SATA (Serial Advanced Technology Attachment o Serial ATA)

Cos’è SATA?

Serial ATA (Serial Advanced Technology Attachment o SATA) è un protocollo di comando e trasporto che definisce il modo in cui i dati vengono trasferiti tra la scheda madre di un computer e i dispositivi di archiviazione di massa, come unità disco rigido (HDD), unità ottiche e unità a stato solido (SSD). Come suggerisce il nome, SATA si basa sulla tecnologia di segnalazione seriale, in cui i dati vengono trasferiti come una sequenza di singoli bit.

SATA si riferisce al protocollo di comunicazione stesso e agli standard di settore rispettati dagli OEM che producono cavi, connettori e unità compatibili con SATA.

La Serial ATA International Organization (SATA-IO) supervisiona lo sviluppo delle specifiche tecniche. SATA specifica un formato di trasferimento e una disposizione dei cavi. È succeduto a Parallel ATA (PATA) come interfaccia di comunicazione per la maggior parte dei nuovi sistemi informatici. Tali sistemi solitamente supportano anche i protocolli di comunicazione Serial-Attached SCSI (SAS) e Non-Volatile Memory Express (NVMe).

SATA è una versione seriale della specifica Integrated Drive Electronics (IDE) per dischi rigidi PATA che utilizzano la segnalazione parallela. I cavi SATA sono più sottili, più flessibili e meno massicci dei cavi a nastro richiesti per i dischi rigidi PATA convenzionali.

 

Caratteristiche SATA

Gli HDD e gli SSD Serial ATA si collegano alla scheda madre di un computer tramite hardware del controller SATA, che gestisce anche il flusso di dati. Quando SATA è in modalità IDE, il disco rigido può essere riconosciuto come dispositivo PATA. Questa configurazione migliora la compatibilità con hardware più vecchi, ma le prestazioni ne risentono.

L’impostazione di un controller SATA su Advanced Host Controller Interface (AHCI) offre prestazioni migliori rispetto alla modalità IDE. AHCI supporta interfacce esterne e hot swapping di unità. La modalità RAID supporta sia le funzioni AHCI che le funzionalità di protezione dei dati RAID.

A seconda del sistema informatico, gli utenti potrebbero dover installare un software driver specifico per il dispositivo per consentire agli SSD SATA di comunicare con la scheda madre del dispositivo. Gli HDD basati su IDE non richiedono software driver.

Standard e revisioni SATA

Il consorzio industriale non-profit SATA-IO è l’autore delle specifiche tecniche che regolano le interfacce dei dispositivi Serial ATA. Il consorzio rivede gli standard SATA per riflettere le velocità di trasferimento dati aumentate. Queste revisioni includono le seguenti modifiche:

• SATA Revision 1. Questi dispositivi erano ampiamente utilizzati nei computer desktop e da ufficio personali, configurati da unità PATA collegate a cascata in una configurazione primaria/secondaria. I dispositivi SATA Revision 1 hanno raggiunto una velocità di trasferimento massima di 1,5 Gbps.
• SATA Revision 2. Questi dispositivi hanno raddoppiato la velocità di trasferimento a 3,2 Gbps con l’inclusione di moltiplicatori di porta, selettori di porta e una profondità di coda migliorata.
• SATA Revision 3. Queste interfacce supportavano velocità di trasferimento unità fino a 6 Gbps. Le unità Revision 3 sono retrocompatibili con i dispositivi SATA Revision 1 e Revision 2, sebbene con velocità di trasferimento inferiori.
• SATA Revision 3.1. Questa revisione intermedia ha aggiunto i requisiti di progettazione finali per SATA Universal Storage Module per applicazioni di archiviazione portatile basate sui consumatori.
• SATA Revision 3.2. Questo aggiornamento ha aggiunto la specifica SATA Express. Supporta l’uso simultaneo di porte SATA e corsie PCI Express (PCIe).
• SATA Revision 3.3. Questa revisione ha affrontato l’uso della registrazione magnetica a scandole
• SATA Revision 3.5. Questa modifica ha promosso una maggiore integrazione e interoperabilità con flash PCIe e altri protocolli I/O.
• SATA-IO ha affermato di non avere piani per l’interoperabilità SATA 4.0. Richiederebbe una progettazione significativa per supportare una larghezza di banda superiore all’attuale velocità massima di 6 Gbps, ha affermato il gruppo.

SATA vs. PATA

Quando si confrontano SATA e PATA, una connessione seriale richiede meno fili e produce un segnale più chiaro rispetto a una connessione parallela. Ciò rende i segnali seriali adatti per la trasmissione di dati su lunghe distanze.

Un segnale parallelo è sincrono e richiede un bus dati più ampio. Più bit vengono inviati simultaneamente attraverso fili diversi che sono alloggiati nello stesso cavo. Un segnale di clock sincronizza la temporizzazione tra i diversi canali. Di conseguenza, la trasmissione parallela è più adatta a distanze più brevi per evitare interferenze di segnale. I cavi multipli di cui necessita il parallelismo la rendono anche leggermente più costosa della trasmissione seriale.

SATA offre diversi vantaggi rispetto allo standard PATA basato su IDE sviluppato negli anni ’80. Questi vantaggi includono quanto segue:

• Prestazioni full-duplex. In particolare, PATA è una trasmissione half-duplex, il che la rende incapace di ricevere e trasmettere dati contemporaneamente. Ciò contrasta con le prestazioni full-duplex di SATA.
  Le unità PATA forniscono bit di dati contemporaneamente su un singolo cavo a nastro largo 40 pin. Lo standard SATA definisce un cavo SATA con due coppie di cavi differenziali, tre pin di terra e un connettore di alimentazione separato. Una coppia di cavi trasferisce i dati e una coppia li riceve. A chiudere ciascuna estremità dei conduttori SATA è un connettore wafer da 8 millimetri.
• Nessuna contesa di risorse. Unità SATA contengono un bus host del computer indipendente per eliminare la contesa delle risorse.
• Maggiore velocità di trasmissione. SATA trasferisce i dati un bit alla volta tra un’unità e il suo host, utilizzando un cavo dati a sette pin e un cavo di alimentazione dell’unità a 15 pin. Il cavo SATA determina una velocità di segnalazione più elevata, che corrisponde a una maggiore velocità di trasmissione dei dati.
• Flessibilità di progettazione. I cavi SATA offrono anche una progettazione flessibile nel layout fisico di un sistema. I cavi si estendono fino a 39 pollici, più del doppio della lunghezza dei cavi a nastro da 18 pollici richiesti per i dischi rigidi PATA convenzionali. Ciò offre ai progettisti di sistemi maggiore libertà su dove un’unità può essere montata in uno chassis. La larghezza ridotta dei cavi SATA aumenta anche il flusso d’aria all’interno dei computer.
• Funzionalità aggiuntive. Le unità SATA più vecchie sono dotate di jumper per abilitare funzionalità aggiuntive. Un jumper è un connettore rettangolare in plastica che crea un circuito quando viene fatto scorrere su due pin. Il circuito attiva e disattiva determinate impostazioni preprogrammate nel BIOS o Unified Extensible Firmware Interface di un computer, come la regolazione della velocità della CPU, la tensione del segnale e la risoluzione dei problemi.La tecnologia jumper è un residuo delle unità disco basate su IDE. Sono raramente necessarie nei computer realizzati dopo il 2002. Un’eccezione è l’uso di jumper per rallentare le unità più recenti, consentendo loro di utilizzare in modo più efficiente le versioni precedenti dell’interfaccia hardware SATA. Tuttavia, c’è un rischio in questo, poiché impostazioni errate dei jumper ostacoleranno il rilevamento del dispositivo quando vengono aggiunte o sostituite unità.

L’uso di meno conduttori riduce il rischio di diafonia e interferenze elettromagnetiche con SATA. Anche la tensione del segnale è molto più bassa: 250 millivolt per SATA contro 5 volt per PATA.

SATA contro SAS

SCSI collegato in serie o SAS e SATA sono entrambe tecnologie che utilizzano cavi sottili per trasmettere in serie i dati dalla scheda madre di un computer a e da un archivio. Tuttavia, ci sono alcune differenze fondamentali tra le due tecnologie, tra cui le seguenti:

Progettazione di base. I connettori SATA hanno quattro fili in un cavo. Anche i connettori SAS hanno quattro fili, ma separano i fili in due cavi in ​​cui ogni coppia di conduttori può inviare e ricevere dati. A causa di questa differenza, SATA può collegare solo una scheda madre a un dispositivo di archiviazione. SAS, d’altra parte, può collegare la scheda madre a un’unità di archiviazione e a un altro dispositivo.

Velocità di lettura e scrittura. SATA 3.0 scrive i dati nell’archiviazione a un limite teorico fino a 6 Gbps, ma legge i dati a un ritmo più lento quando li estrae dall’archiviazione per le applicazioni. SAS legge e scrive i dati in modo continuo a circa la stessa velocità di 6 Gbps.

Dove utilizzato. Poiché SATA legge i dati più lentamente di quanto li scriva e poiché supporta capacità elevate, le unità SATA sono ampiamente utilizzate per l’archiviazione di file di dati a cui non si accede frequentemente. Le unità SAS sono una buona opzione per carichi di lavoro di archiviazione a bassa densità. Le aziende in genere utilizzano SAS per l’archiviazione su larga scala, in particolare per supportare controller di archiviazione o hard disk collegati direttamente per server farm aziendali.

Tempo medio tra guasti (MTBF). Gli HDD SAS hanno un MTBF più elevato che li rende più adatti delle unità SATA per l’archiviazione basata su server. L’MTBF degli SSD SAS varia da 1,2 milioni a 1,6 milioni di ore, mentre gli HDD SATA hanno un MTBF che varia da 700.000 a 1,2 milioni di ore.

Costo. Le unità SAS sono in genere più costose delle unità SATA.

SATA, mSATA e SSD NVMe

SATA è stato inizialmente sviluppato per unità elettromeccaniche in cui un braccio attuatore scrive e legge dati da settori su un disco rotante. Lo standard SATA è stato successivamente modificato per supportare SSD non meccanici basati su archiviazione flash.

Flash è molto più veloce dell’archiviazione su disco, ma l’interfaccia SATA più lenta che era stata originariamente progettata per gli HDD ha continuato a limitare le velocità degli SSD. L’interfaccia flash NVMe più recente consente a un computer di leggere e scrivere dati su storage SSD a una velocità maggiore rispetto agli SSD SATA e SAS.

NVMe consente al software host di comunicare direttamente con i sottosistemi di storage. Ciò elimina la necessità di un’interfaccia bus per instradare il traffico dati avanti e indietro. NVMe definisce l’interfaccia del controller host e il protocollo di storage per dispositivi flash ottimizzati per PCIe, un bus di espansione seriale che consente ai computer di collegarsi a dispositivi periferici. Gli SSD NVMe basati su PCIe sono disponibili in un fattore di forma standard e come moduli di memoria dual-inline che vengono inseriti negli slot della scheda madre.

I dispositivi mSATA e M.2 SATA sottili sono stati sviluppati per fornire storage flash a livello di scheda. Nel 2009, SATA-IO ha svelato la specifica mSATA per SSD di piccolo formato. La “m” originariamente stava per mini, ma questa designazione non è più rilevante e la specifica è indicata come mSATA.

Un dispositivo mSATA è un’unità flash basata sulla specifica SATA-IO. È utilizzata nei laptop e in altri dispositivi di elaborazione portatili. La specifica mSATA mappa i segnali SATA su una scheda PCIe montata internamente nella scheda madre di un computer, utilizzando un connettore mSATA. Le unità MSATA sono progettate senza un guscio esterno per adattarsi all’interno di piccoli dispositivi host. Le loro prestazioni sono più o meno equivalenti alle tradizionali unità SSD SATA.

A seconda del produttore, alcuni sistemi informatici consentono di inserire sia unità SSD mSATA che PCIe nello slot di memoria. I pin e gli slot utilizzati dai due protocolli sono identici, ma gli standard non sono compatibili in modo nativo. Gli amministratori di sistema devono configurare le unità per l’esecuzione in modalità mSATA o PCIe.

Il fattore di forma SSD M.2 è emerso come storage per dispositivi di elaborazione ultrasottili; è generalmente considerato un sostituto finale per mSATA. Un dispositivo mSATA supporta qualsiasi iterazione di SATA ma non è compatibile con il connettore M.2. Al contrario, un SSD M.2 supporta SATA, USB 3.0 e PCIe 3.0.

 

 

SATA esterno (eSATA)

Quando è stato concepito per la prima volta, SATA era inteso come un meccanismo interno per migliorare le prestazioni di storage nei PC consumer. La necessità di estendere tali prestazioni all’esterno dello chassis ha portato allo sviluppo di External Serial Advanced Technology Attachment (eSATA).

SATA-IO ha sviluppato eSATA come una variante della specifica SATA, utilizzando gli stessi pin e protocollo per garantire prestazioni costanti. Ciò ha consentito ai dispositivi di storage SATA di essere collegati esternamente alla scheda madre del computer. Il processo utilizza un connettore di alimentazione robusto e due metri di cavi schermati per trasferire dati tra dispositivi esterni e storage interno. SATA-IO sostiene che eSATA trasferisce dati fino a sei volte più velocemente dell’interfaccia USB 2.0 o IEEE 1394.

Una singola porta eSATA potrebbe essere collegata a uno chassis SATA esterno per espandere lo storage e creare un array RAID. L’editing video, la produzione audio e il backup dei dati sono alcuni casi di utilizzo comuni per le unità eSATA. Tuttavia, eSATA ha dei limiti. Molti controller e unità SATA più vecchi non supportano la capacità hot-swap di cui l’interfaccia esterna ha bisogno.