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¿Qué es Serial ATA? Introducción a SATA

¿Qué es Serial ATA?

Serial ATA (Serial Advanced Technology Attachment o SATA) es un protocolo de comando y transporte que define cómo se transfieren los datos entre la placa base de una computadora y los dispositivos de almacenamiento masivo, como unidades de disco duro (Discos duros), unidades ópticas y unidades de estado sólido (SSD). Como su nombre lo indica, SATA se basa en tecnología de señalización en serie, donde los datos se transfieren como una secuencia de bits individuales.

SATA se refiere al protocolo de comunicación en sí y a los estándares de la industria adheridos por los OEM que producen cables, conectores y unidades compatibles con SATA.

La Organización Internacional Serial ATA (SATA-IO) supervisa el desarrollo de la especificación técnica. SATA especifica un formato de transferencia y una disposición de cableado. Sucedió a Parallel ATA (PATA) como interfaz de comunicaciones para la mayoría de los sistemas informáticos nuevos. Estos sistemas también suelen admitir protocolos de comunicación SCSI conectados en serie (SAS) y de memoria exprés no volátil (NVMe).

SATA es una versión en serie de la especificación Integrated Drive Electronics (IDE) para discos duros PATA que utilizan señalización paralela. Los cables SATA son más delgados, más flexibles y menos masivos que los cables planos necesarios para los discos duros PATA convencionales.

Fotos de conectores SATA y PATA
El protocolo SATA reemplazó al estándar Parallel ATA que requería una conexión en paralelo. SATA transfiere bits individuales de datos en serie.

Funciones de Serial ATA

Los HDD y SSD Serial ATA se conectan a la placa base de una computadora a través del hardware del controlador SATA, que también administra el flujo de datos. Cuando SATA está en modo IDE, el disco duro se puede reconocer como un dispositivo PATA. Esta configuración mejora la compatibilidad con hardware antiguo, pero el rendimiento se ve afectado.

Configurar un controlador SATA en Interfaz de controlador de host avanzado (AHCI) ofrece un mejor rendimiento que el modo IDE. AHCI admite interfaces externas e intercambio en caliente de unidades. El modo RAID admite funciones AHCI y funciones de protección de datos RAID.

Dependiendo del sistema informático, es posible que los usuarios necesiten instalar un software de controlador específico del dispositivo para permitir que las SSD SATA se comuniquen con la placa base del dispositivo. Los discos duros basados ​​en IDE no requieren software de controlador.

Componentes de la interfaz IDE
El controlador IDE suele estar integrado en la placa base. Vea los diversos componentes de la interfaz IDE.

Estándares y revisiones SATA

El consorcio industrial sin fines de lucro SATA-IO es el autor de las especificaciones técnicas que rigen las interfaces de los dispositivos Serial ATA. El consorcio revisa los estándares SATA para reflejar el aumento de las tasas de transferencia de datos. Estas revisiones incluyen los siguientes cambios:

  • Revisión 1 de SATA. Estos dispositivos se utilizaron ampliamente en computadoras personales de escritorio y de oficina, configurados a partir de unidades PATA conectadas en cadena en una configuración primaria / secundaria. Los dispositivos SATA Revisión 1 alcanzaron una tasa de transferencia máxima de 1,5 Gbps.
  • Revisión de SATA 2. Estos dispositivos duplicaron la velocidad de transferencia a 3,2 Gbps con la inclusión de multiplicadores de puertos, selectores de puertos y una profundidad de cola mejorada.
  • Revisión de SATA 3. Estas interfaces admitían velocidades de transferencia de unidades de hasta 6 Gbps. Las unidades de revisión 3 son compatibles con versiones anteriores de los dispositivos SATA revisión 1 y revisión 2, aunque con velocidades de transferencia más bajas.
  • Revisión de SATA 3.1. Esta revisión intermedia agregó requisitos de diseño final para el módulo de almacenamiento universal SATA para aplicaciones de almacenamiento portátil basadas en el consumidor.
  • Revisión de SATA 3.2. Esta actualización agregó la especificación SATA Express. Admite el uso simultáneo de puertos SATA y carriles PCI Express (PCIe).
  • Revisión de SATA 3.3. Esta revisión abordó el uso de la grabación magnética con tejas
  • Revisión de SATA 3.5. Este cambio promovió una mayor integración e interoperabilidad con PCIe flash y otros protocolos de E / S.

SATA-IO dijo que no tiene planes de interoperabilidad SATA 4.0. Se necesitaría una ingeniería significativa para admitir un ancho de banda superior a la tasa final máxima actual de 6 Gbps, dijo el grupo.

SATA frente a PATA

Al comparar SATA y PATA, una conexión en serie requiere menos cables y da como resultado una señal más clara que una conexión en paralelo. Esto hace que las señales en serie sean adecuadas para transmitir datos a largas distancias.

Una señal en paralelo es síncrona y requiere un bus de datos más amplio. Se envían varios bits simultáneamente a través de diferentes cables que están alojados en el mismo cable. Una señal de reloj sincroniza el tiempo entre los diferentes canales. Como resultado, la transmisión en paralelo se adapta mejor a distancias más cortas para evitar interferencias en la señal. Los múltiples cables que necesita el paralelismo también lo hacen un poco más costoso que la transmisión en serie.

SATA ofrece varias ventajas en comparación con el estándar PATA basado en IDE desarrollado en la década de 1980. Estas ventajas incluyen las siguientes:

  • Rendimiento de dúplex completo. En particular, PATA es una transmisión semidúplex, por lo que no puede recibir y transmitir datos simultáneamente. Esto contrasta con el rendimiento de dúplex completo de SATA.

    Las unidades PATA entregan bits de datos simultáneamente a través de un solo cable plano de 40 pines de ancho. El estándar SATA define un cable SATA con dos pares de cables diferenciales, tres pines de tierra y un conector de alimentación independiente. Un par de cables transfiere datos y un par recibe datos. Cubriendo cada extremo de los conductores SATA hay un conector tipo oblea de 8 milímetros.

  • Sin contención de recursos. Las unidades SATA contienen un bus de host de computadora independiente para eliminar la contención de recursos.
  • Rendimiento más rápido. SATA transfiere datos un bit a la vez entre una unidad y su host, usando a cable de datos de siete clavijas y cable del conector de alimentación de la unidad de 15 clavijas. El cable SATA da como resultado una tasa de señalización más alta, lo que corresponde a un rendimiento de datos más rápido.
  • Flexibilidad de diseño. Los cables SATA también ofrecen un diseño flexible en la distribución física de un sistema. Los cables se extienden hasta 39 pulgadas, más del doble de la longitud de los cables planos de 18 pulgadas necesarios para los discos duros PATA convencionales. Eso les da a los diseñadores de sistemas más libertad sobre dónde se puede montar una unidad en un chasis. El estrecho ancho de los cables SATA también aumenta el flujo de aire dentro de las computadoras.
  • Características adicionales. Las unidades SATA más antiguas están equipadas con puentes para habilitar funciones adicionales. Un puente es un conector de plástico rectangular que crea un circuito cuando se desliza a través de dos pines. El circuito activa y desactiva ciertas configuraciones preprogramadas en el BIOS de una computadora o la Interfaz de firmware extensible unificada, como la regulación de la velocidad de la CPU, el voltaje de la señal y la resolución de problemas.

    La tecnología de puentes es un vestigio de las unidades de disco basadas en IDE. Rara vez se necesitan con computadoras fabricadas después de 2002. Una excepción es el uso de puentes para ralentizar las unidades más nuevas, lo que les permite usar versiones anteriores de la interfaz de hardware SATA de manera más eficiente. Sin embargo, existe un riesgo en esto, ya que la configuración incorrecta de los puentes dificultará la detección del dispositivo a medida que se agregan o intercambian unidades.

    El uso de menos conductores reduce el riesgo de diafonía e interferencia electromagnética con SATA. El voltaje de la señal también es mucho menor: 250 milivoltios para SATA frente a 5 voltios para PATA.

SATA frente a SAS

SCSI o SAS y SATA conectados en serie son tecnologías que utilizan cables delgados para transmitir datos en serie desde la placa base de una computadora hacia y desde el almacenamiento. Sin embargo, existen algunas diferencias clave entre las dos tecnologías, incluidas las siguientes:

Diseño básico. Los conectores SATA tienen cuatro hilos en un solo cable. Los conectores SAS también tienen cuatro cables, pero los separan en dos cables donde cada par de conductores puede enviar y recibir datos. Debido a esta diferencia, SATA solo puede conectar una placa base a un dispositivo de almacenamiento. SAS, por otro lado, puede conectar la placa base a una unidad de almacenamiento y otro dispositivo.

Velocidades de lectura y escritura. SATA 3.0 escribe datos en el almacenamiento a un límite teórico de hasta 6 Gbps, pero lee los datos a un ritmo más lento cuando los saca del almacenamiento para las aplicaciones. SAS lee y escribe datos de forma continua a aproximadamente la misma velocidad de 6 Gbps.

Donde usado. Debido a que SATA lee los datos más lentamente de lo que los escribe y debido a que admite altas capacidades, las unidades SATA se utilizan ampliamente para el almacenamiento de archivos de datos a los que no se accede con frecuencia. Las unidades SAS son una buena opción para cargas de trabajo de almacenamiento de baja densidad. Las empresas suelen utilizar SAS para almacenamiento a gran escala, en particular para admitir controladores de disco duro o almacenamiento de conexión directa para granjas de servidores empresariales.

Tiempo medio entre fallos (MTBF). Las unidades de disco duro SAS tienen una tasa de MTBF más alta que las hace más adecuadas que las unidades SATA para el almacenamiento basado en servidor. El MTBF de los SSD SAS varía de 1,2 millones a 1,6 millones de horas, mientras que los HDD SATA tienen un MTBF que oscila entre 700.000 y 1,2 millones de horas.

Costo. Las unidades SAS suelen ser más caras que las unidades SATA.

Tabla comparativa de protocolos de redes de almacenamiento
Vea cómo se comparan los distintos protocolos de red de almacenamiento.

SSD SATA, mSATA y NVMe

SATA se desarrolló inicialmente para unidades electromecánicas en las que un brazo actuador escribe y lee datos de sectores en un disco con eje giratorio. El estándar SATA se modificó posteriormente para admitir SSD no mecánicos basados ​​en almacenamiento flash.

Flash es mucho más rápido que el almacenamiento en disco, pero la interfaz SATA más lenta que fue diseñada originalmente para HDD continuó limitando las velocidades de SSD. La interfaz flash NVMe más reciente permite que una computadora lea y escriba datos en el almacenamiento SSD a un ritmo más rápido que los SSD SATA y SAS.

NVMe permite que el software del host se comunique directamente con los subsistemas de almacenamiento. Eso elimina la necesidad de una interfaz de bus para enrutar el tráfico de datos de un lado a otro. NVMe define la interfaz del controlador de host y el protocolo de almacenamiento para dispositivos flash optimizados para PCIe, un bus de expansión en serie que permite que las computadoras se conecten a dispositivos periféricos. Los SSD NVMe basados ​​en PCIe están disponibles en un factor de forma estándar y como módulos de memoria en línea dual que se insertan en las ranuras de la placa base.

Los dispositivos delgados mSATA y M.2 SATA se desarrollaron para proporcionar almacenamiento flash a nivel de placa. En 2009, SATA-IO presentó la especificación mSATA para SSD de factor de forma pequeño. La «m» originalmente significaba mini, pero esa designación ya no es relevante y la especificación se conoce como mSATA.

Un dispositivo mSATA es una unidad flash basada en la especificación SATA-IO. Se utiliza en computadoras portátiles y otros dispositivos informáticos portátiles. La especificación mSATA asigna señales SATA a una tarjeta PCIe montada internamente en la placa base de una computadora, utilizando un conector mSATA. Las unidades MSATA están diseñadas sin una carcasa exterior para caber dentro de pequeños dispositivos host. Su rendimiento es aproximadamente equivalente al de los SSD SATA tradicionales.

Dependiendo del fabricante, algunos sistemas informáticos permiten la inserción de SSD mSATA y PCIe en la ranura de memoria. Los pines y las ranuras utilizados por los dos protocolos son idénticos, pero los estándares no son compatibles de forma nativa. Los administradores del sistema deben configurar las unidades para que se ejecuten en modo mSATA o PCIe.

El factor de forma M.2 SSD surgió como almacenamiento para dispositivos informáticos ultradelgados; generalmente se considera un eventual reemplazo de mSATA. Un dispositivo mSATA admite cualquier iteración de SATA pero no es compatible con el conector M.2. Por el contrario, un SSD M.2 admite SATA, USB 3.0 y PCIe 3.0.

Foto del SSD SATA M.2 de la serie Micron 5100
Micron 5100 Series SATA SSD en factor de forma M.2

SATA externo (eSATA)

Cuando se concibió por primera vez, SATA estaba destinado a ser un mecanismo interno para mejorar el rendimiento del almacenamiento en las PC de los consumidores. La necesidad de extender ese rendimiento fuera del chasis llevó al desarrollo del accesorio de tecnología avanzada en serie externa (eSATA).

SATA-IO desarrolló eSATA como una variación de la especificación SATA, utilizando los mismos pines y protocolo para garantizar un rendimiento constante. Esto permitió que los dispositivos de almacenamiento SATA se conectaran externamente a la placa base de la computadora. El proceso utiliza un conector de alimentación resistente y dos metros de cables blindados para transferir datos entre dispositivos externos y almacenamiento interno. SATA-IO afirma que eSATA transfiere datos hasta seis veces más rápido que la interfaz USB 2.0 o IEEE 1394.

Se podría conectar un solo puerto eSATA a un chasis SATA externo para expandir el almacenamiento y construir una matriz RAID. La edición de video, la producción de audio y la copia de seguridad de datos son algunos casos de uso comunes para las unidades eSATA. Sin embargo, eSATA tiene límites. Muchos controladores y unidades SATA más antiguos no admiten la capacidad de intercambio en caliente que necesita la interfaz externa.

Obtenga más información sobre las últimas tendencias en SSD empresariales, el papel de los dispositivos de alto rendimiento y evolución de SATA a NVMe.

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