Parsi Coders
SATA 3 چیست؟ - نسخه قابل چاپ

+- Parsi Coders (http://parsicoders.com)
+-- انجمن: Hardware / Software (http://parsicoders.com/forumdisplay.php?fid=66)
+--- انجمن: Computer Hardware (http://parsicoders.com/forumdisplay.php?fid=67)
+--- موضوع: SATA 3 چیست؟ (/showthread.php?tid=2319)



SATA 3 چیست؟ - Amin_Mansouri - 05-26-2012

در حال حاضر دو نسخه از گذرگاه SATA عرضه شده كه از نظر سرعت انتقال داده با يكديگر تفاوت دارند.
نسخه دوم اين گذرگاه كه SATA 2 نام دارد، با نرخ انتقال داده 3 گيگابيت بر ثانيه، در حال حاضر به عنوان استانداردي فراگير در اغلب سيستم‌ها به كار گرفته مي‌شود. اين نسخه از ساتا علي‌رغم اينكه از نظر تئوري، نرخ انتقالي به ميزان 2 برابر نسخه 1 فراهم مي‌كند، اما از نظر كارآيي تفاوتي بسيار اندك با نسخه 1 دارد. اكنون كه كنسرسيوم ساتا، نسخه سوم اين استاندارد را معرفي كرده، اين سوال در اذهان ايجاد مي‌شود كه دليل عرضه اين استاندارد جديد چيست؟
[عکس: SATA3_01_s.jpg]
1
همانطور که در شهرها و روستاها وظيفه دولت و شهرداري‌ها اين است كه با رشد جمعيت، بزرگراه‌، ‌جاده، استاديوم و ... جديد احداث كنند و يا تغييراتي در آنها اعمال كنند تا پاسخگوي جمعيت بيشتر باشند، در دنياي كامپيوتر نيز وظيفه سازندگان تجهيزات كامپيوتري اين است كه قبل از آنكه استاندارد يا گذرگاهي مبدل به گلوگاه براي سيستم‌شود، با معرفي استانداردي جديد اين معضل را برطرف كنند. اكنون كنسرسيوم ساتا مشخصات ساتاي جديد را با نرخ انتقال داده 6 گيگابيت بر ثانيه تصويب كرده است.
طي چند سال گذشته كنسرسيوم ساتا همواره تلاش ‌كرده تا قبل از آنكه نياز برنامه‌هاي كاربردي به حدي برسد كه گذرگاه هاردديسک تبديل به گلوگاه شود، استاندارد جديدي را معرفي ‌كند. طبق تحقيقات به عمل آمده توسط بخش توسعه و تحقيق شركت Segate، SATA 2 با توان عملياتي 250 الي 300 مگابايت بر ثانيه (از نظر تئوري 375 مگابايت بر ثانيه) تا سال 2011 پاسخگوي نيازهاي كاربران خواهد بود. اما سوال اين است كه چرا به استاندارد ساتا جديدي با نرخ انتقال 6 گيگابيت بر ثانيه نياز است؟
بنا به عقيده مدير بخش توسعه و تحقيق شركت Segate، معرفي استاندارد جديد دو دليل عمده دارد:
اول اينكه، معرفي اين استاندارد موجب مي‌شود تا قبل از آنكه گذرگاه ساتا تبديل به گلوگاهي در سيستم شود، استانداردي جديد با سرعت بيشتر در اختيار كاربران قرار مي‌گيرد. دومين دليل نيز اين است كه معرفي دو فناوري به صورت همزمان معمولاً موجب شكست يكي از آنها مي‌شود. بنابراين قبل از آنكه SSDها به عنوان فضاي ذخيره‌سازي در كامپيوتر فراگير شوند، نياز بود تا استاندارد ساتا 3 عرضه شود.
در واقع هاردديسک‌هاي امروزي به سرعت انتقال بيش از 150 مگابايت بر ثانيه (سرعت استاندارد SATA 1 ) نياز ندارند. بنابراين عمده‌ترين دليل معرفي اين استاندارد جديد، عرضه درايوهاي حالت جامد (SSD) در سال‌هاي آينده و فراگير شدن آنها در سيستم‌هاي خانگي است. كنسرسيوم ساتا اطمينان دارد كه هاردديسک‌هاي سال‌هاي آينده نيازي به پهناي باند 6 گيگابيت بر ثانيه ندارند و هدف اين استاندارد جديد، درايو‌هاي SSD نظير درايوهاي‌ اينتل است که در حال حاضر عرضه شده‌اند. در حقيقت نرخ انتقال اطلاعات 3 گيگابيت بر ثانيه موجب محدود شدن كارآيي درايو‌هاي SSD شده و افزايش اين نرخ انتقال اطلاعات به 6 گيگابيت بر ثانيه، حتي موجب افزايش كارآيي SSDهاي امروزي نيز مي‌شود. هر چند با عرضه SSDهاي جديد اين امكان وجود دارد كه در آينده نرخ انتقال 6 گيگابيت بر ثانيه نيز باعث محدود شدن كارآيي درايوها شود.
به طور كلي SATA 3 موجب افزايش سرعت خواندن و نوشتن هاردديسك‌ها نخواهد شد. همانطور كه در گذشته نيز شاهد بوديم، درايوهاي SATA 1 با درايوهاي مشابه SATA 2 هيچ‌گونه تفاوت عملكردي در كارآيي ارايه نكردند.
اگر گذرگاه ساتا را يک بزرگراه در نظر بگيريم، تفاوت گذرگاه ساتا 6 گيگابيت بر ثانيه نسبت به نسخه 3 گيگابيت بر ثانيه در اين است كه در گذرگاه 6 گيگابيت بر ثانيه ماشين‌ها قادرند با سرعت بيشتري حركت كنند. حال اگر حداكثر سرعت ماشين‌ها پايين‌تر از حداكثر سرعت مجاز بزرگراه باشد، از اين ويژگي بي‌بهره خواهند ماند. در اين بزرگراه ماشين‌هاي مسابقه‌‌اي (درايوهاي SSD) قادرند از ويژگي سرعت بيشتر بهره ببرند. بنابراين ماشين معمولي كه قادر نيست با سرعتي بيش از 3 گيگابيت بر ثانيه حركت كند، مطمئناً از ويژگي اين بزرگراه بي‌بهره خواهد ماند.
پورت‌‌هاي 6 گيگابيت بر ثانيه‌اي SATA 3 كاملاً با كابل‌ها و درايوهاي نسخه‌هاي قبل يعني SATA 2 و SATA 1 سازگارند و در نسخه جديد نياز به هيچ‌گونه تغييري در كابل و كانكتور نيست. اگر مادربورد پورت‌ SATA 1 داشته باشد، اما روي آن هاردديسك مبتني بر SATA 3 قرار گيرد، گذرگاه با سرعت SATA 1 يعني همان 1.5 گيگابيت بر ثانيه عمل خواهد كرد.
NCQ همراه با QoS براي پخش جريانات ويديويي
فناوري صف‌بندي فرمان‌ها (NCQ) موجب مي‌شود تا هد‌هاي خواندن و نوشتن بر حسب موقعيت داده‌ها، به ترتيب داده‌ها را روي پلاترها بنويسند و يا از روي آنها بخوانند. به عبارت ديگر، فرمان‌ها به جاي آنكه به صورت ترتيبي اجرا شوند، ابتدا موقعيت داد‌ه‌ها روي هاردديسك سنجيده مي‌شود و سپس براساس موقعيت داده‌ها فرمان‌ها اجرا مي‌شوند. بنابراين ممكن است ابتدا فرمان شماره 1 و 3 كه داده‌هايي در كنار يكديگر دارند، اجرا شوند، سپس فرمان شماره 2 كه مثلاً داده‌ا‌ي در انتهاي پلاتر دارد، اجرا شود. در كل اين موضوع باعث بهبود كارآيي درايوها مي‌شود.
فناوري صف‌بندي فرمان‌ها موجب كاهش حركت هد و ديگر قطعات مكانيكي هاردديسك مي‌شود. چون SSD فاقد بخش‌هاي مكانيكي است و سرعت دسترسي تصادفي به داده‌ها نيز در آنها زياد است، نياز به اين فناوري ندارد.
SATA 3 خصوصيتي جديد به نام كيفيت سرويس (QoS) به ويژگي NCQ اضافه كرده كه در كاربردهايي همانند پخش ويديوهايي با كيفيت بالا تاثيرگذار است. بنا بر اظهار مدير ارتباطات جهاني شركت AMD، بهبود ويژگي‌هاي NCQ موجب سريع‌تر شدن نرخ انتقال اطلاعات در سرورهاي سطح پايين و سيستم‌هاي بازي مي‌شود. اين توسعه جديد كه QoS نام دارد، موجب حق تقدم در اجراي برخي از وظايف نظير جريانات ويديويي و بازي‌هاي آنلاين مي‌شود. به عبارت ساده‌تر، در ارسال و دريافت داده‌ها، وظايفي كه به حالت Real Time نياز دارند، نسبت به ديگر وظايف هاردديسك حق تقدم دارند. به طور مثال زماني كه يك درايو درگير پخش جريان ويديويي است، سرويس NCQ به اين وظيفه حق تقدم مي‌دهد و اجازه مي‌دهد تا داده‌هاي مربوط به اين وظيفه سريع‌تر ارسال شوند.
[عکس: SATA3_02_s.jpg] شکل 2
انتقال پيوسته
در برخي مواقع وقتي درايوهاي ساتا با نرخ انتقال اطلاعات پايين به پورتي با نرخ انتقال داده بالاتر متصل مي‌شوند، مي‌توانند داده‌ها را با سرعت بيشتري عبور دهند. براي درك بهتر فرض كنيد يك هاردديسك SATA 1 به مادربوردي مبتني بر پورت
‌ SATA 2 متصل شود. اگر كامپيوتر از هاردديسك درخواست اطلاعاتي به ميزان دو برابر آن چه كه مي‌تواند از پورت‌ ساتا انتقال پيدا كند داشته باشد، اطلاعات در بافر هارد ذخيره مي‌شود. در اين وضعيت با توجه به اينكه سرعت خواندن داده از چيپ‌هاي DRAM بيشتر از سرعت خواندن داده از طريق هد هاردديسک است، داده‌ها با سرعتي تقريباً معادل با سرعت اينترفيس انتقال پيدا مي‌كنند. اين روش انتقال داده‌ها، انتقال پيوسته نام دارد. براي مثال ذكر شده در بالا، داده‌‌ها با سرعتي تقريباً معادل 3 گيگابيت بر ثانيه (يعني سرعت رابط ساتا 2) انتقال پيدا مي‌كنند. در حالي كه در مواقع ديگر سرعت انتقال داده‌ها در اين اينترفيس پايين‌تر از 1.5 گيگابيت بر ثانيه است. البته اين موضوع به چيپ DRAM كه به عنوان بافر در هاردديسك به كار گرفته مي‌شود نيز بستگي دارد.
اصولاً در وضعيت انتقال پيوسته داده‌ها، سريع‌تر از وضعيت عادي انتقال مي‌يابند و اين موضوع موجب مي‌شود حتي در برخي مواقع نرخ خواندن داده‌ها از درايو نيز دو برابر شود. در نمايشگاهي كه دو شركت Segate وAMD در اواخر ماه مارس برگزار كردند، سرعت انتقال پيوسته Barracuda 7200.12 از 250 مگابايت بر ثانيه در SATA 2 به ميزان شگفت‌انگيز 550 مگابايت بر ثانيه در SATA 3 رسيد.
نرخ انتقال داده‌‌ها در نسخه‌هاي مختلف ساتا دقيقاً معادل نرخ ذكر شده براي آنها نيست. براي مثال نرخ انتقال داده ‌در ساتا 1.5گيگابيت بر ثانيه دقيقاً معادل
187.5 مگابايت بر ثانيه نيست. ديگر نسخه‌هاي ساتا مانند ساتاي 3 گيگابيت بر ثانيه‌اي و ساتاي 6 گيگابيت بر ثانيه‌اي نيز به ترتيب داراي نرخ انتقا‌ل‌375 مگابايت بر ثانيه و 750 مگابايت بر ثانيه نيستند. به طور كلي نرخ انتقال داده‌ها در گذرگاه ساتا به عوامل گوناگوني بستگي دارد.
كيفيت طراحي كنترلر هاردديسك و كنترلر ساتا، دو عامل تاثيرگذار در اين مسئله هستند. بنا بر گفته رئيس كنسرسيوم ساتا، گذرگاه ساتا 3، تقريباً 600 مگابايت در هر ثانيه انتقال مي‌دهد. اين ميزان تنها اشاره به انتقال داده‌ها نمي‌كند بلكه جهت انتقال آدرس، فرمان و داده‌هاي ديگر بين درايو و كنترلر ساتا نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد. از گذرگاه ساتا علاوه بر داده‌ها، فرمان‌ها نيز به درايوها انتقال داده مي‌شوند. فرمان‌ها مشخص مي‌كنند كه چه داده‌هايي درخواست شده و همچنين نحوه انتقال آنها چگونه بايد باشد.
در گذرگاه ساتا، داده‌ها به صورت بسته‌بندي انتقال داده مي‌شوند كه اين موضوع سبب مي‌شود تا مقداري از كل پهناي باند بيهوده مصرف شود. در اين گذرگاه گيرنده و فرستنده از يك پروتكل مشترك استفاده مي‌كنند. زماني كه يك بسته انتقال داده مي‌شود، گيرنده بايد صحت و درستي بسته را بررسي كند و اگر بسته دريافت شده درست بود، به فرستنده سيگنالي مبني بر دريافت صحيح اطلاعات ارسال مي‌كند.
[عکس: SATA3_03_s.jpg]
شکل 3: دو شركت Segate وAMD در در نمايشگاهي كه اواخر ماه مارس برگزار كردند، سرعت انتقال پيوسته Barracuda 7200.12 از 250 مگابايت بر ثانيه در SATA 2 به ميزان شگفت‌انگيز 550 مگابايت بر ثانيه در SATA 3 رسيد.
متاسفانه به هيچ عنوان نمي‌توان روي كارآيي انتقال پيوسته حساب كرد، زيرا به ندرت اتفاق مي‌افتد كه سيستم در وضعيت انتقال پيوسته قرار گيرد. اغلب هاردديسك‌هاي امروزي 32 تا 64 مگابايت بافر دارند كه اين موضوع باعث شده تا داده‌هاي بيشتري در بافر هارد ذخيره شود. در استاندارد ساتاي 6 گيگابيت بر ثانيه‌، اهميت بافر در كارآيي هاردديسك افزايش مي‌يابد.
گرچه ممکن است SATA 3 موجب افزايش كارآيي هاردديسك‌هاي اينترنال نشود، اما اين استاندارد در آينده موجب رشد كارآيي درايوهاي اكسترنال خواهد شد. در حال حاضر استاندارد SATA 3 تنها براي درايوهاي اينترنال معرفي شده است، بنابراين ذكر اين نكته مهم است كه اين استاندارد در آينده براي درايوهاي اكسترنال نيز معرفي خواهد شد. اتصال اكسترنال از اهميت بيشتري برخوردار است، زيرا به كانكتورهاي قدرتمندتري نياز دارد و از كابل‌هايي با طول نسبتاً بيشتر پشتيباني مي‌كند و به طور كلي انعطاف‌پذيري بيشتري ارايه مي‌دهد.
معمولاً از پورت‌ ساتاي اكسترنال براي اتصال 2 يا تعداد بيشتري درايو استفاده مي‌‌شود. اين وضعيت قطعاً موجب كاهش كارآيي مي‌شود. به خصوص در آرايش RAID كه به جاي استفاده از دو يا تعداد بيشتري پورت‌ ساتا، تنها از يك پورت‌ استفاده مي‌شود. به بيان ساده پورت‌ ساتاي اكسترنال در وضعيتي كه 2 يا تعداد بيشتري درايو به آن متصل شود، تبديل به گلوگاهي براي سيستم خواهد شد و SATA 3 قادر است اين گلوگاه را از بين ببرد. با توجه به اينكه نرخ انتقال داده در اين نسخه از ساتا 6 گيگابيت بر ثانيه است و درايوهاي ساتا همانطور كه در قبل نيز گفتيم، در بهترين وضعيت نياز حداكثر به پهناي باند 1.5 گيگابيت بر ثانيه دارند، بنابراين به سادگي ‌مي‌توان دو درايو ساتاي اكسترنال را به يك پورت‌ SATA 3 متصل كرد.
<img alt="" align="baseline" src="http://computernews.ir/Files/Gallery/2011/4/SATA3_04_s.jpg" />
شکل 4
نگاهي اجمالي به SATA 3
همانطور كه در بخش‌هاي قبلي ذكر كرديم، تنها درايوهاي SSD مبتني بر پورت‌ ساتا به افزايش سرعت اين گذرگاه نيازمندند. در حال حاضر پيشرفت‌هايي نظير معرفي كنترلرهاي چند كاناله، طراحي چيپ‌هاي NAND جديد و برخي موارد ديگر موجب شده تا نرخ انتقال اطلاعات در اين گذرگاه افزايش يابد و اين احتمال وجود دارد كه در آينده با معرفي فناوري‌هاي جديدتر، درايو‌هاي SSD نياز به گذرگاهي با سرعت انتقال داده بيشتر داشته باشند. شايد درايوهاي SSD به کمک SATA 3 بتوانند هاردديسك‌ها را از ميدان رقابت خارج كنند.
به پورت‌‌هاي SATA 3 نيز همانند ديگر نسخه‌هاي ساتا نمي‌توان بيش از يك درايو متصل كرد. دليل اين موضوع نيز ماهيت انتقال نقطه به نقطه گذرگاه ساتا است، در حالي كه پورت‌‌هاي IDE قادرند همزمان از دو درايو به صورت Slave و Master پشتيباني‌كنند. كنترلرهاي مجتمع شده در چيپست‌هاي مادربورد در زمان عرضه SATA 3 حداقل از 8 پورت‌ ساتا پشتيباني خواهند كرد. گرچه با عرضه درايوهاي SSD و هاردديسك‌هاي يک ترابايتي كنوني نيز به اين تعداد پورت‌ نياز نيست، اما در مورد درايوهاي اكسترنال موضوع اندكي متفاوت است. زيرا به هر پورت‌ اكسترنال ساتا مي‌توان بيش از يك درايو متصل كرد. بنابراين SATA 3 در اين زمينه موجب افزايش كارآيي مي‌شود.
در آينده كارت‌هاي SATA 3 نيز عرضه خواهند شد. اين كارت‌ها قطعاً مبتني بر اسلات‌هاي PCI‌معمولي نيستند و براساس پورت‌‌هاي PCI-E 4x (مسيره 4) عرضه خواهند شد. كارت‌هاي SATA 3 مبتني بر هر دو نسخه PCI Express
(يعني PCI-E نسخه 1.x و 2) خواهند بود، اما در صورت استفاده از RAID بهتر است از PCI-E نسخه 2 استفاده شود.
به نظر نمي‌رسد SATA 3 براي كاربران عمومي مزيتي به همراه داشته باشد. كاربراني كه با برنامه‌هايي نظير Word و ديگر برنامه‌هاي كاربردي‌ـ اداري كار مي‌كنند، شايد هيچ‌گاه نياز به سيستمي مبتني بر اين گذرگاه پيدا نکنند، اما كاربران حرفه‌‌اي و كاربراني كه داده‌هاي خود را همواره در درايوهاي اكسترنال ذخيره مي‌كنند، بايد چشم انتظار عرضه رسمي اين فناوري باشند.