«Serial ata» (стр. 3 из 6)
Рисунок 3.5.3 – Контакты Serial ATA кабелей: питание и данные
3.6 Окончания линий передачи, терминаторы
В Ultra ATA конфигурации - источник, заглушен, чтобы свернуть дребезг. Используя эту схему заглушки, добавочный резистор помещен в устройство на выходном канале передачи. Величина этого сопротивления выбрана так, чтобы сопротивление плюс импеданс вывода передатчика соответствовало управляемому следу и/или кабельному импедансу. Это производит делитель напряжения при выводе устройства, что фактически половина мощности испускаемого сигнала. Когда этот сигнал достигает получателя, сигнал размышляет в несоответствии импеданса, сформированном между управляемой строкой передачи импеданса или кабелем и очень высоким входным сопротивлением получателя. Это отражение удваивает мощность сигнала в получателе, и таким образом возвращения сигнала к первоначальной амплитуде. Когда отраженный сигнал возвращается назад к источнику, это видит импеданс и таким образом полностью заглушает его. Если резистор-терминатор плохо выбран, часть этого отраженного сигнала будет снова отражена и вызовет дребезг в сигнале.
Эта схема терминирования очень эффективна при использовании единственного устройства и получателя в противоположных концах соединяющегося кабеля. Стандарт ATA кабель, однако, позволяет второму устройству быть приложенным в середине пути сигнала. В этой точке в кабеле, сигнал испытывает "плато", поскольку переданный сигнал достигнет половины мощности, и отраженный сигнал должен отразиться назад от получателя прежде, чем полное колебание напряжения будет достигнуто. Если перерегулирование начального сигнала является достаточно большим, сигнал полуамплитуды может пересечь порог переключения на много раз прежде, чем отраженный сигнал прибудет. Это перерегулирование может также управляться, ограничивая скорость просмотра файла изображения вывода, но как упомянуто выше этого решения будет проблематичен, если необходима большая шинная скорость.
Serial ATA - Более плотные спецификации импеданса плюс поддержка автоматического соответствия импеданса.
Так как Serial ATA использует только 4 линии сигнала в канале, надлежащее терминирование всех линий является менее дорогостоящим, и в сложности дизайна и долларах. Все устройства обязаны обеспечивать точные импедансы терминирования. Также обеспечена Поддержка для активного импеданса (согласовывающего), которые гарантируют точное соответствие к любому кабелю или устройству. Хотя Serial ATA использует ту же самую исходную схему терминирования как PATA, многие из проблем уменьшены. Двухточечная топология подключения гарантирует, что на конце только один единственный получатель.
Поскольку интерфейс ATA использует 32 линии сигнала для каждого канала, с типичной конфигурацией Ultra ATA mode 2, 64 сигнала должны быть направлены с контроллера ввода-вывода на ATA соединитель. Чтобы свернуть перекрестные помехи и дребезг, размеры следа и разделения должны тщательно управляться. Типично максимум, длина направляющего 8”. Все длины следа типично обязаны быть в пределах 0.5”, чтобы свернуть расфазировку тактовых сигналов.
Serial ATA - Дифференциальная Пара, направляющая ограничения.
Каждый Serial ATA канал состоит из двух дифференциальных пар, общее количество - 4 линии передачи. Каждая пара должна быть направлена с дифференциальными линиями в постоянном разделении и с равной длиной. Из-за высокой скорости передачи сигналов и ограничений общего FR4 PCB маршрутизация материала, длины следа должны типично быть меньше чем 6”. Хотя надлежащая маршрутизация более важна с Serial ATA чем с Ultra ATA, и здесь намного меньше линий передачи. Каждый Serial ATA канал требует 4 следа сигнала, таким образом 4 устройства требовал ли бы общего количества 16 направленных линий, против 74 для Ultra ATA.
Ultra ATA - Наследство 5V допуска.
Как упомянуто выше, устройства, что использование прямой доступ в память Ultra Режим 5, или 100 Mb/s, передачи должно использовать 3.3V сигнал, чтобы балансировать высокие-к-низкому и низкие-к-высокому времена перехода. Чтобы быть полностью обратно совместимым, Ultra ATA устройства и главные компьютеры должен быть с поддержкой 5V логики, чтобы избежать повреждения когда имеем дело с ATA/ATAPI-5 или более ранними устройствами. Этот 5V допуск нужно рассмотреть в течение ИС дизайна, поскольку, как ожидается, станет более тяжело поддержать более новые процессы дизайна CMOS.
Serial ATA - Передача дифференциальных сигналов низкого напряжения.
Шумовые возможности отклонения дифференциальных пар учитывают низкую передачу сигналов напряжения. С Serial ATA, колебание напряжения - 0.125V о напряжении общего режима, с минимальным напряжением общего режима 0.25V. Поскольку Serial ATA не поддерживает аппаратную совместимость с предыдущими ATA спецификациями, 5V ограничение допуска удалено.
4 Реализация технологии Serial ATA
Сегодняшние компьютеры используют параллельные ATA жесткие диски, подключенные по 40 или 80 пиновым ленточными кабелями к ATA контроллеру. Этот интерфейс, конечно, использует параллельную шину, которая достигает ее предела развития с сегодняшними скоростями передачи данных 100 - 133 Mb/s. Подобно многим унаследованным стандартам интерфейса, параллельная шина была проста в релизе и обеспечила достаточную полосу пропускания когда была первоначально введена, но носители с более высокими скоростям передачи данных теперь подчеркивают возможности этой шины. В наступающий год, Serial ATA диски будет осуществлены, демонстрируя новый стандарт для жесткого диска и интерфейса памяти, который расширяет пределы работы параллельного ATA. В дополнение к более высоким скоростям передачи данных, Serial ATA также обеспечивает расширенные особенности типа возможности горячего подключения, методов сокращения электромагнитных шумов, передачи сигналов низким напряжением и дополнительной мощности, экономящей энергию, так же как более сложные команды обработки дынных.
Serial ATA интерфейс заменяет сегодняшние 80 пиновые шлейфы 4 пиновыми кабелями. Вместо того, чтобы отсылать данные параллельно, данные от контроллера преобразованы в последовательную форму, и отосланы как дифференциальная пара сигнала на целевое дисковое устройство. Диск также отправляет данные на дифференциальной паре назад на ведущий контроллер. Одновременная передача происходит на обоих каналах, с главного компьютера на диск и диск на главный компьютер. Из-за этого, Serial ATA - двухточечная связь, и поддерживает только единственное устройство в интерфейсе контроллера, в отличие от поддержки двух дисков (Master и Slave) на каждом PATA порте. Контроллеры могут обратиться к множественным устройствам, но каждое устройство требует отдельного, выделенного порта. Есть много выгод от меньшего телеграфирования от полной системной перспективы изготовителя PC. Плоские, широкие ленточные кабели ограничительны к вентиляционной струе в пределах корпуса PC, и часто требуют сворачивания комплекса и блока, чтобы поддержать устройства, используемые сегодня. С более тонким кабелем Serial ATA, ограничения потока воздуха свернуты, и тепловые проблемы дизайна более легко решены, как показано на Рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Сравнение кабелей SATA и PATA внутри корпуса
Начальная скорость передачи данных для Serial ATA - 150 Mb/s, требует проводной скорости 1.5 ГГц для последовательной передачи данных. Спецификация, изданная Рабочей Группой Serial ATA в августе 2001, также намерена осуществить вторую и третью скорость передачи данных. Поколения будут удваивать скорости до 300 Mb/s и затем 600 Mb/s, (со скоростями на проводе 3.0 Gbps и 6.0 Gbps) соответственно. В преобразовании в последовательную форму данных, используется стандарт 8b/10b кодирования и методы синхронизации спектра распространения. Serial ATA это – дифференциальная пара, использующая только 250mV - против 3.3V или даже 5V для параллельного интерфейса ATA.
В сегодняшних PC, южный мост обеспечивает интегрированный контроллер жесткого диска. Этот контроллер имеет два порта, первичный и вторичный, и каждый порт может поддержать два диска, первичный диск и вторичный диск. Таким образом общее количество – четыре ATA устройства, такие устройства могут быть подключены: типичный bootable HDD, и одно или более оптических устройств типа CD-ROM, CD-RW и т.д.. Для поддержки дополнительных дисков обычно используется интерфейс PCI Пример этой конфигурации показано на Рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 – Схема подключения PATA
Начальная поддержка Serial ATA устройства будет обеспечена через PCI, базовый контроллер. Он может быть установлен непосредственно на системной плате, или обеспечен как аддон к плате, связанной через PCI слот на системной плате. 32 бит PCI шина, скорость передачи данных 33 МГЦ позволяет передавать данные до 133 MB/s, и скорость передачи данных 66 МГЦ позволила бы 266 MB/s. Это обеспечило бы достаточную полосу пропускания для 2 портов Serial ATA контроллера, потому что длительной скоростью передачи будет примерно 100 MB/sec.
Для систем хранения информации на предприятии, типа внешних устройств RAID, побольше портов было бы идеально - 4, 6, или даже 8 портов могли бы быть желательны. В этом случае, интерфейс PCI-X был бы лучше согласован в терминах шинной полосы пропускания. Сегодня, мы уже видим, что параллельные ATA системы RAID будут осуществлены, потому что газировка на SCSI – решение значительно более дорогостоящее. С расширенными особенностями Serial ATA может быть разработано намного больше устойчивых и гибких систем RAID. Расширение Serial ATA уже разрабатывается, чтобы удовлетворить новые рыночные требования, этим занимается рабочая группа Serial ATA-II.
Serial ATA протокол разбит на три различных уровня: