Seriové ATA, principy, vlastnosti • Snahy o zvyšování rychlosti v komunikaci s periferními zařízeními jsou velmi problematicky naplnitelné – jedním z omezujících faktorů je fyzická konstrukce rozhraní a kabelů. • Stav na trhu se zařízeními připojitelnými přes paralelní ATA/IDE: odhady říkají, že v r. 2003 bylo nainstalováno ve světě asi 190 mil. ks, 90 % z toho byly disky => má smysl pracovat na technologiích, které mají šanci uplatnit se v budoucnu. • Možnosti zvyšování rychlosti přenosu [MB/s] udávané: - rozšiřování sběrnice na větší počet slabik (při stejné synchronizaci se zvýší parametr MB/s), - zdokonalování kabelu, např. zařazením většího počtu stínících vodičů – je možné zvýšit synchronizaci, - zkracování kabelu, - zvyšováním kmitočtu, jímž jsou synchronizovány přenosy, - přechod na jiný způsob komunikace, který je možné synchronizovat vyšším kmitočtem. • První verze ATA/IDE kabelů – 40 vodičů, pouze jistý počet využit pro přenos signálů, zbývající vodiče plní funkci stínění.
• Účel stínících kabelů – redukovat přeslechy mezi signály podílející se na komunikaci a tak zvýšit rychlost přenosu. • Čím vyšší rychlosti přenosu přes paralelní kabel realizujeme (vyšší kmitočty), tím větší nebezpečí přeslechů existuje. • Zvýšení počtu signálů v kabelu => větší počet vodičů je možné použít pro stínění => je možné zvýšit rychlost přenosu přes kabel. • Obecně: počet stínících vodičů ovlivňuje maximální možné rychlosti přenosu dat přes kabel (s vyšším počtem stínících vodičů je možné přenosy synchronizovat vyšším kmitočtem). • Nevýhody klasického kabelu a rozhraní ATA/IDE (přenos 16 bitů současně): - objem kabelu, - obtížná manipulace (instalace), - obtížně realizovatelný přechod na vyšší rychlost, - rozhraní pracuje na logických úrovních 5 V, což je dnes stav dávno překonaný (kdysi byl výhodný) a zcela nekompatibilní s trendy vývoje integrovaných obvodů. • Kabel se sériovým přenosem (tzn. přenos po bitech) – možnost přechodu na vyšší kmitočet: - dva vodiče, po němž se sériově přenášejí data => problém s přeslechy je menší,
•
• •
•
- je možné tak sériový přenos synchronizovat vyšším kmitočtem. Výsledek: první verze sériového ATA byla synchronizována kmitočtem 1500 MHz, na rozdíl od standardu ATA/100 synchronizovaného kmitočtem 50 MHz. 300/600 MByte/s blízká budoucnost – 2 roky. Sériové ATA potřebuje pouze čtyři vodiče - dva pro každý směr: - Přes jednu dvojici signálů se data přenášejí v jednom směru, druhou dvojici signálů používá příjemce pro potvrzování příjmu. - Napěťové úrovně na rozhraní: 250 mV (IDE – + 5 V). - Signál na rozhraní je diferenciální (tzn. signál +, -, dva vodiče pro jeden kanál) - two phasereversed signals. - Rušení do jednoho signálu ovlivní stejně i druhý signál – vysoká imunita proti rušení, požadavky na stínění využitím uzemněných vodičů v kabelu je mírnější. ATA/IDE bylo postaveno na koncepci master/slave, kdy jeden kanál (kabel) je dedikován dvěma HDD, mělo vliv na rychlost – přenosová rychlost kabelu je sdílena dvěma disky.
• SATA – každý HDD má svůj vlastní kabel – přenosová rychlost kabelu je k dispozici jednomu disku. • Sériové přenosy – budoucnost pro tvorbu přenosových kabelů. • Konstrukce konektoru – možné vyšší rychlosti. • Výhody sériového ATA: - možnost použít delší kabel (až 1 m oproti 40 cm kabelu ATA/IDE), - vyšší přenosové rychlosti, - vyšší spolehlivost, - snadnější manipulace s kabelem (kabel ATA se 40/80 vodiči). Alternativa s 80 vodiči počínaje od ATA 5 – větší počet stínících vodičů.
• Zajímavé úvahy: - SATA bude relativně brzy schopno přechodu na vyšší rychlost – 300 MB/s, 600 MB/s. - Současná technologie výroby HDD umí „nárazový režim přenosu“ s rychlostí 100 MB/s. - Řadič SATA se připojuje k procesoru přes sběrnici PCI – rychlost sběrnice PCI - 133 MB/s. - Obě hodnoty jsou nižší než hodnoty, které nabízí standard SATA a které se zdají být realizovatelné => standard SATA je/bude nastaven na hodnoty, které jeho okolí zatím neumí. - SATA zcela určitě nějakou dobu nebude „úzkým hrdlem“ diskových operací (odhad 10 let).
Stav technologií paralelní ATA a sériové ATA • Specifikace ATA/ATAPI – 6 podporuje 100 MB/s. • Specifikace ATA/ATAPI – 7 podporuje 133 MB/s, což je u technologie paralelní ATA zřejmě vrchol. • Specifikave sériové ATA – podporuje 150 MB/s další specifikace 300 MB/s (viděno jako blízká budoucnost – Serial ATA I ), 600 MB/s (Serial ATA II) v horizontu 2 let (?).
• Předpokládá se, že rychlost 600 MB/s bude vyhovovat po dobu následujících 10 let. • Úvahy o rychlostech realizovatelných ve standardu ATA/ATAPI 6: - Šířka přenášených dat – 16 bitů (2 B). - Přenosy jsou synchronizovány kmitočtem 50 MHz, tzn. každých 20 ns je realizován přenos 2 slabik (B). - Za jednu sekundu se provede 50 milionů přenosů po dvou slabikách, za 1 s se tak přenese 100 MB. - Další vývojový stupeň: přenosy jsou realizovány od nástupné i sestupné hrany, tzn. pro daný kmitočet synchronizace přenosu se rychlost přenosu zdvojnásobí – ATA/IDE 133 MB/s. - Využití této techniky pro rychlost 100 MB/s synchronizace 25 MHz (pokud se data přenášejí od obou hran). • Specifikace ULTRA ATA – takové, kdy jsou přenosy realizovány od obou hran synchronizačního signálu. • Specifikace sériového ATA: Fyzická vrstva - Navržena tak, aby nebylo nutno napravovat nic, co bylo k dispozici pro paralelní ATA: prostředky OS, ovladače.
- Propojení je realizováno přes 4 vodiče, konfigurace point-to-point – každé zařízení je na kabelu samostatně. - Pro každý směr jsou k dispozici dva diferenciální signály, napěťová úroveň 250 mV. - Přenáší se a přijímá 10 b, pouze 8 b je informačních => pouze 80 % je využito pro přenos vlastní (efektivní) informace. - Výpočet: 1500 Mb přeneseno za 1s, z toho pouze 1200 Mb je efektivních (1200 Mb nese 8 bitovou informaci), pak 1200 Mb : 8 b = 150 Mb/s. - Časování: bitový interval – 1 s (109 ns) : 1500 x 106 b = 0,67 ns. - Délka kabelu 1 m. - Disk se svým řadičem má do jisté míry úplně stejnou strukturu jako disk komunikující přes paralelní ATA – stejné registry (stejný registrový model). Spojovací vrstva - Realizuje odesílání a přijímání rámců. - Obsahuje: kodér/dekodér znaků, kodér/dekodér významových bitů (10 b → 8 b), obvod pro vygenerování 32 bitů CRC (Cyclic Redundancy Check – cyklická kontrola).
Transportní vrstva - Zajišťuje zpakování a rozpakování informace pro ATA a ATAPI zařízení do Frame Information Structure. - Vysvětlení: registrový model pevného disku na sériovém ATA je stejný jako na paralelním ATA – data pro registry je třeba “zpakovat” na vysílací straně a “rozpakovat” na přijímací straně. Toté platí pro zařízení ATAPI. Aplikační vrstva - Analyzuje informaci získanou přes transportní vrstvu tak, aby se přenesená informace zapsala do adresovaných registrů.
