همه چیز در باره Serial ATA
مقدمه
Serial ATA یا به عبارت ساده تر SATA، استاندارد جدیدی از رابط (درگاه اتصال - اینترفیس ) بین دیسک های سخت و مادربرد به شمار می رود که برای جایگزین شدن با نسل قبلی خود Parallel ATA (که به اختصار ATA یا IDE نامیده می شود) معرفی گردیده است. سرعت انتقال اطلاعات در اینترفیس SATA و نوع جدید تر آن SATA II به ترتیب 150 و 300 مگابایت در ثانیه، در برابر حداکثر 133 مگابایت در اینترفیس قدیمی تر ATA می باشد.
اما با وجود گذشت بیش از دو سال از ورود تکنولوژی Serial ATA به عرصه سخت افزار ، همچنان بسیاری از کاربران از تفاوت ها و مزیت های عمده این تکنولوژی ارتباطی ویژه ابزار ذخیره سازی اطلاعات، نسبت به نسل قبلی آن یا همان ATA بی اطلاع اند. در این مقاله، فراتر از اینکه SATA صرفا به خاطر سرعت انتقال اطلاعات بیشتر شناخته می شود، به بررسی کامل تفاوت های دو تکنولوژی SATA و ATA خواهیم پرداخت.
همانطور که از نام Parallel در اینترفیس Parallel ATA و Serial در Serial ATA برداشت می شود، تفاوت عمده این دو رابط در نحوه انتقال اطلاعات (بیت ها) است. اطلاعات در رابط ATA به صورت موازی و در رابط SATA اطلاعات به صورت سری انتقال داده می شوند. همانطور که می دانیم، مزیت انتقال اطلاعات به صورت موازی در برابر انتقال سری، تعداد بیشتر اطلاعات ارسال شده در یک واحد پردازشی و در نهایت سرعت بیشتر می باشد. اما چگونه است که با وجود سرعت بیشتر در حالت موازی، رابط جدید تر از نوع سری و با سرعت بیشتری نسبت به رابط موازی ساخته شده است؟
پاسخ به این سوال تقریبا ساده است. همانطور که می دانید هر جریان عبوری در یک رشته یا سیم، نسبت به جریان عبوری با جهت معکوس در رشته کناری خود تاثیری به نام میدان الکترو مغناطیسی ایجاد می کند که این میدان الکترو مغناطیسی با افزایش سرعت و سیکل جریان قدرت یبشتری یافته و باعث ایجاد اختلال (نویز) گردیده که در نهایت انتقال جریان را با مشکل مواجه می کند. حال هرچه تعداد رشته هایی که جریان از آنها عبور می کند بیشتر و به هم نزدیکتر باشند، این مشکل نیز بیشتر نمایان می گردد.
همانطور که می دانید رابط ATA/33 از مجموع 40 و رابط های ATA/66 تا ATA/133 از 80 رشته سیم حامل جریان تشکیل شده اند. این رشته های به صورت یک در میان اطلاعات را ارسال و در یافت می کنند. میدان الکترو مغناطیسی حاصل از این جریانات تا سرعت ATA/66 قابل صرف نظر است. این جریان در سرعت های بیشتر یعنی از ATA/66 تا ATA/133 با اضافه شدن 40 رشته سیم خنثی (اتصال زمین) در بین رشته های حامل جریان نیز قابل کنترل است. بله، دلیل وجود 40 رشته سیم اضافه در کابل های ATA/66 و بالاتر از آن نسبت به کابل ATA/33 نیز همین نکته است. اما برای بالاتر بردن سرعت در رابط های بالا می باید این میدان مغناطیسی کنترل شود که عملا ادامه کار را با محدودیت های فنی روبرو می سازد.
دلیل اصلی مهاجرت از رابط های موازی به سری در دیسک های سخت نیز همین امر است. در رابط سری چون اطلاعات یا در حالت ارسال و یا در حالت دریافت می باشند، از این میدان مغناطیسی صرف نظر می شود. اما چگونه است که سرعت انتقال در رابط سری SATA با رابط موازی ATA برابر و حتی بسیار بیشتر از آن است؟
این سوال نیز پاسخ نسبتا ساده ای دارد. برای جبران افت سرعت در حالت سری، باید سرعت رفت و برگشت را در هر سیکل کاری بالاتر برد. در سرعت سیکل برابر، سرعت انتقال رابط موازی حدودا هشت برابر بیش از حالت سری است. بنابر این برای جبران این اختلاف و پیشی گرفتن از آن، سیکل و به عبارتی فاصله زمانی هر رفت و برگشت در رابط سری را باید افزایش داد که این نکته نیز به راحتی و با استفاده از تراشه های قدرتمند امروزی قابل انجام است، به همین دلیل است که امروزه شاهد انواع دیسک های سخت حجیم 300 و 500 گیگابایتی SATA II با سرعتی حدود 300MB/S در بازار هستیم.
در ادامه مقاله به بررسی سایر تفاوت های موجود بین رابط SATA و ATA و نیز استاندارد ها و ویژگی های به کار رفته در رابط SATA و نوع جدیدتر آن SATA II خواهیم پرداخت.
خانواده SATA
همانطور که گفته شد SATA استاندارد جدید برای انتقال اطلاعات به صورت سری از دیسک سخت به مادربرد است. در حال حاضر دو نسخه از این استاندارد معرفی شده که به ترتیب عبارتند از SATA I (به اختصار SATA) و SATA II . سرعت انتقال اطلاعات در نوع اول برابر با 150MB/S و در نوع دوم یا همان SATA II برابر با 300MB/S (البته در حالت تئوری) می باشد.
با اینکه سرعت اسمی انتقال اطلاعات در دیسک های SATA II دوبرابر SATA I است اما این تفاوت در واقعیت به ندرت از 20% فراتر می رود.
در اصل بخش عمده این افزایش سرعت به لطف وجود فناوری جدیدی با نام Native Command Queuing در دیسک های سخت SATA II بدست می آید. در واقع تاثیر NCQ به این صورت است که باعث می شود اطلاعاتی که برای خواندن توسط هد دستگاه در صفحات مدور ذخیره سازی (پلاتر ها - صفحات آلمینیومی به شکل دایره که در محفظه دیسک سخت قرار دارند و اطلاعات بر روی آنها به صورت صفر و یک و رمش مغناطیسی ذخیره می شوند) قرار دارند، طوری چیده شوند که با حداقل چرخش صفحات، اطلاعات توسط هد دستگاه خوانده شوند. با دقت در تصویر زیر با نحوه عمل این شیوه بیشتر آشنا خواهید شد :
چگونگی خواندن اطلاعات توسط NCQ
همانطور که در تصویر بالا مشاهده می کنید، برای خوانده شدن توسط اطلاعات 1 - 2 - 3 - 4 توسط هد دستگاه، در حالتی که از فناوری NCQ استفاده شده صفحه مدور نیاز به 1.5 دور چرخش دارد. در مقابل دیسک سختی که فاقد فناوری NCQ است، به بیش از 2.5 دور برای خوانده شدن اطلاعات توسط هد دستگاه نیاز دارد.
البته لازم به ذکر است که برای استفاده از فناوری NCQ حتما چیپست مادربرد ( یا چیپی که وظیفه ترجمه اطلاعات دریافتی از دیسک سخت را دارد) نیز باید از این فناوری پشتیبانی کند. تقریبا تمامی مادربرد هایی که با پشتیبانی از SATA II به فروش می رسند از این قابلیت پشتیبانی می کنند.
نکته دیگر سازگاری دیسک های SATA II با مادربرد های قدیمی تر مبتنی بر SATA I است. اما در این صورت حالت NCQ غیر فعال شده و دیسک سخت SATA II به مانند یک دیسک SATA I عمل خواهد نمود. این ویژگی بخصوص برای کاربرانی که در حال حاضر از مادربرد مبتنی بر SATA I استفاده می کنند و نیز قصد اضافه نمودن دیسک سخت دیگری به سیستم خود را دارند مناسب است. با توجه به اختلاف قیمت بسیار پایین بین دیسک های SATA I و SATA II قطعا خرید دیسک های SATA II به صرفه تر خواهد بود. چرا که با ارتقای مادربرد در آینده نزدیک می توان از سایر امتیازات دیسک سخت SATA II نیز بهره مند گردید.
تفاوت های ظاهری
دیسک های سخت SATA علاوه بر سرعت افزایش یافته، برتری های دیگری نیز نسبت به نسل پیشین خود دارند. از مهمترین این تغییرات می توان به کاهش پهنای کابل اتصال مورد استفاده برای انتقال اطلاعات اشاره نمود. همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید، پهنای کابل SATA درحدود هشت برابر از کمتر کابل ATA است. این کاهش پهنا همانطور که در بخش قبلی گفته شد، به لطف افزایش سرعت سیکل انتقال اطلاعات (بیت ها) و کاهش تعداد رشته های انتقال صورت گرفته است.
کاربران حرفه ای و مونتاژ کنندگان کامپیوتر های شخصی، کابل SATA را معجزه ای از طرف تکنولوژی می دانند، چرا که اولا مدیریت این کابل بسیار ساده است و مانند کابل های ATA نیازی به انتخاب و انجام تنظیمات Master و یا Slave بودن دیسک سخت نداشته و تنها با اتصال یک طرف کابل رابط به دیسک سخت و طرف دیگر آن به مادربرد، عمل پیکربندی آن نجام می شود. ثانیا کاهش پهنای کابل SATA برخلاف کابل های پهن IDE، از عبور جریان هوای تولید شده توسط فن های خنک کننده داخل سیستم، جلو گیری نکرده و به این ترتیب به کاهش دمای داخل سیستم کمک می نماید.
در مقابل برتری های یاد شده، کابل رابط SATA یک امتیاز منفی دارد و آن حساسیت نسبت به تاشدگی شدید، به دلیل کاربرد سیم های ویژه در ساخت کابل رابط SATA است که در صورت احتیاط نمودن در هنگام استفاده از آنها طبعا این امتیاز منفی در نظر گرفته نخواهد شد.
از دیگر تفاوت های ظاهری قابل مشاهده می توان به تغییر کانکتور تغذیه در دیسک های سخت SATA اشاره نمود. همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید، کانکتور تغذیه در مدل SATA II تغییرات عمده ای نسبت به سلف خود پیدا کرده است. البته در مدل های ابتدایی SATA از کانکتور معمولی استفاده شده است.
نصب و پیکر بندی دیسک های سخت SATA
نصب و پیکر بندی دیسک های سخت SATA تا حدودی با دیسک های قدیمی تر ATA تفاوت دارد. منظور از نصب، نصب فیزیکی دیسک شامل قرار دادن در محفظه مورد نظر در کیس، اتصال کابل رابط و اتصال کانکتور تغذیه آن و منظور از پیکربندی آماده سازی درایو برای نصب سیستم عامل و همچنین استفاده از قابلیت های دیگری همچون استفاده از انواع ارتباط RAID می باشد.
تفاوت نحوه نصب تنها در نحوه اتصال کابل رابط SATA می باشد، همانطور که در بخش تفاوت های ظاهری دیسک های SATA و ATA اشاره شد، هر کابل رابط SATA تنها قابلیت اتصال یک دیسک سخت را به برد مادر دارد و از این نظر از نصب کابل ATA IDE که در آن باید تنظیمات Master/Slave نیز در نظر گرفته می شد بسیار راحت تر به نظر می رسد.
گام بعدی اتصال کانکتور تغذیه به دیسک سخت است. اغلب دیسک های سخت SATA از دو نوع کانکتور استفاده می کنندو نوع اول و قدیمی تر همان کانکتور 4 رشته ای موسوم به مولکس و نوع جدید تر کانکتور مخصوص دیسک های SATA II که شامل 15 رشته جریان می باشد استفاده می کنند. این کانکتور در منبع تغذیه (پاور) نسخه 1.3 و بالاتر پشتیبانی می شود.
البته اکثر دیسک ها از هر دو نوع کانکتور تغذیه پشتیبانی می کنند اما در بعضی مدل ها که تنها کانکتور جدید تر 15 رشته ای پشتیبانی می شود، می توان از یک مبدل نیروی 4 رشته به 15 رشته استفاده نمود. این مبدل اکثرا همراه برد ماد به فروش می رسد. اما در صورت نیاز، امکان تهیه آن فروشگاه های سخت افزاری وجود دارد.
بنابر این نصب دیسک های سخت SATA بسیار ساده و تنها با نصب در کیس و اتصال کابل های رابط و تغذیه امکان پذیر است.
پیکر بندی دیسک های SATA می تواند تا حدودی برای کاربران مبتدی دردسر ساز باشد. در حال حاضر شناساندن دیسک های SATA در هنگام نصب سیستم عامل ویندوز تنها از طریق راه اندازی که به همراه مادربرد بر روی دیسکت فلاپی و یا بر روی CD ارایه می شود امکان پذیر است. البته با پیروی از راهنمای موجود بر روی دیسکت و یا دقت به پیام های داده شده از طرف برنامه نصب ویندوز می توان به راحتی دیسک سخت SATA را به ویندوز معرفی نمود.
در بخش بعدی مقاله به معرفی و توضیح انواع ترکیبات RAID را برای اتصال دیسک های سخت SATA می پردازیم.
آشنایی با RAID و ترکیبات آن
عبارت RAID سرواژه جمله "Redundant Array of Independent Disks" به معنای تحت الفظی "چیدمان دیسک های مستقل به هم افزوده شده" می باشد و برای اولین بار در سال 1987 مطرح شد. RAID در اصل عبارت است از ترکیب دو و یا مضرب زوجی از دیسک های سخت یکسان و مشابه (دیسک های مورد استفاده در ترکیبات RAID الزاما باید از یک مدل باشند) این ترکیبات برای دستیابی به دو امر افزایش سرعت خواندن و نوشتن(RAID 0)، افزایش ضریب امنیت اطلاعات (RAID 1) و یا ترکیبی از هر دو (RAID 0+1) مورد استفاده قرار می گیرند. ترکیبات پیچیده تری از RAID نیز امروزه در سرور های بزرگ استفاده می شود که صحبت در مورد آن از بحث ما خارج است.
RAID 0 : هدف از این نوع ترکیب، دستیابی به سرع بیشتر در هنگام خواندن و یا نوشتن از دیسک سخت می باشد. در این ترکیب از دو دیسک سخت مشابه استفاده شده و اطلاعات به صورت موازی بر روی دیسک ها قرار می گیرد. برای مثال با ترکیب دو دیسک سخت 80 گیگابایتی در حالت RAID 0، سرعت دستیابی به اطلاعات در حدود دو برابر افزایش پیدا می کند. اما ظرفیت نهایی قابل استفاده در این ترکیب برابر با ظرفیت یکی از دیسک ها می باشد. از این ترکیب در مواردی که نیاز به سرعت بالا برای دستیابی به اطلاعات وجود دارد استفاده می شود.
امتیاز منفی این ترکیب آن است که در صورت بروز مشکل برای یکی از دیسک ها، اطلاعات موجود در دیسک دیگر نیز بدون استفاده خواهد شد.
RAID 1 : هدف از این ترکیب افزایش امنیت برای اطلاعات است. در این ترکیب اطلاعات به صورت یک سان بر روی هر دو دیسک منتقل شده و با از دست دادن یکی از دیسک ها می توان از اطلاعات دیسک دوم استفاده نمود. این ترکیب بیشتر در مواردی که اطلاعات مهم و حیاتی هستند مانند سرور ها، ادارات و مراکز بایگانی استفاده می شود.
RAID 0+1 : با ترکیب چهار دیسک سخت یکسان و هم مدل می توان از امتیازات دو ترکیب RAID 0 و RAID 1 به صورت همزمان استفاده نمود. امتیاز منفی این ترکیب هم هزینه تمام شده بالا به شمار می رود.
RE: همه چیز در باره Serial ATA
این مقاله هم نوشته ی دوست عزیزمون علیرضا حقدوست هست و در سایت سخت افزار داتکام زده شده بوده...
باتشکر از علیرضا حقدوست و بهنام عزیز
شهریار
RE: همه چیز در باره Serial ATA
دوستان خواهشا از این به بعد منبع هم ذکر کنند تا احیانا مشکلی پیش نیاد ...
ممنونم - مهراد
پاسخ: همه چیز در باره Serial ATA
مزایای هاردهای SATA
اگه جدیدا اقدام به خرید کامپیوتر کرده باشید و یا اینکه در مورد کامپیوتر بحث و گفتگویی کرده باشید حتما سریال ATA به گوشتون خورده و بدون استثنا شنیدید که سرعتش از هاردهای معمولی بیشتره البته اشتباه می کنید چون هاردهای سریال ATA اطلاعات رو به صورت سریال عبور میدهند و در هر لحظه 1 بیت اطلاعات جابجا میکنند در صورتی که در هاردهای Parallel ATA یا PATA میزان این جابجایی برابر 16 بیت میباشد
ولی در کل وجود میدان ومغناطیسی ، نویز زیاد ، مصرف برق بالا و اندازه محدود کابل های PATA باعث افت سرعت و همچنین داشتن هزینه بالاتری نسبت به هاردهای SATA گردیده است و تمامی این موارد باعث شده که روز به روز بر استفاده کنندگان هاردهای سریال اضافه شود
مهمترین هدف طراحی هاردهای SATA جلوگیری از انتقال نویز و تداخل سیگنالها در هنگام انتقال اطلاعات می باشد برای رسیدن به این هدف در هردهای SATA از تکنولوژی SCSI استفاده شده است این مسئله باعث گردیده که اولا بتوان کابلهایی به ارتفاع یک متر به وجود آورد و ثانیا ولتاژ مورد نیاز برای فرستادن یک سیگنال معادل 25/ ولت می باشد در صورتی که به دلیل وجود تعداد سیمهای بسیار زیاد در کابلهای PATA و تداخل میدان های مغناطیسی همواره سیگنالها با نویز همراه بوده که این مسئله در کاهش سرعت اولیه بسیار موثر می باشد و در ضمن عاملی محدود کننده در اندازه این کابلها به شمار می آید و نکته دوم اینکه ولتاژ مورد نیاز برای جابجایی هر سیگنال معادل 5 ولت است که تنها این عامل خود بازار خوبی برای استفاده از هاردهای SATA در نوت بوکها ایجاد نموده است
دیگر مورد لازم به ذکر اینه که در هاردهای SATA شما می تونید بدون خاموش کردن سیستم قطعه جدید خودتون رو به کامپیوتر اضافه کنید به هر صورت تمامی این مسئله باعث شکسته شدن اندازه سرعت هاردها که سالها 133 مگابایت در ثانیه است گردیده و پیش بینی میشه که این سرعت به مرز 1 گیگابایت هم برسه
