SATA 3

در حال حاضر دو نسخه از گذرگاه SATA عرضه شده که از نظر سرعت انتقال داده با یکدیگر تفاوت دارند.
نسخه دوم این گذرگاه که SATA 2 نام دارد، با نرخ انتقال داده 3 گیگابیت بر ثانیه، در حال حاضر به عنوان استانداردی فراگیر در اغلب سیستم‌ها به کار گرفته می‌شود. این نسخه از ساتا علی‌رغم اینکه از نظر تئوری، نرخ انتقالی به میزان 2 برابر نسخه 1 فراهم می‌کند، اما از نظر کارآیی تفاوتی بسیار اندک با نسخه 1 دارد. اکنون که کنسرسیوم ساتا، نسخه سوم این استاندارد را معرفی کرده، این سوال در اذهان ایجاد می‌شود که دلیل عرضه این استاندارد جدید چیست؟ 

شکل 1

همانطور که در شهرها و روستاها وظیفه دولت و شهرداری‌ها این است که با رشد جمعیت، بزرگراه‌، ‌جاده، استادیوم و ... جدید احداث کنند و یا تغییراتی در آنها اعمال کنند تا پاسخگوی جمعیت بیشتر باشند، در دنیای کامپیوتر نیز وظیفه سازندگان تجهیزات کامپیوتری این است که قبل از آنکه استاندارد یا گذرگاهی مبدل به گلوگاه برای سیستم‌شود، با معرفی استانداردی جدید این معضل را برطرف کنند. اکنون کنسرسیوم ساتا مشخصات ساتای جدید را با نرخ انتقال داده 6 گیگابیت بر ثانیه تصویب کرده است. 
طی چند سال گذشته کنسرسیوم ساتا همواره تلاش ‌کرده تا قبل از آنکه نیاز برنامه‌های کاربردی به حدی برسد که گذرگاه هارددیسک تبدیل به گلوگاه شود، استاندارد جدیدی را معرفی ‌کند. طبق تحقیقات به عمل آمده توسط بخش توسعه و تحقیق شرکت Segate، SATA 2 با توان عملیاتی 250 الی 300 مگابایت بر ثانیه (از نظر تئوری 375 مگابایت بر ثانیه) تا سال 2011 پاسخگوی نیازهای کاربران خواهد بود. اما سوال این است که چرا به استاندارد ساتا جدیدی با نرخ انتقال 6 گیگابیت بر ثانیه نیاز است؟
بنا به عقیده مدیر بخش توسعه و تحقیق شرکت Segate، معرفی استاندارد جدید دو دلیل عمده دارد:
اول اینکه، معرفی این استاندارد موجب می‌شود تا قبل از آنکه گذرگاه ساتا تبدیل به گلوگاهی در سیستم شود، استانداردی جدید با سرعت بیشتر در اختیار کاربران قرار می‌گیرد. دومین دلیل نیز این است که معرفی دو فناوری به صورت همزمان معمولاً موجب شکست یکی از آنها می‌شود. بنابراین قبل از آنکه SSDها به عنوان فضای ذخیره‌سازی در کامپیوتر فراگیر شوند، نیاز بود تا استاندارد ساتا 3 عرضه شود. 
در واقع هارددیسک‌های امروزی به سرعت انتقال بیش از 150 مگابایت بر ثانیه (سرعت استاندارد SATA 1 ) نیاز ندارند. بنابراین عمده‌ترین دلیل معرفی این استاندارد جدید، عرضه درایوهای حالت جامد (SSD) در سال‌های آینده و فراگیر شدن آنها در سیستم‌های خانگی است. کنسرسیوم ساتا اطمینان دارد که هارددیسک‌های سال‌های آینده نیازی به پهنای باند 6 گیگابیت بر ثانیه ندارند و هدف این استاندارد جدید، درایو‌های SSD نظیر درایوهای‌ اینتل است که در حال حاضر عرضه شده‌اند. در حقیقت نرخ انتقال اطلاعات 3 گیگابیت بر ثانیه موجب محدود شدن کارآیی درایو‌های SSD شده و افزایش این نرخ انتقال اطلاعات به 6 گیگابیت بر ثانیه، حتی موجب افزایش کارآیی SSDهای امروزی نیز می‌شود. هر چند با عرضه SSDهای جدید این امکان وجود دارد که در آینده نرخ انتقال 6 گیگابیت بر ثانیه نیز باعث محدود شدن کارآیی درایوها شود. 
به طور کلی SATA 3 موجب افزایش سرعت خواندن و نوشتن هارددیسک‌ها نخواهد شد. همانطور که در گذشته نیز شاهد بودیم، درایوهای SATA 1  با درایوهای مشابه SATA 2 هیچ‌گونه تفاوت عملکردی در کارآیی ارایه نکردند. 
اگر گذرگاه ساتا را یک بزرگراه در نظر بگیریم، تفاوت گذرگاه ساتا 6 گیگابیت بر ثانیه نسبت به نسخه 3 گیگابیت بر ثانیه در این است که در گذرگاه 6 گیگابیت بر ثانیه ماشین‌ها قادرند با سرعت بیشتری حرکت کنند. حال اگر حداکثر سرعت ماشین‌ها پایین‌تر از حداکثر سرعت مجاز بزرگراه باشد، از این ویژگی بی‌بهره خواهند ماند. در این بزرگراه ماشین‌های مسابقه‌‌ای (درایوهای SSD) قادرند از ویژگی سرعت بیشتر بهره ببرند. بنابراین ماشین معمولی که قادر نیست با سرعتی بیش از 3 گیگابیت بر ثانیه حرکت کند، مطمئناً از ویژگی این بزرگراه بی‌بهره خواهد ماند.
پورت‌‌های 6 گیگابیت بر ثانیه‌ای SATA 3  کاملاً با کابل‌ها و درایوهای نسخه‌های قبل یعنی SATA 2 و SATA 1 سازگارند و در نسخه جدید نیاز به هیچ‌گونه تغییری در کابل و کانکتور نیست. اگر مادربورد پورت‌ SATA 1 داشته باشد، اما روی آن هارددیسک مبتنی بر SATA 3  قرار گیرد، گذرگاه با سرعت SATA 1  یعنی همان 1.5 گیگابیت بر ثانیه عمل خواهد کرد. 
NCQ همراه با QoS برای پخش جریانات ویدیوییفناوری صف‌بندی فرمان‌ها (NCQ) موجب می‌شود تا هد‌های خواندن و نوشتن بر حسب موقعیت داده‌ها، به ترتیب داده‌ها را روی پلاترها بنویسند و یا از روی آنها بخوانند. به عبارت دیگر، فرمان‌ها به جای آنکه به صورت ترتیبی اجرا شوند، ابتدا موقعیت داد‌ه‌ها روی هارددیسک سنجیده می‌شود و سپس براساس موقعیت داده‌ها فرمان‌ها اجرا می‌شوند. بنابراین ممکن است ابتدا فرمان شماره 1 و 3 که داده‌هایی در کنار یکدیگر دارند، اجرا شوند، سپس فرمان شماره 2 که مثلاً داده‌ا‌ی در انتهای پلاتر دارد، اجرا شود. در کل این موضوع باعث بهبود کارآیی درایوها می‌شود.
فناوری صف‌بندی فرمان‌ها موجب کاهش حرکت هد و دیگر قطعات مکانیکی هارددیسک می‌شود. چون SSD فاقد بخش‌های مکانیکی است و سرعت دسترسی تصادفی به داده‌ها نیز در آنها زیاد است، نیاز به این فناوری ندارد.
SATA 3 خصوصیتی جدید به نام کیفیت سرویس (QoS) به ویژگی NCQ اضافه کرده که در کاربردهایی همانند پخش ویدیوهایی با کیفیت بالا تاثیرگذار است. بنا بر اظهار مدیر ارتباطات جهانی شرکت AMD، بهبود ویژگی‌های NCQ موجب سریع‌تر شدن نرخ انتقال اطلاعات در سرورهای سطح پایین و سیستم‌های بازی می‌شود. این توسعه جدید که QoS نام دارد، موجب حق تقدم در اجرای برخی از وظایف نظیر جریانات ویدیویی و بازی‌های آنلاین می‌شود. به عبارت ساده‌تر، در ارسال و دریافت داده‌ها، وظایفی که به حالت Real Time نیاز دارند، نسبت به دیگر وظایف هارددیسک حق تقدم دارند. به طور مثال زمانی که یک درایو درگیر پخش جریان ویدیویی است، سرویس NCQ به این وظیفه حق تقدم می‌دهد و اجازه می‌دهد تا داده‌های مربوط به این وظیفه سریع‌تر ارسال شوند.

شکل 2

انتقال پیوسته در برخی مواقع وقتی درایوهای ساتا با نرخ انتقال اطلاعات پایین به پورتی با نرخ انتقال داده بالاتر متصل می‌شوند، می‌توانند داده‌ها را با سرعت بیشتری عبور دهند. برای درک بهتر فرض کنید یک هارددیسک SATA 1  به مادربوردی مبتنی بر پورت
‌ SATA 2 متصل شود. اگر کامپیوتر از هارددیسک درخواست اطلاعاتی به میزان دو برابر آن چه که می‌تواند از پورت‌ ساتا انتقال پیدا کند داشته باشد، اطلاعات در بافر هارد ذخیره می‌شود. در این وضعیت با توجه به اینکه سرعت خواندن داده از چیپ‌های DRAM بیشتر از سرعت خواندن داده از طریق هد هارددیسک است، داده‌ها با سرعتی تقریباً معادل با سرعت اینترفیس انتقال پیدا می‌کنند. این روش انتقال داده‌ها، انتقال پیوسته نام دارد. برای مثال ذکر شده در بالا، داده‌‌ها با سرعتی تقریباً معادل 3 گیگابیت بر ثانیه (یعنی سرعت رابط ساتا 2) انتقال پیدا می‌کنند. در حالی که در مواقع دیگر سرعت انتقال داده‌ها در این اینترفیس پایین‌تر از 1.5 گیگابیت بر ثانیه است. البته این موضوع به چیپ DRAM که به عنوان بافر در هارددیسک به کار گرفته می‌شود نیز بستگی دارد. 
اصولاً در وضعیت انتقال پیوسته داده‌ها، سریع‌تر از وضعیت عادی انتقال می‌یابند و این موضوع موجب می‌شود حتی در برخی مواقع نرخ خواندن داده‌ها از درایو نیز دو برابر شود. در نمایشگاهی که دو شرکت Segate وAMD در اواخر ماه مارس برگزار کردند، سرعت انتقال پیوسته Barracuda 7200.12 از 250 مگابایت بر ثانیه در SATA 2 به میزان شگفت‌انگیز 550 مگابایت بر ثانیه در SATA 3  رسید. 
نرخ انتقال داده‌‌ها در نسخه‌های مختلف ساتا دقیقاً معادل نرخ ذکر شده برای آنها نیست. برای مثال نرخ انتقال داده ‌در ساتا 1.5گیگابیت بر ثانیه دقیقاً معادل
 187.5 مگابایت بر ثانیه نیست. دیگر نسخه‌های ساتا مانند ساتای 3 گیگابیت بر ثانیه‌ای و ساتای 6 گیگابیت بر ثانیه‌ای نیز به ترتیب دارای نرخ انتقا‌ل‌375 مگابایت بر ثانیه و 750 مگابایت بر ثانیه نیستند. به طور کلی نرخ انتقال داده‌ها در گذرگاه ساتا به عوامل گوناگونی بستگی دارد.
کیفیت طراحی کنترلر هارددیسک و کنترلر ساتا، دو عامل تاثیرگذار در این مسئله هستند. بنا بر گفته رئیس کنسرسیوم ساتا، گذرگاه ساتا 3، تقریباً 600 مگابایت در هر ثانیه انتقال می‌دهد. این میزان تنها اشاره به انتقال داده‌ها نمی‌کند بلکه جهت انتقال آدرس، فرمان و داده‌های دیگر بین درایو و کنترلر ساتا نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. از گذرگاه ساتا علاوه بر داده‌ها، فرمان‌ها نیز به درایوها انتقال داده می‌شوند. فرمان‌ها مشخص می‌کنند که چه داده‌هایی درخواست شده و همچنین نحوه انتقال آنها چگونه باید باشد. 
در گذرگاه ساتا، داده‌ها به صورت بسته‌بندی انتقال داده می‌شوند که این موضوع سبب می‌شود تا مقداری از کل پهنای باند بیهوده مصرف شود. در این گذرگاه گیرنده و فرستنده از یک پروتکل مشترک استفاده می‌کنند. زمانی که یک بسته انتقال داده می‌شود، گیرنده باید صحت و درستی بسته را بررسی کند و اگر بسته دریافت شده درست بود، به فرستنده سیگنالی مبنی بر دریافت صحیح اطلاعات ارسال می‌کند. 

شکل 3: دو شرکت Segate وAMD در در نمایشگاهی که اواخر ماه مارس برگزار کردند، سرعت انتقال پیوسته Barracuda 7200.12 از 250 مگابایت بر ثانیه در SATA 2 به میزان شگفت‌انگیز 550 مگابایت بر ثانیه در SATA 3  رسید.

متاسفانه به هیچ عنوان نمی‌توان روی کارآیی انتقال پیوسته حساب کرد، زیرا به ندرت اتفاق می‌افتد که سیستم در وضعیت انتقال پیوسته قرار گیرد. اغلب هارددیسک‌های امروزی 32 تا 64 مگابایت بافر دارند که این موضوع باعث شده تا داده‌های بیشتری در بافر هارد ذخیره شود. در استاندارد ساتای 6 گیگابیت بر ثانیه‌، اهمیت بافر در کارآیی هارددیسک افزایش می‌یابد. 
گرچه ممکن است SATA 3 موجب افزایش کارآیی هارددیسک‌های اینترنال نشود، اما این استاندارد در آینده موجب رشد کارآیی درایوهای اکسترنال خواهد شد. در حال حاضر استاندارد SATA 3 تنها برای درایوهای اینترنال معرفی شده است، بنابراین ذکر این نکته مهم است که این استاندارد در آینده برای درایوهای اکسترنال نیز معرفی خواهد شد. اتصال اکسترنال از اهمیت بیشتری برخوردار است، زیرا به کانکتورهای قدرتمندتری نیاز دارد و از کابل‌هایی با طول نسبتاً بیشتر پشتیبانی می‌کند و به طور کلی انعطاف‌پذیری بیشتری ارایه می‌دهد. 
معمولاً از پورت‌ ساتای اکسترنال برای اتصال 2 یا تعداد بیشتری درایو استفاده می‌‌شود. این وضعیت قطعاً موجب کاهش کارآیی می‌شود. به خصوص در آرایش RAID که به جای استفاده از دو یا تعداد بیشتری پورت‌ ساتا، تنها از یک پورت‌ استفاده می‌شود. به بیان ساده پورت‌ ساتای اکسترنال در وضعیتی که 2 یا تعداد بیشتری درایو به آن متصل شود، تبدیل به گلوگاهی برای سیستم خواهد شد و SATA 3 قادر است این گلوگاه را از بین ببرد. با توجه به اینکه نرخ انتقال داده در این نسخه از ساتا 6 گیگابیت بر ثانیه است و درایوهای ساتا همانطور که در قبل نیز گفتیم، در بهترین وضعیت نیاز حداکثر به پهنای باند 1.5 گیگابیت بر ثانیه دارند، بنابراین به سادگی ‌می‌توان دو درایو ساتای اکسترنال را به یک پورت‌ SATA 3 متصل کرد. 

شکل 4

نگاهی اجمالی به SATA 3همانطور که در بخش‌های قبلی ذکر کردیم، تنها درایوهای SSD مبتنی بر پورت‌ ساتا به افزایش سرعت این گذرگاه نیازمندند. در حال حاضر پیشرفت‌هایی نظیر معرفی کنترلرهای چند کاناله، طراحی چیپ‌های NAND جدید و برخی موارد دیگر موجب شده تا نرخ انتقال اطلاعات در این گذرگاه افزایش یابد و این احتمال وجود دارد که در آینده با معرفی فناوری‌های جدیدتر، درایو‌های SSD نیاز به گذرگاهی با سرعت انتقال داده بیشتر داشته باشند. شاید درایوهای SSD به کمک SATA 3 بتوانند هارددیسک‌ها را از میدان رقابت خارج کنند. 
به پورت‌‌های SATA 3 نیز همانند دیگر نسخه‌های ساتا نمی‌توان بیش از یک درایو متصل کرد. دلیل این موضوع نیز ماهیت انتقال نقطه به نقطه گذرگاه ساتا است، در حالی که پورت‌‌های IDE قادرند همزمان از دو درایو به صورت Slave و Master پشتیبانی‌کنند. کنترلرهای مجتمع شده در چیپست‌های مادربورد در زمان عرضه SATA 3 حداقل از 8 پورت‌ ساتا پشتیبانی خواهند کرد. گرچه با عرضه درایوهای SSD و هارددیسک‌های یک ترابایتی کنونی نیز به این تعداد پورت‌ نیاز نیست، اما در مورد درایوهای اکسترنال موضوع اندکی متفاوت است. زیرا به هر پورت‌ اکسترنال ساتا می‌توان بیش از یک درایو متصل کرد. بنابراین SATA 3 در این زمینه موجب افزایش کارآیی می‌شود. 
در آینده کارت‌های SATA 3 نیز عرضه خواهند شد. این کارت‌ها قطعاً مبتنی بر اسلات‌های PCI‌معمولی نیستند و براساس پورت‌‌های PCI-E 4x  (مسیره 4) عرضه خواهند شد. کارت‌های SATA 3 مبتنی بر هر دو نسخه PCI Express 
(یعنی PCI-E نسخه 1.x و 2) خواهند بود، اما در صورت استفاده از RAID بهتر است از PCI-E نسخه 2 استفاده شود. 
به نظر نمی‌رسد SATA 3 برای کاربران عمومی مزیتی به همراه داشته باشد. کاربرانی که با برنامه‌هایی نظیر Word و دیگر برنامه‌های کاربردی‌ـ اداری کار می‌کنند، شاید هیچ‌گاه نیاز به سیستمی مبتنی بر این گذرگاه پیدا نکنند، اما کاربران حرفه‌‌ای و کاربرانی که داده‌های خود را همواره در درایوهای اکسترنال ذخیره می‌کنند، باید چشم انتظار عرضه رسمی این فناوری باشند.