پروتکل های ارتباطی IDE، PATA ، SATA ، SCSI ، SAS ، SSD و AHCI

پروتکل ارتباطی IDE مخفف Integrated Drive Electronics است.
یک رابط استاندارد برای رسانه‌های ذخیره‌سازی مثل دیسک‌های
سخت و دیسک‌های نوری بوده است.
اگرچه در ابتدا موانع زیادی برای این رابط وجود داشت اما سرانجام
به‌عنوان یک استاندارد، کامل شد و درایوهای مختلف از تولیدکنندگان
مختلف می‌توانند به بیشتر مادربردها Attach شوند.

چند سال پس از ساخته‌شدن IDE ، توسعه‌دهندگان با استانداردهای
پیشرفته‌تر به نام EIDE و یا Enhanced Integrated Drive Electronics ،
که سه بار سریع‌تر از نسخه‌های قدیمی‌تر کار می‌کردند، به عرصه آمدند.
بیش از چهل یا هشتاد سیم در کابل EIDE وجود دارد ،
که به‌طور عمده ترکیب و ارتباط کنترلر، و یا برد مدار، با هارددیسک را
بر عهده‌دارند. IDE همچنین به‌عنوان PATA نیز شناخته‌شده است،
به معنی ATA موازی.

 

پروتکل ارتباطی PATA

یکی دیگر از پروتکل های ارتباطی، PATA است  که یک تکنولوژی بر پایه IDE است
که برای اتصال دستگاه‌های ذخیره‌سازی و یا درایوهای نوری به مادربرد سیستم
استفاده می‌شود.
به PATA به‌اختصار ATA هم گفته می‌شود. دلیل آن این است که بعدازاینکه تکنولوژی
SATA یا Serial ATA به میان آمد نام تکنولوژی ATA را PATA گذاشتند.
طول کابل‌های PATA دراز است و شکلی صاف دارند و دارای کانکتوری با ۴۰ عدد پین
هستند. یک سر کابل PATA به پورت PATA موجود در مادربرد کامپیوتر متصل می‌شود
که معمولاً IDE نشانه‌گذاری می‌شود، و یک سر دیگر کابل PATA به دستگاه ذخیره‌سازی‌مان
مانند هارددیسک وصل می‌شود.
برخی از کابل‌های PATA دارای کانکتور اضافی برای اتصال به بیش از یک دستگاه ذخیره‌سازی
مثل هارددیسک می‌باشند.  کابل‌های PATA در طراحی‌های ۴۰ سیمی و ۸۰ سیمی عرضه
می‌شوند.

دستگاه‌های ذخیره‌سازی جدید که از استاندارد PATA پشتیبانی می‌کنند نیاز به طراحی ۸۰
سیمی استاندارد PATA دارند تا سرعت قابل قبولی را به همراه داشته باشند.
هردوی کابل‌های PATA از نزدیک به طراحی ۴۰ سیمی شباهت دارند و تمایز دادن بصری آن‌ها
از یکدیگر کمی سخت به نظر می‌رسد.
اما بااین‌وجود راهی هم برای تمایز دادن آن‌ها از یکدیگر وجود دارد این‌که کانکتور های کابل‌های
۸۰ سیمی به رنگ‌های سیاه، خاکستری و آبی هستند و کانکتور های ۴۰ سیمی PATA تنها
به رنگ سیاه هستند.

نکته: با اینکه استانداردهای (پروتکل های ارتباطی) PATA و SATA هر دو بر پایه‌ی IDE هستند
اما کابل‌ها و کانکتور های PATA (یا همان ATA ) معمولاً IDE نامیده می‌شوند.

دستگاه‌هایی که از فنّاوری PATA پشتیبانی می‌کنند از direct memory access یا DMA استفاده
می‌کنند.
DMA به دستگاه امکان می‌دهد تا به‌طور مستقیم از حافظه استفاده کنند بدون اینکه از CPU
بهره ببرد که این کار از بار پردازشی CPU می‌کاهد.
Ultra DMA یا UDMA در ATA نسخه ۴ ظاهر شد و قابلیت نرخ انتقال داده را تا ۴۴MB/s داشت.

بااین‌حال با توسعه در صنعت، برای غلبه بر برخی از مشکلات PATA ازجمله سقف عملکرد، مسائل
مربوط به کابل‌کشی، و تحمل ولتاژ موردنیاز، نیاز به یک رابط جدید ذخیره‌سازی به وجود آمد . بنابراین،
رابط ATA سریال تعریف شد.

SATA برای غلبه بر محدودیت PATA و کابل‌کشی ساده و بهبود عملکرد طراحی‌شده بود. رابط
پیشرفته متوالی یا SATA بسیار مشابه IDE کار می‌کند.
کابل‌های آن بلند و نازک هستند و کاملاً همان توابع یکپارچه‌سازی دیسک‌های سخت با کنترل

در کامپیوترهای شخصی را دارا می‌باشند،
اما این دستگاه‌ها با سرعتی بالاتر از واسط الکترونیکی یکپارچه دیسک‌گردان ، کار می‌کنند.
امروزه بسیاری از کامپیوترهای شخصی با SATA منطبق است و با پیشرفت و رشد بیشتر فنّاوری،
در حال حاضر کامپیوترهای کمتری وجود دارند که با کانکتور IDE سازگار باشند.

نسخه‌های مختلف پروتکل ارتباطی SATA

همانند تمام فنّاوری ها، رابط کاربری SATA از چندین iterations
برای تطابق با استانداردهای مدرن برخوردار است. SATA تا به
امروز سه نسخه متفاوت را ارائه کرده است.

به‌غیراز برخی از تفاوت‌های جزئی، مانند NCQ که مخفف
Native Command Queuing بوده و به همراه SATA 2.0 معرفی شد،
تفاوت اصلی بین نسخه‌های SATA 2.0 و ۳.۰ سرعت
انتقال داده‌ای است که می‌توانند ارائه دهند.
پروتکل ارتباطی SATA 1.0 که امروزه منسوخ‌شده و کامپیوترهای
جدید از این نسخه و Interface را ندارند بنابراین هیچ موضوعی
برای بحث در خصوص SATA 1.0 نیست و مختومه است.
هر سه connector و کابل‌های نسخه‌های مختلف SATA با هم
سازگار هستند و تفاوت سرعت انتقال داده‌ها بین کابل‌ها،
موضوعی است که می‌خواهیم در این مورد با شما صحبت کنیم.

SATA به‌طور پایه‌ای و کلی،

درون کامپیوتر و روی مادربرد قرار دارد پس به‌این‌ترتیب شما
فقط می‌توانید دستگاه‌های ذخیره‌سازی داخلی (مثل هارددیسک) را بدان متصل کنید.
اگر مادربرد سیستم شما از (eSATA (external-SATA هم پشتیبانی کند شما می‌توانید
از بیرون کیس هم دستگاه به سیستم متصل کنید.
شکل ظاهری آن مانند یک رابط معمولی SATA است. همانند VGA  و یا اتصالات USB

اما نکته اینجاست که این اتصال خیلی هم قدرتمند عمل نمی‌کند و دستگاه‌هایی که
به این طریق به سیستم متصل می‌شوند نمی‌توانند از سرعت SATA3.0 بهره‌مند شوند.
فنّاوری SATA در طول سالیان گذشته تا به امروز دستخوش تغییرات زیادی شد که منجر
به ارائه ورژن‌های مختلف گردید و آن چیزی که امروزه ما شاهد آن هستیم بلوغ کامل
SATA تا به امروز است که فقط تعداد محدودی دستگاه را با سیستم ارتباط می‌دهد
که این به نوبه خود در سرعت انتقال اطلاعات این تکنولوژی خیلی مؤثر است برعکس
پورت USB که از میلیون‌ها دستگاه‌ها پشتیبانی می‌کند.

نکات بیشتر از SATA

همه این استانداردها و سرعت‌ها و اتصالات ممکن است کمی کاربران را گیج کند اما جای
نگرانی نیست تمام کابل‌های داخلی SATA نه‌تنها باهم سازگار هستند،
بلکه همگی در همه نسخه‌ها یکسان هستند. به‌عنوان‌مثال، شما می‌توانید ازآنچه به‌عنوان کابل SATA 1.0
با یک دستگاه و مادربرد SATA 3.0 علامت‌گذاری شده است استفاده کنید و سرعت انتقال را از دست ندهید،
که این معنی را می‌دهد که کابل SATA III اساساً یک اصطلاح بازاریابی است که سروصدا کرده است.
اما در مورد Connector ها قضیه متفاوت است، سرعت در نسخه‌های مختلف اینترفیس های SATA باهم فرق دارند.
به‌عنوان‌مثال، یک هارددیسک SATA 3.0 متصل به پورت SATA 2.0 فقط به‌اندازه سرعتی که SATA 2.0 مادربرد
پشتیبانی می‌کند نقل‌وانتقال اطلاعات خواهد داشت.

بنابراین شما از هر کابلی برای اتصال دستگاه‌های دارای اینترفیس SATA می‌توانید استفاده کنید.
فقط باید مطمئن شوید که ورژن ساتای دستگاهی که می‌خواهید به مادربرد متصل کنید یکی باشد،
مانند همین مثالی که زدیم اگر مثلاً هارددیسک SATA 3.0 باشد و اینترفیس مادربرد SATA2.0 باشد
سرعت نهایی معادل سرعت اینترفیس SATA2.0 مادربرد خواهد بود.

جمع‌بندی نهایی:

رابط SATA I ، که به‌طور رسمی به‌عنوان SATA 1.5Gb / s شناخته می‌شود، نسل اول رابط SATA است
که با سرعت ۱.۵ گیگابایت بر ثانیه کار می‌کند. ظرفیت پهنای باند، که توسط رابط پشتیبانی می‌شود،
تا ۱۵۰ مگابیت بر ثانیه است.

رابط SATA II که به‌طور رسمی به‌عنوان SATA 3Gb / s شناخته می‌شود، نسل دوم SATA است که با
سرعت ۳.۰ Gb/s پشتیبانی کرده و ظرفیت پهنای باند در این اینترفیس تا ۳۰۰ مگابایت در ثانیه پشتیبانی
می‌شود. رابط SATA III که به‌طور رسمی به‌عنوان SATA 6Gb / s شناخته می‌شود، نسل سوم رابط
SATA است که با سرعت ۶.۰ Gb/s پشتیبانی کرده و ظرفیت پهنای باند در این اینترفیس تا ۳ Gb/s در
ثانیه پشتیبانی می‌شود.

 

پروتکل ارتباطی SCSI

SCSI کلمه اختصاری Small Computer Systems Interface می‌باشد
که اشاره دارد به ورودی (سوکت) برای وصل شدن چاپگر یا هر دیسک
دیگری یا اسکنر و هر چیزی که دسترسی و اجازه به اتصال برای خروجی
SCSI را دارد.
طراحی آن از طرف شرکت اپل می‌باشد. سرعت انتقال داده‌ها در سال
۱۹۸۶ به ۵ مگابایت می‌رسید، درواقع همان سالی که ظهور پیدا کرد
همراه با امکان اتصال ۸ هارد در خروجی واحد با کابلی که به ۶ متر
می‌رسید و الان به ۶۴۰ مگابایت و کابل ۱۲ متر می رسد و برای ۱۶ هارد
دیگر توسعه پیداکرده است جالب اینکه در این نوع هارد می‌توان مستقیماً
به RAM متصل شد بدون در نظر گرفتن CPU البته برای سرورهای زیاد و
پایگاه داده‌هایی بالا مناسب است و سازگاری با کاربر عادی ندارد و خیلی
کم مادربردی پیدا می‌شود که این نوع هارد را پشتیبانی کند لذا به کارت
کنترل مخصوص SCSI یا SAS نیاز هست. این نوع هاردها از فن‌آوری Raid
پشتیبانی می‌کند.

 

پروتکل ارتباطی  SAS

SAS درواقع نسل جدیدی از پروتکل های ارتباطی است
که دارای سرعت بالایی می‌باشد و برای سخت‌افزاری‌هایی
که عملیات انتقال اطلاعات را انجام می‌دهند استفاده می‌شود
که قطعاً یکی از آن‌ها هارددیسک می‌باشد.
نوع انتقال اطلاعات SAS همانند طرحی که در قدیم استفاده
می‌شده است ترتیبی و یا نقطه‌به‌نقطه بوده و از انتقال موازی
بهره نمی‌گیرد.
درواقع در توضیح دقیق می‌توان گفت رابط‌ها و یا پورت‌ها در
هارددیسک SAS به‌صورت Parallel نیستند که در هارد های
SATA استفاده می‌شد بلکه از نوع Serial Bus می‌باشند.
تفاوت این دو نوع رابط در نوع اتصال و سرعت انتقال می‌باشد.

در رابط‌های موازی یا Parallel به علت انتقال موازی اطلاعات
پهنای باند در بین موارد و دستگاه‌های مختلف به اشتراک
گذاشته می‌شود و نیازمند پهنای باند بیشتری می‌باشد
اما در Serial Bus های هارد های SAS تمامی پهنای باند
یک ارتباط به همان دستگاه تخصیص می‌یابد که موجب
افزایش سرعت انتقال می‌گردد.

در نسخه دوم این تکنولوژی که در سال ۲۰۰۸ معرفی شد سرعت
انتقال اطلاعات به ۳ Gbit/s رسید و در نسل دوم در سال ۲۰۰۹
به ۶ Gbit/s و در نسل سوم در سال ۲۰۱۳ به ۱۲ Gbit/s رسید.

ظاهر فیزیکی SAS

در مورد ظاهر این نوع هارد دیسک، با توجه به اینکه از خانواده هارد های SATA می‌باشند،
بسیار مشابه این نوع هارد هاست و تنها در همان پورت اتصال میزانی تفاوت خواهند داشت.
هم‌خانواده بودن با هارد های SATA به این معناست که در هارد دیسک SAS نیز اطلاعات
بر روی دیسک‌های خشک ذخیره می‌گردد و توسط یک اهرم خوانده می‌شوند و طراحی
هارد های SAS مانند هارد دیسک SSD مشابه با فلش مموری ها نمی‌باشد.
با توجه به این موضوع مشخص است که هارد های SAS نیز مشابه با SATA و برخلاف SSD
می‌توانند دارای حجم‌های بالا و فضاهای زیادتری باشند
و همچنین سرعت آن‌ها نیز با توجه به نوع اتصال بسیار بیشتر از هارد ها SATA می‌باشد.
درنتیجه درصورتی‌که هم‌زمان هم به‌سرعت بالا و هم فضای بیشتری نیاز داشته باشیم،
محدودیت‌های SATA و SSD دیگر در مقابل ما نخواهند بود.
اما همین موضوع دلیل واضحی بر قیمت بسیار بالای این هارد ها می‌باشد.

بهترین اندازه برای سرعت هارد دیسک:

IOPS (خروجی‌های ورودی در هر ثانیه) بهترین اندازه برای سرعت
هارد دیسک است که میزان داده‌هایی را که می‌توان از آن درایو
نوشته و خواند، بیان می‌کند.
درایوهای SAS تمایل دارند برای رایانه‌های سازمانی مورداستفاده
قرار بگیرند که در آن سرعت و دسترسی بالا بسیار مهم هستند
مانند معاملات بانکی و تجارت الکترونیک.
درایوهای SATA تمایل دارند که برای دسکتاپ، استفاده از مصرف‌کننده

و برای نقش‌های کمتری مانند ذخیره‌سازی داده‌ها و پشتیبان گیری
مورداستفاده قرار گیرند.
درایو SAS قابل‌اعتمادتر از درایوهای SATA هستند.

 

SSD

حافظه SSD بر پایه حافظه فلش است که فلش مموری ها
و مموری کارت‌ها نیز بر همین اساس ساخته می‌شوند.
به زبان دیگر حافظه‌های SSD شبیه به فلش مموری ها
البته در سایز بزرگ‌تر هستند که در کیفیت ساخت و نوع
قطعات باهم اختلافاتی دارند.
حافظه SSD رقیبی برای هاردها یا حافظه‌های HDD محسوب
می‌شود زیرا به دلیل مقاومت زیاد و همچنین مصرف برق
کمتر و نیز سرعت عملکرد بالا می‌تواند
جایگزین خوبی برای این نوع از حافظه‌ها باشد به‌شرط اینکه
قیمت این نوع حافظه هم کمی به‌صرفه‌تر شود.
اگر هم‌اکنون شاهد ترجیح کاربران به خرید هارد های سخت
هستیم به همین دلیل است.
SSD برخلاف HDD به‌طور کامل الکترونیکی هست و هیچ
قسمت متحرک یا مکانیکی در آن وجود ندارد.
این نوع از حافظه‌ها به علت مزایای قابل‌توجه ای که نسبت
به هاردها دارند ازنظر قیمت نیز نسبت به هاردها متفاوت
هستند و قیمت نسبتاً بالایی دارند.
با همه این تفاسیر این نوع از حافظه‌ها ازنظر میزان فضای

ذخیره سازی داده

ذخیره‌سازی داده‌ها نسبت به هاردها ظرفیت کمتری دارند.
حافظه های SSD نسبت به قطع ناگهانی برق آسیب پذیر
هستند و ممکن است اطلاعات درایو از بین برود یا منجر به
شناسایی نشدن یا عدم شناسایی اس اس دی منجر شود
که در این مواقع دسترسی به اطلاعات امکان‌پذیر نیست.

SSD تک سطحی سلولی یا SLC در برابر چند سطحی سلولی
یا MLC گران‌قیمت‌تر هستند اما سرعت بیشتری دارند.
پرسرعت‌ترین و گران‌ترین مدل از این نوع حافظه‌ها SSDهای
مبتنی بر DRAM هستند که زمان پاسخی برابر با ۱۰میکروثانیه

دارند که این سرعت تقریباً ۰٫۱ سایر SSD ها می‌باشد.
به‌منظور ارائه قیمت مناسب‌تر فلش شرکتی یا EFDs را معرفی

شدند که کارایی و زمان پاسخ مناسبی دارند.
یک حافظه SSD یک تراشه کنترلر و تعدادی تراشه حافظه برای

ذخیره‌سازی اطلاعات دارد. تراشه کنترلر پلی میان اجزای حافظه

و سیستم میزبان است همچنین وظیفه شناسایی SSD به دستگاه را دارد.
پردازنده‌ی جاسازی‌شده در این تراشه کد سطح فریم ور را در
سطح سیستم‌عامل اجرا می‌کند.

تفاوت بین IDE و SATA

درواقع عملکرد این دو کاملاً مشابه است.پروتکل ارتباطی IDE نسخه قدیمی‌تر SATA است.
SATA ساده‌تر، راحت‌تر و است و پیچیدگی کمتری دارد. این طراحی انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر است.

بااین‌حال IDE و SATA از انواع مختلف کانکتور استفاده می‌کنند چراکه آن‌ها نمی‌توانند بدون
آداپتور مبادله اطلاعات کنند.

IDE ها معمولاً از کابل نواری ۴۰ پین ساخته‌شده‌اند که می‌تواند به دو درایو متصل شود،
درحالی‌که SATA با استفاده از کابل ۷ پین است به شما امکان اتصال به تنها یک درایو را می‌دهد.

رابط IDE به‌صورت موازی اجرا می‌شود درحالی‌که رابط SATA به‌صورت سریال اجرا می‌گردد که سریع‌تر است .

هنگامی‌که داده‌ها به‌صورت موازی فرستاده می‌شود، قبل از اینکه روند پردازش آغاز شود بایستی
برای رسیدن همه داده‌ها صبر کنید، درحالی‌که در حالت سریال ،داده‌ها تنها از یک اتصال جریان دارند
و تأخیر از بین می‌رود.

همان‌طور قبلاً گفته شد، SATA از فن‌آوری‌های جدیدتر استفاده می کندو ازاین‌رو قادر به انتقال اطلاعات
با سرعت بالاتری می‌باشد. SATA سرعت انتقال اطلاعات اولیه ۱۵۰ مگابایت در ثانیه دارد درحالی‌که
سرعت انتقال اطلاعات IDE تنها ۳۳ مگابایت بر ثانیه است.

اکنون SATA می‌تواند تا سرعت اطلاعات ۶ گیگابایت در ثانیه را پشتیبانی کند درحالی‌که حداکثر سرعت
انتقال اطلاعات درIDE  نیز ۱۳۳ مگابایت در ثانیه است.

درایوهای IDE از یک استاندارد Five pin Molex power connection چهار یا ۱۲ ولت استفاده می‌کند
درحالی‌که درایورهای SATA از کانکتور ۱۵ پین ۳٫۳ ولتی با ویژگی hot-plug استفاده می‌کنند.

واقعیت این است که تنها تفاوت موجود بین این دو دستگاه این است که SATA نسخه بسیار پیشرفته‌تر IDE است .
هر دو هدف مشابه ای را برآورده می‌کنند، بااین‌حال امروزه بیشتر از SATA استفاده می‌شود چراکه
تولیدکنندگان کمتری مادربردهای سازگار با IDE تولید می‌کنند.

 

تفاوت‌های IDE و AHCI در کنترلر بایوس سیستم

AHCI مخفف Advanced Host Controller Interface است.
یک رابط برنامه‌نویسی کاربری که یک operation mode را
برای پروتکل ارتباطی SATA تعریف می‌کند.
برای حفظ سازگاری با سخت‌افزارهای قدیمی‌تر، بیشتر
کنترلرهای SATA برای شما حق انتخاب operation mode
را فراهم می‌کنند.
AHCI به کاربران امکان استفاده از ویژگی‌های پیشرفته‌ای
که برای SATA در دسترس است را فراهم می‌کند. اولین
ویژگی آن Native Command Queuing (NCQ) است.
بدون NCQ همه‌ی درخواست‌های پی‌درپی بدون هیچ آنالیز
و بهینه‌سازی می‌خواهند جواب دهی شوند.
NCQ درخواست‌ها را آنالیز و مرتب‌سازی می‌کند و محل
دیتاهای درخواست شده که به‌صورت فیزیکی به هم نزدیک‌تر هستند،
کنار هم‌گروه بندی می‌شوند و دسترسی به آن‌ها با
سرعت بیشتر و زمان حداقل انجام می‌گیرد زیرا برای
هد هارد کوتاه‌ترین مسیر را برای دسترسی به داده‌ها
معرفی می‌کند و مسلماً کاهش صدای هارد را هم دارد
زیرا هد کمتر بر روی دیسک جابجا می‌شود.

ویژگی دیگر AHCI ویژگی hot plugging است.

یعنی قابلیت اتصال و یا جدا کردن یک هارد درایو از سیستم
مثل یک removable disk و اتصال آن مثلاً به یک سیستم
دیگر بدون اینکه نیاز باشد تا برای شناسایی هارد توسط
سیستم،سیستم را خاموش و روشن کنیم.
ویژگی بعدی TRIM است که دیتاهایی که سیستم‌عامل
در ظاهر آن‌ها را پاک‌کرده را به‌طور کامل پاک می‌کند و
از دوباره‌نویسی و overwrite داده‌ها توسط سیستم‌عامل
جلوگیری می‌کند زیرا این overwrite های متوالی باعث
کم شدن کارایی هارد می‌شود.
اما این نکته را هم باید در نظر داشته باشیم که در AHCI
زمان boot طولانی‌تر می‌شود.

در تنظیمات مربوط به بایوس قسمت هارد دیسک‌ها دو
وضعیت یا operation mode داریم که هارددیسک از طریق
آن‌ها با سایر اجزای سیستم ارتباط ایجاد می‌کند.
IDE استاندارد رابط قدیمی قابل‌استفاده برای دیویس‌های
ذخیره‌سازی است، AHCI یک برنامه برای رابط‌های جدیدتر SATA است.
بیشتر کنترلرهای SATA به شما اجازه‌ی انتخاب این وضعیت‌ها را می‌دهند.
AHCI  برای توسعه‌دهندگان برنامه‌ها و نرم‌افزارها و طراحان سخت‌افزار
این امکان را ایجاد می‌کند که یک متد و شیوه استاندارد برای تشخیص
و برنامه‌نویسی مبدل‌های SATA//AHCI داشته باشند.
AHCI ویژگی‌های پیشرفته‌تری مثل NCQ و همچنین hot plugging را
داراست که IDE آن را ندارد.

نکته : تغییر حالت از IDE به AHCI و برعکس ، بعد از نصب سیستم‌عامل می‌تواند منجر به مشکل شود.