Tudo o Que Você Precisa Saber Sobre o Serial ATA
Por Gabriel Torres e Cássio Lima em 30 de junho de 2008

Introdução

Serial ATA ou simplesmente SATA é o padrão de discos rígidos criado para substituir os discos ATA, também conhecidos como IDE. A taxa de transferência máxima teórica de um disco Serial ATA é de 150 MB/s ou 300 MB/s, contra os 133 MB/s de um disco rígido IDE. Neste tutorial explicaremos tudo o que você precisa saber sobre o padrão Serial ATA.

A porta IDE tradicional (agora chamada “Parallel ATA”, IDE paralela ou simplesmente PATA) transfere dados de forma paralela. A vantagem da transmissão paralela é que ela é mais rápida do que a transmissão em série, pois transmite vários bits por vez. Sua grande desvantagem, porém, é em relação ao ruído. Como terão de existir muitos fios (pelo menos um para cada bit a ser transmitido por vez), um fio gera interferência no outro. É por esse motivo que os discos rígidos ATA-66 e superiores precisam de um cabo especial, de 80 vias. A diferença entre esse cabo de 80 vias e o cabo IDE comum de 40 vias é que ele possui um fio de terra entre cada fio original, funcionando como uma blindagem contra interferências. Em nosso tutorial Tudo que você precisa saber sobre discos rígidos ATA-66, ATA-100 e ATA-133 abordamos em mais profundidade este assunto. Atualmente a taxa de transferência máxima que temos no padrão IDE é de 133 MB/s (ATA-133).

No Serial ATA, por outro lado, a transmissão dos dados é feita de modo serial, ou seja, transmitindo um bit por vez. A maioria das pessoas pensa que a transmissão serial é mais lenta que a transmissão em paralelo. Acontece que isto só é verdade se compararmos os dois tipos de transmissão usando a mesma taxa de clock. Neste caso a transmissão paralela será pelo menos oito vezes mais rápida, já que pelo menos oito bits (um byte) serão transmitidos por pulso de clock, enquanto que na transmissão serial apenas um bit será transmitido por pulso de clock. No entanto, se um clock maior for usado na transmissão serial, ela pode ser mais rápida do que a transmissão paralela. Isto é exatamente o que acontece com o Serial ATA.

O problema em aumentar a taxa de transferência na transmissão paralela é ter que aumentar o clock, já que quanto maior o clock maiores são os problemas relacionados à interferência eletromagnética. Como a transmissão serial utiliza apenas um fio para transmitir os dados, ela sofre menos com problemas de ruído o que permite obter clocks elevados, resultando em uma taxa de transferência maior.

A taxa de transferência do padrão Serial ATA é de 1.500 Mbps. Como este padrão utiliza o esquema de codificação 8B/10B (o mesmo esquema de codificação usado nas redes Fast Ethernet) – onde cada grupo de oito bits é codificado em um sinal de 10 bits – sua taxa de transferência efetiva é de 150 MB/s. Dispositivos Serial ATA trabalhando nesta velocidade são também conhecidos como SATA-150. O padrão Serial ATA II traz novos recursos como a tecnologia Native Command Queuing (NCQ), além oferecer a taxa de transferência de 300 MB/s, o dobro do padrão SATA original. Dispositivos que podem trabalhar nesta velocidade são também conhecidos como SATA-300. O próximo padrão a ser lançado será o SATA-600.

É importante notar que o SATA II e SATA-300 não são sinônimos. Você pode construir um dispositivo que trabalhe apenas a 150 MB/s mas que use pelo menos um dos novos recursos oferecido pelo padrão SATA II, como o NCQ. Este seria um dispositivo SATA II, apesar de não trabalhar a 300 MB/s.

A tecnologia Native Command Queuing (NCQ) aumenta o desempenho do disco rígido reordenando os comandos de leitura enviados pelo computador. Clique aqui para saber mais sobre esta tecnologia. Em resumo, se sua placa-mãe tem portas SATA II com suporte a tecnologia NCQ, compre um disco rígido que também tenha suporte a esta tecnologia.

É também muito importante notar que o Serial ATA implementa dois caminhos de dados separados, um para a transmissão e outro para recepção dos dados. Na transmissão paralela apenas um caminho é usado, que é compartilhado tanto para transmissão quanto para recepção. O cabo Serial ATA é formado por dois pares de fios (um para transmissão e outro para recepção) usando transmissão diferencial (clique aqui para aprender como a transmissão diferencial funciona). Além dos fios de transmissão e recepção, três fios terra são utilizados. O cabo Serial ATA usa, portanto, sete fios.

Outra vantagem da utilização da transmissão serial é que poucos fios são necessários no cabo. Portas IDE tradicionais utilizam um conector de 40 pinos e um cabo de 80 vias. As portas Serial ATA utilizam um conector de sete pinos e um cabo com sete fios. Isto ajuda e muito no fluxo de ar dentro do micro, já que cabos mais finos não obstruem a passagem do ar.

Nas figuras abaixo você pode comparar o padrão Serial ATA ao padrão IDE paralelo: como o cabo Serial ATA se parece, o seu tamanho em comparação ao cabo IDE de 80 vias e o aspecto físico da porta Serial ATA (em vermelho na Figura 3) em relação a porta IDE (em verde limão na Figura 3).

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Figura 1: Cabo Serial ATA.

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Figura 2: Comparação entre um cabo Serial ATA e um cabo IDE de 80 vias.

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Figura 3: Portas Serial ATA (em vermelho) e portas IDE paralelas (em verde limão).

Instalação

A instalação de dispositivos Serial ATA difere um pouco da instalação de dispositivos IDE convencionais, já que o Serial ATA é uma conexão ponto-a-ponto, ou seja, você pode conectar apenas um dispositivo por porta (as portas IDE permitem a instalação de dois dispositivos por porta usando a configuração master/slave). Portanto, a instalação de um dispositivo Serial ATA é mais fácil do que a instalação de um dispositivo IDE: conecte uma ponta do cabo na porta Serial ATA (normalmente localizada na placa-mãe) e encaixe a outra ponta no dispositivo que você deseja conectar (um disco rígido, por exemplo). Como este conector tem um chanfro, a instalação não pode ser feita de maneira errada.

O padrão Serial ATA também define um novo tipo de conector de alimentação de 15 pinos. Este conector tornou-se padrão a partir da especificação ATX 1.3. Portanto, se o seu micro tem uma fonte de alimentação ATX 1.3 ou superior, ela terá este conector. Apesar de um conector de 15 pinos ser usado, esta conexão usa apenas cinco fios (um de +12 V, um de +5 V, um de +3,3V e dois fios terra).

Alguns discos Serial ATA ainda utilizam o antigo conector de alimentação de 4 pinos, que deve ser usado caso você esteja instalando o seu disco rígido em um micro com uma fonte de alimentação inferior a especificação ATX 1.3. Você deve usar este conector apenas se sua fonte de alimentação não tiver cabo de alimentação Serial ATA.

Discos rígidos SATA-300 podem ter um jumper de configuração para forçá-lo a trabalhar como se fosse um disco SATA-150. O problema é que este jumper vem instalado na posição SATA-150, limitando o desempenho do disco caso ele seja instalado em uma placa-mãe com portas SATA-300. A correta configuração deste jumper é muito importante e a descreveremos em detalhes na próxima página.

A instalação de um disco rígido SATA é, portanto, muito simples: remova ou mude a posição do jumper SATA-150/300 (caso o seu disco possua este jumper; falaremos mais sobre configuração deste jumper na próxima página), conecte o cabo de dados Serial ATA e o cabo de alimentação com o seu micro desligado. Isto é tudo o que você precisa fazer.

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Figura 4: Conectores encontrados em um disco rígido SATA.

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Figura 5: Conectores de alimentação Serial ATA encontrados em uma fonte de alimentação ATX revisão 1.3 ou superior.

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Figura 6: Disco rígido SATA conectado à placa-mãe.

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Figura 7: Disco rígido padrão IDE “convertido” para Serial ATA através da instalação de um adaptador.

Jumper SATA-150/SATA-300

Como alguns discos rígidos SATA-300 não funcionam corretamente em placas-mãe com portas SATA-150, alguns deles têm um jumper SATA-150/SATA-300 (também conhecido como jumper 1,5 Gbps/3 Gbps). O problema é que por padrão este jumper é configurado na posição “SATA-150”, limitando assim o desempenho do disco rígido caso ele seja instalado em uma placa-mãe com portas SATA-300. Nós mostraremos a você o impacto no desempenho causado pela configuração errônea de um disco SATA-300 mais adiante.

Portanto antes de instalar um disco rígido SATA-300 você deve verificar se ele tem um jumper SATA-150/SATA-300 e se este jumper está configurado na posição correta: caso você tenha uma placa-mãe antiga com portas SATA-150 você deve manter este jumper na posição SATA-150, mas se sua placa-mãe tem portas SATA-300 – como ocorre com praticamente todas as placas-mãe presentes no mercado hoje – você deve movê-lo para a posição “SATA-300”. Esta informação pode ser normalmente encontrada na etiqueta do disco rígido, como mostrado na Figura 8.

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Figura 8: Detalhe da etiqueta de um disco rígido explicando sobre o jumper SATA-150/SATA-300.

Este disco rígido em particular (um Seagate Barracuda 7200.10 160 GB) vem com um jumper limitando o desempenho do disco em 150 MB/s (1,5 Gbps), veja na Figura 9. Para fazer com que ele trabalhe adequadamente como um dispositivo SATA-300 precisamos remover este jumper (veja o diagrama na Figura 8). Neste caso o jumper pode ser removido com uma pequena chave de fendas, um pequeno alicate ou pinça. Note que dependendo do modelo do disco rígido você poderá mover a posição deste jumper em vez de removê-lo. Portanto é muito importante que você preste atenção no que está escrito na etiqueta do seu disco rígido.

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Figura 9: Disco rígido com seu jumper SATA-150/SATA-300 na posição “SATA-150”.

Qual é o impacto no desempenho de um disco rígido SATA-300 configurado erroneamente? Nós fizemos alguns testes para verificarmos isto. Nós medimos a taxa de transferência do nosso Seagate Barracuda 7200.10 de 160 GB com três programas diferentes: SpeedDisk32, HD Tach e HD Tune. Começamos o teste com o jumper em sua configuração padrão (“SATA-150”) e depois o removemos, o que fez com que o disco trabalhasse realmente como um dispositivo SATA-300. Você pode ver os resultados abaixo (clique aqui para uma descrição completa da configuração que usamos nesse teste).

Como você pode ver os resultados nos três programas mostram a mesma coisa. Embora as taxas de transferências máxima, média e mínima tenham permanecido as mesmas, com o jumper na posição SATA-300 a taxa de transferência de pico aumentou entre 60% e 69%.

Em resumo, não se esqueça de verificar a existência e a correta configuração deste jumper quando for instalar discos rígidos SATA-300!

Multiplicador de Porta

O multiplicador de porta (port multiplier) é um dispositivo que permite que você instale até 15 dispositivos Serial ATA em uma única porta SATA.

O multiplicador de porta tem várias aplicações, como permitir um usuário doméstico instalar mais de um disco rígido em uma porta SATA e permitir montar um rack de armazenamento usando poucos cabos.

Com o Serial ATA é fácil conectar discos rígidos externos ao micro mantendo uma alta taxa de transferência por causa do cabo utilizado (que é mais fino do que o tradicional cabo de 80 vias). Mas se precisarmos instalar um rack contendo 16 discos rígidos a um servidor, 16 cabos Serial ATA sairão do rack para o servidor, e o servidor deverá ter 16 portas SATA. Ilustramos esta idéia na Figura 10.

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Figura 10: Conectando 16 discos rígidos SATA a um servidor.

Usando o multiplicador de porta é possível conectar os discos rígidos usando menos cabos. Por exemplo, um multiplicador de porta conectado a uma porta SATA permite a você conectar até 15 discos rígidos e você precisaria apenas de um cabo para conectar o rack ao servidor.

Mas neste caso existe um grande problema de desempenho. Se uma porta SATA-150 for usada, a taxa de transferência de 150 MB/s será dividida entre os 15 dispositivos, criando um grande gargalo.

Para resolver este problema uma outra solução pode ser usada. Em vez de usar apenas um chip multiplicador de porta, você poderia usar quatro, conectando o rack ao servidor através de quatro cabos (em vez de 16). A taxa de transferência máxima entre o servidor e o rack seria de 600 MB/s (4 x 150 MB/s) se portas SATA-150 fossem usadas ou de 1.200 MB/s (4 x 300 MB/s) caso portas SAT-300 fossem usadas. Dentro do rack, você poderia instalar até 60 discos rígido (15 x 4), mas para obter um melhor desempenho você deve instalar quatro discos rígidos em cada chip multiplicador de porta, o que daria os seus 16 discos rígidos. Ilustramos esta idéia na Figura 11. “PM” (Port Multiplier) é o chip multiplicador de portas.

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Figura 11: Conectando um servidor a 16 discos rígidos usando multiplicadores de porta.

Pinagem

Nas tabelas abaixo listamos a pinagem dos cabos de dados e de alimentação Serial ATA. Como mencionamos anteriormente, o Serial ATA utiliza dois canais de dados separados, chamados A e B, usando transmissão de dados diferencial, por isso os sinais de + e -. Nos fios marcados com sinal de menos o dado é uma cópia invertida do que está sendo transmitido no fio correspondente com sinal de mais. Clique aqui para saber mais como funciona a transmissão de dados diferencial.

Conector de Dados Serial ATA

Pino	Função
1	Terra
2	A+
3	A-
4	Terra
5	B-
6	B+
7	Terra

Conector de Alimentação Serial ATA

Pino	Função
1	+3,3 V
2	+3,3 V
3	+3,3 V
4	Terra
5	Terra
6	Terra
7	+5 V
8	+5 V
9	+5 V
10	Terra
11	Reservado/Terra
12	Terra
13	+12 V
14	+12 V
15	+12 V

Originalmente em http://www.clubedohardware.com.br/artigos/564

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