречаются eSATAp 5 V и eSATAp 12 V.
Существуют и другие названия интерфейса, все зависит от производителя. Вы можете встретить аналогичные названия: Power eSATA, Power over eSATA, eSATA USB Hybrid Port (EUHP), eSATApd и SATA/USB Combo.
Как выглядит интерфейс смотрите ниже.
Совместимость кабелей.
Также для ноутбуков и нетбуков разработан интерфейс Mini eSATAp.
mSATA
mSATA – внедрен с сентября 2009 года. Разработан для использования в ноутбуках, нетбуков и других не больших ПК.
На фото выше, как пример, представлено два диска, один обычный SATA, он внизу. Выше диск с интерфейсом mSATA.
Кому интересно, можете ознакомится с характеристиками mSATA-накопителей.
Такие накопители установлены практически в каждом ультрабуке.
Интерфейс mSATA в обычных компьютерах применяется редко.
Переходник mSATA to Serial ATA Convertor.
Вывод
Из выше сказанного понятно, что интерфейс последовательной передачи данных SATA еще не исчерпал себя полностью.
Поэтому и дальше он будет развиваться и совершенствуется, удивляя нас своими возможностями в скорости передачи данных и удобством в работе.