浅谈 SATA接口
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摘要
SATA是Serial ATA的縮寫，即串行ATA。這是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤接口類型，由于采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)而得名。SATA總線使用嵌入式時(shí)鐘信號(hào)，具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，與以往相比其最大的區(qū)別在于能對(duì)傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴４薪涌谶€具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔的優(yōu)點(diǎn)。
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SATA接口-簡介
SATA接口
與并行ATA相比，SATA具有比較大的優(yōu)勢。首先，Serial ATA以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，可以在較少的位寬下使用較高的工作頻率
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SATA接口
來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挕erial ATA一次只會(huì)傳送1位數(shù)據(jù)，這樣能減少SATA接口的針腳數(shù)目，使連接電纜數(shù)目變少，效率也會(huì)更高。實(shí)際上，Serial ATA 僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用于連接電纜、連接地線、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，同時(shí)這樣的架構(gòu)還能降低系統(tǒng)能耗和減小系統(tǒng)復(fù)雜性。其次，Serial ATA的起點(diǎn)更高、發(fā)展?jié)摿Ω?#xff0c;Serial ATA 1.0定義的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)150MB/sec，這比目前最塊的并行ATA(即ATA/133)所能達(dá)到133MB/sec的最高數(shù)據(jù)傳輸率還高，而目前SATA II的數(shù)據(jù)傳輸率則已經(jīng)高達(dá)300MB/sec。Serial ATA規(guī)范不僅立足于未來，而且還保留了多種向后兼容方式，在使用上不存在兼容性的問題。在硬件方面，Serial ATA標(biāo)準(zhǔn)中允許使用轉(zhuǎn)換器提供同并行ATA設(shè)備的兼容性，轉(zhuǎn)換器能把來自主板的并行ATA信號(hào)轉(zhuǎn)換成Serial ATA硬盤能夠使用的串行信號(hào)，目前已經(jīng)有多種此類轉(zhuǎn)接卡/轉(zhuǎn)接頭上市，這在某種程度上保護(hù)了我們的原有投資，減小了升級(jí)成本；在軟件方面，Serial ATA和并行ATA保持了軟件兼容性，這意味著廠商絲毫也不必為使用Serial ATA而重寫任何驅(qū)動(dòng)程序和操作系統(tǒng)代碼。
另外，Serial ATA接線較傳統(tǒng)的并行ATA(Paralle ATA)接線要簡單得多，
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SATA接口
而且容易收放，對(duì)機(jī)箱內(nèi)的氣流及散熱有明顯改善。而且，SATA硬盤與始終被困在機(jī)箱之內(nèi)的并行ATA不同，擴(kuò)充性很強(qiáng)，即可以外置，外置式的機(jī)柜(JBOD)不單可提供更好的散熱及插拔功能，而且更可以多重連接來防止單點(diǎn)故障；由于SATA和光纖通道的設(shè)計(jì)如出一轍，所以傳輸速度可用不同的通道來做保證，這在服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)上具有重要意義。而SATA II是在SATA的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其主要特征是外部傳輸率從SATA的1.5Gbps(150MB/sec)進(jìn)一步提高到了3Gbps(300MB/sec)，此外還包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令隊(duì)列)、端口多路器(Port Multiplier)、交錯(cuò)啟動(dòng)(Staggered Spin-up)等一系列的技術(shù)特征。單純的外部傳輸率達(dá)到3Gbps并不是真正的SATA II。
SATA II的關(guān)鍵技術(shù)就是3Gbps的外部傳輸率和NCQ技術(shù)。NCQ技術(shù)可以對(duì)硬盤的指令執(zhí)行順序進(jìn)行優(yōu)化，避免像傳統(tǒng)硬盤那樣機(jī)械地按照接收指令的先后順序移動(dòng)磁頭讀寫硬盤的不同位置，與此相反，它會(huì)在接收命令后對(duì)其進(jìn)行排序，
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SATA接口
排序后的磁頭將以高效率的順序進(jìn)行尋址，從而避免磁頭反復(fù)移動(dòng)帶來的損耗，延長硬盤壽命。另外并非所有的SATA硬盤都可以使用NCQ技術(shù)，除了硬盤本身要支持 NCQ之外，也要求主板芯片組的SATA控制器支持NCQ。此外，NCQ技術(shù)不支持FAT文件系統(tǒng)，只支持NTFS文件系統(tǒng)。由于SATA設(shè)備市場比較混亂，不少SATA設(shè)備提供商在市場宣傳中濫用“SATA II”的現(xiàn)象愈演愈烈，例如某些號(hào)稱“SATA II”的硬盤卻僅支持3Gbps而不支持NCQ，而某些只具有1.5Gbps的硬盤卻又支持NCQ，所以，由希捷(Seagate)所主導(dǎo)的SATA-IO(Serial ATA International Organization，SATA國際組織，原SATA工作組)又宣布了SATA 2.5規(guī)范，收錄了原先SATA II所具有的大部分功能——從3Gbps和NCQ到交錯(cuò)啟動(dòng)(Staggered Spin-up)、熱插拔(Hot Plug)、端口多路器(Port Multiplier)以及比較新的eSATA(External SATA，外置式SATA接口)等等。
值得注意的是，部分采用較早的僅支持1.5Gbps的南橋芯片(例如VIA VT8237和NVIDIA nForce2 MCP-R/MCP-Gb)的主板在使用SATA II硬盤時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)找不到硬盤或藍(lán)屏的情況。不過大部分硬盤廠商都在硬盤上設(shè)置了一個(gè)速度選擇跳線，以便強(qiáng)制選擇1.5Gbps或3Gbps的工作模式(少數(shù)硬盤廠商則
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SATA接口
是通過相應(yīng)的工具軟件來設(shè)置)，只要把硬盤強(qiáng)制設(shè)置為1.5Gbps，SATA II硬盤照樣可以在老主板上正常使用。SATA硬盤在設(shè)置RAID模式時(shí)，一般都需要安裝主板芯片組廠商所提供的驅(qū)動(dòng)，但也有少數(shù)較老的SATA RAID控制器在打了最新補(bǔ)丁的某些集成了SATA RAID驅(qū)動(dòng)的版本的Windows XP系統(tǒng)里不需要加載驅(qū)動(dòng)就可以組建RAID。
SATA相較并行ATA可謂優(yōu)點(diǎn)多多，將成為并行ATA的廉價(jià)替代方案。并且從并行ATA完全過渡到SATA也是大勢所趨，應(yīng)該只是時(shí)間問題。相關(guān)廠商也在大力推廣SATA接口，例如Intel的ICH6系列南橋芯片相較于ICH5系列南橋芯片，所支持的SATA接口從2個(gè)增加到了4個(gè)，而并行ATA接口則從2個(gè)減少到了1個(gè)；而ICH7系列南橋則進(jìn)一步支持了4個(gè)SATA II接口；
下一代的ICH8系列南橋則將支持6個(gè)SATA II接口并將完全拋棄并行ATA接口；其它主板芯片組廠商也已經(jīng)開始支持SATA II接口；目前SATA II接口的硬盤也逐漸成為了主流；其它采用SATA接口的設(shè)備例如SATA光驅(qū)也已經(jīng)出現(xiàn)。值得注意的是，無論是SATA還是SATA II，其實(shí)對(duì)硬盤性能的影響都不大。因?yàn)槟壳坝脖P性能的瓶頸集中在由硬盤內(nèi)部機(jī)械機(jī)構(gòu)和硬盤存儲(chǔ)技術(shù)、磁盤轉(zhuǎn)速所決定的硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率上面，就算是目前最頂級(jí)的15000轉(zhuǎn)SCSI硬盤其內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也不過才80MB/sec左右，更何況普通的7200轉(zhuǎn)桌面級(jí)硬盤了。除非硬盤的數(shù)據(jù)記錄技術(shù)產(chǎn)生革命性的變化，例如垂直記錄技術(shù)等等，目前硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也難以得到飛躍性的提高。說得不好聽的話，目前的硬盤采用ATA 100都已經(jīng)完全夠用了，之所以采用更先進(jìn)的接口技術(shù)，是可以獲得更高的突發(fā)傳輸率、支持更多的特性、更加方便易用以及更具有發(fā)展?jié)摿αT了。
SATA接口-SATA和PATA的區(qū)別
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一、PATA與SATA技術(shù)方面的區(qū)分
PATA的全稱是Parallel ATA，就是并行ATA硬盤接口規(guī)范，也就是我們現(xiàn)在最常見
的硬盤接口規(guī)范了。PATA硬盤接口規(guī)模已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)妮x煌的歷史了，而且從ATA33/66一直發(fā)展到ATA100/133，一直到目前最高的ATA150。SATA硬盤全稱則是Serial ATA，即串行ATA硬盤接口規(guī)范。目前PATA100硬盤的一般寫入速度為65MB/s，而第一代SATA硬盤的寫入速度為150MB/s，第二代SATA硬盤的寫入速度則高達(dá)300MB/s，第三代SATA硬盤已經(jīng)提升到了600MB/s。其傳輸速度是PATA所不能比擬的。SATA硬盤接口規(guī)范的出現(xiàn)其實(shí)就要取代PATA，就和DDR取代SDRAM一樣。SATA的出現(xiàn)是來取代PATA的，那么SATA和PATA相比，主要的優(yōu)勢究竟又在那里呢？
首先就是速度，這是最主要的。
第二代SATA的傳輸速度為300MB/s，第三代的SATA產(chǎn)品的傳輸速度為600MB/s。從速度這一點(diǎn)上，SATA已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)把PATA硬盤甩到了后面。另外，在傳輸方式上SATA也比PATA高人一等。SATA采用的是單通道傳輸，PATA是多通道傳輸。有些朋友可能從字面上誤認(rèn)為，PATA的多通道應(yīng)該比SATA的單通道快。SATA的單數(shù)據(jù)通道并沒有象PATA那樣限制速度頻率。SATA傳輸線的傳輸速度比PATA要快了近30倍。PATA必須在數(shù)據(jù)線中一次傳輸16個(gè)信號(hào)，
如果信號(hào)沒有及時(shí)到達(dá)或是發(fā)生延遲，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)就會(huì)產(chǎn)生。因此比特流傳輸?shù)乃俣缺仨殰p緩以糾正錯(cuò)誤。而SATA一次只傳輸一個(gè)比特的數(shù)據(jù)，此時(shí)比特流的傳遞速度要快得多。這就好比是運(yùn)球游戲，每次運(yùn)一個(gè)球要比一次運(yùn)16個(gè)球容易的多。還有，SATA另一個(gè)進(jìn)步在于它的數(shù)據(jù)連線，它的體積更小，散熱也更好，與硬盤的連接相當(dāng)方便。與PATA相比，SATA的功耗更低，這對(duì)于筆記本而言是一個(gè)好消息，同時(shí)獨(dú)有的CRC技術(shù)讓數(shù)據(jù)傳輸也更為安全。頻率低的時(shí)候,并口優(yōu)勢大,可當(dāng)頻率提升,并口的電器性能就比不上串口了,當(dāng)串口能正常運(yùn)行的頻率遠(yuǎn)高于并口能承受的時(shí)候,自然就超越它了.另外象現(xiàn)在用的并行內(nèi)存架構(gòu),特別是雙通道(128BIT)主板制造難度大,幾乎達(dá)到了極限,提升內(nèi)存頻率只會(huì)對(duì)走線提出更嚴(yán)苛的要求,如果不是硬件商不想冒風(fēng)險(xiǎn)全部替換生產(chǎn)線,我們現(xiàn)在應(yīng)該用性能高變態(tài)的RAMBUS的XDR了(比起雙通道DDR400 6.4GB的帶寬,它有102GB,能組成8通道)。
其次，從數(shù)據(jù)傳輸角度分析：SATA比PATA抗干擾能力更強(qiáng)。
并行ATA在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，信號(hào)容易產(chǎn)生反射，偏移，而且信號(hào)之間還存在著干擾。SATA采用一種叫差分信號(hào)傳輸，打個(gè)比方，把數(shù)字5傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備，可能中途遇到干擾，5變成了6；如果把5分成兩條線路，一條是8，一條是3，讓兩者之間的差來代表5，中途受到干擾，分別變成9跟4，
但差值還是5，所以具有較強(qiáng)的抗干擾能力。因而傳輸率可以達(dá)到很高，所以寬帶也就增強(qiáng)了。另外，SATA所具備的熱插撥功能是PATA所不能比的，利用這一功能可以更加方便的組建磁盤陣列。串口的數(shù)據(jù)線由于只采用了四針結(jié)構(gòu)，因此相比較起并口安裝起來更加便捷，更有利于縮減機(jī)箱內(nèi)的線纜，有利散熱。
二、市場價(jià)格對(duì)比
一款好的產(chǎn)品，必須與市場掛鉤，我們推出新產(chǎn)品的目的就是為能夠在激烈的競爭中永遠(yuǎn)立于不敗之地。如果一款產(chǎn)品在技術(shù)上如何優(yōu)秀，那如果他沒有市場，得不到用戶的認(rèn)可，那么再高的技術(shù)最后也只能被市場淹沒。
隨著SATA技術(shù)的成熟和價(jià)格的不斷走低，目前SATA接口的硬盤價(jià)格已經(jīng)走入了普通用戶所能接受的范圍。市場中主流容量的SATA與PATA的硬盤差價(jià)僅有50元左右，相比起一年前過高的差價(jià)來講，SATA真正走到用戶中間來了。拿市場上銷售比較好的希捷酷魚硬盤來講，80GB的PATA接口的傳統(tǒng)硬盤報(bào)價(jià)為445元，SATA硬盤報(bào)價(jià)為495元，兩者僅有50元的差價(jià)。面對(duì)具備更快的傳輸速度，更大的緩存，我想大多數(shù)的用戶應(yīng)該選擇后者。
再者，
就目前支持SATA的主板而言，市場上可謂是玲瑯滿目了。絕大部分主板已經(jīng)具備了對(duì)SATA硬盤的支持，不再需要任何的第三方芯片來完成對(duì)SATA的支持了。即便是主打低端市場的主板上，我們也看到了SATA的接口。因?yàn)?#xff0c;SATA接口在市場中已成為了真正的主流。綜上所述，SATA硬盤無論是從性能上還是產(chǎn)品本身的價(jià)格上，都更勝PATA一籌。更快的傳輸速度，更大的緩存，更穩(wěn)定的性能，無疑成為近期裝機(jī)用戶的首選產(chǎn)品。當(dāng)然，我們也不能忽視PATA硬盤的存在。對(duì)于普通的用戶，如果手中的銀子有限，對(duì)硬盤的傳輸速度要求也并不太高，那么普通的PATA硬盤更便宜的價(jià)格更適合我們的選購。另外，老用戶升級(jí)硬盤時(shí)，PATA也是最好的選擇。對(duì)于硬件超頻玩家來講，我看你還是老老實(shí)實(shí)的選擇PATA硬件吧，這其中的原因想必各位玩家朋友心里亮著呢。
最后，雖然SATA硬盤具備了熱插撥功能，但普通的用戶你就忘了這個(gè)功能吧，因?yàn)檫@項(xiàng)功能必須在具備一定的條件下才能夠使用，而且SATA數(shù)據(jù)線的插撥次數(shù)也非常有限，插撥五次之后就要更換新的數(shù)據(jù)線了。另外，在使用SATA硬盤主板BIOS的設(shè)置相對(duì)于PATA硬盤也要麻煩一些，你還要有足夠的耐心進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置，具體的設(shè)置過程這里就不多講了，根據(jù)不同的主板大家可以查看主板的使用說明進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置。
SATA接口-SATA與并行ATA比較
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與并行ata相比,sata具有比較大的優(yōu)勢.
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SATA接口
首先,serial ata以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù),可以在較少的位寬下使用較高的工作頻率來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?serial
ata一次只會(huì)傳送1位數(shù)據(jù),這樣能減少sata接口的針腳數(shù)目,使連接電纜數(shù)目變少,效率也會(huì)更高.實(shí)際上,serial ata
僅用四支針腳就能完成所有的工作,分別用于連接電纜.連接地線.發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù),同時(shí)這樣的架構(gòu)還能降低系統(tǒng)能耗與減小系統(tǒng)復(fù)雜性.其次,serial ata的起點(diǎn)更高.發(fā)展?jié)摿Ω?serial ata1.0定義的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)150mb/sec,這比目前最塊的并行ata(即ata/133)所能達(dá)到133mb/sec的最高數(shù)據(jù)傳輸率還高,而在已經(jīng)發(fā)布的serial ata 2.0的數(shù)據(jù)傳輸率將達(dá)到300mb/sec,最終serial ata 3.0將實(shí)現(xiàn)600mb/sec的最高數(shù)據(jù)傳輸率.
sata是serialata的縮寫,即串行ata.這是一種完全不同于并行ata的新型硬盤接口類型,由于采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)而得名.sata總線使用嵌入式時(shí)鐘信號(hào),具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力,與以往相比其最大的區(qū)別在于能對(duì)傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查,如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正,這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?串行接口還具有結(jié)構(gòu)簡單.支持熱插拔的優(yōu)點(diǎn).在此有必要對(duì)serial ata的數(shù)據(jù)傳輸率作一下說明.就串行通訊而言,數(shù)據(jù)傳輸率是指串行接口數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)際比
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SATA接口
特率,serial ata1.0的傳輸率是1.5gbps,serial ata 2.0的傳輸率是3.0gbps.sata的物理設(shè)計(jì),可說是以fibre channel(光纖通道)作為藍(lán)本,所以采用四芯接線;需求的電壓則大幅度減低至250mv(最高500mv),較傳統(tǒng)并行ata接口的5v少上200倍！因此,廠商可以給serial ata硬盤附加上高級(jí)的硬盤功能,如熱插拔(hot wapping)等.更重要的是,在連接形式上,除了傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(point-to-point)形式外,sata還支持“星形”連接,這樣就可以給raid這樣的高級(jí)應(yīng)用提供設(shè)計(jì)上的便利;在實(shí)際的使用中,sata的主機(jī)總線適配器(hba,host bus adapter)就好像網(wǎng)絡(luò)上的交換機(jī)一樣,可以實(shí)現(xiàn)以通道的形式與單獨(dú)的每個(gè)硬盤通訊,即每個(gè)sata硬盤都獨(dú)占一個(gè)傳輸通道,所以不存在象并行ata那樣的主/從控制的問題. 與其它高速串行接口一樣,serial ata接口也采用了一套用來確保數(shù)據(jù)流特性的編碼機(jī)制,這套編碼機(jī)制將原本每字節(jié)所包含的8位數(shù)據(jù)(即1byte=8bit)編碼成10位數(shù)據(jù)(即1byte=10bit),這樣一來,serial ata接口的每字節(jié)串行數(shù)據(jù)流就包含了10位數(shù)據(jù),經(jīng)過編碼后的serial ata傳輸速率就相應(yīng)地變?yōu)閟erial
ata實(shí)際傳輸速率的十分之一,所以1.5gbps=150mb/sec,而3.0gbps=300mb/sec.serial ata規(guī)范不僅立足于未來,而且還保留了多種向后兼容方式,在使用上不存在兼容性的問題.在硬件方面,serial ata標(biāo)準(zhǔn)中允許使用轉(zhuǎn)換器提供同并行ata設(shè)備的兼容性,轉(zhuǎn)換器能把來自主板的并行ata信號(hào)轉(zhuǎn)換成serial ata硬
盤能夠使用的串行信號(hào),目前已經(jīng)有多種此類轉(zhuǎn)接卡/轉(zhuǎn)接頭上市,這在某種程度上保護(hù)了我們的原有投資,減小了升級(jí)成本;在軟件方面,serial ata與并行ata保持了軟件兼容性,這意味著廠商絲毫也不必為使用serial ata而重寫任何驅(qū)動(dòng)程序與操作系統(tǒng)代碼.erial ata相較并行ata可謂優(yōu)點(diǎn)多多,將成為并行ata的廉價(jià)替代方案.并且從并行ata過渡到serial ata也是大勢所趨,應(yīng)該只是時(shí)間問題.相關(guān)廠商也在大力推廣sata接口,例如intel的ich6系列南橋芯片相較于ich5系列南橋芯片,所支持的sata接口從2個(gè)增加到了4個(gè),而并行ata接口則從2個(gè)減少到了1個(gè);nvidia的nforce4系列芯片組已經(jīng)支持sata ii即serial ata 2.0,而且三星已經(jīng)采用marvell 88i6525 soc芯片開發(fā)新一代的sata ii接口硬盤,并將在2005年初推出.另外,serial ata接線較傳統(tǒng)的并行ata(paralle ata)接線要簡單得多,而且容易收放,對(duì)機(jī)箱內(nèi)的氣流及散熱有明顯改善.而且,sata硬盤與始終被困在機(jī)箱之內(nèi)的并行ata不同,擴(kuò)充性很強(qiáng),即可以外置,外置式的機(jī)柜(jbod)不單可提供更好的散熱及插拔功能,而且更可以多重連接來防止單點(diǎn)故障;由于sata與光纖通道的設(shè)計(jì)如出一轍,所以傳輸速度可用不同的通道來做保證,這在服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)上具有重要意義.
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總結(jié)
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