直列 ATA의 構造에서 物理 階層 을 보면, 데이터 連結은 두 雙의 한 方向의 信號 線들로 이루어진다. 이 線 위에서, 直列 ATA는 낮은 電壓 차분 信號 (LVDS) 方式을 使用한다. LVDS는 竝列 ATA에 비해 더 빠른 電送을 可能케 한다. 바이트 데이터는 8B/10B 인코딩을 利用하여 인코딩되고 電送된다. 8B/10B 인코딩은 이더넷 , 파이버 채널 , PCI 익스프레스 等에서 利用되는 方式이다. 一般的으로 竝列에서 直列로 인코딩을 하면 效率이 80%程度 나온다. 다만, 이 인코딩 方式은 비트와 文字列 境界를 區分하는 情報를 함께 가지고 있으므로, 클럭 信號가 따로 必要 없다. 竝列 方式이 아닌 直列 方式을 使用하면, 未來에 性能이 改善된 하드 디스크가 나오면 速度를 뒷받침할 수 있다. 또한, 高速의 竝列 인터페이스에 견주어 價格을 낮출 수 있다.

SATA 物理 階層 위에는 링크 階層 및 트랜스포트 階層이 存在한다. 이 上位 階層들은 設定 및 데이터 오퍼레이션들 順次的인 패킷으로 變換한다. 이 패킷은 SATA이 連結되면 電送된다. 應用 階層에서는 SATA는 ATA의 動作 모델을 그대로 利用하였다. 作業 레지스터 파일(읽기/쓰기 PIO 및 DMA를 要請하기 위해 쓰임)도 같은데, 모든 SATA 호스트 具現은 이것을 반드시 具現해야 한다. 各 製造社別로는 옵션으로 使用할 수 있게 해 두었다. (이를테면, 時뮬레이티드 RAID ), 하지만 이러한 機能들을 利用하려면 특별한 裝置 드라이버를 써야 한다.

使用者의 觀點에서 主要한 SATA와 PATA의 差異點이 한 가지 더 있다. 호스트와 드라이브 사이가 1:1로 連結된다는 것이다. 各 SATA 裝置는 SATA 호스트 포트와 1:1로 連結된다. 다른 裝置들과 케이블이나 代役을 같이 쓰지 않으며 別途醫점퍼設定이 必要없으며 貯藏裝置는 노트북과 데스크탑과 端子가 같고 odd는 單子의 크기에서 差異나지만 互換이可能하다.

많은 製造社들은 直列 ATA를 直列 附着 SCSI (Serial Attached SCSI)와 結合하여 具現한 바 있다. 이 프로토콜은 커넥터를 같이 쓴다. 入門 水準의 初步 使用者들은 SATA 貯藏 裝置를 쓰고, 나중에 높은 性能을 바라는 使用者들은 SAS로 업그레이드하는 길이 열려 있다.

SATA 1.5 Gbit/s는 1世代 SATA 인터페이스다. 沙陀 원 (SATA I), 或은 SATA/150 이라고 말하기도 한다. 1 秒에 約 1.5 기가비트의 速度로 通信할 수 있다. 8B10B 코딩의 오버헤드를 勘案하면, 符號化가 되지 않은 狀態의 電送率은 1 秒에 1.2 기가비트(秒當 150 메가바이트)다. 實際로는 SATA/150이나 PATA/133이나 理論的인 버스트-스루풋(burst throughput)은 비슷비슷하다. 하지만, 最近의 SATA 裝置들은 NCQ 같은 機能을 提供하여 多衆 作業 環境에서 SATA의 性能을 조금 더 높여주고 있다.

SATA/150이 業界에 導入된 바로 다음, SATA/150에서 問題點이 몇 가지 浮刻되었다. 먼저, 應用 프로그램 水準에서 SATA의 驅動 모델은 PATA의 驅動 모델을 假想으로 具現하는 方式이었기 때문에, 디스크가 한番에 한가지 要請(읽기/쓰기 等의 動作)만 處理할 수 있었다. 이에 反해, SCSI 디스크는 여러 要請을 받아서 큐(queue)에 넣은 後, 디스크 드라이브가 應答 時間을 最適化하기 위해 要請을 다시 配列할 수 있었다. NCQ에 依해 SATA에도 이러한 機能이 導入되었다. NCQ는 附加 機能으로 SATA 1.5 Gbit/s 와 SATA 3.0 Gbit/s 두 군데에서 쓸 수 있다.

1世代 直列 ATA 裝置들은 以前의 竝列 ATA/133 裝置에 비해 조금 더 빠를 뿐이었다. 그리하여 데이터 스루풋 을 150 MB/s에서 300 MB/s 로 늘린, 3 Gbit/s 信號 速度의 物理 階層이 導入되었다. 現在 데스크톱에서 쓸 수 있는 가장 빠른 하드 디스크만이 團地 SATA/150 링크를 艱辛히 꽉 채워서 使用하지만, 앞으로는 SATA/300 링크를 꽉 채워서 쓸 수 있는 디스크 드라이브 스루풋 이 必要할 것이고, SATA/300이 그것을 만족시켜 줄 것으로 豫想한다. 이것은 1.5 Gbits/s用 SATA 데이터 케이블이, 現在 3.0 Gbit/s 드라이브에 連結되어 持續/버스트 데이터 電送에 對해 速度 低下 없이 쓰이고 있는 까닭이기도 하다.

SATA/300과 SATA/150 사이의 下位 互換性은 重要했다. 그래서 SATA/300의 自動 協商 節次(autonegotiation sequence)가 SATA/300의 設計에 들어갔다. SATA/300은 SATA/150 裝置(콘트롤러)와 連結될 때에는 SATA/150의 速度(1.5 Gbit/s)로 自動으로 떨어지게 된다. 몇몇의 옛 SATA 콘트롤러는 SATA 自動 速度 協商을 잘 處理하지 못한다. 該當 시스템에서는 3.0 Gbit/s 裝置를 1.5 Gbit/s 裝置로 設定하기 위해 使用者가 直接 점퍼를 바꿔서 꽂아야 했다. [1] Archived 2007年 5月 31日 - 웨이백 머신 誤謬가 있는 칩셋으로는 VIA VT8237, VT8237R 사우스 브리지와, VIA VT6420, VT6421L 獨立型 SATA 콘트롤러를 꼽을 수 있다. [2] ^{[ 깨진 링크 ( 過去 內容 찾기 )]}

3.0 Gbit/s 規格은 흔히 시리얼 ATA II , 또는 沙陀 투 ( Serial ATA II, SATA II )라고도 불린다. 事實 直列 ATA 標準化 團體에서는 그런 이름을 바라지 않았다. 公式 사이트 에서는 SATA II는 當時 組織 이름이었을 뿐이라고 言及하고 있다. 그리고 SATA 3.0 Gbit/s 規格은 예전에 定義되었던 SATA II 가운데 하나였을 뿐이었다고 하며, SATA II가 아니라 SATA 3.0 Gbit/s 로 불러줄 것을 要請하고 있다. (直列 ATA 標準化 團體는 그 뒤에 이름을 바꾸었다. 只今의 이름은 The Serial ATA International Organization 이다. SATA-IO라고 줄여 쓴다.) 大部分의 SATA 드라이브와 콘트롤러 製造 業體에서는 SATA II”라는 用語를 避하고 있다.

SATA 3.0 Gbit/초는 다른 말로 SATA 3.0 , SATA/300 이라고도 불린다. ATA/100, ATA/133, SATA/150라고 불리던 慣例를 따랐다.

SATA의 로드맵은 SATA 6.0 Gbit/s 規格을 包含하고 있다. 現在의 PC에서 SATA 3.0 Gbit/s는 벌써 하드 디스크의 最高 電送 速度(버스트 餞送을 除外한)를 훨씬 뛰어 넘었기 때문에 6.0 Gbit/s 規格은 하나의 SATA 포트에 여러 個의 드라이브를 連結하는 포트 멀티플라이어에 쓸모 있을 것으로 보인다. 램 드라이브와 같은 솔리드 스테이트 디스크 (SSD) 또한 머지 않아 이러한 電送 速度를 改善하는 利得을 볼 것으로 豫想된다. 하드 디스크 製造 業體에서 理論的인 버스트 電送 速度를 잘 밝히지 않기 때문에 實生活에서 SATA를 使用하면서 얻는 利得은 더 적은 電力 消耗와 케이블, 그리고 핫 플러그 程度다. 只今 몇몇 보드에서 支援하고 있다.인텔의 P67,H67,Z68에서 支援하고 AMD는 SB850,A75 사우스브리지가 搭載된 메인보드에서 네이티브로 支援된다 그 外 메인보드는 別途의 컨트롤러에 依한 支援이다.

SATA는 團地 4 가닥의 信號線을 利用한다. PATA에 비해 작고, 低廉한 케이블을 쓸 수 있게 한다. 또, 핫 스왑 이나 네이티브 커맨드 큐잉 같은 機能을 提供한다.

SATA 드라이브들은 附加的으로 直列 附着 SCSI (Serial Attached SCSI, SAS) 콘트롤러에 붙일 수 있다. 네이티브 SAS 디스크와 同一한 物理的 케이블을 利用하여 通信한다. 하지만 SAS 디스크들은 SATA 콘트롤러에 붙일 수 없다.

가장 눈에 띄는 變化는 PATA에 비해 SATA 方式의 全員 케이블과 데이터 케이블이 많이 달라졌다는 것이다. PATA와 달리, 노트북 디스크(2.5인치)든지 데스크톱用 디스크(3.5인치)든지 똑같은 模樣의 SATA 커넥터를 쓸 수 있다. 노트북用 하드 디스크를 데스크톱에 連結해도 SATA를 쓰면 따로 어댑터를 使用하지 않아도 된다.

SATA 標準에서는 데이터 케이블을 7 가닥으로 定義한다. (3個는 그라운드이고 4個는 2雙의 액티브 데이터 線이다.) 兩 끝에는 8 밀리미터 너비의 웨이퍼 커넥터가 달린다. SATA 케이블은 約 1 미터 길이까지 許容된다; PATA 리본 케이블 은 大槪 40個 或은 80個의 導線 가닥을 가지고 있고, 46 센티미터 길이까지 許容한다. SATA 커넥터는 密閉된 空間에 잘 들어맞고, 空氣 冷却 에 障礙物이 되지 않아 깔끔하다. 하지만 SATA 커넥터는 때때로 意圖하지 않게 빠지거나 하드디스크 커넥터 支持臺가 부러질수도 있다.

핀 #	機能
1	그라운드
2	A+
3	A-
4	그라운드
5	B-
6	B+
7	그라운드

SATA 標準에서는, 데이터 케이블 外에도 새로운 全員 커넥터 를 規定하고 있다. 데이터 케이블과 마찬가지로 웨이퍼를 基盤으로 한다. 15핀이다. 서로 헷갈리지 않게 하였다. 一部 SATA 裝置에는 4핀 커넥터[5V,GND,GND,12V]를 連結할 수도 있지만 네이티브 SATA 裝置에는 PATA에 쓰이던 예전의 4핀 커넥터보다는 SATA 파워 커넥터를 쓰는 것이 낫다. SATA 파워 커넥터는 强盜 面에서 問題를 보이기도 한다.(수직이 아닌 方向으로 억지로 빼면, 上段의 플라스틱 덮개가 부러질 수도 있다. 오른쪽 그림 參考) 個數가 많아 보이는 핀들은 세 個의 各各 다른 3.3V, 5V, 12V 電壓 을 供給할 때 쓰인다. 各 電壓은 各各 3個 핀을 合쳐 供給 받는다. 나머지 핀 가운데 5個는 그라운드다. 마지막 11番 핀은 새로 붙는 드라이브를 위한 스태거드 스핀業 에 使用된다. 電壓 供給 핀들은 하나만으로는 充分한 電流를 供給하지 못하므로 다른 두 個 핀과 함께 電力을 供給한다. 3個의 電壓 各各에 對한 핀들 가운데 한 個는 컴퓨터가 켜져 있는 동안 裝着하고 除去할 수 있는 핫 플러그 用途로도 쓰인다.

핀 #		機能
	1-3	3.3 볼트
	4-6	그라운드
	7-9	5 볼트
	10	그라운드
	11	스태거드 스핀-업 (支援 드라이브에 한함)
	12	그라운드
	13-15	12 볼트

PATA에서 쓰던 4 핀 커넥터를 SATA 파워 커넥터로 變換해 주는 어댑터가 市中에 나와 있다. 하지만 4 핀짜리 커넥터는 3.3 볼트 電壓을 供給해 주지 못하므로, 이를 利用하는 境遇 3.3 볼트 電壓線은 連結되지 않는다. 따라서 3.3 V 電壓이 必要한 드라이브에서는 이러한 어댑터를 쓰지 못한다. 이러한 事情을 勘案하여, 하드 디스크 드라이브 製造社들은 3.3 볼트를 잘 안 쓰고 있다. 하지만, 3.3V 電壓이 없으면, 앞서 말한 핫 플러깅 을 具現하지 못할 可能性이 있다.

미니 SATA는 2009年 9月 21日 Serial ATA International Organization이 發表한 SATA 方式이다. ^[1] 더 작은 솔리드 스테이트 드라이브 를 要求하는 노트북 等의 裝置에 어울린다. 短資는 PCI 익스프레스 미니 카드 인터페이스와 模樣이 비슷하지만, 電子的으로 互換되지 않는다. 그러나 데이터 信號(TX±/RX± SATA, PETn0 PETp0 PERn0 PERp0 PCI-express)는 PCI 익스프레스 호스트 컨트롤러가 아닌 SATA 호스트 컨트롤러의 連結이 必要하다. miniSATA 方式과 microSATA 方式으로 나뉜다.

2004年 中盤, 外裝 SATA ( external SATA , eSATA )가 標準이 되었다. 다른 種類의 케이블과 커넥터를 使用하도록 規定하였고, 電氣的 要求 仕樣도 外裝 用途에 맞게 改正하였다:

• 最小 送信 電壓이 늘어났다: 範圍가 400-600 mV에서 500?600 m 볼트 로 調整되었다.
• 最小 受信 電壓이 줄었다: 範圍가 325-600 mV에서 240?600 mV 로 調整되었다.
• 프로토콜과 論理 시그널링은 SATA와 같다. (링크-트랜스포트 階層과 그 以上의 階層을 말한다.) 네이티브 SATA 裝置가 最小限의 變更만으로 外裝 인클로저에 담겨 쓰일 수 있도록 해 준다.
• 케이블 길이는 最大 2 미터다. ( USB 와 파이어와이어 가 더 길다.)

• AHCI
• ATA
• VTL

• (英語) Serial ATA 國際 機構 ( SATA-IO )
• (英語) Dispelling the Confusion: SATA II does not mean 3Gb/s
• (英語) SATA-IO White Paper - External SATA (eSATA)
• (英語) SATA motherboard connector pinout
• (英語) SATA on Linux
• (英語) SATA Linux status report