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Protokoll des Serial-ATA-Standards

Serial-ATA-Standards, kurz SATA oder S-ATA ist eine Schnittstelle für Anschlüsse von Massenspeichern, Festplatten und Wechselspeicher. Hier geht es um die Software bzw. die Technik die dahinter ist, ich geh hier auf das Sata-Protokoll ein. Um mehr über die Hardware zu lesen, gehen sie auf folgenden Artikel:
hdd.htm
  • Versionen des Serial-ATA-Standards und deren
  • Signalübertragung, dies kann Anhand des Beispiels
  • des Übertragungsfenster der 8-Bit Nutzdaten entnommen werden.

Versionen des Serial-ATA-Standards

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In der Versionierung ist der Theoretische Datendurchsatz enthalten, der angestrebt wird.
  • Serial ATA 1,5 Gbit/s: bis 1,2 Gbit/s pro Richtung.
  • Serial ATA 3,0 Gbit/s: bis 2,4 Gbit/s, also doppelt so hoch wie bei der ersten SATA-Generation.
  • Serial ATA 6,0 Gbit/s: nun auf 6,0 Gbit/s erhöhte Geschwindigkeit, kommt primär den Solid-State-Drives zugute
  • SATA Express 8 Gbit/s und 16 Gbit/s: SATA 3.2 führt die neue Schnittstelle "SATA Express" ein mit Übertragungsraten von 8 Gbit/s je PCIe-Lane
  • External Serial ATA (eSATA): eSATA definiert abgeschirmte Kabel mit bis zu zwei Metern Länge und neue Stecker/Buchsen mit folgenden Eigenschaften:
    • Stecker und Buchse sind wie die Kabel geschirmt.
    • Neue inkompatible Stecker/Buchsengeometrie ohne die L-Form.
    • Die Buchsen haben kleine Federn, um die mechanische Stabilität zu verbessern.
    • Stecker und Buchsen sollen mindestens 5.000 Steckzyklen überstehen (bei SATA sind es nur 50).

Signalübertragung

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Abb. sata02a: Beispiel eines Übertragungstakt.
Die Signalpegel bei SATA betragen nur ±250 mV, diese Spannung ist an die übliche Halbleitergeneration angepasst. So ist keine aufwendige Pegelwandlung zwischen Übertragungsstrecke und Controllerlogik notwendig.
Moderne serielle Übertragungsverfahren arbeiten SATA mit differenziellen Signalen auf getrennten Sende- und Empfangsleitungen. Bei differenziellen Signalen ändern beide Leitungen bei einem Signalwechsel gleichzeitig aber gegenphasig ihre Pegel, die Störanfälligkeit wird dadurch gemindert. Störungen wirken auf beide Leitungen so dass diese Störungen bei der Differenzbildung nahezu vollständig entfernt werden können.
Die Verdrillung führt aber bei hohen Datenraten zu größeren Laufzeitunterschieden, deshalb laufen die Signalleitungen parallel zu den Masseleitungen. Trotz getrennter Empfangs- und Sendeleitungen erlaubt SATA nur den Halbduplexbetrieb.


Kennwerte der SATA-Schnittstelle (1. Generation)

Das Einheitsintervall UI hat einen Theoretischen Nennwert von 666,667 ps und hat ein Toleranzbereich von 666,43 ps bis 670,12 ps.
Anstiegszeit tr und Abfallzeit tf haben einen Nennwert von 0,3 UI = 200 ps und sind in den Bereich von 0,2 bis 0,41 UI = von133,33.bis 273,33 ps.

Übertragungsfenster der 8-Bit Nutzdaten

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Abb. sata07.jpg: Übertragungsfenster von einem Buchstaben "F"
So wird Theoretisch der Buchstabe "F =" 0100 0110B über die SATA Verbindungen übertragen. Beginnend immer von 0 Punkt der Spannung und dann auf 1 oder 0 (siehe Abb. sata07.jpg), je nach Daten die Übertragen werden müssen.
Ich vermute dass die Übertragung mit den Höchsten Bit anfängt und mit niedrigsten aufhört.
Most Significant Bit (MSB) = höchsten Wertigkeit.
Least Significant Bit (LSB) = geringsten Wertigkeit.
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