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硬碟介面是硬碟與主機系統間的連接部件,作用是在硬碟緩存和主機內存之間傳輸數據。不同的硬碟介面決定著硬碟與計算機之間的連接速度,在整個系統中,硬碟介面的優劣直接影響著程序運行快慢和系統性能好壞。

1分類概述

大類分類
在IDE和SCSI的大類別下,又可以分出多種具體的介面類型,又各自擁有不同的技術規範,具備不同的傳輸速度,比如ATA100和SATA;Ultra160 SCSI和Ultra320 SCSI都代表著一種具體的硬碟介面,各自的速度差異也較大。

2介面分類

SCSI
SCSI的英文全稱為「Small Computer System Interface」(小型計算機系統介面),
SCSI介面

  SCSI介面

是同IDE(ATA)完全不同的介面,IDE介面是普通PC的標準介面,而SCSI並不是專門為硬碟設計的介面,是一種廣泛應用於小型機上的高速數據傳輸技術。SCSI介面具有應用範圍廣、多任務、帶寬大、CPU佔用率低,以及熱插拔等優點,但較高的價格使得它很難如IDE硬碟般普及,因此SCSI硬碟主要應用於中、高端伺服器和高檔工作站中。
SATA
使用SATA(Serial ATA)口的硬碟又叫串口硬碟,
SATA硬碟介面

  SATA硬碟介面

是未來PC機硬碟的趨勢。2001年,由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、邁拓這幾大廠商組成的Serial ATA委員會正式確立了Serial ATA 1.0規範,2002年,雖然串列ATA的相關設備還未正式上市,但Serial ATA委員會已搶先確立了Serial ATA 2.0規範。Serial ATA採用串列連接方式,串列ATA匯流排使用嵌入式時鐘信號,具備了更強的糾錯能力,與以往相比其最大的區別在於能對傳輸指令(不僅僅是數據)進行檢查,如果發現錯誤會自動矯正,這在很大程度上提高了數據傳輸的可靠性。串列介面還具有結構簡單、支持熱插拔的優點。
串口硬碟是一種完全不同於并行ATA的新型硬碟介面類型,由於採用串列方式傳輸數據而知名。相對於并行ATA來說,就具有非常多的優勢。首先,Serial ATA以連續串列的方式傳送數據,一次只會傳送1位數據。這樣能減少SATA介面的針腳數目,使連接電纜數目變少,效率也會更高。實際上,Serial ATA 僅用四支針腳就能完成所有的工作,分別用於連接電纜、連接地線、發送數據和接收數據,同時這樣的架構還能降低系統能耗和減小系統複雜性。其次,Serial ATA的起點更高、發展潛力更大,Serial ATA 1.0定義的數據傳輸率可達150MB/s,這比目前最新的并行ATA(即ATA/133)所能達到133MB/s的最高數據傳輸率還高,而在Serial ATA 2.0的數據傳輸率將達到300MB/s,最終SATA將實現600MB/s的最高數據傳輸率。
概述
今日談隨著技術的成熟,越來越多的主板和硬碟都開始支持SATA(串列ATA),SATA介面逐漸有取代傳統的PATA(并行ATA)的趨勢。
主板上的硬碟介面設計

  主板上的硬碟介面設計

那麼SATA和PATA在傳輸模式上有何區別,SATA相對PATA又有何優勢呢?這就正是本文需要討論的話題。
何謂串列ATA
串列ATA全稱是Serial ATA,它是一種新的介面標準。與并行ATA的主要不同就在於它的傳輸方式。它和并行傳輸不同,它只有兩對數據線,採用點對點傳輸,以比并行傳輸更高的速度將數據分組傳輸。現在的串列ATA介面傳輸速率為150MB/s,而且這個值將會迅速增長。
串列ATA和并行ATA傳輸的區別
舉個比較誇張的例子,A、B兩支隊伍在比賽搬運包裹,A代表并行ATA,B代表串列ATA。
比賽開始,A派出了40個人用人力搬運包裹,而B只派出去了一輛貨車來搬運。在一個來回里他們搬運的包裹數量都相同,大家可以很清楚最後的結果,當然是用貨車搬運的B隊先把包裹運完,因為貨車的速度比人步行的速度快得多多了。同樣,串列傳輸比并行傳輸的速率高就類似這個道理。
回到現實中來,現在的并行ATA介面使用的是16位的雙向匯流排,在1個數據傳輸周期內可以傳輸4個位元組的數據;而串列ATA使用的8位匯流排,每個時鐘周期能傳送1個位元組。
這兩種傳輸方式除了在每個時鐘周期內傳輸速度不一樣之外,在傳輸的模式上也有根本的區別,串列ATA數據是一個接著一個數據包進行傳輸,而并行ATA則是一次同時傳送數個數據包,雖然表面上一個周期內并行ATA傳送的數據更多,但是我們不要忘了,串列ATA的時鐘頻率要比并行的時鐘頻率高很多,也就是說,單位時間內,進行數據傳輸的周期數目更多,所以串列ATA的傳輸率高於并行ATA的傳輸率,並且未來還有更大的提升空間。
為什麼要採用串列ATA介面?
這個回答很簡單,當然是為了獲得更高的數據傳輸率。隨著當前設備需求的數據傳輸率越來越高,介面的工作頻率也越來越高,并行ATA介面逐漸暴露出一些設計上的「硬傷」,其中最致命的就是并行線路的信號干擾。由於傳統并行ATA採用并行的匯流排傳輸數據,必須要求各個線路上數據同步,如果數據不能同步,就會出現反覆讀取數據,導致性能的下降,甚至導致讀取數據不穩定。
而採用排線設計的數據線,正是數據讀取無法更快的「罪魁禍首」。由於並排的高速信號在傳輸時,會在每條電纜的周圍產生微弱的電磁場,進而影響到其它數據線中的數據傳遞,還會因為線纜的長度和電壓的變化而不斷變化,隨著匯流排頻率的提升,磁場的強度也越來越大,信號干擾的影響也越來越明顯。
從理論上說串列傳輸的工作頻率可以無限提高,串列ATA就是通過提高工作頻率來提升介面傳輸速率的。因此串列ATA可以實現更高的傳輸速率,而并行ATA在沒有有效地解決信號串擾問題之前,則很難達到這樣高的傳輸速率。
并行ATA介面在匯流排頻率方面受到其設計的制約,並不能一味地提升,而隨著對數據傳輸率的要求越來越高,目前最快的并行ATA介面ATA133的頻率為33MHz,這個幾乎已經達到了并行介面的極限,再繼續改造線路已不太現實。所以推出新的介面勢在必行。
數據傳輸
由於長時間的沒有改變,在數據的傳輸上來看,這種IDE介面硬碟顯得有一些滯后,因為目前主流的PATA硬碟僅能支持ATA/100和ATA/133兩種數據傳輸規範,傳輸速率最高只能達到 每秒100或133MB,這僅可以滿足目前一般情況下的大容量硬碟數據傳輸。另外,這類硬碟所使用的80-pin數據線在機箱內部雜而亂,它會阻礙空氣在機箱里的流動,從而影響到系統的散熱。雖然劣勢明顯,不過對於一些原來老用戶來說,由於原有的主板平台並不支持SATA介面,這種IDE介面的PATA大容量硬碟還是首選,還有一些用戶認為這類型的硬碟在技術上成熟、穩定,所以也選擇這類型的PATA硬碟。
由英特爾、戴爾、希捷、Maxtor以及APT等廠商所組成,推出了就硬碟而言的新技術規格,Serial ATA,它為串列介面,在IDF Fall 2001大會上,希捷宣布了Serial ATA 1.0標準,正式宣告了SATA規範的確立這也是硬體新近頒布的一種的標準。
那麼,SATA比PATA到底快多少呢?
第二代SATA的傳輸速度為300MB/s,不過第三代的SATA產品的傳輸速度已經提高至600MB/s。從速度這一點上,SATA已經遠遠把PATA硬碟甩到了後面。另外,在傳輸方式上SATA也比PATA高人一等。SATA採用的是單通道傳輸,PATA是多通道傳輸。有些朋友可能從字面上誤認為,PATA的多通道應該比SATA的單通道快,其實不然。
因為SATA的單數據通道並沒有象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必須在數據線中一次傳輸16個信號,如果信號沒有及時到達或是發生延遲,錯誤數據就會產生。因此比特流傳輸的速度必須減緩以糾正錯誤。而SATA一次只傳輸一個比特的數據,此時比特流的傳遞速度要快得多。這就好比是運球遊戲,每次運一個球要比一次運16個球容易的多。還有,SATA另一個進步在於它的數據連線,它的體積更小,散熱也更好,與硬碟的連接相當方便。與PATA相比,SATA的功耗更低,這對於筆記本而言是一個好消息,同時獨有的CRC技術讓數據傳輸也更為安全。
缺點
SATA並非只有優點,在缺點上也是顯而易見,由於SATA規格還不十分成熟,這種類型的硬碟對外頻要求要比并行規格硬碟高,如果用戶有超頻的情況這時一定要注意,因為它就會常常出現找不到硬碟或數據損壞的情況。目前支持SATA 2.0的硬碟也已經推出,相信不久SATA 3.0也會出現在市場中,但並非標準越高就越好,就目前而言這種SATA2.0規範的硬碟主要還是針對伺服器和網路存儲應用,如普通消費者選擇SATA 1.0規範的硬碟產品足以。
SATA比PATA抗干擾能力更強。
并行ATA在數據傳輸時,信號容易產生反射,偏移,而且信號之間還存在著干擾。
SATA採用一種叫差分信號傳輸,打個比方,把數字5傳輸到另一個設備,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,所以具有較強的抗干擾能力。因而傳輸率可以達到很高,所以帶寬也就增強了。
一般PATA的硬碟傳輸速度有:
Ultra-ATA33
Ultra-ATA66
Ultra-ATA100
Ultra-ATA133
SATA硬碟傳輸速度有:
Ultra-ATA150[1-2]

3另兩種間

SCSI介面和SAS介面的區別
不足
SAS目前的不足主要有以下方面:
1)硬碟、控制晶元種類少:只有希捷、邁拓以及富士通等為數不多的硬碟廠商推出了SAS介面硬碟,品種太少,其他廠商的SAS硬碟多數處在產品內部測試階段。此外周邊的SAS控制器晶元或者一些SAS轉接卡的種類更是不多,多數集中在LSI以及Adaptec公司手中。
2)硬碟價格太貴:比起同容量的Ultra 320 SCSI硬碟,SAS硬碟要貴了一倍還多。一直居高不下的價格直接影響了用戶的採購數量和渠道的消化數量,而無法形成大批量生產的SAS 硬碟,其成本的壓力又會反過來促使價格無法下降。如果用戶想要做個簡單的RAID級別,那麼不僅需要購買多塊SAS硬碟,還要購買昂貴的RAID卡,價格基本上和硬碟相當。
3)實際傳輸速度變化不大:SAS硬碟的介面速度並不代表數據傳輸速度,受到硬碟機械結構限制,現在SAS硬碟的機械結構和SCSI硬碟幾乎一樣。目前數據傳輸的瓶頸集中在由硬碟內部機械機構和硬碟存儲技術、磁碟轉速所決定的硬碟內部數據傳輸速度,也就是80MBsec左右,SAS硬碟的性能提升不明顯。
4)用戶追求成熟、穩定的產品:從現在已經推出的產品來看,SAS硬碟更多的被應用在高端4路伺服器上,而4路以上伺服器用戶並非一味追求高速度的硬碟介面技術,最吸引他們的應該是成熟、穩定的硬體產品,雖然SAS介面伺服器和SCSI介面產品在速度、穩定性上差不多,但目前的技術和產品都還不夠成熟。
不過隨著英特爾等主板晶元組製造商、希捷等硬碟製造商以及眾多的伺服器製造商的大力推動,SAS的相關產品技術會逐步成熟,價格也會逐步滑落,早晚都會成為伺服器硬碟的主流介面。
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