tìm hiểu về chuẩn giao tiếp sata

TÌM HIỂU VỀ CHUẨN GIAO TIẾP SATA
Phạm Thành Công
Bùi Văn Đệ

I.Cấu tạo sơ lược chuẩn SATA

1.Thiết kế chuẩn sata

Năm 1999, các công ty gồm APT, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum, Seagate hợp tác thiết kế chuẩn
SATA. Kể từ khi được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2001, chuẩn giao tiếp SATA (Serial Advanced
Technology Attachment) đã dần thay thế giao tiếp PATA (Parallel ATA) và trở thành giao tiếp chủ yếu
cho các thiết bị lưu trữ gắn trong máy tính để bàn cũng như máy tính xách tay. Chuẩn này giúp kết nối bo
mạch chủ với các thiết bị lưu trữ như đĩa cứng, ổ lưu trữ thể rắn (SSD), ổ quang hay các thiết bị băng từ
di động.
Chân Chức năng
1 Nối đất
2 A+ (truyền dữ liệu)
3 A- (truyền dữ liệu)
4 Nối đất
5 B- (nhận dữ liệu)
6 B+ (nhận dữ liệu)
7 Nối đất
B ng s đ chân đ u n i d li u giao ti p SATAả ơ ồ ầ ố ữ ệ ế

Chuẩn giao tiếp SATA sử dụng cáp dữ liệu gồm 7 dây dẫn (3 dây nối đất và 4 dây dữ liệu chia thành 2
cặp), có đầu nối rộng 8mm ở hai đầu. SATA sử dụng cấu trúc điểm-điểm (point-to-point) để truyền dữ
liệu, kết nối trực tiếp giữa chip điều khiển và thiết bị lưu trữ, nên không cần cấu hình theo mô hình
master/slave phức tạp như giao tiếp PATA.

Cáp SATA thường có chiều dài lên đến 1m, và một cáp chỉ kết nối trực tiếp bo mạch chủ với một thiết bị
lưu trữ duy nhất, không giống như giao tiếp PATA, một cáp có thể kết nối bo mạch chủ với 2 thiết bị lưu

trữ, sử dụng cáp gồm 40 hay 80 dây dẫn, độ dài giới hạn 45cm (hiện nay cũng có cáp PATA dài đến 90cm)

Chuẩn SATA cũng sử dụng cáp nguồn khác với chuẩn đầu cắm nguồn 4
chân của Molex đã tồn tại hàng chục năm nay. Tương tự như cáp dữ liệu,
cáp nguồn SATA cũng nhỏ dẹp, sử dụng đầu cắm 15 chân và cung cấp 3
mức nguồn 3,3V, 5V và 12V.

SATA được thiết kế để thay thế cho thế hệ HDD giao diện ATA hiện
nay trong khi vẫn duy trì được giao thức lệnh. Nó là một kiến trúc
“serial” (tuần tự) mới ngược với bus ổ đĩa bên trong “parallel” (song
song). Hay cụ thể hơn, nó là một liên kết tuần tự (serial link) – một sợi
cáp có tối thiểu chỉ 4 sợi dây hình thành một mối kết nối từ điểm này tới
điểm kia (point-to-point) giữa các thiết bị.
◦
SATA gom nhiều mẩu dữ liệu lại thành từng gói và truyền đi với tốc độ cao hơn (về lý thuyết tới 30
lần) so với “parallel”. Ở HDD ATA, chức năng kiểm tra lỗi CRC (Cyclic Redundancy Checking,
kiểm độ dư vòng) chỉ được thực hiện trên các dữ liệu đang được truyền tãi qua lại. Còn SATA tích
hợp CRC trên cả hai mức độ lệnh và gói dữ liệu để cải thiện tính an toàn và ổn định của bus. Với
tốc độ truyền tải dữ liệu tới 150 MB/s (so với tốc độ cao nhất của HDD ATA hiện nay -
UltraATA/133 là 133 MB/s), SATA cải thiện sức hoạt động của HDD, tăng tốc độ của nó lên tương
ứng với các tốc độ ngày càng cao của các thiết bị và phần mềm ứng dụng về âm thanh, phim ảnh,

Tốc độ truyền tải của chuẩn Serial ATA là 1.500 Mbps. Vì nó sử dụng 8B/10B coding – mỗi nhóm 8 bit được
mã hóa thành một số 10-bit – nên tốc độ clock hiệu quả của nó là 150 MB/s. Các thiết bị Serial ATA chạy với
tốc độ chuẩn này gọi là SATA-150. Serial ATA II cung cấp một số tính năng mới như Native Command
Queuing (NCQ), cộng với tốc độ truyền tải cao hơn 300 MB/s. Các thiết bị có thể hoạt động với tốc độ này
được gọi là SATA-300. Chuẩn kế tíêp được phát hành sẽ làSATA-600.

Bạn cần phải lưu ý rằng SATA II và SATA-300 hoàn toàn không phải là đồng nghĩa. Một chuẩn có thể
xây dựng một thiết bị để chỉ chạy với tốc độ 150 MB/s nhưng lại sử dụng các tính năng mới đã được

cung cấp bởi SATA II, ví dụ như NCQ chẳng hạn. Thiết bị này sẽ là SATA II, mặc dù nó không hoạt
động ở tốc độ 300 MB/s.
T c đ c ng SATAố ộ ổ
SATA 1.0: Chu n giao ti p SATA th h đ u v i t c đ truy n 150MB/giây.ẩ ế ế ệ ầ ớ ố ộ ề
SATA 2.0: Chu n SATA nâng cao, t c đ truy n 300MB/giây, t ng thích ng c SATA 1.0.ẩ ố ộ ề ươ ượ
SATA 3.0: Chu n giao ti p SATA m i nh t v i t c đ truy n ẩ ế ớ ấ ớ ố ộ ề

II. So sánh 2 chuẩn kết nối thông dụng IDE và SATA
1. Cổng IDE :
Cổng IDE thông thường (hiện có tên gọi là parallel ATA hoặc PATA) thực hiện phương thức truyền tải dữ
liệu song song. Ưu điểm của việc truyền tải song song so với truyền tải nối tiếp trong chế độ trước đây là
tốc độ cao, cùng một lúc bạn có thể gửi đi nhiều bit dữ liệu. Tuy nhiên điểm yếu chính của nó lại là vấn
đề tạp âm nhiễu. Do có nhiều dây dẫn cùng được sử dụng (ít nhất là một cho mỗi bit được gửi), nên dây
này sẽ gây xuyên nhiễu sang dây khác
Đây chính là lý do tại sao ATA-66 và các ổ đĩa cứng cao hơn cần đến một loại cáp đặc biệt lên đến 80
dây. Sự khác biệt giữa cáp 80 dây và cáp 40 dây thông thường là ở chỗ cáp 80 dây có các dây đất nằm
giữa các dây truyền tín hiệu, mục đích của dây đất nằm giữa các dây truyền tín hiệu là để giảm sự
xuyên nhiễu giữa chúng. Tốc độ truyền tải dữ liệu hiện hành đối với chuẩn parallel IDE là 133 MB/s
(ATA/133).
2. Cổng SATA

Serial ATA là một công nghệ khác, cho phép truyền tải theo chế độ nối tiếp. Trước kia
chúng ta thường cho rằng truyền dẫn nối tíêp bao giờ cũng cho tốc độ thấp hơn truyền dẫn
song song. Tuy nhiên vấn đề này chỉ đúng nếu chúng ta sử dụng cùng một tốc độ clock.
Trong trường hợp này, truyền dẫn song song sẽ có tốc độ tối thiểu nhanh hơn tới 8 lần, vì
nó có khả năng truyền tối thiểu 8 bit (một byte) trong một chu kỳ, trong khi đó chỉ có một
bit được truyền dẫn trên một chu kỳ với truyền dẫn song song. Tuy vậy, nếu sử dụng tốc
độ clock cao hơn trong khi truyền tải thì nó có thể nhanh hơn truyền dẫn song song. Đó
chính là những gì mà Serial ATA đã thực hiện.


III. Các loại chuẩn SATA phổ biến hiện nay

1. Chuân giao tiếp sata 3.0

Ngày 27/5/2009, tổ chức Serial ATA International Organization (SATA-IO) đã chính thức công bố đặc
tả kỹ thuật cho chuẩn giao tiếp SATA phiên bản 3.0. So với SATA 2.0, chuẩn SATA 3.0 có tốc độ
nhanh gấp đôi và có những cải tiến mới.

Với băng thông dữ liệu lên đến 6Gb/giây (SATA 2.0 là 3Gb/giây), SATA 3.0 góp phần tăng hiệu năng
cho ổ đĩa lưu trữ, giảm hiện tượng nghẽn cổ chai trong quá trình truyền \dữ liệu.
Đầu cắm SATA
left-angle (bên trái)
và SATA right-angle

Nhờ tính năng tương thích ngược với các chuẩn giao tiếp SATA 1.0 và 2.0, nên các chuẩn đầu
cắm và cáp kết nối hiện đang dùng cho phiên bản SATA 2.0 đều sử dụng được cho SATA 3.0.

Điều này không những giúp người dùng giảm thiểu chi phí sắm cáp mới khi nâng cấp lên SATA
3.0 mà còn giúp các hãng sản xuất duy trì chính sách đầu tư của họ.

Đặc tả SATA 3.0 có nhiều tính năng cải tiến so với phiên bản trước, bao gồm:

- Giao thức điều khiển dòng dữ liệu NCQ mới cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao như
các ứng dụng video/audio

- Khả năng quản lý NCQ nhằm tăng hiệu năng tổng thể của hệ thống



SATA 3.0 sử dụng cùng chuẩn cáp và đầu cắm 7

chân như các

thế hệ SATA trước, so với cáp PATA 40 chân (bên
trái)
2. Chuân giao tiếp sata 3.1
Tổ chức quốc tế Serial ATA (Serial ATA International Organization – SATA-IO) vừa cho ra mắt các
thông số kỹ thuật của chuẩn giao tiếp SATA 3.1 nhằm mang đến các hướng dẫn rõ ràng trên tiêu chuẩn
USM (Universal Storage Module). Điều này sẽ cho phép tạo ra và sử dụng các giải pháp lưu trữ cable-
free dành cho di động hay mở rộng trong điện tử tiêu dùng.
3. SATA Express và µSSD: Hai chuẩn giao tiếp SATA mới

Tổ chức quốc tế Serial ATA (SATA-IO) vừa công bố 2 chương trình phát triển chuẩn giao tiếp
SATA mới: SATA Express và µSSD. Trong đó, SATA Express là chuẩn kết hợp cấu trúc hạ
tầng phần mềm SATA với giao diện PCI Express (PCIe), và μSSD là chuẩn dành cho việc sản
xuất hệ thống SATA chip đơn ứng dụng trong các giải pháp lưu trữ nhúng. Cả hai chuẩn mới
này sẽ hỗ trợ một cách toàn diện từ các loại thiết bị di động cho đến các dòng PC cao cấp và máy
chủ.
•
Đặc tả µSSD sẽ cung cấp một chuẩn giao tiếp điện SATA ứng dụng trong các thiết bị dùng chip dán
(BGA). Hiện tại, để kết nối bộ điều khiển SATA với thiết bị dùng giao tiếp SATA (bất kể đó là SATA
thường hay micro SATA hoặc mini SATA), chúng ta đều phải dùng đến một đầu nối vật lý, chưa kể đầu
nối còn có kích cỡ khá lớn nữa. Nhưng với chuẩn µSSD, giao tiếp SATA giờ đây sẽ nằm trong chân
pinout của chip dán BGA trên bo mạch chủ, và không cần dùng đến đầu nối ngoài nữa, ví dụ chỉ cần cắm
thẳng ổ SSD vào bộ điều khiển SATA là xong.

ATA Express được thiết kế sao cho vừa giữ nguyên chuẩn SATA trong khi cho phép gia tăng hiệu năng
hoạt động của các ổ SSD. SandForce phải mất cả một năm tròn mới cho ra được một bộ điều khiển có
thể tương thích được giao tiếp SATA tốc độ 6Gb/s. Nhiều công ty đã phải biến PCI Express thành giải
pháp cung ứng nhiều băng thông hơn so với băng thông truyền tải của một cổng SAS/SATA đơn. SATA
Express ra đời là để giải quyết vấn đề này.