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Tudo o que você precisa saber sobre o Serial ATA (SATA)16/06/2015 às 8h52min por Gabriel Torres em Armazenamento

Introdução

Serial ATA ou simplesmente SATA é o padrão atual para conexão de unidades de armazenamento tanto emcomputadores de mesa quanto em computadores portáteis. Neste tutorial explicaremos tudo o que você precisasaber sobre ele.

Antes de as portas SATA terem se tornado padrão, placas­mãe e unidades de armazenamento usavam umconector chamado ATA (Advanced Technology Attachment), popularmente conhecido como IDE (Integrated DriveElectronics), muito embora o IDE seja o nome do padrão de construção de discos rígidos e não da porta decomunicação em si. Com o lançamento das portas SATA, as portas ATA passaram a ser chamadas PATA (ParallelATA).

A conexão ATA transferia dados de forma paralela. A vantagem da transmissão paralela é que ela é mais rápidado que a transmissão em série (caso seja utilizado o mesmo clock), pois transmite vários bits por vez. Sua grandedesvantagem, porém, é em relação ao ruído. Como terão de existir muitos fios (pelo menos um para cada bit aser transmitido por vez), um fio gera interferência no outro. É por esse motivo que os discos rígidos ATA­66 esuperiores precisam de um cabo especial, de 80 vias. A diferença entre esse cabo de 80 vias e o cabo IDEcomum de 40 vias é que ele possui um fio de terra entre cada fio original, funcionando como uma blindagemcontra interferências. Em nosso tutorial “Tudo que você precisa saber sobre discos rígidos ATA­66, ATA­100 eATA­133” abordamos em mais profundidade este assunto. A taxa de transferência máxima do padrão IDE é de133 MB/s (ATA­133).

No Serial ATA, por outro lado, a transmissão dos dados é feita em série, ou seja, transmitindo um bit por vez.Muita gente pensa que a transmissão em série é necessariamente mais lenta que a transmissão em paralelo, jáque apenas um único bit é transmitido por vez em vez de vários. No entanto, isto só é verdade se compararmosos dois tipos de transmissão usando a mesma taxa de clock. Se um clock muito maior for usado na transmissãoem série, ela pode ser inclusive bem mais rápida do que a transmissão paralela. Isto é exatamente o queacontece com o Serial ATA. Basta ter em mente em o primeiro padrão SATA, o SATA­150, já era mais rápido queo padrão ATA mais rápido, o ATA­133 (150 MB/s vs. 133 MB/s).

O problema em aumentar a taxa de transferência na transmissão paralela é ter de aumentar o clock, já quequanto maior o clock, maiores são os problemas relacionados à interferência eletromagnética. Como atransmissão em série utiliza apenas um fio para transmitir os dados, ela sofre menos com problemas de ruído oque permite obter clocks elevados, resultando em uma taxa de transferência maior. Além disso, a transmissão emsérie utiliza transmissão diferencial, que ajuda na atenuação de ruídos. Em nosso tutorial “Como o GigabitEthernet funciona” explicamos em mais detalhes como funciona o esquema de transmissão diferencial.

É também muito importante notar que o Serial ATA implementa dois caminhos de dados separados, um para atransmissão e outro para recepção dos dados. Na transmissão paralela (IDE) apenas um caminho é usado, que écompartilhado tanto para transmissão quanto para recepção. O cabo Serial ATA é formado por dois pares de fios(um par para transmissão e outro para para recepção), utilizando transmissão diferencial, como já explicado.Além dos fios de transmissão e recepção, três fios terra são utilizados. O cabo SATA tem, portanto, sete fios.

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

Após essa introdução história, vamos falar das portas SATA em si.

Padrões

Por utilizarem transmissão em série, a taxa de transferência das portas SATA é dada em bits por segundo (bps).Porém, tradicionalmente taxas de transferência são dadas em bytes por segundo (B/s). Teoricamente, você devedividir qualquer número dado em bits por oito para obter o valor em bytes (já que um byte é um grupo de oitobits), porém como o padrão Serial ATA utiliza a codificação 8b/10b, onde grupo de oito bits é transmitido no cabona forma de dez bits, a conversão entre bits e bytes é feita dividindo­se o valor em bps por dez.

Os padrões existentes são listados na tabela abaixo. É comum fabricantes referindo­se a “SATA 6G” em vezde “SATA­600” (como seria o correto).

Padrão Largura de banda (bps) Largura de banda (B/s) Lançamento

SATA­150 1,5 Gbps 150 MB/s 2003

SATA­300 3 Gbps 300 MB/s 2004

SATA­600 6 Gbps 600 MB/s 2009

A tecnologia Native Command Queuing (NCQ), que aumenta o desempenho do disco rígido reordenando oscomandos de leitura enviados pelo computador, passou a estar disponível a partir do SATA­300.

Cabos e conectores ­ parte 1

Uma das vantagens do Serial ATA é que ele usa o mesmo padrão de conectores tanto para dispositivos voltadosa computadores de mesa quanto para dispositivos portáteis, o que não acontecia antes do lançamento dessepadrão.

Nas Figuras 1 a 3 você pode ver o cabo e o conector SATA, e uma comparação com o antigo cabo ATA/IDE. Alémdo cabo para a transmissão de dados e seu respectivo conector, o padrão SATA também introduziu um novoconector de alimentação, mostrado na Figura 4. Na última página deste tutorial mostramos a pinagem do cabo edos conectores SATA.

Atenção: adaptadores para converter conector de alimentação padrão (“Molex”) em conector de alimentaçãoSATA podem danificar o seu computador, e por isso condenamos o uso desse tipo de adaptador. Leia nossoartigo sobre o assunto para entender melhor.

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Figura 1: cabo Serial ATA (SATA)

Figura 2: comparação entre um cabo SATA e um cabo IDE de 80 vias

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Figura 3: portas SATA (em vermelho) e portas IDE paralelas (em verde limão) 

Figura 4: conector de alimentação SATA

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Figura 5: conector de alimentação padrão (“Molex”), conector de dados SATA e conector de alimentação SATAem um disco rígido

Cabos e conectores ­ parte 2

Além do cabo e do conector apresentados na página anterior, o padrão SATA permite alguns tipos diferentes decabos e conectores.

Para dispositivos externos, há o conector e o cabo eSATA, que se parece com uma porta USB, como você podever na Figura 6. Somente as placas­mãe mais incrementadas trazem este tipo de porta.

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Figura 6: portas FireWire (amarela), USB (vermelha) e eSATA (azul)

Para dispositivos portáteis, há os conectores mSATA e M.2, sendo que há algumas placas­mãe paracomputadores de mesa que também trazem esses conectores. Conectores mSATA e M.2 são usados por SSDsde tamanho reduzido que são encaixados diretamente na placa­mãe, dispensando o uso de cabos. Importantenotar que o padrão Mini PCI Express utiliza conectores idênticos, porém voltados para dispositivos PCI Express,como placas de rede sem fio, não aceitando SSDs. Portanto, ao estar diante de conectores como os mostradosnas Figura 7 e 8, você deverá verificar se eles são SATA ou PCI Express.

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Figura 7: conector mSATA

Figura 8: conectores M.2

Por fim, há os conectores SATA Express, que combinam duas portas SATA e uma conexão PCI Express em umúnico conector. Para mais informações, leia o nosso tutorial “Tudo o que você precisa saber sobre o conector

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SATA Express”.

Figura 9: conectores SATA Express (à direita)

Jumper SATA­150/SATA­300

Como alguns discos rígidos SATA­300 não funcionam corretamente em placas­mães com portas SATA­150,alguns deles têm um jumper SATA­150/SATA­300 (também conhecido como jumper 1,5 Gbps/3 Gbps). Oproblema é que por padrão este jumper é configurado na posição “SATA­150”, limitando assim o desempenho dodisco rígido caso ele seja instalado em uma placa­mãe com portas SATA­300. Nós mostraremos a você o impactono desempenho causado pela configuração errônea de um disco SATA­300 mais adiante.

Portanto, antes de instalar um disco rígido SATA­300 você deve verificar se ele tem um jumper SATA­150/SATA­300 e se este jumper está configurado na posição correta: caso você tenha uma placa­mãe antiga com portasSATA­150 você deve manter este jumper na posição SATA­150, mas se sua placa­mãe tem portas SATA­300 ouSATA­600, você deve movê­lo para a posição “SATA­300”. Esta informação pode ser normalmente encontrada naetiqueta do disco rígido, como mostrado na Figura 10.

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Figura 10: detalhe da etiqueta de um disco rígido explicando sobre o jumper SATA­150/SATA­300

Este disco rígido em particular (um Seagate Barracuda 7200.10 160 GB) vem com um jumper limitando odesempenho do disco em 150 MB/s (1,5 Gbps), veja na Figura 11. Para fazer com que ele trabalheadequadamente como um dispositivo SATA­300 precisamos remover este jumper (veja o diagrama na Figura 10).Neste caso o jumper pode ser removido com uma pequena chave de fendas, um pequeno alicate ou pinça. Noteque dependendo do modelo do disco rígido você poderá mover a posição deste jumper em vez de removê­lo.Portanto é muito importante que você preste atenção no que está escrito na etiqueta do seu disco rígido.

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Figura 11: disco rígido com seu jumper SATA­150/SATA­300 na posição “SATA­150”

Qual é o impacto no desempenho de um disco rígido SATA­300 configurado erroneamente? Nós fizemos algunstestes para verificarmos isto. Nós medimos a taxa de transferência do nosso Seagate Barracuda 7200.10 de 160GB com três programas diferentes: SpeedDisk32, HD Tach e HD Tune. Começamos o teste com o jumper em suaconfiguração padrão (“SATA­150”) e depois o removemos, o que fez com que o disco trabalhasse realmente comoum dispositivo SATA­300. Você pode ver os resultados abaixo (clique aqui para uma descrição completa daconfiguração que usamos nesse teste).

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Como você pode ver os resultados nos três programas mostram a mesma coisa. Embora as taxas detransferências máxima, média e mínima tenham permanecido as mesmas, com o jumper na posição SATA­300 ataxa 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 instalardiscos rígidos SATA­300!

Multiplicador de porta

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

O multiplicador de porta tem várias aplicações, como permitir um usuário doméstico instalar mais de um discorígido 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 computador por causa do cabo utilizado (que fino emcomparação ao antigo cabo de 80 vias). Mas se precisarmos instalar um rack contendo 16 discos rígidos a umservidor, 16 cabos Serial ATA sairão do rack para o servidor, e o servidor deverá ter 16 portas SATA. Ilustramosesta ideia na Figura 12.

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 Figura 12: Conectando 16 discos rígidos SATA a um servidor

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

Mas neste caso existe um grande problema de desempenho. Se uma porta SATA­150 for usada, a taxa detransferência 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 deporta, você poderia usar quatro, conectando o rack ao servidor através de quatro cabos (em vez de 16). A taxa detransferência máxima entre o servidor e o rack seria de 600 MB/s (4 x 150 MB/s) se portas SATA­150 fossemusadas ou de 1.200 MB/s (4 x 300 MB/s) caso portas SAT­300 fossem usadas. Dentro do rack, você poderiainstalar até 60 discos rígido (15 x 4), mas para obter um melhor desempenho você deve instalar quatro discosrígidos em cada chip multiplicador de porta, o que daria os seus 16 discos rígidos. Ilustramos esta ideia na Figura13. “PM” (Port Multiplier) é o chip multiplicador de portas.

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 Figura 13: 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 mencionamosanteriormente, o Serial ATA utiliza dois canais de dados separados, chamados A e B, usando transmissão dedados diferencial, por isso os sinais de + e ­. Nos fios marcados com sinal de menos o dado é uma cópia invertidado que está sendo transmitido no fio correspondente com sinal de mais. Clique aqui para saber mais comofunciona a transmissão de dados diferencial.

Conector de dados SATA

Pino Função

1 Terra

2 A+

3 A­

4 Terra

5 B­

6 B+

7 Terra

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Conector de alimentação SATA

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/tudo­o­que­voce­precisa­saber­sobre­o­

serial­ata­sata/564

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