3.8 Передача сигналів

Ultra ATA - Спадщина 5V допуску.

Як згадано вище, пристрої, що використання прямий доступ в пам'ять Ultra Режим 5, або 100 Mb / s, передачі повинно використовувати 3.3V сигнал, щоб балансувати високі-к-низькому і низькі-к-високому часи переходу. Щоб бути повністю назад сумісним, Ultra ATA пристрої і головні комп'ютери повинен бути з підтримкою 5V логіки, щоб уникнути пошкодження коли маємо справу з ATA / ATAPI-5 або більш ранніми пристроями. Цей 5V допуск потрібно розглянути протягом ІС дизайну, оскільки, як очікується, стане більш важко підтримати більш нові процеси дизайну CMOS.

Serial ATA - Передача диференціальних сигналів низької напруги.

Шумові можливості відхилення диференціальних пар враховують низьку передачу сигналів напруги. З Serial ATA, коливання напруги - 0.125V про напругу загального режиму, з мінімальним напругою загального режиму 0.25V. Оскільки Serial ATA не підтримує апаратну сумісність з попередніми ATA специфікаціями, 5V обмеження допуску видалено.

4 Реалізація технології serial ata

Сьогоднішні комп'ютери використовують паралельні ATA жорсткі диски, підключені по 40 або 80 контактними стрічковими кабелями до ATA контролера. Цей інтерфейс, звичайно, використовує паралельну шину, яка досягає її межі розвитку з сьогоднішніми швидкостями передачі даних 100 - 133 Mb / s. Подібно багатьом успадкованим стандартам інтерфейсу, паралельна шина була проста в релізі і забезпечила достатню смугу пропускання коли була спочатку введена, але носії з більш високими швидкостями передачі даних тепер підкреслюють можливості цієї шини. В наступаючий рік, Serial ATA диски буде здійснено, демонструючи новий стандарт для жорсткого диска і інтерфейсу пам'яті, який розширює межі роботи паралельного ATA. На додаток до більш високих швидкостей передачі даних, Serial ATA також забезпечує розширені особливості типу можливості гарячого підключення, методів скорочення електромагнітних шумів, передачі сигналів низькою напругою і додаткової потужності, що економить енергію, так само як більш складні команди обробки динячих.

Serial ATA інтерфейс замінює сьогоднішні 80 контактові шлейфи 4 контактними кабелями. Замість того, щоб відсилати дані паралельно, дані від контролера перетворені в послідовну форму, і відіслані як диференційна пара сигналу на цільове дисковий пристрій. Диск також відправляє дані на диференціальної парі назад на провідний контролер. Одночасна передача відбувається на обох каналах, з головного комп'ютера на диск і диск на головний комп'ютер. Через це, Serial ATA – дво точкова зв'язок, і підтримує тільки єдиний пристрій в інтерфейсі контролера, на відміну від підтримки двох дисків (Master і Slave) на кожному PATA порт. Контролери можуть звернутися до множинних пристроїв, але кожен пристрій потребує окремого, виділеного порту. Є багато вигод від меншого телеграфування від повної системної перспективи виготовлювача PC. Плоскі, широкі стрічкові кабелі обмежувальні до вентиляційної струмені в межах корпусу PC, і часто вимагають згортання комплексу і блоку, щоб підтримати пристрої, що використовуються сьогодні. З більш тонким кабелем Serial ATA, обмеження потоку повітря згорнуті, і теплові проблеми дизайну більш легко вирішені, як показано на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 - Порівняння кабелів SATA і PATA всередині корпусу

Початкова швидкість передачі даних для Serial ATA - 150 Mb / s, вимагає провідний швидкості 1.5 ГГц для послідовної передачі даних. Специфікація, видана Робочою Групою Serial ATA в серпні 2001, також має намір здійснити другу і третю швидкість передачі даних. Покоління будуть подвоювати швидкості до 300 Mb / s і потім 600 Mb / s, (зі швидкостями на дроті 3.0 Gbps і 6.0 Gbps) відповідно. У перетворенні в послідовну форму даних, використовується стандарт 8b / 10b кодування та методи синхронізації спектра розповсюдження. Serial ATA це - диференціальна пара, яка використовує тільки 250mV - проти 3.3V або навіть 5V для паралельного інтерфейсу ATA.

У сьогоднішніх PC, південний міст забезпечує інтегрований контролер жорсткого диска. Цей контролер має два порти, первинний і вторинний, і кожен порт може підтримати два диска, первинний диск і вторинний диск. Таким чином загальна кількість - чотири ATA пристрої, такі пристрої можуть бути підключені: типовий bootable HDD, і одне або більше оптичних пристроїв типу CD-ROM, CD-RW і т.д .. Для підтримки додаткових дисків зазвичай використовується інтерфейс PCI Приклад цієї конфігурації показано на рисунку 4.2.

Рисунок 4.2 - Схема підключення PATA

Початкова підтримка Serial ATA пристрою буде забезпечена через PCI, базовий контролер. Він може бути встановлений безпосередньо на системній платі, або забезпечений як аддон до плати, пов'язаної через PCI роз`єм на системній платі. 32 біт PCI шина, швидкість передачі даних 33 МГЦ дозволяє передавати дані до 133 MB / s, і швидкість передачі даних 66 МГЦ дозволила б 266 MB / s. Це забезпечило б достатню смугу пропускання для 2 портів Serial ATA контролера, тому що тривалої швидкістю передачі буде приблизно 100 MB / sec.

Для систем зберігання інформації на підприємстві, типу зовнішніх пристроїв RAID, побільше портів було б ідеально - 4, 6, або навіть 8 портів могли б бути бажані. У цьому випадку, інтерфейс PCI-X був би краще узгоджений в термінах шинної смуги пропускання. Сьогодні, ми вже бачимо, що паралельні ATA системи RAID будуть здійснені, тому що газована вода на SCSI - рішення значно більш дороге. З розширеними особливостями Serial ATA може бути розроблено набагато більше стійких і гнучких систем RAID. Розширення Serial ATA вже розробляється, щоб задовольнити нові ринкові вимоги, цим займається робоча група Serial ATA-II.

Serial ATA протокол розбитий на три різних рівня:

• транспортний рівень, який пов'язує з допомогою інтерфейсу, щоб вище замовити протоколи типу PCI або Паралельного ATA. Транспортний рівень відповідальний за зв'язок по інтерфейсу до файлу регістра ATA, інтерпретуючи команди, і даючи рівень зв'язку блокує завдання.

• рівень Зв'язки відповідальний за кадрування пакету, 8b / 10b кодування і декодування і виробництво і перевірка кодів циклічного контролю надмірності. Рівень зв'язку (лінковки) також обробляє управління потоком даних, буферізація дані як необхідно розмістити передачі, зміни швидкості передачі даних від використання синхроимпульса спектра розповсюдження.

• Phy рівень має 10b, закодовані дані від рівня Зв'язки приходять до нього і перетворюються в послідовну форму, відсилаються по кабелю. Phy рівень також відповідальний за deserializing, для використання даних отриманих з іншого кінця для пошуку підключеного пристрою методом Hot Plug.

Ієрархію цих трьох рівнів показано на рисунку 4.3.

Рисунок 4.3 - Ієрархія 3 рівнів контролера SATA

З відповідним транспортним рівнем є можливість зробити "міст", який може прийняти паралельні команди ATA, і конвертувати їх в Serial ATA дані. Ці чіпи можуть допустити простому системному перетворенню Serial ATA, тому що весь PC вже включає паралельні ATA контролери. Більшість початкових жорстких дисків також використовує ці чіпи моста, таким чином даючи можливість паралельним дискам ATA працювати з Serial ATA передачею. Приклад цієї конфігурації показано на рисунку 4.4.

Рисунок 4.4 - Підключення чипа конвертації PATA команд в SATA команди до гнізда PATA

У той час як ці підходи будуть працювати добре як надання технології на стороні диска, є деякі проблеми з цим виконанням, які роблять цей метод менш бажаним ніж інтегровані контролери на провідній стороні. Спочатку, з чипом моста, паралельні ATA пов'язують з допомогою інтерфейсу сторону, буде обмежений 100 або 133 Mb / s, тому що це - швидкість паралельних ATA контролерів. По друге, з чіпом моста на провідному устрої, програмний драйвер може тільки керувати паралельним ATA контролером, і не може звернутися, Serial ATA реєструє прогалину. Для інтегрованого контролера, звернення до цього пробілу відбувається через регістр, це надає велику стійкість обробки помилок, і більш гнучку передачу даних. Нарешті, більшість чіпів моста бере в одному паралельному ATA, пов'язують з допомогою інтерфейсу і мають один серіал ATA висновок. Оскільки стандартний паралельний ATA порт міг підтримати два дисковода (первинний і вторинний), використання окремого чіпа моста порту зменшує номер пристроїв, які могли бути пов'язані.

У деякий момент, southbridge включить Serial ATA технологію як заміну для паралельного ATA. Є два можливих підходи для цієї інтеграції. Повна інтеграція Serial ATA, зв'язок і phy рівні допустили б прямим послідовному підключенню від southbridge. Виклик з повною інтеграцією знаходиться у включенні високошвидкісних аналогових блоків phy рівня з обширною цифровий логікою в southbridge. Для багатьох інших високошвидкісних послідовних інтерфейсів, угода полягало в тому, щоб зберегти ці чіпи, типу мережевих інтерфейсів, як дискретні чіпи. Подібна угода знайдено з високошвидкісними цифровими інтерфейсами дисплея, використовуваними із зовнішніми phy чіпами, а не інтеграцією в northbridge графічний блок.

Альтернативний шлях інтеграції: цифрові блоки транспортування і рівнів зв'язку включені в southbridge, за підтримки зовнішнього phy рівня, більш сумісний з архітектурою, використовуваної сьогодні. Цей альтернативний шлях показаний на рисунку 5, він дозволяє формувати контролер, який міг MUX PATA порт зі зв'язком SATA до інтерфейсу phy, забезпечуючи гнучкість у виконанні, не збільшуючи кількість пинов на шлейфі. Використання зовнішнього phy чіпа також забезпечує більш простий шлях до швидкостей другого покоління 3.0 Gbps.

Рисунок 4.5 - Підключення чіпа конвертації PATA команд в SATA команди до гнізда PATA

Очікується, що більшість контролерів спочатку перетворять тільки один з їх портів від паралельного до Serial ATA, залишаючи успадкований паралельний порт для підключення з оптичними дисками. Через якийсь час, оскільки оптичні пристрої також розвиваються, очікується повне перетворення паралельних інтерфейсів в Serial ATA.