L'ATA & Le SATA
4. IV. Le Serial ATA
IV. Le Serial ATA
a/ Les limites de l´architecture PATA
Afin de prendre la relève de la norme ATA/IDE, une approche radicalement différente a été abordée. Il a été décidé d´employer une liaison série. Ce changement a été décidé à cause des trop nombreuses limites de l´architecture parallèle :
L´utilisation d´un mode de transfert synchrone oblige l´envoi d´un signal d´horloge (cadencé à la fréquence du contrôleur) en même temps que les données. C´est obligatoire à cause des temps nécessaires à la propagation des signaux le long des câbles et nappe. Le problème est que toute variation électrique sur l´un des signaux peut provoquer un déréglage, à savoir des temps d´arrivée différents pour l´un ou l´autre des signaux. Ce phénomène s´appelle la différence de temps de propagation (clock delay skew), et est intimement lié d´une part à la longueur des connexions entre le contrôleur et le périphérique, et d´autre part à la tension utilisée par le contrôleur.- La longueur des connexions comprend les circuits sur une carte mère ou sur une carte contrôleur, et les nappes elles-mêmes. Cette longueur doit être pratiquement la même pour tous les signaux. A cause des fréquences utilisées, les marges sont très très réduites.
- Pour la tension, plus celle-ci est basse, et plus les risques de différences de temps de propagation sont réduits. C´est ainsi que le PATA migra du 5V vers le 3,3V, mais cela représente toujours des charges très importantes qui parcourt les câblages, et les risques de variations demeurent importants.
Egalement, tout signal qui se propage génére un champ électromagnétique qui, suivant la topologie de la nappe (longueur totale et proximité), pourra causer l´apparition d´un autre signal dans un fil de données adjacent. Ces parasites ou bruits peuvent causer des erreurs en modifiant l´information transmise.
Pour contourner ces problèmes, il fut d´abord pensé de raccourcir la longueur des nappes, mais cela n´était pas des plus pratiques. Une solution plus intéressante consista en l´insertion de fils de masses pour ajouter du blindage entre les signaux de données. Ce fut l´apparition de la nappe 80 fils. Néanmoins c´est une solution à double tranchant, car doubler le nombre de fils sur un connecteur qui, lui, n´a pas changé en taille, impose une réduction du diamètre desdits fils, ce qui entraine une augmentation de la résistance et ainsi les risques de rebonds des signaux. De plus les longueurs sont beaucoup plus strictes (et réduites).
Egalement pour éliminer les risques de rebond, une terminaison doit être appliquée en bout de nappe. Celle-ci est normalement assurée par un périphérique, mais cela signifie qu´il ne faut pas laisser le connecteur en bout de nappe non connecté.
b/ Le SATA en détails
Actuellement les périphériques SATA sont de 1ère génération. Il est déja prévu deux nouvelles générations, voici un tableau résumant la technologie actuelle et les évolutions en prévision :
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1ère génération |
2ème génération |
3ème génération |
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| Vitesse approximative ( côté 8 bits ) |
1.2 Gbits/s ( 150 Mo/sec ) |
2.4 Gbits/s |
4.81 Gbits/s |
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Vitesse approximative |
1.5 Gbits/sec |
3.0 Gbits/sec |
6.01 Gbits/sec |
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Date d´introduction |
mi 2001 |
mi 2004 |
mi 2007 |
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Connecteur & câble |
Identiques à la 1ère génération | Seront peut-être modifié | |
| Compatibilité des signaux | Compatibles avec la 1ère génération | Compatibles avec la 2ème génération.
Seront peut-être compatible avec la 1ère génération. |
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| Côté 8 bits/10 bits : cela fait référence au codage des informations. Un octet sera toujours codé sur 8 bits côté système mais est codé sur 10 bits par l´interface SATA. Du point de vue de l´utilisateur, seul le codage 8 bits a une signification vis à vis de la vitesse de l´interface. | |||
Le Serial ATA résout ou contourne l´essentiel des limites du Parallel ATA :
- L´emploi d´une liaison série, où les bits de données sont envoyés les uns à la suite des autres, réduit déja considérablement les risques d´interférence, vu le très faible nombre de fils employés : là où le Parallel ATA requiert 40 fils pour les données (plus 40 fils de blindage supplémentaire pour les nappe 80 fils), le Serial ATA n´en nécesite que 7 : 4 de données et 3 de masse.
- Pour atteindre les débits prévus, l´utilisation d´une horloge classique, c´est à dire synchrone, est impossible. En effet obtenir 150Mo/sec signifie que la fréquence à laquelle voyagent les informations doit être de 1,5 Ghz ! Les transferts utilisent la technologie Gigabit, dont le principe est basé sur l´utilisation d´une horloge interne générée au moment de l´envoi des données.
Le principe est le suivant :
- Le contrôleur SATA émetteur reçoit les données, qui arrivent d´une manière parallèle. Il encode ces données sur 10 bits. La fréquence d´horloge est contenu dans ce codage, ce qui permettra au destinataire de la récupérer et de pouvoir décoder les données. Ensuite, il y a sérialisation et envoi des informations.Pour minimiser encore plus les risques d´interférence, il est utilisé le différentiel basse tension (low voltage differential - LVD). Popularisée par le SCSI, cette technique fait appel à des tensions très basses (500 mV, avec une tolérance de +/- 125mV). Les fils de données fonctionnent alors par paire, chacun véhiculant une tension différente, avec la donnée déterminée à partir de la différence entre ces deux tensions. Cette méthode autorise l´emploi de câbles beaucoup plus longs (au moins un mètre).
- Le contrôleur SATA récepteur, quand il voit arriver les informations, doit en premier lieu extraire la fréquence d´horloge, transformer le flot série en parallèle, décoder les données et enfin vérifier la synchronisation.Le SATA étant une liaison point à point directe, il n´y a pas à se soucier de la terminaison, le contrôleur et le périphérique assurant chacun ce rôle aux extrêmités.
Outre un nouveau connecteur de données, le SATA à également introduit un nouveau connecteur d´alimentation. La disposition particulière des contacts d´alimentation et de données permet l´utilisation du hot plug, technique autorisant le débranchement et rebranchement d´un périphérique à chaud, chose jusque là réservée au SCSI.
Sortis de ce nouveau mode de transmission avec prises inédites, les modes de fonctionnement sont strictement identiques à ceux présents dans le Parallel ATA. Mode PIO, DMA, Ultra DMA sont toujours présents, et tout a été fait pour opérer une transition la moins contraignante possible. Des adaptateurs existent pour brancher un périphérique PATA sur un port SATA ou inversement un périphérique SATA sur un contrôleur PATA.
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Adaptateur PATA vers SATA,
permettant de brancher un disque PATA sur un port SATA |
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