Serielle ATA – Wikipedia

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Serielle ATA (SATA, abgekürzt von Serielle AT-Anlage)[3] ist eine Computerbusschnittstelle, die Hostbusadapter mit Massenspeichergeräten wie Festplatten, optischen Laufwerken und Solid-State-Laufwerken verbindet. Serial ATA gelang es dem früheren Parallel ATA (PATA) -Standard, die vorherrschende Schnittstelle für Speichergeräte zu werden.

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Die Kompatibilitätsspezifikationen für die serielle ATA-Industrie stammen von der Serial ATA International Organization (SATA-IO), die dann vom INCITS Technical Committee T13, AT Attachment (INCITS T13) veröffentlicht werden.[4]

Geschichte[edit]

SATA wurde im Jahr 2000 angekündigt[5][6] Um gegenüber der früheren PATA-Schnittstelle mehrere Vorteile zu bieten, wie z. B. reduzierte Kabelgröße und -kosten (sieben Leiter anstelle von 40 oder 80), natives Hot-Swapping, schnellere Datenübertragung durch höhere Signalisierungsraten und effizientere Übertragung über ein (optionales) I. / O Warteschlangenprotokoll. Revision 1.0 der Spezifikation wurde im Januar 2003 veröffentlicht.[3]

Die Kompatibilitätsspezifikationen für die serielle ATA-Industrie stammen von der Serial ATA International Organization (SATA-IO). Die SATA-IO-Gruppe erstellt, überprüft, ratifiziert und veröffentlicht gemeinsam die Interoperabilitätsspezifikationen, Testfälle und Plugfests. Wie bei vielen anderen Branchenkompatibilitätsstandards wird das Eigentum an SATA-Inhalten auf andere Branchengremien übertragen: hauptsächlich INCITS T13[4] und ein INCITS T10-Unterausschuss (SCSI), eine Untergruppe von T10, die für Serial Attached SCSI (SAS) verantwortlich ist. Der Rest dieses Artikels versucht, die SATA-IO-Terminologie und -Spezifikationen zu verwenden.

Vor der Einführung von SATA im Jahr 2000 war PATA einfach als ATA bekannt. Der Name “AT Attachment” (ATA) entstand nach der Veröffentlichung des IBM Personal Computer AT im Jahr 1984, besser bekannt als IBM AT.[7] Die Controller-Schnittstelle des IBM AT wurde zu einer De-facto-Branchenschnittstelle für die Aufnahme von Festplatten. “AT” war die Abkürzung von IBM für “Advanced Technology”; Daher geben viele Unternehmen und Organisationen an, dass SATA eine Abkürzung für “Serial Advanced Technology Attachment” ist. In den ATA-Spezifikationen wird jedoch einfach der Name “AT Attachment” verwendet, um mögliche Markenprobleme mit IBM zu vermeiden.[8]

SATA-Hostadapter und -Geräte kommunizieren über ein serielles Hochgeschwindigkeitskabel über zwei Leiterpaare. Im Gegensatz dazu verwendet paralleles ATA (die Neubezeichnung für die alten ATA-Spezifikationen) einen 16 Bit breiten Datenbus mit vielen zusätzlichen Unterstützungs- und Steuersignalen, die alle mit einer viel niedrigeren Frequenz arbeiten. Um die Abwärtskompatibilität mit älteren ATA-Software und -Anwendungen sicherzustellen, verwendet SATA dieselben grundlegenden ATA- und ATAPI-Befehlssätze wie ältere ATA-Geräte.

Das weltweit erste SATA-Festplattenlaufwerk ist das Seagate Barracuda SATA V, das im Januar 2003 veröffentlicht wurde.[9]

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SATA hat paralleles ATA in Consumer-Desktop- und Laptop-Computern ersetzt. Der Marktanteil von SATA auf dem Desktop-PC-Markt betrug 2008 99%.[10] PATA wurde größtenteils für jede Verwendung durch SATA ersetzt. mit PATA in abnehmender Verwendung in industriellen und eingebetteten Anwendungen, die CompactFlash (CF) -Speicher verwenden, der nach dem alten PATA-Standard entwickelt wurde. CFast, ein Standard von 2008, der CompactFlash ersetzt, basiert auf SATA.[11][12]

Eigenschaften[edit]

SATA 6 Gbit / s Host Controller, eine PCI Express × 1 Karte mit Marvell Chipsatz

Hot Plug[edit]

Die serielle ATA-Spezifikation erfordert das Hot-Plugging von SATA-Geräten. Das heißt, Geräte, die die Spezifikation erfüllen, können ein Gerät in oder aus einem Backplane-Anschluss (kombiniertes Signal und Stromversorgung) mit eingeschaltetem Gerät einsetzen oder entfernen. Nach dem Einsetzen wird das Gerät initialisiert und arbeitet dann normal. Abhängig vom Betriebssystem kann der Host auch initialisiert werden, was zu einem Hot-Swap führt. Der mit Strom versorgte Host und das Gerät müssen sich zum sicheren Einfügen und Entfernen nicht im Ruhezustand befinden. Ungeschriebene Daten können jedoch verloren gehen, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

Im Gegensatz zu PATA unterstützen sowohl SATA als auch eSATA Hot Plugging. Diese Funktion erfordert jedoch eine ordnungsgemäße Unterstützung auf Host-, Geräte- (Laufwerk) und Betriebssystemebene. Im Allgemeinen erfüllen SATA-Geräte die geräteseitigen Hot-Plug-Anforderungen, und die meisten SATA-Hostadapter unterstützen diese Funktion.[2]

Bei eSATA wird Hot Plugging nur im AHCI-Modus unterstützt. Der IDE-Modus unterstützt kein Hot-Plugging.[13]

Erweiterte Host-Controller-Schnittstelle[edit]

Advanced Host Controller Interface (AHCI) ist eine offene Host-Controller-Schnittstelle, die von Intel veröffentlicht und verwendet wird und zu einem De-facto-Standard geworden ist. Es ermöglicht die Verwendung erweiterter SATA-Funktionen wie Hotplug und Native Command Queuing (NCQ). Wenn AHCI nicht über das Motherboard und den Chipsatz aktiviert ist, arbeiten SATA-Controller normalerweise in der IDE[a] Emulationsmodus, der keinen Zugriff auf Gerätefunktionen ermöglicht, die vom ATA-Standard (auch IDE genannt) nicht unterstützt werden.

Windows-Gerätetreiber, die als SATA gekennzeichnet sind, werden häufig im IDE-Emulationsmodus ausgeführt, es sei denn, sie geben ausdrücklich an, dass es sich um den AHCI-Modus, den RAID-Modus oder einen Modus handelt, der von einem proprietären Treiber und Befehlssatz bereitgestellt wird, der den Zugriff auf die erweiterten Funktionen von SATA vor AHCI ermöglichte Beliebt. Moderne Versionen von Microsoft Windows, Mac OS X, FreeBSD, Linux ab Version 2.6.19,[14] Neben Solaris und OpenSolaris wird AHCI unterstützt, frühere Betriebssysteme wie Windows XP jedoch nicht. Selbst in diesen Fällen wurde möglicherweise ein proprietärer Treiber für einen bestimmten Chipsatz wie den von Intel erstellt.[15]

Überarbeitungen[edit]

SATA-Revisionen werden normalerweise mit einem Bindestrich gefolgt von römischen Ziffern gekennzeichnet, z. B. “SATA-III”.[16] um Verwechslungen mit der Geschwindigkeit zu vermeiden, die immer in arabischen Ziffern angezeigt wird, z. B. “SATA 6 Gbit / s”.

SATA-Version 1.0 (1,5 Gbit / s, 150 MB / s, Serial ATA-150)[edit]

Revision 1.0a[3] wurde am 7. Januar 2003 veröffentlicht. SATA-Schnittstellen der ersten Generation, jetzt als SATA 1,5 Gbit / s bekannt, kommunizieren mit einer Geschwindigkeit von 1,5 Gbit / s.[b] und unterstützen Native Command Queuing (NCQ) nicht. Unter Berücksichtigung des 8b / 10b-Codierungsaufwands weisen sie eine tatsächliche nicht codierte Übertragungsrate von 1,2 Gbit / s (150 MB / s) auf. Der theoretische Burst-Durchsatz von SATA 1,5 Gbit / s ähnelt dem von PATA / 133, neuere SATA-Geräte bieten jedoch Verbesserungen wie NCQ, die die Leistung in einer Multitasking-Umgebung verbessern.

In der ersten Zeit nach der Fertigstellung von SATA 1,5 Gbit / s verwendeten Adapter- und Laufwerkshersteller einen “Bridge-Chip”, um vorhandene PATA-Designs für die Verwendung mit der SATA-Schnittstelle zu konvertieren. Überbrückte Laufwerke verfügen über einen SATA-Anschluss, können eine oder beide Arten von Stromanschlüssen enthalten und arbeiten im Allgemeinen identisch mit ihren nativen SATA-Entsprechungen.[17] Die meisten überbrückten Laufwerke unterstützen jedoch einige SATA-spezifische Funktionen wie NCQ nicht. Native SATA-Produkte übernahmen mit der Einführung der zweiten Generation von SATA-Laufwerken schnell die überbrückten Produkte.[citation needed]

Stand April 2010Die schnellsten SATA-Festplatten mit 10.000 U / min konnten Daten mit einer maximalen (nicht durchschnittlichen) Geschwindigkeit von bis zu 157 MB / s übertragen.[18] Dies geht über die Fähigkeiten der älteren PATA / 133-Spezifikation hinaus und übertrifft auch die Fähigkeiten von SATA 1,5 Gbit / s.

SATA-Version 2.0 (3 Gbit / s, 300 MB / s, Serial ATA-300)[edit]

SATA 2-Anschlüsse auf einem Computer-Motherboard, alle bis auf zwei mit eingesteckten Kabeln. Beachten Sie, dass außer den Beschriftungen kein sichtbarer Unterschied zwischen SATA 1-, SATA 2- und SATA 3-Kabeln und -Anschlüssen besteht.

Die SATA-Version 2.0 wurde im April 2004 veröffentlicht und führte Native Command Queuing (NCQ) ein. Es ist abwärtskompatibel mit SATA 1,5 Gbit / s.[19]

SATA-Schnittstellen der zweiten Generation werden mit einer nativen Übertragungsrate von 3,0 Gbit / s ausgeführt, die unter Berücksichtigung des 8b / 10b-Codierungsschemas der maximalen nicht codierten Übertragungsrate von 2,4 Gbit / s (300 MB / s) entspricht. Der theoretische Burst-Durchsatz der SATA-Version 2.0, die auch als SATA 3 Gbit / s bezeichnet wird, verdoppelt den Durchsatz der SATA-Version 1.0.

Alle SATA-Datenkabel, die der SATA-Spezifikation entsprechen, sind für 3,0 Gbit / s ausgelegt und können mit modernen mechanischen Laufwerken ohne Verlust an Dauer- und Burst-Datenübertragungsleistung umgehen. Hochleistungs-Flash-basierte Laufwerke können jedoch die Übertragungsrate von SATA 3 Gbit / s überschreiten. Dies wird mit dem Interoperabilitätsstandard SATA 6 Gbit / s behoben.

SATA-Revision 2.5[edit]

Die im August 2005 angekündigte SATA-Revision 2.5 hat die Spezifikation in einem einzigen Dokument zusammengefasst.[20][21]

SATA-Revision 2.6[edit]

Die im Februar 2007 angekündigte SATA-Revision 2.6 führte die folgenden Funktionen ein:[22]

SATA-Version 3.0 (6 Gbit / s, 600 MB / s, Serial ATA-600)[edit]

Die Serial ATA International Organization (SATA-IO) präsentierte im Juli 2008 den Entwurf einer Spezifikation für die physikalische Schicht von SATA 6 Gbit / s.[23] und ratifizierte seine physikalische Schichtspezifikation am 18. August 2008.[24] Der vollständige 3.0-Standard wurde am 27. Mai 2009 veröffentlicht.[25]

SATA-Schnittstellen der dritten Generation werden mit einer nativen Übertragungsrate von 6,0 Gbit / s ausgeführt. Unter Berücksichtigung der 8b / 10b-Codierung beträgt die maximale Übertragungsrate ohne Codierung 4,8 Gbit / s (600 MB / s). Der theoretische Burst-Durchsatz von SATA 6.0 Gbit / s ist doppelt so hoch wie der von SATA Revision 2.0. Es ist abwärtskompatibel mit SATA 3 Gbit / s und SATA 1,5 Gbit / s.[23]

Die SATA 3.0-Spezifikation enthält die folgenden Änderungen:

  • 6 Gbit / s für skalierbare Leistung.
  • Fortgesetzte Kompatibilität mit SAS, einschließlich SAS 6 Gbit / s, gemäß “Eine SAS-Domäne unterstützt möglicherweise die Anbindung an und Steuerung von nicht modifizierten SATA-Geräten, die mithilfe des Serial ATA Tunneled Protocol (STP) direkt mit der SAS-Domäne verbunden sind” aus SATA Revision 3.0 Gold Spezifikation.
  • NCQ-Streaming-Befehl (Isochronous Native Command Queuing) zur Aktivierung der isochronen Datenübertragung von Dienstqualitätsdaten für das Streaming von Anwendungen mit digitalen Inhalten.
  • Eine NCQ-Verwaltungsfunktion, die zur Leistungsoptimierung beiträgt, indem sie die Host-Verarbeitung und Verwaltung ausstehender NCQ-Befehle ermöglicht.
  • Verbesserte Energieverwaltungsfunktionen.
  • Ein kleiner LIF-Anschluss (Low Insertion Force) für kompaktere 1,8-Zoll-Speichergeräte.
  • Ein 7-mm-Laufwerksprofil für den schlanken SATA-Anschluss (zusätzlich zu den vorhandenen 12,7-mm- und 9,5-mm-Profilen).
  • Anpassung an den INCITS ATA8-ACS-Standard.

Im Allgemeinen zielen die Verbesserungen darauf ab, die Servicequalität für Video-Streaming und Interrupts mit hoher Priorität zu verbessern. Darüber hinaus unterstützt der Standard weiterhin Entfernungen von bis zu einem Meter. Die neueren Geschwindigkeiten erfordern möglicherweise einen höheren Stromverbrauch für die Unterstützung von Chips, obwohl verbesserte Prozesstechnologien und Energieverwaltungstechniken dies abschwächen können. In der späteren Spezifikation können vorhandene SATA-Kabel und -Anschlüsse verwendet werden. 2008 wurde jedoch berichtet, dass von einigen OEMs erwartet wurde, dass sie Host-Anschlüsse für höhere Geschwindigkeiten aktualisieren.[26]

SATA-Revision 3.1[edit]

Mit der im Juli 2011 veröffentlichten SATA-Version 3.1 wurden die folgenden Funktionen eingeführt oder geändert:[27][28]

  • mSATA, SATA für Solid-State-Laufwerke in mobilen Computergeräten, ein PCI Express Mini Card-ähnlicher Anschluss, der elektrisch SATA ist.[29]
  • Optisches Festplattenlaufwerk ohne Stromversorgung, im Leerlauf befindliches optisches SATA-Laufwerk verbraucht keinen Strom.
  • TRIM-Befehl in Warteschlange, verbessert die Leistung von Solid-State-Laufwerken.
  • Erforderliches Link Power Management, reduziert den gesamten Systemstrombedarf mehrerer SATA-Geräte.
  • Hardware-Steuerungsfunktionen ermöglichen die Host-Identifizierung von Gerätefunktionen.
  • Universelles Speichermodul (USM), ein neuer Standard für kabellosen Plug-In-Speicher (Steckplatz) für Geräte der Unterhaltungselektronik.[30][31]

SATA-Revision 3.2[edit]

SATA Revision 3.2 wurde im August 2013 veröffentlicht und bietet folgende Funktionen:[32]

  • Die SATA Express-Spezifikation definiert eine Schnittstelle, die sowohl SATA- als auch PCI Express-Busse kombiniert, sodass beide Arten von Speichergeräten nebeneinander existieren können. Durch den Einsatz von PCI Express ist ein wesentlich höherer theoretischer Durchsatz von 1969 MB / s möglich.[33][34]
  • Der SATA M.2-Standard ist eine Implementierung der SATA Express-Schnittstelle mit kleinem Formfaktor und zusätzlichem internen USB 3.0-Anschluss. Eine detailliertere Zusammenfassung finden Sie im Abschnitt M.2 (NGFF) unten.[35]
  • microSSD führt eine elektrische Schnittstelle für ein Ball-Grid-Array für miniaturisierten, eingebetteten SATA-Speicher ein.[36]
  • USM Slim Reduziert die Dicke des Universal Storage Module (USM) von 14,5 Millimeter (0,57 Zoll) auf 9 Millimeter (0,35 Zoll).[37]
  • DevSleep ermöglicht einen geringeren Stromverbrauch für Geräte, die immer eingeschaltet sind, während sie sich in Energiesparmodi wie InstantGo (früher als Connected Standby bezeichnet) befinden.[38]
  • Hybride Informationen bietet eine höhere Leistung für Solid-State-Hybridantriebe.[39][40]

SATA-Revision 3.3[edit]

Mit der im Februar 2016 veröffentlichten SATA-Version 3.3 wurden die folgenden Funktionen eingeführt:[41][42]

  • Unterstützung für Shedled Magnetic Recording (SMR), die die Kapazität des Festplattenlaufwerks um 25 Prozent oder mehr erhöht, indem Titel auf dem Medium überlappt werden.
  • Strom deaktivieren Die Funktion (siehe PWDIS-Pin) ermöglicht das Fernschalten von SATA-Laufwerken und eine Rebuild Assist-Funktion, die den Wiederherstellungsprozess beschleunigt, um die Wartung im Rechenzentrum zu vereinfachen.
  • Die Transmitter Emphasis Specification erhöht die Interoperabilität und Zuverlässigkeit zwischen Host und Geräten in elektrisch anspruchsvollen Umgebungen.
  • Ein Aktivitätsindikator und ein gestaffeltes Hochfahren können über denselben Pin gesteuert werden, was die Flexibilität erhöht und den Benutzern mehr Auswahlmöglichkeiten bietet.

Die neue Power Disable-Funktion (ähnlich der SAS Power Disable-Funktion) verwendet Pin 3 des SATA-Stromanschlusses. Einige ältere Netzteile, die an Pin 3 eine 3,3-V-Stromversorgung liefern, zwingen Laufwerke mit der Funktion zum Deaktivieren der Stromversorgung, in einem Hard-Reset-Zustand hängen zu bleiben und ein Hochfahren zu verhindern. Das Problem kann normalerweise behoben werden, indem ein einfaches Netzteil „Molex to SATA“ verwendet wird, um diese Laufwerke mit Strom zu versorgen.[43]

SATA-Revision 3.4[edit]

Mit der im Juni 2018 veröffentlichten SATA-Version 3.4 wurden die folgenden Funktionen eingeführt, die die Überwachung des Gerätezustands und die Ausführung von Verwaltungsaufgaben mit minimalen Auswirkungen auf die Leistung ermöglichen:[44]

  • Dauerhafte / geordnete Schreibbenachrichtigung: Ermöglicht das Schreiben ausgewählter kritischer Cache-Daten auf das Medium, wodurch die Auswirkungen auf den normalen Betrieb minimiert werden.
  • Gerätetemperaturüberwachung: Ermöglicht die aktive Überwachung der SATA-Gerätetemperatur und anderer Bedingungen, ohne den normalen Betrieb zu beeinträchtigen, indem der SFF-8609-Standard für die Out-of-Band-Kommunikation (OOB) verwendet wird.
  • Device Sleep Signal Timing: Bietet eine zusätzliche Definition, um die Kompatibilität zwischen den Implementierungen der Hersteller zu verbessern.

SATA-Revision 3.5[edit]

SATA Revision 3.5 wurde im Juli 2020 veröffentlicht und bietet Funktionen, die höhere Leistungsvorteile ermöglichen und eine stärkere Integration von SATA-Geräten und -Produkten in andere Branchen-E / A-Standards fördern:[45]

  • Schwerpunkt der Geräteübertragung für Gen 3 PHY: Richtet SATA an anderen Merkmalen anderer E / A-Messlösungen aus, um SATA-IO-Mitgliedern beim Testen und Integrieren zu helfen.
  • Definierte geordnete NCQ-Befehle: Ermöglicht dem Host, die Verarbeitungsbeziehungen zwischen Befehlen in der Warteschlange anzugeben und die Reihenfolge festzulegen, in der Befehle in der Warteschlange verarbeitet werden.
  • Funktionen zur Begrenzung der Befehlsdauer: Reduziert die Latenz, indem der Host die Definition von Dienstqualitätskategorien ermöglicht, wodurch der Host eine genauere Steuerung der Befehlseigenschaften erhält. Die Funktion hilft dabei, SATA an den Anforderungen des “Fast Fail” auszurichten, die vom Open Compute Project (OCP) festgelegt und im Standard des INCITS T13 Technical Committee festgelegt wurden.

Kabel, Stecker und Anschlüsse[edit]

2,5-Zoll-SATA-Laufwerk über einem 3,5-Zoll-SATA-Laufwerk, Nahaufnahme von Daten- und Stromanschlüssen. Ebenfalls sichtbar sind 8 Überbrückungsstifte am 3,5-Zoll-Laufwerk.

Steckverbinder und Kabel weisen die sichtbarsten Unterschiede zwischen SATA- und parallelen ATA-Laufwerken auf. Im Gegensatz zu PATA werden dieselben Anschlüsse auf 89-mm-SATA-Festplatten (für Desktop- und Servercomputer) und 64-mm-Festplatten (für tragbare oder kleine Computer) verwendet.[46]

Standard-SATA-Anschlüsse für Daten und Strom haben einen Leiterabstand von 1,27 mm (0,050 Zoll). Zum Anschluss eines SATA-Steckers ist eine geringe Einsteckkraft erforderlich. Ein kleinerer Mini-SATA- oder mSATA-Anschluss wird von kleineren Geräten wie 1,8-Zoll-SATA-Laufwerken, einigen DVD- und Blu-ray-Laufwerken sowie Mini-SSDs verwendet.[47]

Für externe Geräte ist ein spezieller eSATA-Anschluss vorgesehen, und optional sind Clips vorgesehen, um die internen Anschlüsse festzuhalten. SATA-Laufwerke können an SAS-Controller angeschlossen sein und über dasselbe physische Kabel wie native SAS-Festplatten kommunizieren. SATA-Controller können jedoch keine SAS-Festplatten verarbeiten.

Weibliche SATA-Anschlüsse (z. B. auf Motherboards) werden für SATA-Datenkabel verwendet, die über Schlösser oder Clips verfügen, um ein versehentliches Herausziehen des Netzsteckers zu verhindern. Einige SATA-Kabel verfügen über rechtwinklige oder linke Winkelanschlüsse, um den Anschluss an Leiterplatten zu erleichtern.

Datenanschluss[edit]

Standardstecker, Datensegment[48]
Pin # Paarung Funktion
1 1 Boden
2 2 .. A + (senden)
3 2 .. A− (senden)
4 1 Boden
5 2 .. B− (empfangen)
6 2 .. B + (empfangen)
7 1 Boden
– – Codierungskerbe

Der SATA-Standard definiert ein Datenkabel mit sieben Leitern (drei Erdungen und vier aktiven Datenleitungen in zwei Paaren) und 8 mm breiten Waferanschlüssen an jedem Ende. SATA-Kabel können Längen von bis zu 1 Meter haben und einen Motherboard-Sockel an eine Festplatte anschließen. Im Vergleich dazu verbinden PATA-Flachbandkabel einen Motherboard-Sockel mit einer oder zwei Festplatten, führen entweder 40 oder 80 Drähte und sind gemäß der PATA-Spezifikation auf eine Länge von 45 Zentimetern begrenzt. Kabel bis zu 90 cm sind jedoch leicht verfügbar. Somit lassen sich SATA-Steckverbinder und -Kabel leichter in geschlossenen Räumen montieren und reduzieren Hindernisse für die Luftkühlung. Obwohl sie anfälliger für versehentliches Herausziehen und Brechen sind als PATA, können Benutzer Kabel mit Verriegelungsfunktion erwerben, wobei eine kleine (normalerweise metallische) Feder den Stecker in der Buchse hält.

SATA-Anschlüsse können gerade, rechtwinklig oder linkswinklig sein. Abgewinkelte Steckverbinder ermöglichen Verbindungen mit geringerem Profil. Rechtwinklige (auch 90-Grad-Stecker genannt) Stecker führen das Kabel auf der Leiterplattenseite unmittelbar vom Laufwerk weg. Linkswinklige (auch 270-Grad-Stecker genannt) Stecker führen das Kabel über das Laufwerk nach oben.

Eines der Probleme, die mit der Übertragung von Daten mit hoher Geschwindigkeit über elektrische Verbindungen verbunden sind, wird als beschrieben LärmDies ist auf die elektrische Kopplung zwischen Datenschaltungen und anderen Schaltungen zurückzuführen. Infolgedessen können die Datenschaltungen sowohl andere Schaltungen beeinflussen als auch von diesen beeinflusst werden. Designer verwenden eine Reihe von Techniken, um die unerwünschten Auswirkungen einer solchen unbeabsichtigten Kopplung zu reduzieren. Eine solche Technik, die in SATA-Verbindungen verwendet wird, ist die Differenzsignalisierung. Dies ist eine Verbesserung gegenüber PATA, das Single-Ended-Signalisierung verwendet. Verwendung von vollständig abgeschirmten Doppelkoaxialleitern mit mehreren Erdungsanschlüssen für jedes Differentialpaar[49] Verbessert die Isolation zwischen den Kanälen und verringert das Risiko von Datenverlust in schwierigen elektrischen Umgebungen.

  • Ein siebenpoliges SATA-Datenkabel (linkswinklige Version des Steckers)

  • SATA-Anschluss auf einer 3,5-Zoll-Festplatte mit Datenstiften links und Stromanschlüssen rechts. Die zwei unterschiedlichen Stiftlängen gewährleisten eine bestimmte Paarungsreihenfolge. Die längeren Längen sind Erdungsstifte und treten zuerst in Kontakt.

  • SATA 3.0 (6 Gbit / s) -Kabel mit den beiden foliengeschirmten Differentialpaaren.

Stromanschlüsse[edit]

Standardstecker[edit]

Standardstecker, Leistungssegment
Pin # Paarung Funktion
– – Codierungskerbe
1 3 .. 3,3 V Stromversorgung
2 3 ..
3 2 .. Aktivieren / Beenden des PWDIS-Modus (Power Disable)
(3,3 V Stromversorgung, Vorladung vor SATA 3.3)
4 1 Boden
5 2 ..
6 2 ..
7 2 .. 5 V Stromversorgung, Vorladung
8 3 .. 5 V Stromversorgung
9 3 ..
10 2 .. Boden
11 3 .. Versetzter Spinup / Aktivität
12 1 Boden
13 2 .. 12 V Stromversorgung, Vorladung
14 3 .. 12 V Stromversorgung
15 3 ..

Ein fünfzehnpoliger SATA-Stromanschluss (bei diesem speziellen Anschluss fehlt das orangefarbene 3,3-V-Kabel).

SATA gibt einen anderen Stromanschluss als den vierpoligen Molex-Anschluss an, der auf PATA-Geräten (Parallel ATA) (und früheren kleinen Speichergeräten, die auf ST-506-Festplattenlaufwerke und sogar auf Diskettenlaufwerke vor dem IBM-PC zurückgehen) verwendet wird. Es ist ein Wafer-Anschluss wie der SATA-Datenanschluss, jedoch viel breiter (fünfzehn Pins gegenüber sieben), um Verwechslungen zwischen beiden zu vermeiden. Einige frühe SATA-Laufwerke enthielten den vierpoligen Molex-Stromanschluss zusammen mit dem neuen fünfzehnpoligen Anschluss, aber die meisten SATA-Laufwerke haben jetzt nur den letzteren.

Der neue SATA-Stromanschluss enthält aus mehreren Gründen viel mehr Pins:[50]

  • 3,3 V werden zusammen mit den herkömmlichen 5 V- und 12 V-Versorgungen geliefert. Es wird jedoch nur von sehr wenigen Laufwerken verwendet, sodass sie möglicherweise über einen vierpoligen Molex-Anschluss mit Adapter mit Strom versorgt werden.
  • Pin 3 in SATA Revision 3.3 wurde als PWDIS neu definiert und wird zum Aufrufen und Verlassen des POWER DISABLE-Modus verwendet, um die Kompatibilität mit der SAS-Spezifikation zu gewährleisten. Wenn Pin 3 auf HIGH (maximal 2,1–3,6 V) angesteuert wird, ist die Stromversorgung der Ansteuerschaltung deaktiviert. Laufwerke mit dieser Funktion werden in Systemen, die für SATA Version 3.1 oder früher entwickelt wurden, nicht hochgefahren. Dies liegt daran, dass durch Pin 3 (HIGH) das Einschalten des Laufwerks verhindert wird.[43]
  • Um den Widerstand zu verringern und die Stromkapazität zu erhöhen, wird jede Spannung von drei Pins parallel geliefert, obwohl ein Pin in jeder Gruppe zum Vorladen vorgesehen ist (siehe unten). Jeder Stift sollte 1,5 A tragen können.
  • Fünf parallele Stifte sorgen für eine niederohmige Erdungsverbindung.
  • Zwei Erdungsstifte und ein Stift für jede mitgelieferte Spannung unterstützen das Vorladen des Hot-Plug. Die Erdungsstifte 4 und 12 in einem Hot-Swap-Kabel sind am längsten, sodass sie zuerst Kontakt haben, wenn die Steckverbinder zusammengesteckt werden. Die Stifte 3, 7 und 13 des Antriebsstromanschlusses sind länger als die anderen, sodass sie als nächstes Kontakt aufnehmen. Der Frequenzumrichter lädt damit seine internen Bypass-Kondensatoren über Strombegrenzungswiderstände auf. Schließlich berühren sich die verbleibenden Leistungsstifte, umgehen die Widerstände und stellen eine niederohmige Quelle für jede Spannung bereit. Dieser zweistufige Steckvorgang vermeidet Störungen bei anderen Lasten und mögliche Lichtbögen oder Erosion der SATA-Stromanschlusskontakte.
  • Pin 11 kann für gestaffeltes Hochfahren, Aktivitätsanzeige, beides oder nichts funktionieren. Es handelt sich um ein Open-Collector-Signal, das vom Stecker oder vom Laufwerk heruntergezogen werden kann. Wenn das Laufwerk am Stecker heruntergezogen wird (wie bei den meisten SATA-Stromanschlüssen mit Kabel), dreht es sich, sobald es mit Strom versorgt wird. Wenn das Laufwerk frei bleibt, wartet es, bis es angesprochen wird. Dies verhindert, dass sich viele Laufwerke gleichzeitig drehen, wodurch möglicherweise zu viel Strom verbraucht wird. Der Stift wird auch vom Laufwerk nach unten gezogen, um die Laufwerksaktivität anzuzeigen. Dies kann verwendet werden, um dem Benutzer über eine LED eine Rückmeldung zu geben.

Es sind passive Adapter erhältlich, die einen vierpoligen Molex-Anschluss in einen SATA-Stromanschluss umwandeln und die am Molex-Anschluss verfügbaren 5-V- und 12-V-Leitungen bereitstellen, jedoch nicht 3,3 V. Es gibt auch vierpolige Molex-zu-SATA-Netzteile Dazu gehört auch die Elektronik zur zusätzlichen Versorgung mit 3,3 V.[51] Die meisten Laufwerke benötigen jedoch keine 3,3-V-Stromleitung.[52]

Schlanker Stecker[edit]

Slimline-Stecker, Leistungssegment
Pin # Paarung Funktion
– – Codierungskerbe
1 3 .. Gerätepräsenz
2 2 .. 5 V Stromversorgung
3 2 ..
4 2 .. Fertigungsdiagnose
5 1 Boden
6 1

SATA 2.6 ist die erste Überarbeitung, die den Slimline-Anschluss definiert, der für kleinere Formfaktoren wie optische Notebook-Laufwerke vorgesehen ist. Pin 1 des schlanken Stromanschlusses, der das Vorhandensein des Geräts anzeigt, ist kürzer als die anderen, um einen Hot-Swap zu ermöglichen. Der schlanke Signalanschluss ist identisch und kompatibel mit der Standardversion, während der Stromanschluss auf sechs Pins reduziert ist und nur +5 V und nicht +12 V oder +3,3 V liefert.[22][53]

Es gibt kostengünstige Adapter für die Konvertierung von Standard-SATA zu Slimline-SATA.

  • Ein sechspoliger, schlanker SATA-Stromanschluss

  • Die Rückseite eines SATA-basierten schlanken optischen Laufwerks

Mikroanschluss[edit]

Mikroanschluss, Leistungssegment
Pin # Paarung Funktion
1 3 .. 3,3 V Stromversorgung
2 2 ..
3 1 Boden
4 1
5 2 .. 5 V Stromversorgung
6 3 ..
7 3 .. Reserviert
– – Codierungskerbe
8 3 .. Herstellerspezifisch
9 2 ..

Eine 46-mm-Micro-SATA-Festplatte mit nummerierten Daten und Stromanschlüssen am Anschluss.

Der Micro-SATA-Anschluss (manchmal auch als uSATA oder μSATA bezeichnet[54]) stammt ursprünglich aus SATA 2.6 und ist für 46-mm-Festplattenlaufwerke vorgesehen. Es gibt auch einen Mikrodatenanschluss, der ähnlich aussieht, aber etwas dünner als der Standarddatenanschluss ist.

eSATA[edit]

Nicht zu verwechseln mit SATAe.

SATA- (links) und eSATA- (rechts) Anschlüsse

Standardisiert im Jahr 2004, eSATA (e steht für extern) bietet eine Variante von SATA für externe Konnektivität. Es verwendet einen robusteren Stecker, längere abgeschirmte Kabel und strengere (aber abwärtskompatible) elektrische Standards. Das Protokoll und die logische Signalisierung (Verbindungs- / Transportschichten und höher) sind identisch mit der internen SATA. Die Unterschiede sind:

  • Minimale Sendeamplitude erhöht: Die Reichweite beträgt 500–600 mV anstelle von 400–600 mV.
  • Minimale Empfangsamplitude verringert: Der Bereich beträgt 240–600 mV anstelle von 325–600 mV.
  • Die maximale Kabellänge wurde von 1 Meter auf 2 Meter erhöht.
  • Das eSATA-Kabel und der eSATA-Stecker ähneln dem SATA 1.0a-Kabel und -Anschluss, mit folgenden Ausnahmen:
    • Der eSATA-Anschluss unterscheidet sich mechanisch, um zu verhindern, dass ungeschirmte interne Kabel extern verwendet werden. Der eSATA-Anschluss verwirft den “L” -förmigen Schlüssel und ändert die Position und Größe der Führungen.
    • Die Einstecktiefe von eSATA ist tiefer: 6,6 mm statt 5 mm. Die Kontaktpositionen werden ebenfalls geändert.
    • Das eSATA-Kabel verfügt über eine zusätzliche Abschirmung, um die EMI auf FCC- und CE-Anforderungen zu reduzieren. Interne Kabel benötigen keine zusätzliche Abschirmung, um die EMI-Anforderungen zu erfüllen, da sie sich in einem abgeschirmten Gehäuse befinden.
    • Der eSATA-Anschluss verwendet Metallfedern für den Abschirmkontakt und die mechanische Rückhaltung.
    • Der eSATA-Anschluss hat eine Lebensdauer von 5.000 Paarungen. Der normale SATA-Anschluss ist nur für 50 angegeben.

ESATA richtet sich an den Verbrauchermarkt und betritt einen externen Speichermarkt, der auch über die USB- und FireWire-Schnittstellen bedient wird. Die SATA-Schnittstelle hat bestimmte Vorteile. Die meisten Fälle von externen Festplatten mit FireWire- oder USB-Schnittstellen verwenden entweder PATA- oder SATA-Laufwerke und “Bridges”, um zwischen den Schnittstellen der Laufwerke und den externen Ports der Gehäuse zu übersetzen. Diese Überbrückung führt zu einer gewissen Ineffizienz. Einige einzelne Festplatten können während des tatsächlichen Gebrauchs 157 MB / s übertragen.[18] ungefähr viermal so hoch wie die maximale Übertragungsrate von USB 2.0 oder FireWire 400 (IEEE 1394a) und fast doppelt so schnell wie die maximale Übertragungsrate von FireWire 800. Die S3200 FireWire 1394b-Spezifikation erreicht ungefähr 400 MB / s (3,2 Gbit / s) und USB 3.0 hat eine Nenngeschwindigkeit von 5 Gbit / s. Einige Low-Level-Laufwerksfunktionen, wie z. B. SMART, funktionieren möglicherweise nicht über USB[55] oder FireWire- oder USB + FireWire-Bridges; eSATA leidet nicht unter diesen Problemen, vorausgesetzt, der Controller-Hersteller (und seine Treiber) präsentiert eSATA-Laufwerke als ATA-Geräte und nicht als SCSI-Geräte, wie dies bei Silicon Image-, JMicron- und NVIDIA nForce-Treibern für Windows Vista üblich ist. In diesen Fällen verfügen SATA-Laufwerke nicht über Funktionen auf niedriger Ebene.

Die eSATA-Version von SATA 6G arbeitet mit 6,0 Gbit / s (der Begriff “SATA III” wird von der SATA-IO-Organisation vermieden, um Verwechslungen mit SATA II 3.0 Gbit / s zu vermeiden, das umgangssprachlich als “SATA 3G” bezeichnet wurde. [bit/s] oder “SATA 300” [MB/s] da die 1,5 Gbit / s SATA I und 1,5 Gbit / s SATA II beide als “SATA 1,5 G” bezeichnet wurden [bit/s] oder “SATA 150” [MB/s]). Daher arbeiten eSATA-Verbindungen mit vernachlässigbaren Unterschieden zwischen ihnen.[56] Sobald eine Schnittstelle Daten so schnell übertragen kann, wie ein Laufwerk sie verarbeiten kann, verbessert eine Erhöhung der Schnittstellengeschwindigkeit die Datenübertragung nicht.

Die eSATA-Schnittstelle weist jedoch einige Nachteile auf:

  • Geräte, die gebaut wurden, bevor die eSATA-Schnittstelle populär wurde, haben keine externen SATA-Anschlüsse.
  • Bei Geräten mit kleinem Formfaktor (z. B. externen 64-mm-Festplatten) kann eine vom PC gehostete USB- oder FireWire-Verbindung normalerweise ausreichend Strom für den Betrieb des Geräts liefern. ESATA-Anschlüsse können jedoch keinen Strom liefern und erfordern eine Stromversorgung für das externe Gerät. Das verwandte eSATAp (aber mechanisch inkompatibel, manchmal auch genannt eSATA / USB) Der Anschluss verbindet eine externe SATA-Verbindung mit Strom, sodass keine zusätzliche Stromversorgung erforderlich ist.[57]

Ab Mitte 2017 verfügen nur wenige neue Computer über dedizierte externe SATA-Anschlüsse (eSATA), wobei USB3 dominiert und USB3 Typ C, häufig mit dem alternativen Thunderbolt-Modus, die früheren USB-Anschlüsse ersetzt. Manchmal sind noch einzelne Ports vorhanden, die sowohl USB3 als auch eSATA unterstützen.

Desktop-Computer ohne integrierte eSATA-Schnittstelle können einen eSATA-Hostbusadapter (HBA) installieren. Wenn das Motherboard SATA unterstützt, kann ein extern verfügbarer eSATA-Anschluss hinzugefügt werden. Notebooks mit dem mittlerweile seltenen Cardbus[58] oder ExpressCard[59] könnte einen eSATA HBA hinzufügen. Bei passiven Adaptern wird die maximale Kabellänge auf 1 Meter reduziert, da keine kompatiblen eSATA-Signalpegel vorhanden sind.

eSATAp[edit]

eSATAp steht für powered eSATA. Es wird auch als Power over eSATA, Power eSATA, eSATA / USB Combo oder eSATA USB Hybrid Port (EUHP) bezeichnet. Ein eSATAp-Anschluss kombiniert die vier Pins des USB 2.0-Anschlusses (oder eines früheren Anschlusses), die sieben Pins des eSATA-Anschlusses und optional zwei 12-V-Stromanschlüsse.[60] Sowohl der SATA-Verkehr als auch die Geräteleistung sind in einem einzigen Kabel integriert, wie dies bei USB, jedoch nicht bei eSATA der Fall ist. Die 5-V-Stromversorgung erfolgt über zwei USB-Pins, die 12-V-Stromversorgung kann optional bereitgestellt werden. In der Regel bieten Desktop-Computer, jedoch keine Notebooks, eine 12-V-Stromversorgung. Daher können Geräte, die diese Spannung benötigen, normalerweise 3,5-Zoll-Festplatten- und CD / DVD-Laufwerke sowie 5-V-Geräte wie 2,5-Zoll-Laufwerke mit Strom versorgt werden.

Sowohl USB- als auch eSATA-Geräte können mit einem eSATAp-Anschluss verwendet werden, wenn sie mit einem USB- bzw. eSATA-Kabel angeschlossen werden. Ein eSATA-Gerät kann nicht über ein eSATAp-Kabel mit Strom versorgt werden. Ein spezielles Kabel kann jedoch sowohl SATA- oder eSATA- als auch Stromanschlüsse über einen eSATAp-Anschluss verfügbar machen.

Ein eSATAp-Anschluss kann in einen Computer mit internem SATA und USB eingebaut werden, indem eine Halterung mit Anschlüssen für interne SATA-, USB- und Stromanschlüsse sowie ein extern zugänglicher eSATAp-Anschluss angebracht werden. Obwohl eSATAp-Anschlüsse in mehrere Geräte integriert wurden, beziehen sich die Hersteller nicht auf einen offiziellen Standard.

Vorstandardisierte Implementierungen[edit]

  • Vor der endgültigen eSATA 3 Gbit / s-Spezifikation wurde eine Reihe von Produkten für den externen Anschluss von SATA-Laufwerken entwickelt. Einige davon verwenden den internen SATA-Anschluss oder sogar Anschlüsse, die für andere Schnittstellenspezifikationen wie FireWire entwickelt wurden. Diese Produkte sind nicht eSATA-konform. Die endgültige eSATA-Spezifikation enthält einen speziellen Anschluss, der für eine grobe Handhabung ausgelegt ist, ähnlich wie der normale SATA-Anschluss, jedoch mit Verstärkungen sowohl auf der männlichen als auch auf der weiblichen Seite, die vom USB-Anschluss inspiriert sind. eSATA widersteht versehentlichem Herausziehen des Netzsteckers und kann Ruckeln oder Wackeln standhalten, wodurch ein SATA-Stecker (die Festplatte oder der Hostadapter, die normalerweise im Computer installiert sind) beschädigt werden kann. Bei einem eSATA-Stecker ist erheblich mehr Kraft erforderlich, um den Stecker zu beschädigen – und wenn er bricht, ist es wahrscheinlich die Buchsenseite am Kabel selbst.[citation needed] das ist relativ einfach zu ersetzen.
  • Vor der endgültigen eSATA 6 Gbit / s-Spezifikation haben viele Zusatzkarten und einige Motherboards für die Unterstützung von eSATA 6 Gbit / s geworben, da sie über 6 Gbit / s SATA 3.0-Controller für reine interne Lösungen verfügten. Diese Implementierungen sind nicht Standard und die Anforderungen für eSATA 6 Gbit / s wurden in der SATA 3.1-Spezifikation vom 18. Juli 2011 ratifiziert.[61] Einige Produkte sind möglicherweise nicht vollständig eSATA 6 Gbit / s-kompatibel.

Mini-SATA (mSATA)[edit]

Eine mSATA-SSD auf einem 2,5-Zoll-SATA-Laufwerk

Mini-SATA (abgekürzt als mSATA), das sich vom Mikroanschluss unterscheidet,[54] wurde am 21. September 2009 von der Serial ATA International Organization angekündigt.[62] Zu den Anwendungen gehören Netbooks, Laptops und andere Geräte, für die ein Solid-State-Laufwerk auf kleinem Raum erforderlich ist.

Die Abmessungen des mSATA-Anschlusses sind identisch mit denen der PCI Express Mini Card-Schnittstelle.[63] Die Schnittstellen sind jedoch elektrisch nicht kompatibel. Die Datensignale (TX ± / RX ± SATA, PETn0 PETp0 PERn0 PERp0 PCI Express) benötigen eine Verbindung zum SATA-Host-Controller anstelle des PCI Express-Host-Controllers.

SFF-8784-Anschluss[edit]

SFF-8784-Anschluss[64]
Unterseite oben
Stift Funktion Stift Funktion Stift Funktion Stift Funktion
1 Boden 6 Ungebraucht 11 Boden 16 +5 V.
2 Boden 7 +5 V. 12 B + (senden) 17 Boden
3 Boden 8 Ungebraucht 13 B− (senden) 18 A− (empfangen)
4 Boden[c] 9 Ungebraucht 14 Boden 19 A + (empfangen)
5 LED 10 Boden 15 +5 V. 20 Boden

Schlanke 2,5-Zoll-SATA-Geräte mit einer Höhe von 5 mm (0,20 Zoll) verwenden den 20-poligen SFF-8784 Randverbinder, um Platz zu sparen. Durch die Kombination der Datensignale und Stromleitungen zu einem schmalen Anschluss, der eine direkte Verbindung mit der Leiterplatte des Geräts ohne zusätzliche platzraubende Anschlüsse ermöglicht, ermöglicht SFF-8784 eine weitere interne Layout-Komprimierung für tragbare Geräte wie Ultrabooks.[64]

Die Stifte 1 bis 10 befinden sich auf der Unterseite des Steckers, während sich die Stifte 11 bis 20 auf der Oberseite befinden.[64]

SATA Express[edit]

Zwei SATA Express-Anschlüsse (hellgrau) auf einem Computer-Motherboard; rechts davon befinden sich übliche SATA-Anschlüsse (dunkelgrau)

SATA Express, ursprünglich in der SATA 3.2-Spezifikation standardisiert,[65] ist eine Schnittstelle, die entweder SATA- oder PCI Express-Speichergeräte unterstützt. Der Host-Anschluss ist abwärtskompatibel mit dem standardmäßigen 3,5-Zoll-SATA-Datenanschluss, sodass bis zu zwei ältere SATA-Geräte verbunden werden können.[66] Gleichzeitig bietet der Host-Connector bis zu zwei PCI Express 3.0-Lanes als reine PCI Express-Verbindung zum Speichergerät und ermöglicht Bandbreiten von bis zu 2 GB / s.[32][67]

Anstelle des sonst üblichen Ansatzes, die native Geschwindigkeit der SATA-Schnittstelle zu verdoppeln, wurde PCI Express ausgewählt, um Datenübertragungsgeschwindigkeiten von mehr als 6 Gbit / s zu erreichen. Es wurde der Schluss gezogen, dass das Verdoppeln der nativen SATA-Geschwindigkeit zu lange dauern würde, zu viele Änderungen am SATA-Standard erforderlich wären und im Vergleich zum vorhandenen PCI Express-Bus zu einem viel höheren Stromverbrauch führen würde.[68]

SATA Express unterstützt nicht nur die ältere Advanced Host Controller Interface (AHCI), sondern ermöglicht auch die Verwendung von NVM Express (NVMe) als logische Geräteschnittstelle für angeschlossene PCI Express-Speichergeräte.[69]

Da der unten beschriebene M.2-Formfaktor eine viel größere Popularität erlangte, wird SATA Express als ausgefallener Standard angesehen und dedizierte Ports verschwanden schnell von den Motherboards.

M.2 (NGFF)[edit]

Größenvergleich von mSATA (links) und M.2 (Größe 2242, rechts) SSDs

M.2, früher als Next Generation Form Factor (NGFF) bekannt, ist eine Spezifikation für Computer-Erweiterungskarten und zugehörige Anschlüsse. Es ersetzt den mSATA-Standard, der das physische Layout der PCI Express Mini Card verwendet. Mit einer kleineren und flexibleren physischen Spezifikation sowie erweiterten Funktionen eignet sich der M.2 im Allgemeinen besser für Festkörperspeicheranwendungen, insbesondere bei Verwendung in kleinen Geräten wie Ultrabooks oder Tablets.[70]

Der M.2-Standard wurde als Überarbeitung und Verbesserung des mSATA-Standards konzipiert, damit größere Leiterplatten hergestellt werden können. Während mSATA den vorhandenen Formfaktor und Anschluss der PCI Express Mini-Karte nutzte, wurde M.2 entwickelt, um die Nutzung des Kartenraums zu maximieren und gleichzeitig den Platzbedarf zu minimieren.[70][71][72]

Unterstützte Host-Controller-Schnittstellen und intern bereitgestellte Ports sind eine Obermenge der von der SATA Express-Schnittstelle definierten. Im Wesentlichen handelt es sich beim M.2-Standard um eine Implementierung der SATA Express-Schnittstelle mit kleinem Formfaktor und zusätzlichem internen USB 3.0-Anschluss.[70]

U.2 (SFF-8639)[edit]

U.2, früher bekannt als SFF-8639. Wie M.2 überträgt es ein elektrisches PCI Express-Signal, jedoch verwendet U.2 eine PCIe 3.0 × 4-Verbindung, die eine höhere Bandbreite von 32 Gbit / s in jede Richtung bietet. Um maximale Abwärtskompatibilität zu gewährleisten, unterstützt der U.2-Anschluss auch SATA und Mehrweg-SAS.[73]

Protokoll[edit]

Die SATA-Spezifikation definiert drei unterschiedliche Protokollschichten: physisch, Verbindung und Transport.

Physikalische Schicht[edit]

Die physikalische Schicht definiert die elektrischen und physikalischen Eigenschaften von SATA (wie Kabelabmessungen und Parasiten, Treiberspannungspegel und Empfängerbetriebsbereich) sowie das physikalische Codierungssubsystem (Codierung auf Bitebene, Geräteerkennung auf dem Draht und Verbindungsinitialisierung).

Die physikalische Übertragung verwendet eine Differenzsignalisierung. Die SATA PHY enthält ein Sende- und ein Empfangspaar. Wenn die SATA-Verbindung nicht verwendet wird (Beispiel: kein Gerät angeschlossen), lässt der Sender die Sendestifte auf ihren Gleichtaktspannungspegel schweben. Wenn die SATA-Verbindung entweder aktiv ist oder sich in der Verbindungsinitialisierungsphase befindet, steuert der Sender die Sendestifte mit der angegebenen Differenzspannung (1,5 V in SATA / I).

Die physikalische SATA-Codierung verwendet ein Zeilencodierungssystem, das als 8b / 10b-Codierung bekannt ist. Dieses Schema erfüllt mehrere Funktionen, die zum Aufrechterhalten einer differentiellen seriellen Verbindung erforderlich sind. Erstens enthält der Stream die erforderlichen Synchronisationsinformationen, mit denen der SATA-Host / das SATA-Laufwerk die Taktung extrahieren kann. Die 8b / 10b-codierte Sequenz bettet periodische Flankenübergänge ein, damit der Empfänger eine Bitausrichtung ohne die Verwendung einer separat übertragenen Referenztaktwellenform erreichen kann. Die Sequenz unterhält auch einen neutralen (DC-symmetrischen) Bitstrom, mit dem Sendetreiber und Empfängereingänge AC-gekoppelt werden können. Im Allgemeinen ist die eigentliche SATA-Signalisierung Halbduplex, was bedeutet, dass nur Daten gleichzeitig gelesen oder geschrieben werden können.

Außerdem verwendet SATA einige der in 8b / 10b definierten Sonderzeichen. Insbesondere verwendet die PHY-Ebene das Komma (K28.5), um die Symbolausrichtung aufrechtzuerhalten. Eine spezifische Sequenz mit vier Symbolen, das ALIGN-Grundelement, wird für die Taktratenanpassung zwischen den beiden Geräten auf der Verbindung verwendet. Andere spezielle Symbole kommunizieren Flusssteuerungsinformationen, die in den höheren Schichten (Verbindung und Transport) erzeugt und verbraucht werden.

Für die physikalische Übertragung zwischen Host und Antrieb werden separate Punkt-zu-Punkt-Wechselstrom-gekoppelte Niederspannungs-Differenzsignalisierungsverbindungen (LVDS) verwendet.

Die PHY-Schicht ist für die Erkennung des anderen SATA / Geräts auf einem Kabel und die Verbindungsinitialisierung verantwortlich. Während des Verbindungsinitialisierungsprozesses ist der PHY für die lokale Erzeugung spezieller Außerbandsignale verantwortlich, indem der Sender in einem definierten Muster zwischen elektrischem Leerlauf und bestimmten 10b-Zeichen umgeschaltet wird und eine gegenseitig unterstützte Signalisierungsrate ausgehandelt wird (1,5, 3,0, oder 6,0 Gbit / s) und schließlich Synchronisierung mit dem PHY-Layer-Datenstrom des Gegengeräts. Während dieser Zeit werden keine Daten von der Verbindungsschicht gesendet.

Sobald die Verbindungsinitialisierung abgeschlossen ist, übernimmt die Verbindungsschicht die Datenübertragung, wobei der PHY vor der Bitübertragung nur die 8b / 10b-Umwandlung bereitstellt.

Verbindungsschicht[edit]

Nachdem die PHY-Schicht eine Verbindung hergestellt hat, ist die Verbindungsschicht für das Senden und Empfangen von Frame Information Structures (FISs) über die SATA-Verbindung verantwortlich. FISs sind Pakete, die Steuerinformationen oder Nutzdaten enthalten. Jedes Paket enthält einen Header (der seinen Typ identifiziert) und eine Nutzlast, deren Inhalt vom Typ abhängt. Die Verbindungsschicht verwaltet auch die Flusskontrolle über die Verbindung.

Transportschicht[edit]

Die Schicht Nummer drei in der seriellen ATA-Spezifikation ist die Transportschicht. Diese Schicht hat die Verantwortung, auf die Rahmen einzuwirken und die Rahmen in einer geeigneten Reihenfolge zu senden / zu empfangen. Die Transportschicht übernimmt die Montage und Demontage von FIS-Strukturen, einschließlich beispielsweise des Extrahierens von Inhalten aus Register-FISs in die Task-Datei und des Informierens der Befehlsschicht. In abstrakter Weise ist die Transportschicht dafür verantwortlich, von der Befehlsschicht angeforderte FIS-Strukturen zu erstellen und zu codieren und diese Strukturen zu entfernen, wenn die Rahmen empfangen werden.

Wenn DMA-Daten gesendet und von der höheren Befehlsschicht empfangen werden sollen, hängt die Transportschicht den FIS-Steuerkopf an die Nutzlast an und informiert die Verbindungsschicht, um die Übertragung vorzubereiten. Das gleiche Verfahren wird ausgeführt, wenn Daten empfangen werden, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Die Verbindungsschicht signalisiert der Transportschicht, dass eingehende Daten verfügbar sind. Sobald die Daten von der Verbindungsschicht verarbeitet wurden, überprüft die Transportschicht den FIS-Header und entfernt ihn, bevor die Daten an die Befehlsschicht weitergeleitet werden.

Topologie[edit]

SATA-Topologie: Host (H), Multiplikator (M) und Gerät (D)

SATA verwendet eine Punkt-zu-Punkt-Architektur. Die physische Verbindung zwischen einem Controller und einem Speichergerät wird nicht von anderen Controllern und Speichergeräten gemeinsam genutzt. SATA definiert Multiplikatoren, mit denen ein einzelner SATA-Controller-Port bis zu fünfzehn Speichergeräte ansteuern kann. Der Multiplikator erfüllt die Funktion eines Hubs. Der Controller und jedes Speichergerät sind mit dem Hub verbunden.[74] Dies ähnelt konzeptionell SAS-Expandern.

Modern In PC-Systeme sind SATA-Controller in das Motherboard integriert, die normalerweise über zwei bis acht Ports verfügen. Zusätzliche Ports können über zusätzliche SATA-Hostadapter installiert werden (verfügbar in verschiedenen Busschnittstellen: USB, PCI, PCIe).

Abwärts- und Vorwärtskompatibilität[edit]

SATA und PATA[edit]

PATA-Festplatte mit angeschlossenem SATA-Konverter.

Auf der Ebene der Hardwareschnittstelle sind SATA- und PATA-Geräte (Parallel AT Attachment) vollständig inkompatibel: Sie können ohne Adapter nicht miteinander verbunden werden.

Auf Anwendungsebene können SATA-Geräte so festgelegt werden, dass sie wie PATA-Geräte aussehen und sich so verhalten.[75]

Viele Motherboards bieten eine “Legacy Mode” -Option, mit der SATA-Laufwerke dem Betriebssystem wie PATA-Laufwerke auf einem Standard-Controller angezeigt werden. Diese Legacy-Modus Erleichtert die Installation des Betriebssystems, da während des Setups kein bestimmter Treiber geladen werden muss, jedoch die Unterstützung für einige (herstellerspezifische) Funktionen von SATA geopfert wird. Der Legacy-Modus deaktiviert häufig, wenn nicht immer, einige der PATA- oder SATA-Ports der Karten, da die Standard-PATA-Controller-Schnittstelle nur vier Laufwerke unterstützt. (Oft ist es konfigurierbar, welche Ports deaktiviert sind.)

Das gemeinsame Erbe des ATA-Befehlssatzes hat die Verbreitung kostengünstiger PATA-SATA-Bridge-Chips ermöglicht. Bridge-Chips wurden häufig auf PATA-Laufwerken (vor der Fertigstellung nativer SATA-Laufwerke) sowie in eigenständigen Konvertern verwendet. Bei Anschluss an ein PATA-Laufwerk kann das PATA-Laufwerk über einen geräteseitigen Konverter als SATA-Laufwerk fungieren. Host-seitige Konverter ermöglichen die Verbindung eines Motherboard-PATA-Ports mit einem SATA-Laufwerk.

Der Markt hat Stromversorgungsgehäuse für PATA- und SATA-Laufwerke hergestellt, die mit den oben genannten Einschränkungen über USB, Firewire oder eSATA mit dem PC verbunden sind. Es gibt PCI-Karten mit einem SATA-Anschluss, mit denen SATA-Laufwerke ohne SATA-Anschlüsse eine Verbindung zu Legacy-Systemen herstellen können.

SATA 1,5 Gbit / s und SATA 3 Gbit / s[edit]

Die Entwickler des SATA-Standards als Gesamtziel strebten die Abwärts- und Vorwärtskompatibilität mit zukünftigen Überarbeitungen des SATA-Standards an. Um Interoperabilitätsprobleme zu vermeiden, die auftreten können, wenn SATA-Laufwerke der nächsten Generation auf Motherboards mit älteren Standard-SATA-Host-Controllern mit 1,5 Gbit / s installiert werden, haben viele Hersteller es einfach gemacht, diese neueren Laufwerke in den Modus des vorherigen Standards zu schalten. Beispiele für solche Bestimmungen sind:

  • Seagate / Maxtor hat einen vom Benutzer zugänglichen Jumper-Schalter hinzugefügt, der als “Force 150” bekannt ist, um den Antriebswechsel zwischen erzwungenem 1,5-Gbit / s- und 1,5 / 3-Gbit / s-Verhandlungsbetrieb zu ermöglichen.
  • Western Digital verwendet eine Jumper-Einstellung namens OPT1 aktiviert um eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 1,5 Gbit / s zu erzwingen (OPT1 wird aktiviert, indem der Jumper auf die Pins 5 und 6 gesetzt wird).
  • Samsung-Laufwerke können mithilfe von Software, die von der Website des Herstellers heruntergeladen werden kann, in den 1,5-Gbit / s-Modus versetzt werden. Um einige Samsung-Laufwerke auf diese Weise zu konfigurieren, muss während der Programmierung des Laufwerks vorübergehend ein SATA-2-Controller (SATA 3.0 Gbit / s) verwendet werden.

Der “Force 150” -Schalter (oder ein gleichwertiger Schalter) ist auch nützlich, um SATA 3-Gbit / s-Festplatten an SATA-Controller auf PCI-Karten anzuschließen, da viele dieser Controller (wie die Silicon Image-Chips) sogar mit 3 Gbit / s betrieben werden Der PCI-Bus kann jedoch keine Geschwindigkeit von 1,5 Gbit / s erreichen. Dies kann zu Datenbeschädigungen in Betriebssystemen führen, die diesen Zustand nicht speziell testen, und die Übertragungsgeschwindigkeit der Festplatte begrenzen.[citation needed]

SATA 3 Gbit / s und SATA 6 Gbit / s[edit]

SATA 3 Gbit / s und SATA 6 Gbit / s sind miteinander kompatibel. Die meisten Geräte mit nur SATA 3 Gbit / s können eine Verbindung mit Geräten mit SATA 6 Gbit / s herstellen und umgekehrt, obwohl SATA 3 Gbit / s-Geräte nur mit SATA 6 Gbit / s-Geräten mit einer langsameren Geschwindigkeit von 3 Gbit / s verbunden werden .

SATA 1,5 Gbit / s und SATA 6 Gbit / s[edit]

SATA 1,5 Gbit / s und SATA 6 Gbit / s sind miteinander kompatibel. Die meisten Geräte mit nur SATA 1,5 Gbit / s können eine Verbindung mit Geräten mit SATA 6 Gbit / s herstellen und umgekehrt, obwohl SATA 1,5 Gbit / s-Geräte nur mit SATA 6 Gbit / s-Geräten mit einer langsameren Geschwindigkeit von 1,5 Gbit / s verbunden werden .

Vergleich mit anderen Schnittstellen[edit]

SATA und SCSI[edit]

Paralleles SCSI verwendet einen komplexeren Bus als SATA, was normalerweise zu höheren Herstellungskosten führt. SCSI-Busse ermöglichen auch den Anschluss mehrerer Laufwerke auf einem gemeinsam genutzten Kanal, während SATA ein Laufwerk pro Kanal zulässt, sofern kein Port-Multiplikator verwendet wird. Serial Attached SCSI verwendet dieselben physischen Verbindungen wie SATA, und die meisten SAS-HBAs unterstützen auch SATA-Geräte mit 3 und 6 Gbit / s (für einen HBA ist Unterstützung erforderlich Serielles ATA-Tunnelprotokoll).

SATA 3 Gbit / s bietet theoretisch eine maximale Bandbreite von 300 MB / s pro Gerät, was nur geringfügig unter der Nenngeschwindigkeit für SCSI Ultra 320 liegt und für alle Geräte an einem Bus insgesamt maximal 320 MB / s beträgt.[76] SCSI-Laufwerke bieten einen höheren dauerhaften Durchsatz als mehrere SATA-Laufwerke, die über einen einfachen (dh befehlsbasierten) Port-Multiplikator verbunden sind, da die Leistung beim Trennen, erneuten Verbinden und Aggregieren erhöht wird.[77] Im Allgemeinen sind SATA-Geräte kompatibel mit SAS-Gehäusen und -Adaptern verbunden, während SCSI-Geräte nicht direkt an einen SATA-Bus angeschlossen werden können.

SCSI-, SAS- und Fibre-Channel-Laufwerke (FC) sind teurer als SATA-Laufwerke. Sie werden daher in Servern und Festplatten-Arrays verwendet, bei denen die bessere Leistung die zusätzlichen Kosten rechtfertigt. Auf dem Heimcomputermarkt haben sich preiswerte ATA- und SATA-Laufwerke entwickelt, weshalb sie weniger zuverlässig sind. Als sich diese beiden Welten überschnitten, wurde das Thema Zuverlässigkeit etwas kontrovers. Beachten Sie, dass die Ausfallrate eines Festplattenlaufwerks im Allgemeinen von der Qualität seiner Köpfe, Platten und unterstützenden Herstellungsprozesse abhängt, nicht von seiner Schnittstelle.

Der Einsatz von seriellem ATA auf dem Geschäftsmarkt stieg von 22% im Jahr 2006 auf 28% im Jahr 2008.[78]

Vergleich mit anderen Bussen[edit]

SCSI-3-Geräte mit SCA-2-Anschlüssen sind für den Hot-Swap ausgelegt. Viele Server- und RAID-Systeme bieten Hardware-Unterstützung für transparentes Hot-Swapping. Die Entwickler des SCSI-Standards vor SCA-2-Anschlüssen haben kein Hot-Swapping durchgeführt, aber in der Praxis unterstützen die meisten RAID-Implementierungen das Hot-Swapping von Festplatten.

Name Rohdatenrate Datenrate Max. Kabellänge Stromversorgung Geräte pro Kanal
eSATA 6 Gbit / s 600 MB / s
  • 2 m
  • 1 m mit passivem SATA-Adapter
 Nein 1 (15 mit einem Portmultiplikator)
eSATAp 6 Gbit / s 600 MB / s 5 V und optional 12 V.[79]
SATA Express 16 Gbit / s 1,97 GB / s[d] 1 m Nein
SATA Revision 3.0 6 Gbit / s 600 MB / s[80]
SATA Revision 2.0 3 Gbit / s 300 MB / s
SATA Revision 1.0 1,5 Gbit / s 150 MB / s[81] 1
PATA (IDE) 133 1,064 Gbit / s 133,3 MB / s[e] 0,46 m 5 V (nur 44-poliger 2,5-Zoll-Laufwerksanschluss) 2
SAS-4 22,5 Gbit / s 2,25 GB / s 10 m Nur Backplane-Anschlüsse 1 (> 65k mit Expandern)
SAS-3 12 Gbit / s 1,2 GB / s
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 (mehr mit Spezialkabeln) 15 W, 12–25 V. 63 (mit einer Nabe)
IEEE 1394 (FireWire) 800 786 Mbit / s 98,25 MB / s 100 m[82]
IEEE 1394 (FireWire) 400 393 Mbit / s 49,13 MB / s 4,5 m[82][83]
USB 3.2 (Generation 2×2) 20 Gbit / s 2,44 GB / s[f] 1 m (Passivkabel USB-IF Standard) 100 W, 5, 12 oder 20 V.[84] 127 (mit einem Hub)[85]
USB 3.1 (Generation 2) 10 Gbit / s 1,22 GB / s[g] 1 m (Passivkabel USB-IF Standard) 100 W, 5, 12 oder 20 V.[84] 127 (mit einem Hub)[85]
USB 3.0[h] (USB 3.2, Generation 1) 5 Gbit / s 610 MB / s oder mehr (excl. Protokoll
Overhead, Flusskontrolle und Rahmung)[86]		 2 m (Passivkabel USB-IF Standard) 4,5 W, 5 V.
USB 2.0 480 Mbit / s 58 MB / s 5 m[87] 2,5 W, 5 V.
USB 1.1 12 Mbit / s 1,5 MB / s 3 m Ja
SCSI Ultra-320 2,56 Gbit / s 320 MB / s 12 m Nur Backplane-Anschluss 15 excl. Host-Bus-Adapter / Host
10GFC Fibre Channel 10,52 Gbit / s 1,195 GB / s 2 m – 50 km Nein 126 (16.777.216 mit Schaltern)
4GFC Fibre Channel 4,25 Gbit / s 398 MB / s 12 m
InfiniBand
Quad Rate 		10 Gbit / s 0,98 GB / s 1 mit Punkt-zu-Punkt, viele mit geschaltetem Stoff
Blitz 10 Gbit / s 1,22 GB / s
  • 3 m (Kupfer)
  • 100 m (Faser)
 10 W (nur Kupfer) 7
Blitz 2 20 Gbit / s 2,44 GB / s
Blitz 3 40 Gbit / s 4,88 GB / s 100 W (nur Kupfer)

Siehe auch[edit]

  1. ^ Integrierte Antriebselektronik
  2. ^ Festplattenbasierter Speicher (Festplatten), Solid-State-Festplattengeräte wie USB-Laufwerke, DVD-basierter Speicher, Bitraten, Busgeschwindigkeiten und Netzwerkgeschwindigkeiten werden mit Dezimalbedeutungen für K (1000) angegeben1), M (10002), G (10003), …
  3. ^ Laufwerk vorhanden
  4. ^ 16-Gbit / s-Rohbitrate mit 128b / 130b-Codierung
  5. ^ 15 ns Zyklen, 16-Bit-Übertragungen
  6. ^ Rohbitrate von 20 Gbit / s mit 128b / 132b-Codierung
  7. ^ Rohbitrate von 10 Gbit / s mit 128b / 132b-Codierung
  8. ^ Die USB 3.0-Spezifikation wurde am 17. November 2008 für Hardwareanbieter freigegeben.

Verweise[edit]

  1. ^ “Unterschiede zwischen SAS und SATA”.
  2. ^ ein b “Softwarestatus – ata Wiki”. ata.wiki.kernel.org. 2008-08-17. Archiviert von das Original am 24.01.2009. Abgerufen 2010-01-26.
  3. ^ ein b c “Serial ATA: High Speed ​​Serialized AT Attachment” (PDF). www.serialata.org. Serielle ATA-Arbeitsgruppe. 7. Januar 2003. Archiviert (PDF) vom Original am 9. Oktober 2016. Abgerufen 2016-02-21.
  4. ^ ein b “Technisches Komitee T13, AT Anhang”. Technisches Komitee T13 AT Anlage. 1. März 2011. Abgerufen 8. Juli 2019.
  5. ^ “Seagate, APT und Vitesse stellen auf dem Intel Developer Forum das erste serielle ATA-Laufwerk vor”, Seagate Technology, 22. August 2000
  6. ^ Andrawes, Mike. “Intel IDF-Bericht Nr. 2 – Serial ATA & USB 2.0”. AnadTech. Future plc. Abgerufen 30. August 2020.
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  8. ^ Govindarajalu, B., IBM PC und Klone: ​​Hardware, Fehlerbehebung und Wartung. Amazon.com. Tata McGraw-Hill Verlag. 2002. p. xxxi. ISBN 9780070483118. Abgerufen 2016-08-02.
  9. ^ https://www.seagate.com/support/disc/manuals/sata/cuda5_sata_pm.pdf
  10. ^ “Serial ATA: Speicheranforderungen heute und morgen erfüllen” (PDF). Archiviert von das Original (PDF) am 17.04.2012. Abgerufen 2011-10-30.
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Externe Links[edit]


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