Kundenmeinung: Die Computertechnik-Fibel ist wirklich verständlich geschrieben, frei von Ballast und ein tolles Nachschlagewerk. Insgesamt ein sehr empfehlenswertes Buch.
Schnittstellen für Massenspeicher waren üblicherweise immer in paralleler Ausführung. Mit zunehmender Übertragungsgeschwindigkeit ergeben sich technische Schwierigkeiten, die für die Übertragungsrate eine obere Grenze setzt. So blieb auch die ATA (EIDE)-Schnittstelle nicht davon verschont, dass sie auf den seriellen Betrieb umgestellt wurde.
Im Jahr 2000 setzten sich mehrere Firmen aus dem IT-Sektor zusammen, um eine Spezifikation über Serial-ATA (Serielles ATA) zu erstellen. Im Jahr 2001 wurde die erste Version von Serial-ATA vorgestellt. Anfang 2003 waren bereits die ersten Controller und Festplatten erhältlich. Bis zur vollständigen Marktdurchdringung hat es noch bis zum Jahr 2004 gedauert.
Mit 150 MByte/s hat SATA direkt an die parallele ATA-Schnittstelle (P-ATA) mit 133 MByte/s angeknüpft. Die Serial-ATA-Schnittstelle unterstützt 1,5 GBit/s bei einer Nettodatenrate von ca. 150 MByte/s. Festplatten mit 10.000 Umdrehungen in der Minute (U/m) liefern rund 75 MByte/s an Daten. Die Schnittstellengeschwindigkeit reicht also auch für die Zukunft locker aus.
Bei den Festplatten hat sich die SATA-Schnittstelle sehr schnell durchgesetzt. Bei den optischen Laufwerken, wie CD-ROM und DVD blieb SATA lange Zeit uninteressant. Ein Umschwenken im Markt fand erst statt, als Intel bei seinen Chipsätzen auf die IDE/ATA-Schnittstelle verzichtete. Die Computer-Hersteller mussten sich entscheiden, ob sie einen zusätzlichen IDE-Controller oder SATA-Laufwerke einbauten. Da sowieso ein optisches Laufwerk eingebaut werden musste, setzte sich die SATA-Schnittstelle auch bei optischen Laufwerken durch.
Das EIDE-/ATA-Interface basiert auf einer Bus-Struktur mit dem Host-Adapter und zwei Endgeräten, die als Master und Slave hardwareseitig konfiguriert werden müssen. Serial ATA verwendet bis zu vier geschaltete Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Das heißt, jedes Laufwerk bekommt seinen eigenen Kanal, das es nicht mit einem anderen Gerät teilen muss. Somit beschränkt sich der Installationsaufwand auf den Einbau der Laufwerke und das Anschließen der Kabel. Alte EIDE-/ATA-Geräte lassen sich über Adapter an den SATA-Host anschließen.
Technik
Die parallele Datenübertragung erreicht ihre hohen Übertragungsgeschwindigkeit nur über sehr kurze Strecken. Je länger ein Kabel ist, desto eher treten Laufzeitdifferenzen zwischen den parallelen Signale auf. Dies kann nur durch eine kürzere Übertragungsstrecke oder eine geringere Taktrate verhindert werden. Zusätzliche Masseleitungen führen zu dicken und unflexiblen Flachband- oder Rundkabeln, die die Luftströmung innerhalb eines Computers behindern.
Um die Kompatibilität zu gewährleisten werden die parallel vorliegenden Daten mit Wandlern in serielle Datenströme konvertiert. Die hohe Integrationsdichte und die extrem schnelle interne Verarbeitungsgeschwindigkeit in integrierten Schaltungen erlauben die Wandlung nahezu in Echtzeit. Die Wandlung von parallel nach seriell bzw. umgekehrt erhöht die Komplexität und die Kosten auf der Hardware-Seite. Dafür lässt sich mit niedrigeren Spannungen arbeiten, das wiederum bei Kabeln mit 1 Meter Länge schnellere Schaltzeiten und geringere EMV-Probleme ermöglicht.
Serial ATA verhält sich vollständig kompatibel zum Parallel-ATA (P-ATA). Alle Kommandos, Kontrollregister, PIO- und DMA-Transfers, Interrupts und auch das Master-Slave-Verhalten werden emuliert.. Ausschließlich die Link Layer Schicht verpackt und entpackt den seriellen Datenstrom. Die elektrische Wandlung und Protokollanpassung findet nur auf der untersten Hardware-Ebene statt. Die Wandlung von parallel auf seriell wird mit einer NRZ-Kodierung (8b/10b) vorgenommen. Dazu wird auf der Übertragungsstrecke 1 Byte in eine 10er-Einheit verpackt. Die zwei zusätzlichen Bits sorgen für die ausreichend häufigen Flankenwechsel, die die einseitige Aufladung des Kabels verhindert.
Signalübertragung
Die Signalpegel bei SATA betragen nur +-250 mV. Diese Spannung ist an die übliche Halbleitergeneration angepasst. So ist keine aufwendige Pegelwandlung zwischen Übertragungsstrecke und Controllerlogik notwendig.
Wie jedes andere moderne serielle Übertragungsverfahren arbeitet SATA mit differenziellen Signalen auf getrennten Sende- und Empfangsleitungen (TX-/TX+/RX-/RX+). Bei differenziellen Signalen ändern beide Leitungen bei einem Signalwechsel gleichzeitig aber gegenphasig ihre Pegel. Die Störunanfälligkeit wird dadurch wesentlich erhöht. Störungen wirken in der Regel auf beide Leitungen, so dass diese Störungen bei der Differenzbildung nahezu vollständig entfernt werden können. Üblicherweise werden die Signalleitungen verdrillt. Die Verdrillung führt aber bei hohen Datenraten zu größeren Laufzeitunterschieden. Deshalb laufen bei SATA die Signalleitungen parallel mit Masseleitungen und einer Schutzhülle. Daher auch drei Masseanschlüsse im Stecker. Die getrennten Empfangs- und Sendeleitungen erlauben den Fullduplex-Betrieb mit Handshake. Den gleichzeitigen Datenverkehr in beide Richtungen aber nicht.
Stecker und Anschlüsse
PATA-Stecker (links)
SATA-Stecker (rechts)
PATA-Anschluss (oben)
2 SATA-Anschlüsse (unten)
SATA-Stecker
SATA-Strom- und Daten-Anschluss-Stecker
Für den Anschluss von SATA-Geräten wird ein dünnes Kabel mit einem kleinen Stecker verwendet. Von ATA war bisher das breite Flachbandkabel bekannt. Der Stromanschluss ist 15-polig, mit je drei Anschlüssen für 3,3V, 5V und 12V, sowie 6 Masseleitungen. Die Stromkabel können die Spannungen zusammenfassen und sich darauf beschränken, welche Spannungen die Geräte benötigen. Um Verlustleistung und damit die Wärmeentwicklung zu reduzieren wird die Laufwerkselektronik mit 3,3V betrieben.
Der eigentliche Grund für die vielen Kontakte ist die Hotplug-Fähigkeit. Jede der drei Spannungen hat einen "Pre-Charge-Anschluss", der eine längere Kontaktzunge hat, die beim Anschließen zuerst den Kontakt herstellen. Selbiges gilt für die Daten-Kontakte (7-polig), die räumlich von der Spannungsversorgung getrennt sind.
Übersicht: Schnittstellen für Festplatten und Wechselspeicher-Laufwerke
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Kundenmeinung: Die Kommunikationstechnik-Fibel ist sehr informativ und verständlich. Genau das habe ich schon seit langem gesucht. Endlich mal ein Buch, das kurz und bündig die moderne Informationstechnik beleuchtet.
Schnittstellen für Massenspeicher waren üblicherweise immer in paralleler Ausführung. Mit zunehmender Übertragungsgeschwindigkeit ergeben sich technische Schwierigkeiten, die für die Übertragungsrate eine obere Grenze setzt. So blieb auch die ATA (EIDE)-Schnittstelle nicht davon verschont, dass sie auf den seriellen Betrieb umgestellt wurde.
Der Stromanschluss ist 15-polig, mit je drei Anschlüssen für 3,3V, 5V und 12V, sowie 6 Masseleitungen. Die Stromkabel können die Spannungen zusammenfassen und sich darauf beschränken, welche Spannungen die Geräte benötigen. Um Verlustleistung und damit die Wärmeentwicklung zu reduzieren wird die Laufwerkselektronik mit 3,3V betrieben.
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