trabalho SATA dividido

24
Trabalho de Arquitetura e Organização de Computadores Barramento SATA Integrantes: Igor Henrique Campos Magalhães

Transcript of trabalho SATA dividido

Page 1: trabalho SATA dividido

Trabalho de

Arquitetura e Organização de Computadores

Barramento SATA

Integrantes: Igor Henrique Campos Magalhães

Leandro César Cardoso Vaz

Lucas Ferreira Freire

Paloma Oliveira Silva

Paulo César da Costa

Samanta Vilela do Carmo

Page 2: trabalho SATA dividido

Sumário

Introdução.....................................................................................................................2

Barramento SATA........................................................................................................3

SATA I e II....................................................................................................................8

SATA III........................................................................................................................9

Instalação...................................................................................................................10

Multiplicador de Porta.................................................................................................11

Pinagem.....................................................................................................................12

Tecnologias relacionadas ao SATA...........................................................................14

Conclusão...................................................................................................................16

Bibliografia..................................................................................................................17

1

Page 3: trabalho SATA dividido

Lucas:

Introdução

As interfaces IDE foram originalmente desenvolvidas para utilizar o

barramento ISA, usado nos micros 286. Assim como no barramento ISA, são

transmitidos 16 bits por vez e utilizado um grande número de pinos. Como é

necessário manter a compatibilidade com os dispositivos antigos, não existe muita

margem para mudanças dentro do padrão, de forma que, mesmo com a introdução

do barramento PCI e do PCI Express, as interfaces IDE continuam funcionando

fundamentalmente da mesma forma.

Mesmo quando foram introduzidas as interfaces ATA/66, a única grande

mudança foi a introdução dos cabos de 80 vias, desenvolvidos de forma a permitir

taxas de transmissão maiores, sem, contudo mudar o sistema de sinalização, nem

os conectores.

A partir de certo ponto, ficou claro que o padrão IDE/ATA estava chegando ao

seu limite e que mudanças mais profundas só poderiam ser feitas com a introdução

de um novo padrão. Surgiu então o SATA (Serial ATA).

O SATA é um barramento serial, onde é transmitido um único bit por vez em

cada sentido. Isso elimina os problemas de sincronização e interferência

encontrados nas interfaces paralelas, permitindo que sejam usadas frequências

mais altas e maior velocidade na transferência de dados.

2

Page 4: trabalho SATA dividido

Samanta

Barramento SATA

Serial ATA ou simplesmente SATA (Serial Advanced Technology Attachment)

é o padrão de discos rígidos criado para substituir os discos ATA, também

conhecidos como IDE. A taxa de transferência máxima teórica de um disco Serial

ATA é de 150 MB/s ou 300 MB, contra os 133 MB/s de um disco rígido IDE.

O SATA é um barramento serial, onde é transmitido um único bit por vez em

cada sentido. Isso elimina os problemas de sincronização e interferência

encontrados nas interfaces paralelas, permitindo que sejam usadas frequências

mais altas. Graças a isso, o cabo SATA é bastante fino, contendo apenas 7 pinos,

onde 4 são usados para transmissão de dados e 3 são neutros, que ajudam a

minimizar as interferências.

A porta IDE tradicional (chamada “Parallel ATA”, IDE paralela ou

simplesmente PATA) transfere dados de forma paralela. A vantagem da transmissão

paralela é que ela é mais rápida do que a transmissão em série, pois transmite

vários bits por vez. Sua grande desvantagem, porém, é em relação ao ruído. Como

terão de existir muitos fios (pelo menos um para cada bit a ser transmitido por vez),

um fio gera interferência no outro.

No Serial ATA, por outro lado, a transmissão dos dados é feita de modo

serial, ou seja, transmitindo um bit por vez. A maioria das pessoas pensa que a

transmissão serial é mais lenta que a transmissão em paralelo. Acontece que isto só

é verdade se compararmos os dois tipos de transmissão usando a mesma taxa de

clock. Neste caso a transmissão paralela será pelo menos oito vezes mais rápida, já

que pelo menos oito bits (um byte) serão transmitidos por pulso de clock, enquanto

que na transmissão serial apenas um bit será transmitido por pulso de clock. No

entanto, se um clock maior for usado na transmissão serial, ela pode ser mais rápida

do que a transmissão paralela. Isto é exatamente o que acontece com o Serial ATA.

O problema em aumentar a taxa de transferência na transmissão paralela é

ter que aumentar o clock, já que quanto maior o clock maiores são os problemas

relacionados à interferência eletromagnética. Como a transmissão serial utiliza

3

Page 5: trabalho SATA dividido

apenas um fio para transmitir os dados, ela sofre menos com problemas de ruído o

que permite obter clocks elevados, resultando em uma taxa de transferência maior.

A taxa de transferência do padrão Serial ATA é de 1.500 Mbps. Como este

padrão utiliza o esquema de codificação 8B/10B (o mesmo esquema de codificação

usado nas redes Fast Ethernet) – onde cada grupo de oito bits é codificado em um

sinal de 10 bits – sua taxa de transferência efetiva é de 150 MB/s. Dispositivos Serial

ATA trabalhando nesta velocidade são também conhecidos como SATA-150.

É também muito importante notar que o Serial ATA implementa dois caminhos

de dados separados, um para a transmissão e outro para recepção dos dados. Na

transmissão paralela apenas um caminho é usado, que é compartilhado tanto para

transmissão quanto para recepção.

Outra vantagem da utilização da transmissão serial é que poucos fios são

necessários no cabo. Portas IDE tradicionais utilizam um conector de 40 pinos e um

cabo de 80 vias. As portas Serial ATA utilizam um conector de sete pinos e um cabo

com sete fios. Isto ajuda e muito no fluxo de ar dentro do micro, já que cabos mais

finos não obstruem a passagem do ar.

Os cabos podem ter até um metro de comprimento e cada porta SATA

suporta um único dispositivo, ao contrário do padrão master/slave do IDE/ATA. Por

causa disso, é comum que as placas-mãe ofereçam 4 portas SATA, ou mais, com

apenas as placas de mais baixo custo incluindo apenas duas.

No final, o ganho de desempenho permitido pela maior frequência de

transmissão acaba superando a perda por transmitir um único bit por vez (em vez de

16), fazendo com que, além de mais simples e barato, o padrão SATA seja mais

rápido.

Outra curiosidade é que muitas placas-mãe antigas, equipadas com

controladoras SATA 150 (como as baseadas no chipset VIA VT8237 e também nas

primeiras revisões dos chipsets SiS 760 e SiS 964), apresentam problemas de

compatibilidade com HDs SATA 300. Por causa disso, a maioria dos HDs atuais

oferecem a opção de usar um "modo de compatibilidade" (ativado através de um

jumper), onde o HD passa a se comportar como um dispositivo SATA 150, de forma

a garantir a compatibilidade.

Inicialmente, os HDs e as placas-mãe com interfaces SATA eram mais caros,

devido ao tradicional problema da escala de produção. Todo novo produto é

inicialmente mais caro que a geração anterior simplesmente porque a produção é

4

Page 6: trabalho SATA dividido

menor. A partir do momento em que ele passa a ser produzido em quantidade, o

preço cai, até o ponto em que a geração anterior é descontinuada.

A partir do momento em que os HDs SATA se popularizaram, o preço caiu em

relação aos IDE. Atualmente os HDs IDE são produzidos em escala cada vez menor

e por isso se tornaram mais caros e mais difíceis de encontrar do que os HDs SATA.

No caso dos micros antigos, uma opção é instalar uma controladora SATA. As

mais baratas, com duas portas e em versão PCI, já custam menos de 20 dólares no

exterior e tendem a cair de preço também por aqui, tornando-se um item acessível,

assim como as antigas controladoras USB em versão PCI, usadas na época dos

micros Pentium 1 sem interfaces USB nativas. O uso do barramento PCI limita a

velocidade da controladora a 133 MB/s (um pouco menos na prática, já que o

barramento PCI é compartilhado com outros dispositivos), mas isso não chega a ser

um problema ao utilizar apenas um ou dois HDs.

5

Page 7: trabalho SATA dividido

6

Cabo SATACabo IDE

Cabo serial e paralelo

Conectores do cabo SATA

Comparação entre um cabo Serial ATA e um cabo IDE de 80 vias

Portas Serial ATA (em vermelho) e portas IDE paralelas (em verde limão)

Page 8: trabalho SATA dividido

7

Conexão do barramento SATA utilizado para ligar HD

Conector do barramento IDE

HD SATA

Conexão do Barramento ISA

Page 9: trabalho SATA dividido

Paulo

SATA I e II

A primeira versão do SATA trabalha com taxa máxima de transferência de

dados de 150 MB por segundo (MB/s). Essa versão recebeu os seguintes nomes:

SATA 150, SATA 1.0, SATA 1,5 Gbps (1,5 gigabits por segundo) ou simplesmente

SATA I.

Não demorou muito para surgir uma versão denominada SATA II (ou SATA 3

Gbps - na verdade, SATA 2,4 Gbps) cuja principal característica é a velocidade de

transmissão de dados a 300 MB/s, o dobro do SATA I.

O padrão Serial ATA II traz novos recursos como a tecnologia Native

Command Queuing (NCQ). Dispositivos que podem trabalhar nesta velocidade são

também conhecidos como SATA-300. As controladoras SATA 300 são popularmente

chamadas de "SATA II" de forma que os dois termos acabaram virando sinônimos.

Mas, originalmente, "SATA II" era o nome da associação de fabricantes que

trabalhou no desenvolvimento dos padrões SATA (entre eles o SATA 300) e não o

nome de um padrão específico. Da mesma forma, o padrão de 600 MB/s chama-se

SATA 600, e não "SATA III" ou "SATA IV". Mesmo os próprios fabricantes de HDs

não costumam usar o termo "SATA II", já que ele é tecnicamente incorreto.

É importante notar que o SATA II e SATA-300 não são sinônimos. Você pode

construir um dispositivo que trabalhe apenas a 150 MB/s mas que use pelo menos

um dos novos recursos oferecido pelo padrão SATA II, como o NCQ. Este seria um

dispositivo SATA II, apesar de não trabalhar a 300 MB/s.

Como o SATA utiliza dois canais separados, um para enviar e outro para

receber dados, temos 150 ou 300 MB/s em cada sentido, e não 133 MB/s

compartilhados, como no caso das interfaces ATA/133.

Os nomes SATA 300 e SATA 3000 indicam, respectivamente, a taxa de

transferência, em MB/s e a taxa "bruta", em megabits. O SATA utiliza o sistema de

codificação 8B/10B, o mesmo utilizado pelo barramento PCI Express, onde são

adicionados 2 bits adicionais de sinalização para cada 8 bits de dados. Estes bits

adicionais substituem os sinais de sincronismo utilizados nas interfaces IDE/ATA,

simplificando bastante o design e melhorando a confiabilidade do barramento.

8

Page 10: trabalho SATA dividido

Dessa forma, a controladora transmite 3000 megabits, que, devido à codificação,

correspondem a apenas 300 megabytes.

SATA III

A terceira versão do padrão SATA (Serial Advanced Technology Attachment)

atinge, como o nome já diz, incríveis 6Gb/s e o USB (Universal Serial Bus), que

também chega à sua terceira revisão (USB 3.0), chamada “Superspeed”. Apesar das

brigas e confusões, com empresas como a NVIDIA e AMD acusando a Intel de

trabalhar sigilosamente em seu próprio “padrão” USB, esta última divulgou o

trabalho e os pontos mais interessantes são: velocidade de transferência chegando

a 4,6Gb/s e corrente máxima na porta de 900mA (alguns fabricantes já

“extrapolavam” o padrão e forneciam 500mA, pois praticamente tudo hoje em dia

usa a energia disponível nas portas USB).

Para suportar o aumento de velocidade (um salto de 10 vezes em relação à

última versão!), cinco novos pino foram adicionados ao conector, possibilitando

transmissões e recepções simultâneas (full duplex) em modo diferencial. Mas,

devido à sua construção, tanto cabos quanto periféricos serão compatíveis com as

versões anteriores (obviamente, sem o acréscimo de performance).

Parece que novos materiais e técnicas de produção estão expandindo os limites das

interfaces. O padrão SCSI, “encarnado” na sua versão serial chamada SAS, já tem

previsão de chegar a 10Gb/s num único cabo!

É realmente incrível ver essa velocidade em um cabo flexível. Não faz muito

tempo, era preciso algo da grossura de um dedão para se trafegar algo em torno de

10GHz. A limitação da velocidade de armazenamento acaba ficando por conta da

rotação dos discos (tanto em HDs quanto em dvds ou Blu-rays).

9

Page 11: trabalho SATA dividido

Paloma

Instalação

A instalação de dispositivos Serial ATA difere um pouco da instalação de

dispositivos IDE convencionais, já que a Serial ATA é uma conexão ponto-a-ponto,

ou seja, você pode conectar apenas um dispositivo por porta (as portas IDE

permitem a instalação de dois dispositivos por porta usando a configuração

master/slave). Portanto, a instalação de um dispositivo Serial ATA é mais fácil do

que a instalação de um dispositivo IDE: conecte uma ponta do cabo na porta Serial

ATA (normalmente localizada na placa-mãe) e encaixe a outra ponta no dispositivo

que você deseja conectar (um disco rígido, por exemplo). Como este conector tem

um chanfro, a instalação não pode ser feita de maneira errada.

A instalação de um disco rígido SATA é, portanto, muito simples: remova ou

mude a posição do jumper SATA-150/300 , conecte o cabo de dados Serial ATA e o

cabo de alimentação com o seu micro desligado. Isto é tudo o que você precisa

fazer.

Como alguns discos rígidos SATA-300 não funcionam corretamente em

placas-mãe com portas SATA-150, alguns deles têm um jumper SATA-150/SATA-

300 (também conhecido como jumper 1,5 Gbps/3 Gbps). O problema é que por

padrão este jumper é configurado na posição “SATA-150”, limitando assim o

desempenho do disco rígido caso ele seja instalado em uma placa-mãe com portas

SATA-300.

Portanto antes de instalar um disco rígido SATA-300 deve-se verificar se ele

tem um jumper SATA-150/SATA-300 e se este jumper está configurado na posição

correta: caso seja uma placa-mãe antiga com portas SATA-150 deve-se manter este

jumper na posição SATA-150, mas se a placa-mãe tem portas SATA-300, deve-se

movê-lo para a posição “SATA-300”.

10

Page 12: trabalho SATA dividido

Multiplicador de Porta

O multiplicador de porta (port multiplier) é um dispositivo que permite que

você instale até 15 dispositivos Serial ATA em uma única porta SATA.

O multiplicador de porta tem várias aplicações, como permitir um usuário doméstico

instalar mais de um disco rígido em uma porta SATA e permitir montar um rack de

armazenamento usando poucos cabos.

Com o Serial ATA é fácil conectar discos rígidos externos ao micro mantendo

uma alta taxa de transferência por causa do cabo utilizado (que é mais fino do que o

tradicional cabo de 80 vias). Mas se precisarmos instalar um rack contendo 16

discos rígidos a um servidor, 16 cabos Serial ATA sairão do rack para o servidor, e o

servidor deverá ter 16 portas SATA.

Usando o multiplicador de porta é possível conectar os discos rígidos usando

menos cabos. Por exemplo, um multiplicador de porta conectado a uma porta SATA

permite a você conectar até 15 discos rígidos e você precisaria apenas de um cabo

para conectar o rack ao servidor.

Mas neste caso existe um grande problema de desempenho. Se uma porta

SATA-150 for usada, a taxa de transferência de 150 MB/s será dividida entre os 15

dispositivos, criando um grande gargalo.

11

Page 13: trabalho SATA dividido

Pinagem

Nas tabelas abaixo listamos a pinagem dos cabos de dados e de alimentação

Serial ATA

O Serial ATA utiliza dois canais de dados separados, chamados A e B,

usando transmissão de dados diferencial, por isso os sinais de + e -. Nos fios

marcados com sinal de menos o dado é uma cópia invertida do que está sendo

transmitido no fio correspondente com sinal de mais.

Conector de Alimentação Serial ATA

Pino Função

1 +3,3 V

2 +3,3 V

3 +3,3 V

4 Terra

5 Terra

6 Terra

7 +5 V

8 +5 V

9 +5 V

10 Terra

11 Reservado/Terra

12 Terra

13 +12 V

14 +12 V

15 +12 V

12

Page 14: trabalho SATA dividido

Conector de Dados Serial ATA

Pino Função

1 Terra

2 A+

3 A-

4 Terra

5 B-

6 B+

7 Terra

13

Page 15: trabalho SATA dividido

Lucas ou Paulo??

Tecnologias relacionadas ao SATA

Os fabricantes de HDs SATA podem adicionar tecnologias em seus produtos

para diferenciá-los no mercado ou para atender a uma determinada demanda, o que

significa que um certo recurso não é obrigatório em um disco rígido só por este ser

SATA. Vejamos alguns deles:

NCQ (Native Command Queuing): o NCQ é tido como obrigatório no SATA II, mas

é opcional no padrão SATA I. Trata-se de uma tecnologia que permite ao HD

organizar as solicitações de gravação ou leitura de dados numa ordem que faz com

que as cabeças se movimentem o mínimo possível, aumentando (pelo menos

teoricamente) o desempenho do dispositivo e sua vida útil. Para usufruir dessa

tecnologia, não só o HD tem que ser compatível com ela, mas também a placa-mãe,

através de uma controladora apropriada. Se a placa-mãe é compatível com SATA, é

possível que exista o suporte ao NCQ (é necessário consultar o manual da placa

para ter certeza).

xSATA: basicamente o xSATA é uma tecnologia que permite ao cabo do HD ter até

8 metros de tamanho, sem que haja perda de dados significativa (uma tecnologia

anterior, a eSATA, permitia até 2 metros).

Link Power Management: esse recurso permite ao HD utilizar menos energia

elétrica. Para isso, o disco rígido pode assumir três estados: ativo (active),

parcialmente ativo (partial) ou inativo (slumber). Com isso, o HD vai receber energia

de acordo com sua utilização no momento.

Staggered Spin-Up: esse é um recurso muito útil em sistemas RAID, por exemplo,

pois permite ativar ou desativar HDs trabalhando em conjunto sem interferir no

funcionamento do grupo de discos. Além disso, a tecnologia Staggered Spin-Up

também melhora a distribuição de energia entre os discos.

14

Page 16: trabalho SATA dividido

Hot Plug: em sua essência, a tecnologia Hot Plug permite conectar o disco ao

computador com o sistema operacional em funcionamento. Esse é um recurso muito

usado em HDs do tipo removível.

15

Page 17: trabalho SATA dividido

Conclusão

O Barramento SATA, é uma tecnologia criada para substituir o ATA. Este

padrão realiza a transmissão dos dados em série, como se os bits estivessem em

fileira, um atrás do outro.

Este padrão demonstra-se muito melhor e mais vantajoso, pois o problema

das interferências fica bastante reduzido, permitindo maior velocidade na

transferência de dados. O ruído praticamente não existe, porque seu cabo de

conexão ao computador possui apenas 4 vias e também é blindado, e como o cabo

tem dimensão reduzida, o espaço interno do computador é melhor aproveitado,

facilitando inclusive a circulação de ar.

16

Page 18: trabalho SATA dividido

Bibliografia

SATA, disponível em: http://www.gdhpress.com.br/hardware/leia/index.php?p=cap5-

17. Acesso em: 24 de abril de 2010.

Por dentro da placa-mãe, disponível em:

http://pcworld.uol.com.br/dicas/2006/03/29/idgnoticia.2006-03-29.1138809789/

Acesso em: 24 de abril de 2010.

Barramento SATA, disponível em:

http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.abchd.com/imagens/

sata2.jpg&imgrefurl=http://www.abchd.com/

disco.html&usg=__CpPvihAomTiQ27wrBEKon8iwyvE=&h=344&w=338&sz=18&hl=pt

-BR&start=10&um=1&itbs=1&tbnid=sv-2rjOgc1ZFpM:&tbnh=120&tbnw=118&prev=/

images%3Fq%3Dbarramento%2Bsata%26um%3D1%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DN

%26tbs%3Disch:1

Acesso em: 01 de maio de 2010.

Tudo o que você precisa saber sobre o serial ata – Clube do Hardware, disponível

em: http://www.clubedohardware.com.br/artigos/564/5

Acesso em: 01 de maio de 2010.

17