ATA VÀ SATA

I. ATA và SATA là gì ?
1. ATA:

Advanced Technology Attachment (còn được biết rộng rãi với cái tên IDE - Integrated Drive Electronics ) là một chuẩn giao tiếp đĩa cứng.
Thiết bị này sử dụng giao tiếp DMA. DMA là cơ chế giao tiếp truyền nhận dữ liệu giữa CPU và ổ cứng PATA với các tốc độ truyền tối đa là 133MB/s (UDMA-6).
ATA cũng còn được gọi là PATA (Parallel ATA) vì nó sử dụng tín hiệu song song.
ATA ban đầu (ATA-1) có tốc độ rất thấp (3.3MB/s) và có dung lượng tối đa cũng thấp (528 MB) sau đó được mở rộng dần đến ATA-7 có tốc độ đến 133MB/s và hỗ trợ dung lượng đến 128 PiB (hay 144 petabytes) thì chuyển sang SATA.
Một giao tiếp PATA gắn được 2 ổ đĩa, một làm master, một làm slave.
2. SATA:

serial ATA (serial Advanced Technology Attachment) sử dụng công nghệ truyền tín hiệu nối tiếp (serial).
Thiết bị này có thể sử dụng 2 cơ chế giao tiếp. Legacy (compatible) mode - hay còn gọi là cơ chế tương thích – chạy giống như DMA và AHCI Mode là cơ chế truyền nhận dữ liệu tốc độ cao lên đến 300MB/s (SATA2) cho phép sử dụng các tính năng cao cấp của ổ cứng Serial-ATA.
AHCI tăng hiệu quả sử dụng ổ cứng lên rất nhiều, các ổ SATA không còn phân biệt master/slave, tất cả đều là master, hỗ trợ Native Command Queuing (NCQ)* tăng tốc độ truy xuất và có thêm tính năng “tháo lắp nóng” (hot plug)....
Một giao tiếp SATA chỉ gắn được 1 ổ đĩa duy nhất.
Cả ATA controller và SATA controller đều có thể hỗ trợ RAID. RAID là hình thức ghép nhiều đĩa cứng lại thành một hệ thống đĩa cứng nhằm gia tăng tốc độ truy xuất cũng như an toàn dữ liệu.
II. ATA
2.1 Đầu nối vào ra ATA
Là đầu nối kiểu đầu nối 40 hoặc 44 chân, thường được làm dấu để tránh lắp ngược.

2.2 Cáp vào ra ATA

Hai loại cáp IDE chính được sử dụng hiện nay là loại 40 và 80 đường dấn. Cả hai dùng đầu nối 40 chân, các sợi thêm vào trong kiểu 80 đường dẫn sẽ được nối đất. Các đường dẫn thêm vào được thiết kế để giảm nhiễu và giao thoa, rất cần cho giao diện chạy với tốc độ 66 MHz (Ultra ATA/66 hoặc UltraDMA/66). Cáp 80 dây dẫn có thể dùng ở tốc độ thấp hơn cho dù không cần thiết, nó sẽ tăng tính toàn vẹn của tín hiệu, vì thế nên sử dụng loại cáp này với bất cứ ổ đĩa nào.
Hầu hết các ổ theo tiêu chuẩn ATA chỉ cần một jumper (chủ/tớ) để cấu hình. Một số ít cần jumper SP (Slave Present).
2.3 Các tín hiệu ATA

* Chân 39: Mang tín hiệu Drive Active/Slave Present (DASP) là tín hiệu có hai mục đích tùy từng thời điểm. Trong quá trình khởi động, khi máy được bật lên, tín hiệu cho biết ổ đĩa tớ (slave drive) có hiện diện trên giao diện không. Sau đó, mỗi ổ sẽ xác nhận tín hiệu để cho biết ổ đã được kích hoạt.
* Chân 28: Mang tín hiệu chọn cáp (Cable Select) hoặc đồng bộ * Chân 20: Được sử dụng như chân chốt để định hướng lắp cáp và không được nối suốt. Các đầu nối này ATA thường sẽ không có chân này, và lỗ của chân thứ 20 trên đầu nối cáp nên được khóa để ngăn không cho cáp bị cắm ngược chiều.
trục quay (Spindle Synchronization) (CSEL hoặc SPSYNC), là dải truyền có mục đích kép, tuy nhiên một cài đặt chỉ có thể dùng một trong hai chức năng
2.4 Các phiên bản ATA

Các phiên bản ATA:
*ATA-1
*ATA-2 (còn gọi là Fast-ATA, Fast-ATA-2, hoặc EIDE)
*ATA-3
*ATA-4 (Ultra-ATA/33)
*ATA-5 (Ultra-ATA/66)
*ATA-6 (Ultra-ATA/100)
*ATA-7 (Ultra-ATA/133 hoặc Serial ATA)
*ATA-8 (Ultra-ATA/133 hoặc Serial ATA)
Thông số và đặc tính phiên bản


SMART=AT Attachment Packet Interface
MB=Megabyte; million bytes
GB=Gigabyte; billion bytes
PB=Petabyte; quadrillion bytes
CHS=Cylinder, head, Sector
LBA=Logical block address
PIO=Programmed I/O
DMA=direct memory access
UDMA=Ultra DMA
ATA-1

ATA-1 (AT Attachment Interface of Disk Drivers) là bản chính của ATA đầu tiên. Nó là một giao diện truyền thống giữa hệ hệ thống (máy tính) với ổ đĩa quang qua bus ISA.
ATA-1 gồm các đặc tính sau:
*Số chân: 40/44 khi truyền hệ thống đến ổ đĩa
*Lựa chọn thiết đặt cho ổ đĩa chính, ổ đĩa phụ và lựa chọn tự động bởi cáp (master ,slave và cable select).
*Chế độ truy cập bộ nhớ trực tiếp DMA.
*Hỗ trợ cylinder, head, sector (CHS) và địa chỉ khối (tạm dịch: logical block address) (LBA).Hỗ trợ điều khiển tham số lên đến 267.386.880 sector, hoặc 136,9 GB
Mặc dù ATA-1 được sử dụng năm 1986, nhưng đến năm 1988 chúng mới được chuẩn hóa thành một chuẩn chính thức bởi Common Access Method (CAM). ATA-1 chính thức được loại bỏ như một tiêu chuẩn về giao tiếp trong máy tính ngày nay vào ngày 06 tháng 8 năm 1999.
ATA-2

ATA-2 (Attachment interface with Extensions-2) xuất hiện lần đầu tiên năm 1993 như một sự nâng cấp từ phiên bản ATA tiêu chuẩn. Nó mang đến một sự thay đổi lớn, không chỉ định nghĩa giao tiếp đến duy chỉ với các ổ đĩa cứng mà còn với các ổ đĩa khác. Những đặc tính của ATA-2 với cơ bản bao gồm ATA-1 và thêm các tính chất như sau:


*Các kiểu truyền dữ liệu PIO và DMA nhanh hơn.
*Hỗ trợ quản lý điện năng.
*Hỗ trợ quản lý di động.
*Hỗ trợ PCMCIA (PC Card)
*Đồng nhất các lệnh điều khiển và thêm nhiều thông tin hơn.
ATA-3

Được công bố đầu tiên vào năm 1997, ATA-3 tương đối ít sửa đổi so với ATA-2. Nó gồm có những sửa đổi cho các tiêu chuẩn kỹ thuật và chủ yếu là sắp xếp lại cùng với vài sửa đổi nhỏ. Những thay đổi chính gồm có:
- Loại bỏ những nghi thức truyền DMA từ đơn (8-bit).
- Thêm hỗ trợ S.M.A.R.T (công nghệ tự điều khiển, phân tích và báo cáo) cho dự báo sự giảm hiệu suất của thiết bị.
- Những khuyến cáo về nguồn và sự kết thúc bus phía đầu nhận để giải quyết vấn đề nhiều ở tốc độ truyền cao.
ATA-3 được chính thức công bố như chuẩn ANSI X3.298-1997, giao diện ATA-3.
Có 4 phạm vi chính mà ATA-2, ATA-3, ATA-4 đã cải tiến được so với giao diện ATA/IDE ban đầu là:
- Gia tăng dung lượng ổ đĩa tối đa
- Truyền dữ liệu nhanh hơn
- Kênh hai thiết bị phụ
- Giao diện chương trình ATA (ATAPI)
ATA/ATAPI-4 (ATA-4 với phần mở rộng giao diện gói)

Được công bố vào đầu năm 1998, ATA-4 có một số bổ sung quan trọng. Nó gồm có những tính năng dạng gói (Packet Command) được biết đến như giao diện gói ATA (ATAPI), cho phép các thiết bị như ổ CD-ROM, ổ đĩa mềm SuperDisk LS-120, ổ băng từ và các dạng thiết bị lưu trữ khác được gắn bằng một giao diện chung. Trước khi ATA-4 ra đời, ATAPI là một chuẩn được công bố riêng. ATA-4 còn thêm vào chế độ truyền 33MB/s, được gọi là UltraDMA hoặc UltraATA. ATA-4 tương thích ngược với ATA-3 và các quy định trước đó của ATAPI. Những sửa đổi chính trong ATA-4 gồm:
- Hỗ trợ ATAPI được tích hợp
- Hỗ trợ quản lý điện năng nâng cao
- Định nghĩa loại cáp 80 đường dẫn, 40 chân để cải tiến sự chịu nhiễu
- Hỗ trợ Compack Flash Adapter (CFA)
- Giới thiệu hỗ trợ BIOS nâng cao cho các ổ trên 9.4 nghìn ti GB (mặc dù ATA vẫn giới hạn như ở 137.4 GB).
ATA-4 được công bố như chuẩn ANSI NCITS 317-1998, ATA-4
ATA/ATAPI-5 (ATA-5 với giao diện gói)
Phiên bản này được chấp thuận vào đầu năm 2000 và dựa trên ATA-4. Những bổ sung chính trong tiêu chuẩn này gồm có:
- Chế độ truyền UDMA tới 66MB/s (được gọi là UDMA/66 hoặc Ultra-ATA/66)
- Cáp 80 đường dẫn được yêu cầu cho hoạt động UDMA/66
- Do tìm tự động cáp 40 hoặc 80 đường dẫn
- Chế độ UDMA nhanh hơn UDMA/33 chỉ được phép khi dò tìm phát hiện thấy cáp 80 đường dẫn.
Một chuẩn khác gần đây được chấp thuận bởi uỷ ban T13 là một dạng mở rộng IEEE-1394 (iLink/Firewire) cho giao diện ATA. Nó định rõ nghi thức cầu nối (bridge) giữa bus iLink/Firewire và ATA, cho phép ổ ATA thích hợp với giao diện mới này.
ATA/ATAPI-6

- Được chấp thuận vào năm 2002.
- Những điểm chính trong ATA/ATAPI-6 là:
+ Dùng 48 bit LBA làm cho dung lượng có thể đạt 144 petabytes (144.000.000 gigabytes).
+ Chế độ truyền Ultra DMA (UDMA) lên tới 100 MB/s
ATA-7 và ATA-8
- ATA-7:
* Được chấp thuận vào năm 2004.
* Những điểm chính của ATA-7 là:
+ Chế độ truyền Ultra DMA (UDMA) lên tới 133 MBps.
- ATA-8 là phiên bản phụ của ATA-7.
 

 

III. Serial ATA (SATA)
Serial ATA – hay đơn giản được gọi là SATA – là một chuẩn ổ đĩa cứng được tạo nhằm mục đích thay thế cho giao diện Parallel ATA vẫn được biết đến với tên IDE. SATA có tốc độ truyền tải khoảng 150MB/s hoặc 300MB/s so với tốc độ tối đa 133 MB/s trong các công nghệ trước đây
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.
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.
Trong các hình dưới đây, bạn có thể so sánh Serial ATA với parallel IDE: cáp Serial ATA trông ra sao và kích thước của nó so với IDE 80-dây như thế nào và sự so sánh về khía cạnh vật lý của cổng Serial ATA (màu đỏ trong hình 3) với cổng parallel IDE (màu xanh trong hình 3).
Hình 1: Cáp Serial ATA
Hình 2: So sánh giữa cáp Serial ATA và cáp 80-dây được sử dụng bởi các thiết bị parallel IDE
Hình 3: Các cổng Serial ATA (màu đỏ) và các cổng parallel IDE chuẩn (màu xanh)
Phiên bản SATA hiện thời có thể hỗ trợ nhịp độ di chuyển dữ liệu lên tới 3.0 gbit/s trên thiết bị. SATA chỉ dùng 4 đường tín hiệu nên dây cáp gọn và nhỏ hơn PATA. SATA hỗ trợ supports hot- swapping và NCQ. Có một đầu nối đặc biệt (eSATA) chỉ rõ những thiết bị ngoài và có kẹp để giữ những đầu nối bên trong chắc chắn đúng chỗ. Ngoài ra nó có thể dùng chung cáp vật lý với chuẩn SCSI.
Lưu Lượng
- SATA 1.5 Gbit/s
    Những giao diện SATA đầu tiên được biết đến như SATA/150 hay SATA1, với tốc độ truyền nhận dữ liệu tối đa 1.5Gbit/s. Trên lý thuyết lưu lượng truyền tải của SATA/150 tương tự như PATA/133, nhưng những thiết bị mới hơn đề xuất những sự nâng cao như NCQ.Dùng 8B/10B encoding tại tầng physical (trong mô hình
OSI). Do hiệu suất encoding đạt 80% nên tốc độ thật là 1.2 Gbit/s  hay 150 MB/s.                                      Dùng công nghệ LVDS (Low voltage differential signaling )
SATA 3.0 GB/s
Được biết với tên gọi là SATA II
Kế thừa các ưu điểm của SATA I như: 8B/10B, công nghệ LVDS…
Tốc độ đạt 3.0Gb/s (tốc độ thực là 2.4 Gb/s, hay 300 MB/s.)
Thế hệ mới SATA 6 Gigabit/giây
Serial ATA 6 Gigabit/giây cho các ứng dụng máy tính desktop và laptop đòi hỏi băng thông rộng bao gồm : chơi game, truyền dẫn video và ứng dụng đồ họa multimedia.
Chuẩn giao tiếp Serial ATA (SATA) 6 Gb/giây sẽ đem lại hiệu năng cao nhất – tốc độ truyền theo khối đạt đến 6 Gigabit/giây – cho tất cả các ứng dụng PC, duy chì tính tương thích ngược với chuẩn SATA 3 Gb/giây và SATA 1,5 Gb/giây, sử dụng chung cáp và kết nối với các thế hệ SATA trước nhằm đơn giản hóa việc tích hợp
SATA 6 Gb/giây được phát triển bởi tổ chức Quốc tế Serial ATA (SATA-IO) theo quy chuẩn Serial ATA Revision 3.0
Tốc độ truyền tải dữ liệu vượt trội của chuẩn SATA 6 Gbps so với chuẩn SATA 4 Gbps
Cài đặt
Cách cài đặt các thiết bị Serial ATA có khác đôi chút so với các thiết bị IDE chuẩn, Serial ATA là kết nối điểm điểm, nghĩa là bạn chỉ có thể kết nối một thiết bị trên một cổng (parallel IDE có thể cho phép kết nối hai ổ đĩa ứng trên một cổng bằng cách cấu hình master/slave)
Việc cài đặt ổ đĩa cứng SATA rất đơn giản; remove hoặc thay đổi vị trí của jumper SATA-150/SATA-300 (nếu có sẵn, các thông tin chi tiết sẽ được giới thiệu bên dưới), kết nối cáp Serial ATA và cáp nguồn với máy tính đang bị tắt của bạn.
Hình 4: Các đầu nối của ổ đĩa cứng SATA
Hình 5: Các đầu kết nối nguồn Serial ATA trên các bộ nguồn ATX12V
Hình 6: Ổ cứng SATA đã được kết nối với bo mạch chủ
Hình 7: Ổ đĩa IDE chuẩn “đã được chuyển đổi” thành Serial ATA thông qua một 
adaptor Jumper SATA-150/SATA-300 
Hình 8: Những thông tin chi tiết trên nhãn của ổ đĩa giải thích về jumper SATA-150/SATA-300.
Hình 9: Ổ đĩa cứng với jumper SATA-150/SATA-300 đang được đặt ở vị trí “SATA-150”
Những gì ảnh hưởng tới hiệu suất của ổ SATA-300 khi cấu hình sai? Chúng tôi sẽ tạo một số kiểm tra trong phòng thí nghiệm để giới thiệu cho các bạn về vấn đề này. Chúng tôi đã đo tốc độ truyền tải của ổ đĩa cứng Seagate Barracuda 7200.10 160 GB với 3 chương trình khác nhau, SpeedDisk32, HD Tach và HD Tune, trước tiên là jumper trên cấu hình mặc định của nó (“SATA-150”), sau đó remove jumper và làm cho ổ đĩa cứng là một ổ SATA-300 đích thực. Bạn có thể xem được kết quả trong các hình bên dưới
Như những gì bạn có thể thấy được trong các kết quả của ba chương trình trên. Mặc dù các tốc độ lớn nhất, trung bình và nhỏ nhất vẫn giống nhau nhưng với jumper ở vị trí SATA-300 thì tốc độ truyền tải burst đã được tăng khoảng 60% đến 69%.Nói tóm lại bạn không nên quên kiểm tra xem jumper có được đặt đúng vị trí hay không khi cài đặt các ổ đĩa cứng SATA-300!