رابط سریالی ATA یا SATA چیست؟

Serial ATA یا SATA (مخفف Serial Advanced Technology Attachment)، یک استاندارد برای ارسال فرمان‌ها و انتقال داده‌ها بین مادربرد رایانه و دستگاه‌های ذخیره‌سازی مانند هارددیسک (HDD)، درایوهای نوری و درایوهای حالت‌جامد (SSD) است. همان‌طور که از نام آن پیداست، SATA بر پایه فناوری انتقال سریالی داده طراحی شده است، به این معنا که داده‌ها به‌صورت پشت‌سر‌هم و به شکل دنباله‌ای از بیت‌های تکی منتقل می‌شوند.

SATA چیست؟

SATA به خودِ پروتکل ارتباطی و همچنین استانداردهای صنعتی گفته می‌شود که شرکت‌های سازنده (OEM) برای تولید کابل‌ها، کانکتورها و درایوهای سازگار با این فناوری از آن پیروی می‌کنند.

توسعه مشخصات فنی SATA تحت نظارت سازمان بین‌المللی SATA با نام SATA-IO (Serial ATA International Organization) انجام می‌شود. SATA فرمت خاصی برای انتقال داده و نحوه سیم‌کشی آن ارائه می‌دهد. این فناوری جایگزین رابط قدیمی PATA (Parallel ATA) شده و امروزه در بیشتر سیستم‌های کامپیوتری جدید به‌عنوان رابط اصلی انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم‌ها معمولاً از پروتکل‌های ارتباطی دیگری مانند SAS (Serial Attached SCSI) و NVMe (Non-Volatile Memory Express) نیز پشتیبانی می‌کنند.

SATA نسخه‌ی سریالی استاندارد IDE برای هارددیسک‌های PATA است که در آن‌ها داده‌ها به‌صورت موازی منتقل می‌شدند. کابل‌های SATA نسبت به کابل‌های پهن و روبانی‌شکل PATA، باریک‌تر، سبک‌تر و انعطاف‌پذیرتر هستند که این موضوع نصب آن‌ها را آسان‌تر کرده است.

ویژگی‌های SATA

هارددیسک‌ها (HDD) و درایوهای SSD با استفاده از سخت‌افزار کنترل‌کننده‌ی SATA به مادربورد رایانه متصل می‌شوند؛ این کنترل‌کننده همچنین مدیریت جریان داده را بر عهده دارد. زمانی که SATA در حالت IDE تنظیم شود، هارددیسک به‌عنوان یک دستگاه PATA شناخته می‌شود. این روش باعث سازگاری بهتر با سخت‌افزارهای قدیمی می‌شود، اما عملکرد کلی سیستم کاهش می‌یابد.

تنظیم کنترل‌کننده SATA روی حالت AHCI (Advanced Host Controller Interface) عملکرد بهتری نسبت به حالت IDE ارائه می‌دهد. AHCI از رابط‌های خارجی و قابلیت Hot Swapping (اتصال و جداسازی درایو بدون نیاز به خاموش‌کردن سیستم) پشتیبانی می‌کند. حالت RAID نیز علاوه بر امکانات AHCI، ویژگی‌های محافظت از داده را هم در قالب RAID ارائه می‌دهد.

بسته به نوع سیستم رایانه‌ای، ممکن است کاربران نیاز داشته باشند نرم‌افزار راه‌انداز (Driver) مخصوص دستگاه را نصب کنند تا درایو SSD مبتنی بر SATA بتواند با مادربورد ارتباط برقرار کند. در مقابل، هارددیسک‌های مبتنی بر IDE معمولاً نیازی به نصب درایور ندارند.

استانداردها و نسخه‌های SATA

کنسرسیوم غیرانتفاعی SATA-IO نهادی صنعتی است که مسئول تدوین و توسعه مشخصات فنی رابط‌های دستگاه‌های SATA می‌باشد. این کنسرسیوم برای هماهنگ‌سازی با پیشرفت‌های فناوری و افزایش سرعت انتقال داده‌ها، استانداردهای SATA را به‌طور مداوم به‌روزرسانی می‌کند. این به‌روزرسانی‌ها شامل تغییرات زیر بوده‌اند:

SATA نسخه 1:

این نسخه به طور گسترده در رایانه‌های رومیزی خانگی و اداری استفاده می‌شد و معمولاً درایوهای آن به‌صورت زنجیره‌ای و در حالت اصلی/فرعی Primary/Secondary) ) تنظیم می‌شدند. سرعت انتقال داده در این نسخه حداکثر ۱.۵ گیگابیت بر ثانیه بود.

SATA نسخه 2:

در این نسخه، سرعت انتقال داده دو برابر شده و به ۳.۲ گیگابیت بر ثانیه رسید. همچنین، قابلیت‌هایی مانند افزاینده پورت (port multiplier)، انتخاب‌گر پورت (port selector) و افزایش عمق صف دستورات به آن افزوده شد.

SATA نسخه 3:

این نسخه از سرعت انتقال داده تا ۶ گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کرد. درایوهای نسخه ۳ با نسخه‌های قبلی (۱ و ۲) سازگار هستند، اما هنگام استفاده با آن نسخه‌ها، سرعت انتقال کاهش می‌یابد.

SATA نسخه 3.1:

این نسخه‌ میان‌نسلی، مشخصات نهایی طراحی را برای ماژول ذخیره‌سازی جهانی SATA (SATA USM) ارائه داد که با هدف استفاده در دستگاه‌های ذخیره‌سازی قابل‌حمل مخصوص مصرف‌کنندگان طراحی شده بود.

SATA نسخه 3.2:

در این نسخه، مشخصات SATA Express معرفی شد که اجازه می‌داد پورت‌های SATA و خطوط PCI Express (PCIe) به طور هم‌زمان مورد استفاده قرار گیرند.

SATA نسخه 3.3:

این نسخه برای پشتیبانی از فناوری ضبط مغناطیسی شینگل‌شده (SMR) طراحی شد.

SATA نسخه 3.5:

هدف این نسخه، افزایش یکپارچگی و سازگاری بیشتر با حافظه‌های فلش مبتنی بر PCIe و سایر پروتکل‌های ورودی/خروجی بود.

کنسرسیوم SATA-IO اعلام کرده که برنامه‌ای برای توسعه نسخه ۴.۰ از SATA ندارد، زیرا پشتیبانی از سرعت‌های بالاتر از ۶ گیگابیت بر ثانیه نیازمند مهندسی پیچیده و گسترده‌ای است.

در مقایسه بین SATA و PATA، اتصال سریال (SATA) به سیم‌های کمتری نیاز دارد و سیگنالی شفاف‌تر نسبت به اتصال موازی (PATA) ارائه می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود سیگنال‌های سریال برای انتقال داده در فواصل طولانی مناسب‌تر باشند.

در مقابل، سیگنال‌های موازی به‌صورت هم‌زمان و از طریق چندین سیم که در یک کابل قرار دارند، ارسال می‌شوند و برای هماهنگی بین این سیم‌ها از یک سیگنال زمان‌بندی (Clock) استفاده می‌شود. به دلیل احتمال بالای تداخل سیگنال، این روش بیشتر برای فواصل کوتاه مناسب است. همچنین، به دلیل نیاز به سیم‌های بیشتر، سیستم‌های موازی از نظر هزینه کمی گران‌تر هستند.

SATA مزایای متعددی نسبت به استاندارد قدیمی‌تر IDE مبتنی بر PATA که در دهه ۱۹۸۰ معرفی شد، دارد. این مزایا شامل موارد زیر است:

• عملکرد دوطرفه کامل (Full-Duplex): برخلاف PATA که فقط قادر به ارسال یا دریافت داده در یک زمان است (نیمه‌دوطرفه)، SATA می‌تواند به‌صورت هم‌زمان داده‌ها را ارسال و دریافت کند.
• نحوه انتقال داده: در PATA داده‌ها از طریق یک کابل ریبون ۴۰ پین منتقل می‌شوند، درحالی‌که SATA از کابلی با دو جفت سیم مجزا (یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت)، سه سیم زمین و یک کانکتور برق جداگانه استفاده می‌کند. در دو سر کابل SATA نیز کانکتورهایی ۸ میلی‌متری قرار دارند.
• عدم تداخل منابع: هر درایو SATA به‌صورت مستقل به سیستم متصل می‌شود، بنابراین برخلاف PATA، مشکلی از بابت اشتراک منابع یا تداخل پیش نمی‌آید.
• سرعت بیشتر انتقال داده SATA: اطلاعات را به‌صورت یک بیت در هر زمان منتقل می‌کند. این طراحی به همراه کابل داده ۷ پینی و کابل برق ۱۵ پینی باعث افزایش نرخ سیگنال و در نتیجه سرعت انتقال داده می‌شود.
• انعطاف‌پذیری طراحی: کابل‌های SATA می‌توانند تا ۳۹ اینچ طول داشته باشند که بیش از دو برابر طول کابل‌های ریبونی ۱۸ اینچی مورد استفاده در PATA است. این موضوع به طراحان سخت‌افزار آزادی عمل بیشتری در قراردادن درایوها در داخل کیس می‌دهد. همچنین عرض باریک کابل SATA باعث بهبود گردش هوا درون سیستم می‌شود.
• ویژگی‌های اضافی: در برخی از درایوهای SATA قدیمی، از جامپرها برای فعال یا غیرفعال‌سازی ویژگی‌های خاص استفاده می‌شود. جامپر قطعه‌ای پلاستیکی است که با قرارگرفتن روی دو پین، یک مدار الکتریکی ایجاد می‌کند. این مدار می‌تواند ویژگی‌هایی مانند تنظیمات CPU، ولتاژ سیگنال یا عیب‌یابی در BIOS یا UEFI را فعال یا غیرفعال کند.
• کاهش تداخل الکترومغناطیسی: استفاده کمتر از سیم‌ها در SATA باعث کاهش تداخل سیگنال و نویزهای الکترومغناطیسی می‌شود. همچنین ولتاژ سیگنال در SATA بسیار کمتر از PATA است؛ در SATA برابر با ۲۵۰ میلی‌ولت در برابر ۵ ولت در PATA.

مقایسه SATA و PATA

در مقایسه بین SATA و PATA، اتصال سریال (SATA) به سیم‌های کمتری نیاز دارد و سیگنال شفاف‌تری نسبت به اتصال موازی (PATA)  ایجاد می‌کند. این موضوع باعث می‌شود که انتقال داده با SATA برای فواصل طولانی مناسب‌تر باشد.

در مقابل، سیگنال‌های موازی به‌صورت هم‌زمان از طریق چندین سیم در یک کابل ارسال می‌شوند و برای هماهنگی آن‌ها به یک سیگنال زمان‌بندی نیاز است. به همین دلیل، این نوع انتقال بیشتر برای فواصل کوتاه استفاده می‌شود تا از تداخل سیگنال جلوگیری شود. همچنین چون به سیم‌های بیشتری نیاز دارد، هزینه آن کمی بیشتر از سیستم‌های سریال است.

مزایای SATA نسبت به PATA

• قابلیت ارسال و دریافت هم‌زمان اطلاعات (Full-Duplex): برخلاف PATAکه فقط در یک زمان می‌تواند داده ارسال یا دریافت کند، SATA قادر است به‌صورت هم‌زمان هر دو کار را انجام دهد.
• نحوه انتقال داده: در PATA، داده‌ها از طریق یک کابل نواری ۴۰ پین منتقل می‌شوند. اما SATA از کابلی با دو جفت سیم (یکی برای ارسال و یکی برای دریافت)، سه سیم زمین و یک کابل برق جدا استفاده می‌کند. در دو سر کابل نیز کانکتورهایی ۸ میلی‌متری قرار دارند.
• عدم تداخل در منابع: هر درایو SATA به‌صورت مستقل به سیستم متصل می‌شود و به همین دلیل با سایر دستگاه‌ها تداخلی ندارد.
• سرعت انتقال بالاتر: انتقال داده در SATA به‌صورت یک بیت در هر زمان انجام می‌شود. این روش همراه با کابل‌های داده ۷ پین و کابل برق ۱۵ پین باعث افزایش سرعت انتقال اطلاعات می‌شود.
• انعطاف بیشتر در طراحی: کابل‌های SATA تا ۱ متر (حدود ۳۹ اینچ) طول دارند که نسبت به کابل‌های ۴۵ سانتی‌متری (۱۸ اینچ) PATA، آزادی عمل بیشتری برای طراحی و چیدمان داخلی کیس فراهم می‌کند. همچنین نازک بودن کابل‌ها باعث گردش بهتر هوا درون کیس می‌شود.
• ویژگی‌های جانبی: برخی از درایوهای قدیمی SATA دارای جامپرهایی برای فعال یا غیرفعال‌کردن تنظیماتی در BIOS یا UEFI هستند؛ مثل تنظیم سرعت پردازنده، ولتاژ سیگنال یا عملکردهای عیب‌یابی. البته این جامپرها بیشتر مربوط به درایوهای IDE قدیمی هستند و در سیستم‌های بعد از سال ۲۰۰۲ کمتر استفاده می‌شوند. گاهی برای سازگاری درایوهای جدید با سخت‌افزارهای قدیمی از آن‌ها استفاده می‌شود، اما تنظیم نادرست آن‌ها می‌تواند باعث عدم شناسایی درایو شود.
• کاهش نویز و تداخل: چون SATA از سیم‌های کمتری استفاده می‌کند، احتمال بروز نویز و تداخل الکترومغناطیسی کمتر است. همچنین ولتاژ سیگنال آن بسیار پایین‌تر از PATA است (۲۵۰ میلی‌ولت در برابر ۵ ولت).