Serial ATA Teknolojisi: Teknolojinin Dünü, Bugünü

Serial ATA II: Ağ uygulamalarına ekstra güç
Henüz Serial ATA 1.0 arabirimi ile doğru düzgün tanışılmadan, Serial ATA II arabiriminden söz edilmeye başlandı. Geçen
aylarda katıldığımız IDF’de bu konseptin ilk ürünlerini görme fırsatımız oldu. Bu arabirim çok daha hızlı olduğundan dolayı, ağ donanımları ve sunucular için düşünülmüş bir teknoloji. Serial ATA 1.0 gibi Serial ATA II de yüksek bir bant genişliğe sahip. Dolayısıyla bu arabirimin de optik cihazlar ve veri depolama ürünlerinde kullanılması düşünülüyor. Serial ATA 1.0’da olduğu gibi Serial ATA II de, incecik bir kablo ile veri aktarımı yapıyor. Ayrıca jumper ya da değişik ayarlamalara da gerek kalmıyor. Bu sayede, entegre ettiğiniz her bir cihaz, sistem tarafından otomatik olarak tanınıyor ve çalıştırılması sağlanıyor. Serial ATA II, iki dönemde gelişimini tamamlayacak. İlk dönemden, sunucu ve ağ donanımlar etkilenecek. Arabirimin iyice oturması sonucundan da, ikinci dönem devreye girecek. İkinci dönemde, daha yüksek bir transfer oranı, yani bant genişliği, üst mertebelere taşınacak. Serial ATA II, Serial ATA 1.0 arabirimine de uyumlu olacak. Serial ATA II arabiriminin 2003 yılının 2. yarısında tamamlanması hedefleniyor. Bu arabiriminin gelişmesini sağlamakla görevli olan Serial ATA II Working Group, Serial ATA 1.0’ı geliştiren grubun aynısı.

IDF fuarında, Serial ATA 1.0 arabirimi için üretilmiş çeşitli ürünler tanıtılmıştı. Örneğin Adaptec, Serial ATA Controller ve PCI RAID kartlarını tanıtmıştı. Seagate ise Serial ATA sabitdisklerini tanıtmıştı. Geçtiğimiz ayda gezdiğimiz CeBIT fuarında Maxtor’un da Serial ATA diskleri ürettiğini görme fırsatını bulduk.

Sonuç: Serial ATA’ya geçiş hazırlıkları
Yeni arabirime geçiş için bu arabirimi destekleyen ürünlerin fazlaca piyasada bulunması gerekir. Bu yüzden olsa gerek, SATA adaptörleri geliştirildi. Bu adaptörler sayesinde, Paralel ATA arabirimli bir disk, Serial ATA arabirimine göre çalıştırılabilir. Çalışabilmesinin nedeniyse, paralel sinyal iletiminin bu adaptörler sayesinde seri sinyal iletimine dönüştürülmesi...

Bu adaptörlerin, seriye geçiş için maliyeti artırması, bir dezavantaj gibi gözükebilir. Ama paralel kullanımda çok önemli bir yer tutan bellek ihtiyacının minimuma indirilmesi çok büyük bir avantaj. Bu da doğal olarak geçiş süresini kısaltır. Bu tür
bir gelişme çok güçlü bir arabirim olan Firewire cephesinde yaşanmıştı ve halen yaşanmaya devam ediyor. Bildiğimiz gibi
Firewire ya da IEEE1394 diye adlandırılan arabirim, senelerdir piyasada olmasına ve çok hızlı bir arabirim olmasına rağmen,
geniş bir ürün seçeneğine sahip değil.Oysa, sabitdiskler veya optik sürücüler, Firewire arabirimi tarafından rahatlıkla desteklenebilir. Dileriz Firewire’ın başına gelen Serial ATA’nın da başına gelmez!

Paralel ATA versiyonlarında sinyal iletim kabloları ile güç kabloları farklıydı. Serial ATA’da sinyal iletim kabloları ile
güç kablolarının aynı hat üzerinden iletilmesi öngörülüyor. Ama, IDF (Intel Developer Forum) ve CeBIT fuarındaki izlenimlerimizden yola çıkarak, sinyal kablosu ile güç kablosunun aynı kanalı kullanmadığını söyleyebiliriz. Hatta Serial ATA cihazlarının güç girişi farklı olduğu için, 4 pin’i 15 pin’e çeviren basit bir kablo dönüştürücüsü de kullanılıyor. Serial ATA arabiriminin yüksek veri transfer hızına sahip olmasından dolayı hata düzeltme fonksiyonu entegre edilmiş. Bu sayede yüksek hızdan dolayı oluşan hatalar minimuma indirgeniyor. Sistem çalışırken cihaz dahil etmek veya çıkarmak veya çok yüksek kapasiteli disklerin bu arabirim ile çalıştırılmasına yönelik fonksiyonların ise gelecekte entegre edileceği söyleniyor. SATA’nın fiziksel veri iletimi için, +250 mV ile -250 mV’luk bir gerilim uygulanıyor. Bu gerilim değeri SCSI arabiriminde kullanılan değer ile aynı. Yani Serial ATA’da LVDS tekniği kullanılıyor. Low Voltage Different Signal tekniği sayesinde elektro manyetik voltaj sorunları minimuma indirgeniyor ve dolayısıyla veri transfer performansı da önemli ölçüde artıyor. Bu da SCSI arabirimini tehlikeye sokuyor. Çünkü SCSI arabirimi, bu teknik sayesinde oldukça başarılı sonuçlar verebiliyor. Serial Ata kablosundaki aşırı yüklemeyi kaldırmak için 8B/10M kodlaması kullanılıyor. Bu kodlamada bir byte 10 bit’lik bir gruba dönüştürülüyor. Bu teknik sayesindeyse, alıcı ve verici tarafından senkronizasyon bozulmuyor ve veri iletim yolu da güvenlik
altına alınıyor.

Kablo bağlantılardaki değişiklik: Kablo karmaşasına son
Paralel veri iletiminde hız sadece kısa mesafeli uzaklıklarda etkiliydi.Uzun mesafelerle veri iletimi gerçekleştiriliyor, ama hız önemli derecede düşüyordu. Bunun nedeni ise, bit sayılarının uzun mesafede rasgele hızlarda gitmesi ve bundan dolayı bir karmaşanın meydana gelmesiydi. Ayrıca, 40 veya 80 iğneli paralel kablolar kalın olduklarından dolayı, yeterince esnek bir yapıda değillerdi. Bu nedenle de, kasanın içindeki hava sirkülasyonunu da etkiliyorlardı. Yeni bağlantının bir diğer özelliği
de, paralel bağlantıdan alıştığımız kalın kablo yerine çok daha ince bir kablo kullanılması. Dolayısıyla yeni bağlantının
pin sayısı da diğer bağlantıya göre daha düşük. Serial ATA için 6 ya da 8 damarlı bir kablo yeterli. Paralel kablolarda bu damar sayısı 40 idi, hatta Ultra ATA 66 ve 100’lerin çıkması ile birlikte damar sayısı da 80’e çıktı. Seri bağlantıda zaman gecikmesinin yaşanması mümkün değil. Çünkü seri bağlantıda, paralel bağlantının aksine sinyal iletimi tek bir kanaldan yapılıyor. İğne sayısının düşük olduğu bu bağlantıda, ses kartı ile CD-ROM arasında bağlanan kablo gibi incecik bir kablo kullandığından dolayı, hava sirkülasyonu da olumsuz yönde etkilemiyor.

Yeni arabirimin bir diğer önemli avantajı ise, yazılım kurulum sürecinin azalması ve kablo maliyetlerinin düşürülmesi. Master/Slave sorununu ile çoğumuz karşılaşmışızdır. Sisteme entegre ettiğiniz bir IDE cihazı, bu yüzden kullanıcıya dertli anlar yaşatabilir. Paralel ATA iki adet master mimarisine sahipti. Bu master mimarisine iki adet de slave dahil ediliyordu.

Bu nedenle günümüzün anakartlarında toplam dört adet IDE cihaz sisteme bağlanabiliyor. SATA bu soruna teke tek bir çözüm getiriyor. SATA Host Adaptörü, shadow register setine sahip. Bu register seti, günümüzün sabitdisklerinde bulunan register setlerini emule ediyor. Bu özellik sayesinde ATAPI ve ATA komutları, SATA protokollüne dönüşebiliyorlar. Master/Slave desteği de bu tür bir emulasyon ile yapılıyor. Eski bir diske sahip olan kullanıcılar, özel geliştirilmiş bir adaptör sayesinde SATA controller üzerinden çalıştırılabilirler. Kısaca burada master/slave ilişkisi yok. Yine dört adet cihaz destekleyen bu bağlantı, paralel arabirimden farklı olarak peer to peer tekniği ile çalışıyor. Yani, her bir cihaz kendi kablosu üzerinden ve tek bir port üzerinden bağlanıyor. Böylece host adaptörüne cihaz başına bağlantı yapılıyor. Bu sayede jumper ayarlaması ve Bus terminolojisi tarihe karışıyor. Yani, her bir cihaz, diğer cihazdan bağımsız bir şekilde çalıştırılıyor. Bu standardı destekleyen cihazları konfigüre etmek gerekmiyor. Jumper ayarı yok. Ayrıca işletim sistemleriyle uyumsuzluk da söz konusu değil. Buna ek olarak özel sürücüler kurmak da gerekmiyor. Bu protokolün bir diğer önemli yanı ise, sadece dahili veri transferler için düşünülmüş olması. Yani USB/USB2 ve Firewire arabirimleri, harici bağlantılar için yerlerini SATA’ya bırakmıyorlar.

ATA’nın gelişimi:
SATA/1500 kullanıma hazır İlk zamanlarda bir ATA standardından söz edilmezdi. Çeşitli firmaların tavsiyeleri ve tecrübeleri sonucunda zamanla anakart üreticileri de destek vererek ATA özellikleri geliştirildi. Ardından, ANSI (American National Standarts Institude) tarafından bir standart haline getirildi. Bu gelişmeden sonra Small Form Factor komitesi ATAPI arabiriminde standartlaşmaya gitti. Böylece CD-ROM ve sabitdiskler için ATA kabloları geliştirildi. Bu arabirim sürekli geliştirilerek standartlaştırıldı. Yani amatörce bir yol izlendi. Örneğin çok önemli olan BUS terminasyonu bu standarda sonradan eklendi. En son değişiklik ise, hepimizin bildiği 40 damarlı kablodan 80 damarlı kabloya geçiş ile yapıldı. Bu ekstra damar sayısı yüksek veri transfer hızlarının güvenli yapılabilmesi için geçerli. Çünkü gerilim iletimi ile veri aktarımda sorunlar yaşanabilir. ATA 100 arabiriminin teknolojik gelişmenin sonuna yaklaşması sonucu yeni bir arabirim için kollar sıvandı. Ve sonunda Serial ATA standardı geliştirildi. Bugünlerde birçok veri transfer uygulaması seri bağlantıyı tercih ediyor. Bu da en çok paralel ATA arabirimini etkiliyor. Çünkü saniyede 100 Mbyte’lık bir hız ile veri transferi gerçekleştirebilen bu arabirim teknolojisinin sınırına dayandı. Bu yeni arabirim Ultra Serial ATA 1500 ya da SATA/1500 olarak adlandırılıyor.

Serial ATA’ya geçiş:
Paralel ATA gelişimini tamamladı Serial ATA, IDE ATA’nın bir sonraki adımı olarak görülüyor.Yeni arabirimi geliştiren
grup geçtiğimiz aylarda bu yeni endüstri standardının son rötuşlarını tamamladı. ATA 1.0 olarak adlandırılan bu yeni standart, Intel Developer Forum’da ilgili kişilere tanıtıldı. Yeni standart sayesinde yeni nesil sabitdiskler daha yüksek bir performansla çalıştırılabilecek. Intel ve AMD işlemcileri de bu hız artışından faydalanabilecekler. Kablonun ince olması sayesindeyse, kasa içindeki hava sirkülasyonu daha etkili hale gelebilecek ve kasa içi ısı değeri düşebilecek. Bu da sistem kasalarını daha küçük boyutlara indirebilecek. Yeni seri I/O mimarisi, günümüzde kullanılan paralel I/O yapısının yerini aldıktan sonra, optik sürücü/yazıcı ve sabitdisk gibi cihazlara yüksek bir bant genişliği sunacak. Yeni arabirimin bir çok üretici tarafından desteklenmesi de önemli bir avantaj... Örneğin, APT, Dell, Intel, IBM ve Maxtor’un yanı sıra Seagate de bu yeni arabirimi ürünlerine entegre etmeye başladı bile.

Serial ATA’nın teknik özellikleri: SCSI arabirimine rakip
Bu teknolojinin performans değerlerinin ne olduğu hakkında çok net bilgi yok. Serial ATA’nın teorik olarak saniyede 600
Mbyte’lık bir veri transfer oranına ulaşılması gerekiyor. Buna karşın, arabirimi geliştiren grup, veri transfer hızının en az
saniyede 150 Mbyte olacağını garanti ediyor. Serial ATA, piyasada bulunan işletim sistemleriyle ve yazılımlarla uyumlu olmakla kalmıyor, master/slave konseptini de destekliyor. Bunu Paralel ATA’nın BUS topolojisi ile karıştırmamak gerek. Bu arabirim, daha çok yıldız topolojisine benziyor. Çünkü yıldız topolojisinde de olduğu gibi sistemler bire bir bağlanıyorlar. Ayrıca veri iletimi ve gönderimi, farklı veri yollarından yapılıyor. Nedeni ise, LVDS’nin, yani simetrik veri iletim tekniğinin kullanılması.

Sabitdiskler veya optik cihazlar, diğer bilgisayar donanımları ile iletişim kurmak için arabirimleri kullanırlar. İlk arabirim IBM bilgisayarlarda bulunuyor ve ST-506 olarak adlandırılıyordu. Bu arabirim 20 ve 34 pinlik iki kabloya sahipti ve verileri seri formatta iletirdi. Bir işlemde bir bitlik bir bilgi aktaran bu arabirim, 0.625 MBps-1.2 MBps arasında değişen bir hız değerine sahipti. Sonra Maxtor tarafından ESDI oarak adlandırılan yeni bir arabirim geliştirildi. ST-506’nın devamı olan bu arabirim, aynı kablo sistemine sahipti ve 3 MBps’lik bir veri transfer hızına çıkabiliyordu. Bu arabirim ile birden çok cihaz aynı kablo üzerinden desteklenebiliyordu. Ama pek tutulmadı ve yerini SCSI arabirimine bıraktı. Integrated Device Electronics veya kısaca IDE olarak bildiğimiz arabirim bir sonraki gelişme idi. ATA yani Advanced Technology Attachment olarak da adlandırılan bu arabirim, controller’ın diskin içine girmesi ile ünlenmişti.

Günümüzde IDE arabirimi anakartın üzerinde geliyor. Hepimizin bildiği master/slave olarak adlandırılan arabirime, iki adet cihaz bağlanabiliyor. Yalnız 40 pinlik bir kablo ile bağlanan bu cihazlara jumper ayarı yapmak gerekiyor. Ama üreticiler
durmak bilmediler ve Enhanced IDE arabirimini geliştirdiler... Fast ATA ya da ATA 2 olarak adlandırılan bu arabirim, saniyede
16.6 MB’lık hız değeri ile göze çarpıyordu. 2 GB’nın üstündeki kapasiteye sahip olan diskler için üretilen arabirimin
sorunu ise 8.4 GB limiti idi. ATA arbiriminin 28 bit adresleme kullanılmasına karşın, BIOS 24 bit adreslemeyi kullanıyordu ve ancak 8.4 GB adreslenebiliyordu. INT 13’ün BIOS’a eklenmesi ile bu sorun çözüldü. Çünkü bu özellik sayesinde BIOS adreslemesi 64 bit’e çıkarıldı. Tek sorun bu değildi. Fat 16 sistemi sadece 2.1 GB’ı adresleyebiliyordu. Dolayısıyla büyük kapasiteli diskle 2.1 GB’lık partisyonlara ayrılmak zorundaydılar. Ama FAT 32’li Windows sürümünün çıkması ile birlikte bu sorun da çözülebildi.

IDE cephesinde gelinen sonraki nokta ise Ultra Ata arabirimi. ATA-2 ile uyumlu olan bu arabirim, saniyede 33 MB’lık bir hıza sahipti. Bu arabirim ile birlikte Cyclical Redundancy Check Error kontrolü getirildi. CRC, yazılması gereken verinin
yazmadan önce kontrol edilmesi ve hata bulunursa yazma işleminin tekrardan başlatılması işlemine denir. Bu sayede hız ve
güvenirlilik artırıldı. Zamanla bu arabirim de geliştirildi ve sırayla ATA-66 ve ATA-100 arabirimleri geldi. Adlarından da anlaşıldığı gibi bu arabirimlerin hızları 66 MBps ve 100 MBps. Günümüzde yaygın olarak Ultra ATA-100 kullanılıyor. Hatta
bazı anakart üreticilerinin Ultra ATA-133’ü desteklemeye başladıklarını görebiliyoruz. Ama IDE arabirimi yerini daha geniş bir desteğe sahip olan Serial ATA’ya bırakıyor.