S05 Controladores SATA

8/10/2019 S05 Controladores SATA

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Introduccin

Los dispositivos IDE aparecieron cuando se busc

fabricar un disco barato para el almacenamiento de los

datos y como alternativa a los dispositivos SCSI de altocosto que existan en ese momento. Para esto, se tuvo

disear la interfase o controladora que en sus inicios

solo reconoca a los discos, pero luego se la mejor

para conectar unidades CD-ROM y otros dispositivos.

Esto dio inicio a la controladora ATA que era,

bsicamente, una controladora paralela.

En el ao 2003 aparece una variante de ATA llamadaSerial ATA o SATA, por lo cual el termino ATA se

cambia por PATA.

Tecsup 2014-II S05 Controladores SATA 2


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Objetivos

Enumerar las caractersticas de las controladoras de discos.

Identificar dispositivos IDE, sus cables y conectores.

Describe el funcionamiento y las caractersticas de lasinterfases controladoras de disco SATA.

Identificar las interfases SATA y configurar perifricos.

Esta sesin aporta a los siguientes resultados:

Los estudiantes implementan y mantienen Redes de Computadoras y

Sistemas de telecomunicaciones brindando seguridad a los medios

involucrados, aplicando tcnicas y herramientas modernas.

Los estudiantes aplican conocimientos de matemticas, ciencia y

tecnologa en equipos de cmputo, redes y sistemas de

telecomunicaciones.

Los estudiantes realizan pruebas, analizan e interpretan los resultados

para implementar mejoras a sistemas de hardware y software.



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Contenido

Controladoras de Disco Duro.

Controladoras Parallel ATA.

Modos de Transferencia PATA.

Evolucin del PATA.

Controladoras SATA.

Principio de funcionamiento.

Dispositivos que controla.

Cables y conectores.



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Controladores de Disco Duro

Tecsup 2014-II 5S05 Controladores SATA

La interfase es la conexin entre el mecanismo de la

unidad de disco duro y el bus del sistema de la

computadora.

La interfase define la forma en que las seales pasan

entre el bus del sistema y el disco duro.

En el caso del disco duro, su interfase se denominacontroladora, y se encarga no slo de transmitir y

transformar la informacin que parte de ella y llega al

disco duro, sino tambin de seleccionar la unidad a la

que se quiere acceder, del formato, y de todas lasrdenes de bajo nivel en general.


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Controladora de Disco Duro: ST 506/412


Fue la primera interfase a nivel de dispositivo utilizada

en las computadoras personales.

Fue desarrollada por Seagate alrededor de 1980.

Utilizaba dos conectores, uno de 34 pines para las

seales de control y estado y otro de 20 para datos.

Soporta discos de hasta 140 MB, normalmente con 17sectores por pista y girando a 3600RPM.


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Controladora de Disco Duro: ST 506/412



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Controladora de duro: ESDI


ESDI (Enhanced Small Disk Interface) fue diseada por

Maxtor en 1983 como sucesora de la ST 506/412

Tena con una velocidad ms alta de transferencia de

datos (entre 1 y 2 Mbytes por segundo).

Normalmente estos discos estaban formateados a 34

sectores por track. Utilizaba un conector de 44 pines, aunque los primeros

modelos usaban el mismo juego de conectores que los

discos ST506/412.

Soportaba hasta dos discos duros y una capacidadmxima por disco de 2GB.


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Controlador de disco duro: SCSI


Es una interfase a nivel de sistema diseada para

aplicaciones de propsito general.

Permite que se conecten varios dispositivos a un nico

controlador (las primeras controladoras SCSI

soportaban hasta 7 dispositivos).

Esta interfase esta orientada a servidores.


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Controladora Parallel ATA

En 1984 Compaq necesitaba una controladora

compatible con el estndar ST506, que ocupe un menor

espacio en el interior de un nuevo modelo de PC.

Por ello la interfaz deba estar integrada en el propio

disco, de ah el nombre: IDE (Integrated Drive

Electronics).

La empresa Western Digital fue la encargada de disear

la solucin.

Las primeras unidades IDE salieron en el ao 1986.

Posteriormente pasara a ser conocida como ATA.



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Controladora de disco duro: PATA

La realizacin prctica estaba acompaada de una

serie de normas denominadas ATA (Advanced

Technology Attachment) que establecan lascondiciones que deben seguir los fabricantes de este

tipo de unidades.

Este interfaz es popularmente conocido como IDE pero

su nombre oficial es ATA. Los dispositivos que utilizan

este interfaz se llaman IDE (Integrated Drive

Electronics) como los discos duros IDE, grabadoras de

CD y DVD IDE, lectores de CD y DVD IDE, etc. Con la aparicin de la controladora Serial ATA, las

controladoras ATA cambiaron de nombre a PATA.



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Controladora de disco duro: PATA


La interfase IDE/ATA (Integrated Drive Electronics/AT

Attachment) es el estndar que especifica los modos de

trabajo y velocidades de esta interfase.


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Modos de Transferencia PATA

Las controladoras PATA pueden transferir informacin

principalmente empleando dos mtodos:

PIO: El modo PIO (Programmed I/O) depende del procesadorprincipal del computador para efectuar la transferencia de

datos, repercutiendo en el rendimiento del sistema. La

transferencia de datos se desarrolla a travs de los diferentes

puerto I/O de la controladora, que tambin sirven para latransmisin de comandos (In/Out). La tasa de transferencia

est limitada por los valores del bus y rendimiento de la CPU.

DMA: En el mtodo DMA (Direct Memory Access), el

procesador del equipo se desentiende de las operacionesconcernientes al disco duro, dejando estas labores a un chip

dedicado: el controlador DMA.



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Bus Master DMA

Es la variante de la transferencia DMA usada

actualmente en los discos duros.

Aprovecha las ventajas de los chipsetsde las placas

base, cada vez mejor optimizados para estas labores

(de acceso directo a memoria).

Adems de liberar al procesador, puede obtener porparte de ste un control casi total, de forma que la

informacin sea transferida con la mxima prioridad.

Asimismo, existen dos modos DMA: singlewordy multi-

word(el primero qued obsoleto con la norma ATA-2).



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Evolucin de PATA

IDE

ATA-1

ATA-2 EIDE

ATA-3

ATA-4

ATA-5

ATA-6

ATA-7



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IDE

1986 Pre-estndar.



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ATA-1

Define los modos PIO 0-2 y multi-word DMA modo 0. Su

velocidad mxima era 8,3 Mbytes/segundo. Solo

permita la conexin de discosduros (no se poda conectar

una unidad de CD-ROM) y

un mximo de dos.

A travs de cada conector

de ATA-1 se puede conectar

hasta dos dispositivos IDE,

configurados como Master(maestro) y Slave (esclavo).



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Desventajas ATA-1

Su principal desventaja estaba en la capacidad de

almacenamiento, que debido a limitaciones de la BIOS,

no poda exceder de 528 MB. Adems solo podan coexistir dos dispositivos IDE en el

sistema, y la velocidad de transferencia de 4 MB/s que

pronto se mostr insuficiente.



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ATA-2 EIDE

En 1996, surgi la interfaz EIDE (Extended IDE) o IDE

mejorada, logrando un significativo aumento en

flexibilidad y prestaciones. Su estndar fue definido en la norma

ATA-2, que defina los modos

PIO 3-4 y multiword DMA modo 1-2

(2.3), que permiten alcanzar un

mximo de 16,6 MB/s.

Se aument a cuatro el nmero de

unidades que podan ser instaladas almismo tiempo.



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ATA-2 EIDE

Posee dos canales relativamente

independientes: primario y secundario,

a cada uno de los cuales se puedenconectar dos dispositivos (maestro y

esclavo), lo que da un total de cuatro

conexiones.

Dichos dispositivos pueden ser discos

duros, lectores y grabadores de

CD-ROM, unidades de cinta y de

disquetes de alta capacidad.



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ATA-2 EIDE

En un canal EIDE los dos dispositivos conectados

deben de turnarse en el uso del bus.

Si hay un disco duro conectado conun CD-ROM en el mismo canal,

aquel deber esperar a que ste

acabe su comunicacin, lo que

produce una prdida de prestaciones.

Por eso es buena idea conectar el

CD-ROM como maestro del segundo

canal, ya que los dos canales son mso menos independientes entre s,

dependiendo del chipset.



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ATAPI

En EIDE se habilit la posibilidad de que coexistieran

unidades de CD-ROM y de cinta en el sistema.

Para ello se ide la norma ATAPI (AT AttachmentPacket Interface), una extensin del protocolo ATA

creada con el fin de aportar un nico conjunto de

registros y mandatos, y de esta forma facilitar la

coexistencia de estas unidades.

Por extensin se denominan as aquellos dispositivos

que cumplen esta norma.



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Barrera de los 528 MB

Para superar la barrera de los 528 MB de capacidad de

los discos IDE, se propusieron alternativas de

modificacin de las rutinas del BIOS, para identificar lascaractersticas fsicas de un disco duro.

Actualmente se utilizan dos mtodos:

CHS: (cilinders, heads, sectors) relaciona los parmetros que

la BIOS contiene de cilindros, cabezas y sectores

(ligeramente incongruentes) con los incluidos en el software

de slo lectura (Firmware) que incorpora la unidad de disco.

LBA: (Logic block address), traduce la informacin CHS en

una direccin de 28 bits, manejable por el sistema operativo,para el controlador de dispositivo y la interfaz de la unidad.



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ATA-3

Introducida en 1997, incluy mejoras en la fiabilidad,

especialmente del PIO modo 4, el esquema de seguridad

basado en contrasea, la posibilidad de gestionar unaalimentacin elctrica ms sofisticada y tecnologa SMART

(Self Monitoring Analysis and Reporting Technology), para

prevenir fallos antes de que ocurran.

Incluye adems comandos para interrogar al disco sobre sus

parmetros: fabricante, modelo, versin del firmware,

geometra, etc.

La norma ATA-3 fue un paso intermedio que inclua la funcin

SMART en busca de una mayor fiabilidad de los discos, pero

sin aadir ninguna mejora a los 16 MB/s de la norma anterior.



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ATA-4

En 1998 lleg la norma ATA/ATAPI-4, conocida tambin

como:

Ultra DMA33

DMA-33

Ultra ATA

ATA33

Ultra ATA33

UDMA/33

Introdujo el estndar CRC (Cyclical Redundancy

Check), para la verificacin y proteccin de los datos enla fase de transmisin, contando para ello con un

algoritmo de comprobacin de 32 bits.



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ATA-4

El algoritmo CRC puede detectar errores de hasta 32

bits, e informa sobre ellos sin necesidad de introducir

ningn tipo de modificacin en el software. La funcin CRC ofrece un elevado nivel de fiabilidad en

la transmisin de datos al asegurar la integridad de la

informacin transferida.

Se introdujeron los modos:

Ultra DMA 0 (16,7 Mbytes/segundo)

Ultra DMA 1 (25 Mbytes/segundo)


Sigue usando el cable de 40 conectores.


ATA 5


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ATA-5

El estndar ATA/ATAPI-5 se denomina tambin:

Ultra ATA/66, Ultra DMA/66, ATA66 UDMA/66

Apareci en el ao 2000 y aade nuevos modos detransferencia a los anteriores: el modo 3 a 44,4 MBps y

el modo 4 a 66,6 MBps, as como Ultra DMA:



Es compatible hacia atrs con los anteriores, heredando

la verificacin CRC para los datos transferidos.

Trabaja con un cable de 80 pines y un conector de 40pines. Los 40 cables adicionales son de tierra y sirven

para evitar el ruido.Tecsup 2014-II S05 Controladores SATA 28

ATA 6 ATA 7


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ATA-6 y ATA-7

Aparecido en 2002, el estndar ATA/ATAPI-6 es

conocido tambin como:

Ultra DMA/100ATA100

UDMA/100

Esto debido a su velocidad de 100 MB/s.

Incorpora Ultra DMA modo 5 y LBA de 48 bits.

ATA-7, del 2003, tambin es conocido como:

Ultra DMA/133

ATA133

UDMA/133

Trabaja a 133 MB/s y utiliza Ultra DMA modo 6.Tecsup 2014-II S05 Controladores SATA 29


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M d d T b j PIO Ult DMA


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Modos de Trabajo PIO y Ultra DMA


S i l ATA


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Serial ATA

Los discos y controladoras Serial ATA abreviadamente SATA, son el

resultado de la evolucin normal de discos ATA paralelo, como una

necesidad para resolver los cuellos de botella, mayor velocidad de

transferencia y algn inconveniente de conectividad de estos dispositivoscon las nuevas tecnologas del sistema PC.

Serial ATA es totalmente compatible con la anterior, de manera que no

hay problemas de compatibilidad con los sistemas operativos.

A nivel fsico es muy parecido a un puerto Firewire o USB.


A t d t C t ti


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Antecedentes y Caractersticas

En Noviembre del 2001, un grupo de fabricantes de

hardware, entre los que se encontraban Intel, Dell,

Maxtor, APT Technologies y Seagate, crearon el SerialATA Working Group para hacer frente a las crecientes

necesidades de mayor velocidad.

Posteriormente, en el 2004, cambiaron el nombre por el

de Serial ATA International Organization (SATA-IO).

Por estas fechas, tras las mejoras de la especificacin

ATA-7, con la que se haban conseguido transferencias

de 133 MB/s, el modelo tradicional de interfaz PATAempezaba a mostrar sntomas de agotamiento.


A t d t C t ti


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Antecedentes y Caractersticas

Por esto, los esfuerzos se dirigieron a conseguir una nueva

especificacin de arquitectura serie para la interfaz ATA.

La primera versin de SATA sale con la velocidad de 150 MB/s. Las caractersticas de esta nueva controladora son:

Cable fino y aerodinmico, para mejorar la ventilacin en el case.

Cable de data de 8 pines y de una longitud hasta de un metro.

Tensin del cable de alimentacin de 3.3 voltios. Tiempos de acceso promedio de 9.4 ms y Cach de 2 y 8 MBytes.

Es compatible con los dispositivos ATA y ATAPI (CDROM, DVD-ROM)


Conector de energa elctrica de SATA


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Para que la transicin entre ambas tecnologas sea lo ms

cmoda posible, la mayora de fabricantes optan por incluir

ambos tipos de conectores. Tambin existen adaptadores paraconectar un disco paralelo a una interfaz serie a la inversa.

Conector de energa elctrica de SATA


Tabla Comparativa entre PATA y SATA


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Tabla Comparativa entre PATA y SATA


Controladora Serial ATA


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La controladora SATA ha sido diseada para

sobrepasar los lmites de la controladora PATA.

La controladora SATA es compatible con todos lossistemas operativos actuales.

En SATA tenemos velocidades de transferencias de: SATA-I: 150 MB/s (Primera generacin)

SATA-II: 300 MB/s (Segunda generacin)

SATA-III: 600 MB/s (Tercera generacin)




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Puede trabajar con discos externos a travs de eSATA

o USB con un case o caja externa.


Capa Fsica


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Capa Fsica

Cada puerto, multiplicador, dispositivo o adaptador

SATA o SAS ("Serial Attached SCSI") tiene un nmero

de puerto nico de 64 bits. Es una especie de MAC o cdigo de barras del

producto con: un cdigo NAA de 4 bits; un cdigo de

fabricante de 24 bits asignado por la autoridad

normativa, y un cdigo de dispositivo a disposicin de

cada fabricante de 36 bits.


Topologa


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Topologa

SATA es una arquitectura "punto

a punto, la conexin entre puertoy dispositivo es directa, cada

dispositivo se conecta

directamente a un controlador

SATA y disfruta la totalidad del

ancho de banda, de la conexin

sin que exista la sobrecarga

inherente a los mecanismos de

arbitraje y deteccin de colisiones,

como suceda en PATA donde lasinterfaces se segmentaban en

maestras y esclavas.


Cables y Conexiones


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Cables y Conexiones

Los conectores y los cables son la diferencia ms visible entre

las unidades SATA y las PATA. Se usa el mismo conector en

los discos de equipos de escritorio o servidores (3,5 pulgadas) yporttiles (2,5 pulgadas). Esto permite usar las unidades de 2,5

pulgadas en los sistemas de escritorio sin adaptadores.

Los dispositivos SATA tienen dos tipos de cables de conexin,

de seal y de energa. La forma concreta depende de la

posicin relativa del dispositivo respecto al controlador host. A

este respecto caben tres posibilidades:

Dispositivo interno conectado directamente al controlador host.

Dispositivo interno conectado a una salida del controlador host

mediante cables de alimentacin y seal. Dispositivo externo conectado al controlador host mediante un cable de

seal, disponiendo de su propia fuente de alimentacin.


SATA Externo (eSATA)


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SATA Externo (eSATA)

Fue estandarizado a mediados de 2004, con definiciones de

cables, conectores y requisitos de la seal.

Se caracteriza por: Velocidad (se han medido 115 MB/s con RAID externos)

Sin conversin de protocolos de PATA/SATA a USB/Firewire, todas las caractersticas

del disco estn disponibles para el anfitrin.

Longitud de cable de 2 metros; USB y Firewire permiten mayores distancias.

Se aument la tensin de transmisin mnima y mxima a 500mV - 600mV (de 400mV - 600 mV)

Voltaje recibido disminuido a 240 mV - 600 mV (de 325 mV - 600 mV)

Capacidad de disposicin de los discos en RAID 0 y RAID 1

Actualmente, la mayora de las placas bases han empezado a

incluir conectores eSATA, tambin es posible usar adaptadoresde bus o tarjetas PC-Card y CardBus para porttiles que aun no

integran el conector.


Serial Attached SCSI


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Serial Attached SCSI

El SAS (Serial Attached SCSI) es un sistema en serie,

que adems es compatible con SATA, esto es, se

podrn conectar discos SATA en una controladora SAS. Los servidores suelen incorporar tarjetas que puedan

manejar tanto discos SAS como discos SATA.

Los discos SAS no siempre se pueden conectar con

controladoras SATA.



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Controladores SATA

Fin de la Presentacin

Sesin 05

Arquitectura de Computadoras I

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