disk master/slave et diverses normes SATA et PATA

Soumis par Jenny le 20 aoû 2015 - 12:45

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Standard	Période	Vitesses MB/s	Capacité max
ATA-1 ou IDE	1986-1994	8,33 Mo/s	528 Mo
ATA-2 = EIDE	1995-1996	16,67 Mo/s	8,4 Go
ATA-3	1997	16,67 Mo/s
ATA-4	1998	33,33 Mo/s	136,9 Go
ATA-5 = Ultra DMA 66	1999-2000	66,67 Mo/s
ATA-6 = Ultra DMA 100	2001	100 Mo/s
ATA-7 = Ultra DMA 133	2002	133 Mo/s
Serial ATA 1.0	2003	150 Mo/s
Serial ATA 2.0	2004	300 Mo/s
Sata III	2009	600 Mo/s
sata-express	2013	2 Gb /s
USM	2013	6 Gb / s maxi

IDE / PATA / EIDE

Disk IDE (PATA ou EIDE) : cf jumper. La conf sur une meme nappe (ribbon cable) est obligatoire car utilise la techno bus parallele EIDE.

Le plus rapide des PATA est ATA/133. Pour info, IDE = Integrated Drive Electronics et PATA est pour Parallel ATA.
Elle est gérée par le comité T13 d'INCITS.

La connexion IDE tire parti des protocoles ATA/ATAPI.
ATAPI (ATA with Packet Interface extension) est en fait une extension de ATA (AT Attachement). Ce dernier est le protocole utilisé par les disques durs IDE tandis qu'ATAPI est plutôt utilisé par les lecteurs et graveurs de CD-ROM et DVD-ROM ainsi que par quelques lecteurs de disquettes spéciales de type ZIP par exemple.

Par convention le connecteur à l'extrémité (noir) est réservé au périphérique maître et le connecteur du milieu (gris) au périphérique esclave (mais bon nombre de nappes sont toutes noires).

les diverses normes ATA

Voir aussi l'excelent article en francais: http://www.commentcamarche.net/contents/747-ata-ide-et-eide (comporte tableaux PIO et modes DMA, + explique bien l'Ultra DMA).

ATA-3 (également appelé ATA Attachment 3 Interface) représente une révision mineure de l'ATA-2 (avec une compatibilité descendante) et fut publié en 1997 sous le standard X3.298-1997.
ATA-3 supporte les modes PIO 0, 1, 2, 3 et 4 ainsi que les modes DMA 0, 1 et 2.

ATA-4, ou Ultra-ATA/33, a été défini en 1998 sous sous le standard ANSI NCITS 317-1998. ATA-4 modifie le mode LBA afin de porter la capacité maximale des disques à 128 Go.

Depuis 2001 ATA-6 définit le support de l'Ultra DMA/100 (aussi appelé Ultra DMA mode 5 ou Ultra-ATA100) permettant d'atteindre des débits théoriques de 100 Mo/s.
* Introduction de Automatic Acoustic Management (AAM), permettant d'ajuster automatiquement la vitesse d'accès aux disques supportant cette fonction afin d'en réduire le bruit de fonctionnement.
* mode d'adressage des secteurs du disque dur sur 48 bits, appelé LBA48 (Logical Block Addressing 48 bits) => il est possible d'utiliser des disques durs de 2^48 secteurs de 512 octets, soit une capacité de maximale de 2 pétaoctets.

ATA-7 définit le support de l'Ultra DMA/133 (aussi appelé Ultra DMA mode 6 ou Ultra-ATA133) permettant d'atteindre des débits théoriques de 133 Mo/s.

Voir PJ.

Sata et ssd

Alors que les disques SATA (Serial Advanced Technology Attachment) et SSD (Solid-state drive qui utilisent de la mémoire flash), eux, utilisent un bus en série (serial bus).
Avec un bus en point-à-point, chaque channel ne peux avoir qu'un seul disque (et on voit bien qu'il n'y a pas de jumper). C'est donc dans le bios qu'on configure l'ordre du boot :

dans le bios (ici Phoenix) : CMOS Setup /false

SATA II ou sata III ? une question de norme...

Selon les cartes mères, on peux avoir divers cables, qui correspondent à la vitesse de transmission. Note: certaines cartes mères ont aussi des cables pour le raid (voir doc du bios et caractérisques de la carte mère).

Par ex, un SSD moderne est souvent de type SATA III standard, (connu aussi sous le nom SATA 6.0Gb/s), alors que bp de sata sont en SATA II (ie 3Gb/s).
Chez Intel, souvent les cables SATA II sont noirs, et SATA III en bleu.

historique de sata

Pour les débutants, voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Serial_ATA

Avantages de la norme SATA : débit, la gestion des câbles et le branchement à chaud (Hot-Plug).

Les 1ers sata apparaissent en 2003, avec un débit théorique de 1,5 Gbit/s (ou 187,5 Mo/s). SATA III apparait en 2009.

Le Serial ATA utilise le nouveau LVDS pour la signalisation (alors que IDE reste bloqué au maxi à 133 Mo/s).

Les normes SATA II (débit crête pratique ~300 Mo/s) et SATA III (débit crête pratique ~600 Mo/s) deviennent utiles pour des utilisations entre plusieurs SSD, dont les débits commencent à dépasser les 400-500 Mo/s pour les modèles haut de gamme début 2012

Revision #	Débit théorique Gbit/s	Débit théorique Mo/s	Débit pratique Mo/s
SATA I ou SATA 150	1,5	192	150
SATA II ou SATA 300	3	384	300
SATA III ou SATA 600	6	768	600

Révision 3.0 du Serial ATA = SATA 6Gbit/s = SATA 600

Révision 3.1 ou mSATA (mini SATA) : plutôt pour les ordi portables et Netbooks, sorti en 2009/2011. Le connecteur mini-SATA est plus petit que le SATA mais offre les mêmes performances que ce dernier.

eSATA (external SATA) :

Tension d'émission supérieure à la norme SATA (500-600 mV au lieu de 400-600 mV) ;
Tension de réception inférieure à la norme SATA (240-600 mV au lieu de 325-600 mV) ;
Protocole identique, afin de pouvoir utiliser les mêmes équipements ;
Longueur de câble maximum supérieure à la norme SATA (2 m au lieu de 1 m).

L'interface Micro-SATA est disponible pour les disques durs 1,8", elle est surtout destinée au PC ultraportables et tablettes.
Le connecteur Micro-SATA ressemble au connecteur SATA standard en plus petit, le connecteur d'alimentation est plus compact (9 broches au lieu de 15) et possède un détrompeur situé entre les broches 7 et 8. Les taux de transfert théorique sont de 230 Mo/s en lecture et de 180 Mo/s en écriture.

SATA USM (SATA Universal Storage Module) et USM Slim

requiert un controleur qui supporte soit le switch par commande (command-based switching) ou FIS (Frame Information Structure)-based switching.
Pour tv, consoles de jeux (televisions, game consoles, set-top boxes, computers, docking stations...) jusqu'à 6 GB/s.

USM slim a 9mm. http://www.sffcommittee.com/

SATA PM (= SATA Port Multiplier) permet d'utiliser plusieurs disques sata sur un seul cable. Cf http://www.sata-io.org/port-multipliersfalse

ssd (souvent pour upgrade d'un ordi portable)

On peux installer un ssd sata 3 sur un portable qui n'a que sata 1, bien sur, on perd en performance :) Parfois, il faut upgrader le bios afin qu'il puisse utiliser le ssd.
Plus à http://www.pcadvisor.co.uk/how-to/laptop/how-upgrade-your-laptop-hard-disk-ssd-3366618/ qui montre de plus comment utiliser Crucial's Data Transfer Kit (et soft EZ Gig IV de chez Apricorn)

En 2012, une part croissante des SSD saturent le débit maximal offert que ce soit en lecture ou en écriture. La norme SATA III tend à devenir obsolète, à peine généralisée. Ainsi, le PCI Express semble être le successeur du SATA, au moins pour les SSD.
Voir aussi http://www.sata-io.org/sata-express
Les SSD au format PCI Express sont le plus souvent constitués d'un contrôleur RAID interfaçant deux à huit SSD placés directement sur la carte, permettant ainsi d'obtenir une solution RAID clé en main et bien plus compacte qu'une carte SATA RAID raccordée à des SSD SATA classiques au format 2,5 ou 3,5 pouces. Cependant, ce type de solution ne supporte pas encore la commande TRIM.

Les composants importants à regarder : controleur et type de mémoire.

les controleurs (fonctions, connecteurs et AHCI, NVM Express ou autre)

Diverses fonctionnalités: code de correction d'erreur, wear leveling, une carte des blocs défectueux, gestion du Read scrubbing et read disturb, caches d'écriture et de lecture, cryptage et Garbage collection.

Le controlleur gère de plus les connecteurs (SAS = Serial attached SCSI avec des débits > 3 Gbits/s ; ou Sata > 135 Gbits/s ; PCIe > 2Gbits/s ; Fibre channet > 200 Mbits/s ; USB > 1.5 Mbits/s ; pata > 26.4 Mbits/s).

Les SSD peuvent utiliser divers interfaces logicielles (AHCI ou NVM Express ou encore des interfaces propriétaires). Ces interfaces logicielles déterminent un sensemble de commandes, utilisées par l'OS pour communiquer avec les SSD et leurs HBA (Host Bus Adapters).

choix ssd ou dur (pour son, acquisition vidéo...) ?

Les SSD sont plus performants en lecture, mais pas pour l'écriture (ils ne peuvent réécrire que des zones bien plus grandes qu'un secteur disque). Leur performance réelle en écriture ne sera donc que rarement leur performance théorique maximale.
Les disques durs laissent beaucoup de temps libre au processeur entre deux opérations, contrairement aux SSDs du fait de leur absence de délais mécaniques

en fr : https://fr.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive et surtout https://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive
voir aussi http://www.bhmag.fr/tests-dossiers/optimiser-son-ssd-684 et http://www.comptoir-hardware.com/articles/ssds/9072-comparatif-les-ssds-au-banc-dessai.html?start=10

et https://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive#Comparison_with_other_technologies

Notion de Wear levelling (ou Wear leveling, en fr "Uniformisation d'usure") pour les mémoires flash SSD et USB.

en gros, de 3 types (cf https://en.wikipedia.org/wiki/Wear_leveling):

no wear leveling : la pire, no comment
Dynamic wear leveling : map du LBA (de l'os) vers la mémoire flash physique. Le bloc physique y est marqué comme invalide (dans cette carte d'association) lors de l'effacement.
Typiquement utilisé sur les disques USB flash.
Static wear leveling (nommées aussi Global wear leveling) : ressemble bp au dynamique, sauf qu'ici, les blocs statiques qui ne changent pas sont périodiquement déplacés, de facon à ce que les parties moins utilisées peuvent etre utilisées par d'autres données. D'où une longévité accrue mais une performance inférieure (comparée aux dynamiques).
Typiquement utilisé sur les disques SSD.

Types de mémoires SLC, MLC ou TLC dma + NAND-based ou RAM

SLC NAND (Single Level Cell) a 2 niveaux de charge ou MLC NAND (Multi Level Cell) a 4 niveaux de charge (majorité des SSD grand public, plus lent moins fiable que SLC) ou TLC NAND (Triple Level Cell ou encore MLC « X3 », sortie en 2009) en a 8.

Sur des mémoires 50 nm, les SLC supportent environ 100 000 cycles écriture/effacement. La MLC a une durée de vie de l'ordre de dix fois inférieure, allant d'environ 3 000 à 10 000 cycles par cellule, selon les modèles. La TLC est la technologie ayant la plus faible durée de vie avec environ 1 000 cycles d'écritures par cellules.
Pour les mémoires de type flash MLC, il arrive qu'une corruption (nommée lower page corruption) survienne lorsqu'on perd l'alimentation au moment où il est programmé une page haute (upper page). On n'a pas ce soucis avec SLC.

Plus à http://www.comptoir-hardware.com/articles/ssds/9072-comparatif-les-ssds-...

En 2014, la pluspart des SDD utilisent des mémoires flash NAND-based, qui garde les données sans alimentation.
Les applis qui necessitent un accès rapide mais pas de persistance en cas de coupure d'alimentation sont plutot construites à partir de composants DRAM (temps d'accès < 10 micro s).
Il existe aussi les NVDIMM (nommés aussi Hyper DIMM), qui utilisent à la fois de la mémoire flash et de la DRAM.

SSHD (ou Hybrid drives ou encore solid-state hybrid drives)

utilisent un gros dur + un cache SSD.

Intel prévoit courrant 2016 de produire des SSD 3D XPoint avec une interface PCI Express.

EFD (Enterprise flash drives)

pour les applis qui necessitent : perf et sécurité (et consomme moins de courrant). Comporte souvent une batterie (built-in batteries or capacitors).
Le terme apparait en 2008. Comme il n'y a pas vraiment de réelles normes, les constructeurs de SSD abusent parfois du terme à des fins de marketing...

TRIM

La commande TRIM, disponible sur la plupart des modèles récents de SSD, permet aux systèmes d'exploitation modernes d'éviter que les performances ne se dégradent avec le temps.
Elle sert à notifier le SSD lors de l'effacement d'un fichier. Le contrôleur du SSD peut alors effacer les cellules de mémoire flash anciennement utilisées, afin d'optimiser les écritures ultérieures qui pourront alors être effectuées sans avoir à réaliser l'effacement préalable imposé par la technologie de la mémoire flash.

Cette technique permet également d'augmenter la durée de vie des SSD, à la condition de laisser suffisamment d'espace libre sur le disque, en effectuant une rotation sur les cellules utilisées à chaque écriture. Plus l'espace disque disponible est faible, plus les écritures seront fréquemment sur les mêmes cellules et réduira donc l'efficacité de cette technique.

TRIM sous Ubuntu : TRIM à la volée est activée par défaut à partir d'Ubuntu 14.04 LTS sur les partitions ext4 et BTRFS, aucune modification à faire à partir de cette version
cf https://doc.ubuntu-fr.org/ssd_solid_state_drive#la_commande_trimactivation_et_utilisation

un soucis ?

erreurs IO : http://www.tech-faq.com/io-device-error.html

DMA chez MS (perf et si soucis)

Note : pour les gros disques (3 ou 4 To) il faut parfois modifier ou vérifier le mode DMA dans windows. Dans xp, voir cet article (avec copies d'écran).
Pour seven : http://windows.microsoft.com/en-us/windows/turn-direct-memory-access-on-...

Attention, windows n'aime pas les changement de mode DMA (linux est plus souple).

sous linux

DMA sous linux : http://www.mjmwired.net/kernel/Documentation/DMA-API-HOWTO.txt et aussi https://www.win.tue.nl/~aeb/linux/lk/lk-9.html

créer la partition avec le format GPT. http://www.cyberciti.biz/tips/fdisk-unable-to-create-partition-greater-2...
https://www.leaseweb.com/labs/2013/07/5-crucial-optimizations-for-ssd-us... et plus récent (et en fr) : http://p3ter.fr/optimiser-son-ssd-sous-linux.html

Ubuntu : TRIM à la volée est activée par défaut à partir d'Ubuntu 14.04 LTS sur les partitions ext4 et BTRFS https://doc.ubuntu-fr.org/ssd_solid_state_drive
Plutot ok avec Ext4 depuis fin 2013. F2FS est plus récent (pensé pour les mémoires flash) mais toujours en dev.

plus à https://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive#Linux_systems

plus sur le web

http://www.pcadvisor.co.uk/how-to/pc-upgrades/how-slave-sata-drive-3461780/

diverses normes ATA : https://en.wikipedia.org/wiki/Parallel_ATA#ATA_standards_versions.2C_transfer_rates.2C_and_features
et cet article en francais: http://www.commentcamarche.net/contents/747-ata-ide-et-eide (comporte tableaux PIO et modes DMA, + explique bien l'Ultra DMA)
super aussi en francais (mais date un peu): http://www.courstechinfo.be/Hard/Disque.html

Voir aussi les indispensables http://www.ata-atapi.com/ et http://www.serialata.org/

http://www.t13.org/ Responsible for all interface standards relating to the popular AT Attachment (ATA) storage interface
http://www.t10.org/ SCSI
http://www.t11.org Fibre Channel
http://www.sata-io.org/