S-ATA

Serial ATA (SATA, auch S-ATA/Serial Advanced Technology Attachment) ist ein hauptsächlich für den Datenaustausch zwischen Prozessor und Festplatte entwickelter Datenbus.

Serial ATA wurde aus dem älteren ATA-Standard entwickelt, auch IDE genannt. Dabei wurde entschieden, von einem parallelen Busdesign zu einer bit-seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung überzugehen, das heißt, die Daten werden seriell übertragen (Bit für Bit) und nicht, wie bei den alten ATA-Standards, in 16-Bit-Worten. Gegenüber seinem Vorgänger besitzt SATA drei Hauptvorteile: höhere Datentransferrate, vereinfachte Kabelführung und die Fähigkeit zum Austausch von Datenträgern im laufenden Betrieb (Hot-Plug). Seit der Einführung von Serial ATA wird der bisherige ATA-Standard häufig als Parallel ATA (P-ATA) bezeichnet, um Verwechslungen zu vermeiden. Auf neueren Hauptplatinen findet man zu den üblichen P-ATA-Steckplätzen zusätzlich zwei bis acht S-ATA-Anschlüsse für Festplatten. SATA nutzt auf der Link-Layer-Schicht (Kabel) eine Punkt-zu-Punkt Verbindung. Jedes Gerät hat also seinen eigenen Anschluss. Serial ATA ist nicht auf Festplatten beschränkt, mittlerweile gibt es zum Beispiel auch SATA-Bandlaufwerke, DVD-Laufwerke und -Brenner.

Bei parallelen Bussen wird es bei höheren Übertragungsraten immer schwieriger, den Datenfluss auf allen Leitungen synchron zu halten, der beim IDE-Bus nicht spezifizierte Busabschluss und die massebezogenen Signale schränken zudem die verwendbare Kabellänge stark ein. Serial ATA nutzt das LVDS (Low voltage differential signaling) für die Signalgebung, ähnlich der seit langem bei SCSI bewährten LVD-Technik.

Die erste Serial-ATA-Generation ist mit einer Datenrate von 150 Megabytes pro Sekunde spezifiziert und damit nur unwesentlich schneller als die aktuell schnellste parallele ATA-Schnittstelle (ATA/133). Die aktuelle Version Serial ATA II verdoppelt den Durchsatz auf 300 MB/s. Für das Jahr 2007 ist eine Serial-ATA-Version mit 600 MB/s vorgesehen.

Die nutzbare Transferrate liegt wegen der 8B/10B-Kodierung bei nur 80 % der realen Bitrate auf dem Kabel. Ein Daten-Byte entspricht also 10 Transfer-Bits, die Datenrate (in Byte) ist somit genau 1/10 der Bitrate.

Eine Transferrate von 1,5 Gbit/s ergibt also eine Datenrate von 150 MByte/s.

In der Praxis ist es für die Geschwindigkeit derzeit irrelevant, ob Festplatten mit IDE (P-ATA) oder SATA-Schnittstelle ausgerüstet sind, da es die Mechanik der Festplatten ist, die die Geschwindigkeit begrenzt, und nicht die Datenrate der Schnittstelle. Dies gilt ebenso für den Vergleich zwischen Festplatten mit SATA-150 und SATA-300-Anschluss. Wichtiger ist die Leistungsfähigkeit der Festplatte, die anhand der Zugriffszeit, Latenz (Drehzahl) und Datenrate festgestellt werden kann.

Aus physikalischer Sicht sind die verwendeten Kabel die größte Änderung zu P-ATA. Die Daten werden mittels eines leichten, flexiblen Kabels durch sieben Leitungen mit flachen, acht Millimeter breiten Steckern auf jeder Seite übertragen. Das Kabel kann bis zu einem Meter lang sein, eSATA-Kabel bis zu zwei Meter und xSATA bis zu 8 Meter. Im Vergleich zu dem kurzen (45 cm) 40- oder 80-adrigen Übertragungskabel des parallelen ATA wird dadurch die Konstruktion von Komplettsystemen vereinfacht, da der Luftfluss nicht durch breite Kabel behindert wird. Das Konzept von Master/Slave-Beziehungen zwischen den Geräten wurde abgeschafft. Serial ATA hat nur ein Gerät pro Kabel, daher sind auch keine Jumper-Einstellungen auf den Geräten nötig. Die Stecker sind kodiert, dadurch ist es nicht mehr möglich, die Kabel verkehrt aufzustecken. Ein Kritikpunkt der SATA-Stecker war ihre fehlende Verriegelung; dies wurde mit Erscheinen von SATA II korrigiert. Unabhängig von SATA I oder II können die gleichen Kabel verwendet werden.

Der Standard sieht für reine Serial-ATA-Festplatten außerdem andere Stecker für die Spannungsversorgung vor. Sie sind auch flach, aber breiter als das Datenkabel, wodurch eine Verwechslung zwischen beiden ausgeschlossen sein sollte. Fünfzehn Pins werden benutzt, um drei verschiedene Spannungen liefern zu können: 3,3 V, 5 V und 12 V. Diese Stecker werden sowohl für 2½-Zoll-Notebook- als auch für 3½-Zoll-Festplatten verwendet. Da ältere Netzteile meist keine Stromanschlüsse für Serial-ATA-Geräte haben, gibt es auch Adapter, die auf die sog. Molexstecker passen.

Der Pin 11 des SATA Stromsteckers kann optional das sogenannte "Staggered Spin-up" steuern und zur Ansteuerung einer LED dienen. Netzteile und Molex-Adapter legen den Pin normalerweise auf Masse. Dann läuft die Platte sofort beim Einschalten an. Eine LED kann in diesem Fall nicht angesteuert werden. In SATA-Backplanes hingegen wird der Pin nicht auf Masse gezogen. Dann läuft eine Platte mit "Staggered Spin-up" Feature erst bei der Initialisierung durch den Controller an. Dies ermöglicht schrittweises Hochfahren von größeren Plattenarrays. Über denselben Pin kann die Platte ein Aktivitätssignal für eine LED liefern.

Serial ATA wurde 2002 von den Firmen APT, Dell, IBM, Intel, Seagate und Maxtor entwickelt. Die Leistungsfähigkeit von SATA/150 liegt bei 150 MB/s. Durch Serial ATA soll die Verbindung zwischen Laufwerken und das Austauschen von Komponenten – unter anderem im laufenden Betrieb – vereinfacht werden.

SATA/300 wurde Anfang 2005 eingeführt. Firmen wie Western Digital, Samsung und Hitachi sowie Seagate vertreiben SATA/300-Festplatten bis zu einer Größe von 1 TB (1024 GB). Der Leistungsdurchsatz von SATA/300 liegt bei maximalen 300 MB/s, also theoretisch doppelt so schnell wie bei der ersten SATA-Generation. Diese Datenrate wird zwischen Controller und Festplattencache, dessen Größe zwischen 2 MB und 32 MB beträgt, auch durchaus ausgenutzt.

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