کارشناسان و طراحان سیستم اعتقاد دارند اسفاده از تکنولوژی PATA برای هاردها به پایان رسیده و برای شکستن مرز سرعت انتفال اطلاعات در هارد ها که سال ها است که در 133MB/S محدود شده است فرا رسیده است .آنها اعتقاد دارند که با قابلیت های SATA می توانند در آینده ای نزدیک سرعت انتقال اطلاعات را از مرز 1GB/S نیز عبور دهند. در ادامه به معرفی تکنولوژی SATA ، مشکلات PATA ، فواید SATA و کابل SATA آن می پردازیم . سریال ATA و خداحافظی با کابل های پهن: اینترفیس Parallel ATA (PATA ) برای سال هاست که در وسایلی هم چون هارد ، CD Drive ، رایتر و وسایلی از این قبیل مورد استفاده قرار می گیرد .
در نگاه اول احتیاجی به تغییر در این Interface دیده نمی شود، بطوریکه همواره درایوهای جدیدتری که از PATA استفاده می کنند نیز روانه بازار می شوند.اما اگر درِ Case کامپیوتر را باز کنید مشاهده می کنید کابل های PATA چه فضای زیادی از محوطه کیس را اشغال کرده و در نتیجه باعث تولید گرمای زیادی در داخل کیس می شوند ، این مسئله برای متخصصان کمپانی ها بزرگ که همواره به دنبال بالاتر بردن سرعت قطعات و همچنین افزایش کارایی آنها هستند ایجاد مشکل می کند. بخصوص اینکه کارت های گرافیکی و پردازنده های جدید نیز گرمای زیادی تولید می کنند که در نتیجه محیط بسیارگرم کیس جای مناسبی برای فعالیت آنها نخواهد بود و اینجاست که PATA ها مشکل ساز می شوند.
کابل PATA معمولا باید دارای اندازه کوتاهی باشند و همین مورد ، استفاده از آنها را درکیس های بزرگ با مشکل مواجه می کند.
متخصصین برای فائق آمدن به این مشکل ، سریال ATA و یا SATA را پیشنهاد کردند که می تواند علاوه بر حل مشکلات PATA یک سری امکانات بیشتر را برای استفاده عرضه کند. از جمله فواید استفاده از SATA کم کردن میزان اشغال فضای داخل کیس توسط کابل ها می باشد زیرا کابل SATA ها به میزان زیادی کوچک تر از کابل PATA ها هستند و در نتیجه فضای کمتری اشغال می کنند .

مشکلات PATA
با وجود آنکه SATA با توجه با اینکه نحوه انتقال اطلاعات در آن بصورت سریال می باشد و در هر پالس تنها یک بیت اطلاعات را انتقال می دهد و با توجه به این نکته که این رقم در PATA (‌به دلیل انتقال اطلاعات بصورت موازی )‌16 بیت ( 2 بایت ) می باشد باز هم SATA دارای سرعت و کارایی بیشتری می باشد!!

دانستن چگونگی این مسئله خالی از لطف نیست ؛
همانطور که می دانید حرکت الکترون در داخل سیم ایجاد میدان مغناطیسی در حول آن می کند. این میدان مغناطیسی توسط تمامی سیم ها تولید می شود. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط هر سیم بر روی سیم دیگر تاثیر منفی ایجاد می کند که این مسئله به دلیل زیاد بودن تعداد سیم ها و تاثیر آنها بر روی هم تشدید می شود.یکی دیگر از دلایل محدودیت در افزایش سرعت هاردهای PATA نیز در همین نکته نهفته است «‌ افزایش سرعت الکترون ها باعث افزایش شدت میدان مغناطیسی می گرد ».

علاوه بر این مشکل ، مسئله تامین انرژی نیز وجود دارد. زیرا هر یک از این سیم ها برای انتقال اطلاعات احتیاج ولتاژ دارند که این ولتاژ را باید از منبع تغذیه یعنی Power تامین کنند و در نتیجه در هنگام افت توان پاور انتقال اطلاعات دچار مشکل جدی می شود.
مشکل دیگر در کابل PATA ، بازگشت Signal می باشد یعنی ولتاژ اضافی باعث بازگشت سیگنال از مقصد به منبع و دوباره رفتن از منبع به مقصد می شود و آن قدر این عمل انجام می شود تا سیگنال به کلی مستهلک گردد. این مسئله باعث درگیر شدن خط انتقال دهنده اطلاعات می شود. در کل با وجود آنکه PATA در هربار انتقال اطلاعات 16 بیت یا 2 بایت اطلاعات انتقال می دهد ، به طور کلی کارایی کمتری نسبت به SATA دارد.

فواید SATA :
هدف طراحی SATA ، جلوگیری از انتقال نویز و تداخل سیگنال ها در هنگام انتقال اطلاعات می باشد. SATA برای فرستادن سیگنال ها از تکنیکی که در دیگر استانداردهای Bus های سریع نظیر HyperTransport و SCSI استفاده می شود، بهره می برد. در این تکنیک خطوط ارتباطی از دو سیم مجزا تشکیل شده که هر دوی آنها Identical Signal هایی با طول موج و دامنه یکسان اما با Polarity های مخالف می فرستند.
وجود سیم های زمین در یک کابل کمک می کند تا مشکلات الکتریکی بسیار کم شود و این همان دلیلی است که موجب شد تعداد سیم در کابل های PATA از 40 عدد به 80 عدد در ATA-66 ارتقاء پیدا کند. این مسئله باعث شد که به صورت جایگزینی از سیم های Signal و Ground استفاده شود. اما باز هم مشکل تداخل میدان های مغناطیسی در هارد های PATA وجود داشت و اطلاعات با نویز همراه می شد.
SATA این مشکل را با استفاده از 4 سیم سیگنال و 3 سیم زمین حل کرده و به طور تقریبی این کابل ها بدون نویز بوده در نتیجه می توانند بلندتر و حتی تا یک متر طول داشته باشند. ولتاژ مورد نیاز برای فرستادن یک سیگنال 0.25 ولت بوده این رقم در کابل های PATA ،5 ولت می باشد در نتیجه به علت مصرف پایین توان ، هارد های SATA انتخاب بسیار مناسبی برای نوت بوک ها می باشند.

هماهنگی با نرم افزار :
درست مانند استاندارهای ارتباطی با سرعت بالا ، قسمت Software/Firmware هارد های سریال به دو لایه متفاوت تقسیم می شود که در مجموع 4 لایه می باشند. در پایین ترین سطح ، لایه فیزیکی قرار دارد این لایه وظیفه هماهنگ سازی هارد و کنترلر را در هنگام روشن شدن سیستم بر عهده دارد . این لایه همچنین بیت های دریافتی را به کاراکتر تبدیل کرده و اطلاعات وضعیت هارد را تهیه می کند.
لایه بعدی Link Layer می باشد.این لایه کمی باهوش تر می باشد و مسئول فرستادن و دریافت اطلاعات به صورت فریم می باشد همچنین مسئول کد گذاری و دیکود کردن اطلاعات است.
لایه انتقال یا Transport layer ، فریم های ایجاد شده در مرحله قبل را به ساختارهای ATA ، ترجمه می کند. تا بعد آنها را به بالاترین لایه یعنی Application انتقال دهد. استفاده از فرمت رایج ATA به معنای آن است که درایور شما احتیاج به فراگیری روش های جدید برای برقراری ارتباط با درایوهای SATA نداشته و با نرم افزارهای متناسب با PATA هم کار می کند.

کابل SATA
در کابل SATA اطلاعات به صورت بیت به بیت انتقال پیدا می کند بدین گونه که ولتاژ بالا به معنای 1 و ولتاژ پایین به معنای صفر می باشد. انتقال اطلاعات به همین روال آسان به نظر می رسد اما زمانی که تعداد ده عدد ( 1 ) پشت سر هم فرستاده شود چه اتفاقی می افتد؟ آیا سیگنال ها برای 10 واحد زمانی با ولتاژ بالا فرستاده می شوند؟ و یا هر واحد زمانی چقدر است؟ فرستنده و گیرنده ابتدا و انتهای یک سیگنال و یا طول واحد زمانی را چگونه تشخیص می دهند؟
اگر هر دو آنها با هم همزمان شده باشند این احتمال وجود دارد که یک بیت به اشتباه فرستاده شده و به درستی دریافت نشود . در PATA این مشکل با یک پالس ساعت ( Clock Puls ) حل شده است اما هدف استفاده از SATAفرار از دست همین خطوط اضافی می باشد، در نتیجه راهی جز فرستان پالس ساعت در دل سیگنال های اطلاعاتی باقی نمی ماند. البته این بخشی از راه حل پیشنهادی برای حل این مشکل می باشد، زیرا سیگنال ساعت به تنهایی نمی تواند مشکل را حل کند.

راه حل به کار گرفته شده در SATA استفاده از رویه ای با نام 8b/10b برای کد گذاری اطلاعات می باشد. بدینگونه که به جای نمایش هر بایت با 8 بیت ، با 10 بیت نمایش داده می شود. در نتیجه به طراح امکان انتخاب از بین 1024 سمبل داده می شود تا انتخاب از بین 256 سمبل .
این روش امکانی فراهم می کند تا رشته های طولانی از یک های پشت سر هم یا صفرهای پشت سر هم کنار گذاشته شود مثلاً کد ASCI صفر به صورت بیتی 0000,0000 بوده اما در سیستم 8b/10b تبدیل به 1001110100 می شود و این همان دلیلی است که باعث می شود در هارد های سریال سرعت انتقال دیتا را به جای 1.5 gigabit/s ( 5 / 1 گیگا بیت در ثانیه ) بصورت 150MB/S ( 150مگا بایت در ثانیه ) اطلاق شود.
اما طراحان سخت افزار تصمیم گرفته اند که کار خود را دقیق تر انجام دهند برای این منظور از DC Balance که کمی هم باعث پیچیده تر شدن کار می شود استفاده می کنند. ایده اصلی این طرح بدین شرح است که رشته اطلاعات فرستاده شده باید تعداد یک و صفرآن با تعداد اولیه برابر باشد. برای کنترل این منظور ، فرستنده بیت هایی که فرستاده شده است را دنبال می کند تا بتواند Disparity را چک کند اگر Disparity منفی باشد به معنای صفرهای زیادی بود و انتخاب یک های بیشتر مشکل را حل می کند و اگر Disparity مثبت باشد عملیات بر عکس انجام می شود بدین ترتیب خطای فرستادن اطلاعات برطرف می گردد.
زمانی که داده ای قرار است به گیرنده فرستاده شود داده باید در frame بسته بندی شود.بعد از این مرحله گیرنده یک پیغام به فرستنده می فرستد و بیان می دارد که آماده دریافت است بعد از آن اطلاعات دیکود شده با فرمت 8b/10 را دریافت کرده و آنها را چک می کند تا خطایی رخ نداده باشد ، بعد از آن دوباره پیغامی مبنی بر دریافت اطلاعات و یا فرستادن مجدد اطلاعات می فرستد. و این کار تا دریافت کامل اطلاعات ادامه می یابد.

کابل های SATA حداکثر دارای 7 رشته سیم می باشند و در نتیجه فضای کمتری را به نسبت کابل های PATA اشغال می کنند و مسلماً تاثیر منفی کمتری بر روی جریان هوا نیز دارند . کابل های SATA می توانند دارای طولی معادل 2 برابر طول یکی کابل PATA باشد در نتیجه در کیس های بزرگ هم دچار مشکل نمی شوند. همچنین در کابل SATA با مشکل و پیچیدگی تنظیمات Master و Slave نیز مواجه نمی شویم زیرا این هارد ها اصلاً دارای Master یا Slave نیست در واقع یک رابط Point - to - Point (‌نقطه به نقطه )‌ بوده که کار با آن را بسیار آسان می کند. با ورود SATA ، دوره تنظیم Jumper ها و نگرانی در مورد تنظیم درست آنها و بالا نیامدن کامپیوتر به پایان رسید.
تکنولوژی SATA بسیار منعطف می باشد و این امکان را فراهم می سازد که درایو مورد نظررا بدون نیاز به خاموش کردن کامپیوتر به سیستم اضافه کرد.

مشکلات PATA
با وجود آنکه SATA با توجه با اینکه نحوه انتقال اطلاعات در آن بصورت سریال می باشد و در هر پالس تنها یک بیت اطلاعات را انتقال می دهد و با توجه به این نکته که این رقم در PATA (‌به دلیل انتقال اطلاعات بصورت موازی )‌16 بیت ( 2 بایت ) می باشد باز هم SATA دارای سرعت و کارایی بیشتری می باشد!!

دانستن چگونگی این مسئله خالی از لطف نیست ؛
همانطور که می دانید حرکت الکترون در داخل سیم ایجاد میدان مغناطیسی در حول آن می کند. این میدان مغناطیسی توسط تمامی سیم ها تولید می شود. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط هر سیم بر روی سیم دیگر تاثیر منفی ایجاد می کند که این مسئله به دلیل زیاد بودن تعداد سیم ها و تاثیر آنها بر روی هم تشدید می شود.یکی دیگر از دلایل محدودیت در افزایش سرعت هاردهای PATA نیز در همین نکته نهفته است «‌ افزایش سرعت الکترون ها باعث افزایش شدت میدان مغناطیسی می گرد ».

علاوه بر این مشکل ، مسئله تامین انرژی نیز وجود دارد. زیرا هر یک از این سیم ها برای انتقال اطلاعات احتیاج ولتاژ دارند که این ولتاژ را باید از منبع تغذیه یعنی Power تامین کنند و در نتیجه در هنگام افت توان پاور انتقال اطلاعات دچار مشکل جدی می شود.
مشکل دیگر در کابل PATA ، بازگشت Signal می باشد یعنی ولتاژ اضافی باعث بازگشت سیگنال از مقصد به منبع و دوباره رفتن از منبع به مقصد می شود و آن قدر این عمل انجام می شود تا سیگنال به کلی مستهلک گردد. این مسئله باعث درگیر شدن خط انتقال دهنده اطلاعات می شود. در کل با وجود آنکه PATA در هربار انتقال اطلاعات 16 بیت یا 2 بایت اطلاعات انتقال می دهد ، به طور کلی کارایی کمتری نسبت به SATA دارد.

فواید SATA :
هدف طراحی SATA ، جلوگیری از انتقال نویز و تداخل سیگنال ها در هنگام انتقال اطلاعات می باشد. SATA برای فرستادن سیگنال ها از تکنیکی که در دیگر استانداردهای Bus های سریع نظیر HyperTransport و SCSI استفاده می شود، بهره می برد. در این تکنیک خطوط ارتباطی از دو سیم مجزا تشکیل شده که هر دوی آنها Identical Signal هایی با طول موج و دامنه یکسان اما با Polarity های مخالف می فرستند.
وجود سیم های زمین در یک کابل کمک می کند تا مشکلات الکتریکی بسیار کم شود و این همان دلیلی است که موجب شد تعداد سیم در کابل های PATA از 40 عدد به 80 عدد در ATA-66 ارتقاء پیدا کند. این مسئله باعث شد که به صورت جایگزینی از سیم های Signal و Ground استفاده شود. اما باز هم مشکل تداخل میدان های مغناطیسی در هارد های PATA وجود داشت و اطلاعات با نویز همراه می شد.
SATA این مشکل را با استفاده از 4 سیم سیگنال و 3 سیم زمین حل کرده و به طور تقریبی این کابل ها بدون نویز بوده در نتیجه می توانند بلندتر و حتی تا یک متر طول داشته باشند. ولتاژ مورد نیاز برای فرستادن یک سیگنال 0.25 ولت بوده این رقم در کابل های PATA ،5 ولت می باشد در نتیجه به علت مصرف پایین توان ، هارد های SATA انتخاب بسیار مناسبی برای نوت بوک ها می باشند.

هماهنگی با نرم افزار :
درست مانند استاندارهای ارتباطی با سرعت بالا ، قسمت Software/Firmware هارد های سریال به دو لایه متفاوت تقسیم می شود که در مجموع 4 لایه می باشند. در پایین ترین سطح ، لایه فیزیکی قرار دارد این لایه وظیفه هماهنگ سازی هارد و کنترلر را در هنگام روشن شدن سیستم بر عهده دارد . این لایه همچنین بیت های دریافتی را به کاراکتر تبدیل کرده و اطلاعات وضعیت هارد را تهیه می کند.
لایه بعدی Link Layer می باشد.این لایه کمی باهوش تر می باشد و مسئول فرستادن و دریافت اطلاعات به صورت فریم می باشد همچنین مسئول کد گذاری و دیکود کردن اطلاعات است.
لایه انتقال یا Transport layer ، فریم های ایجاد شده در مرحله قبل را به ساختارهای ATA ، ترجمه می کند. تا بعد آنها را به بالاترین لایه یعنی Application انتقال دهد. استفاده از فرمت رایج ATA به معنای آن است که درایور شما احتیاج به فراگیری روش های جدید برای برقراری ارتباط با درایوهای SATA نداشته و با نرم افزارهای متناسب با PATA هم کار می کند.

کابل SATA
در کابل SATA اطلاعات به صورت بیت به بیت انتقال پیدا می کند بدین گونه که ولتاژ بالا به معنای 1 و ولتاژ پایین به معنای صفر می باشد. انتقال اطلاعات به همین روال آسان به نظر می رسد اما زمانی که تعداد ده عدد ( 1 ) پشت سر هم فرستاده شود چه اتفاقی می افتد؟ آیا سیگنال ها برای 10 واحد زمانی با ولتاژ بالا فرستاده می شوند؟ و یا هر واحد زمانی چقدر است؟ فرستنده و گیرنده ابتدا و انتهای یک سیگنال و یا طول واحد زمانی را چگونه تشخیص می دهند؟
اگر هر دو آنها با هم همزمان شده باشند این احتمال وجود دارد که یک بیت به اشتباه فرستاده شده و به درستی دریافت نشود . در PATA این مشکل با یک پالس ساعت ( Clock Puls ) حل شده است اما هدف استفاده از SATAفرار از دست همین خطوط اضافی می باشد، در نتیجه راهی جز فرستان پالس ساعت در دل سیگنال های اطلاعاتی باقی نمی ماند. البته این بخشی از راه حل پیشنهادی برای حل این مشکل می باشد، زیرا سیگنال ساعت به تنهایی نمی تواند مشکل را حل کند.

راه حل به کار گرفته شده در SATA استفاده از رویه ای با نام 8b/10b برای کد گذاری اطلاعات می باشد. بدینگونه که به جای نمایش هر بایت با 8 بیت ، با 10 بیت نمایش داده می شود. در نتیجه به طراح امکان انتخاب از بین 1024 سمبل داده می شود تا انتخاب از بین 256 سمبل .
این روش امکانی فراهم می کند تا رشته های طولانی از یک های پشت سر هم یا صفرهای پشت سر هم کنار گذاشته شود مثلاً کد ASCI صفر به صورت بیتی 0000,0000 بوده اما در سیستم 8b/10b تبدیل به 1001110100 می شود و این همان دلیلی است که باعث می شود در هارد های سریال سرعت انتقال دیتا را به جای 1.5 gigabit/s ( 5 / 1 گیگا بیت در ثانیه ) بصورت 150MB/S ( 150مگا بایت در ثانیه ) اطلاق شود.
اما طراحان سخت افزار تصمیم گرفته اند که کار خود را دقیق تر انجام دهند برای این منظور از DC Balance که کمی هم باعث پیچیده تر شدن کار می شود استفاده می کنند. ایده اصلی این طرح بدین شرح است که رشته اطلاعات فرستاده شده باید تعداد یک و صفرآن با تعداد اولیه برابر باشد. برای کنترل این منظور ، فرستنده بیت هایی که فرستاده شده است را دنبال می کند تا بتواند Disparity را چک کند اگر Disparity منفی باشد به معنای صفرهای زیادی بود و انتخاب یک های بیشتر مشکل را حل می کند و اگر Disparity مثبت باشد عملیات بر عکس انجام می شود بدین ترتیب خطای فرستادن اطلاعات برطرف می گردد.
زمانی که داده ای قرار است به گیرنده فرستاده شود داده باید در frame بسته بندی شود.بعد از این مرحله گیرنده یک پیغام به فرستنده می فرستد و بیان می دارد که آماده دریافت است بعد از آن اطلاعات دیکود شده با فرمت 8b/10 را دریافت کرده و آنها را چک می کند تا خطایی رخ نداده باشد ، بعد از آن دوباره پیغامی مبنی بر دریافت اطلاعات و یا فرستادن مجدد اطلاعات می فرستد. و این کار تا دریافت کامل اطلاعات ادامه می یابد.

http://news.bitasoft.ir

کابل های SATA حداکثر دارای 7 رشته سیم می باشند و در نتیجه فضای کمتری را به نسبت کابل های PATA اشغال می کنند و مسلماً تاثیر منفی کمتری بر روی جریان هوا نیز دارند . کابل های SATA می توانند دارای طولی معادل 2 برابر طول یکی کابل PATA باشد در نتیجه در کیس های بزرگ هم دچار مشکل نمی شوند. همچنین در کابل SATA با مشکل و پیچیدگی تنظیمات Master و Slave نیز مواجه نمی شویم زیرا این هارد ها اصلاً دارای Master یا Slave نیست در واقع یک رابط Point - to - Point (‌نقطه به نقطه )‌ بوده که کار با آن را بسیار آسان می کند. با ورود SATA ، دوره تنظیم Jumper ها و نگرانی در مورد تنظیم درست آنها و بالا نیامدن کامپیوتر به پایان رسید.
تکنولوژی SATA بسیار منعطف می باشد و این امکان را فراهم می سازد که درایو مورد نظررا بدون نیاز به خاموش کردن کامپیوتر به سیستم اضافه کرد.