硬盘接口

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　　硬盘接口是 硬盘与 主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输 数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度，在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响着 程序运行快慢和系统性能好坏。

概述

　　从整体的角度上，硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种，IDE接口硬盘多用于家用 产品中，也部分应用于服务器，SCSI接口的硬盘则主要应用于 服务器市场，而光纤通道只在高端服务器上，价格昂贵。SATA是种新生的硬盘接口类型，还正出于市场普及阶段，在家用市场中有着广泛的前景。在IDE和SCSI的大类别下，又可以分出多种具体的接口类型，又各自拥有不同的技术规范，具备不同的传输速度，比如ATA100和SATA；Ultra160 SCSI和Ultra320 SCSI都代表着一种具体的硬盘接口，各自的速度差异也较大。
　　 IDE
　　IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。
　　IDE代表着硬盘的一种类型，但在实际的应用中，人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1，这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了，而其后发展分支出更多类型的硬盘接口，比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。
　　 SCSI
　　SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”（小型计算机系统接口），是同IDE（ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。
　　 光纤通道
　　光纤通道的英文拼写是Fibre Channel，和SCIS接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。
　　光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。
　　 SATA
　　使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范，2002年，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但Serial ATA委员会已抢先确立了Serial ATA 2.0规范。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。
　　串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说，就具有非常多的优势。首先，Serial ATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次，Serial ATA的起点更高、发展潜力更大，Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比目前最新的并行ATA（即ATA/133）所能达到133MB/s的最高数据传输率还高，而在Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。
　　 SATAII接口
　　SATA II是在SATA的基础上发展起来的，其主要特征是外部传输率从SATA的1.5Gbps(150MB/sec)进一步提高到了3Gbps(300MB/sec)，此外还包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令队列)、端口多路器(Port Multiplier)、交错启动(Staggered Spin-up)等一系列的技术特征。单纯的外部传输率达到3Gbps并不是真正的SATA II。
　　SATA II的关键技术就是3Gbps的外部传输率和NCQ技术。NCQ技术可以对硬盘的指令执行顺序进行优化，避免像传统硬盘那样机械地按照接收指令的先后顺序移动磁头读写硬盘的不同位置，与此相反，它会在接收命令后对其进行排序，排序后的磁头将以高效率的顺序进行寻址，从而避免磁头反复移动带来的损耗，延长硬盘寿命。另外并非所有的SATA硬盘都可以使用NCQ技术，除了硬盘本身要支持 NCQ之外，也要求主板芯片组的SATA控制器支持NCQ。此外，NCQ技术不支持FAT文件系统，只支持NTFS文件系统。
　　由于SATA设备市场比较混乱，不少SATA设备提供商在市场宣传中滥用“SATA II”的现象愈演愈烈，例如某些号称“SATA II”的硬盘却仅支持3Gbps而不支持NCQ，而某些只具有1.5Gbps的硬盘却又支持NCQ，所以，由希捷(Seagate)所主导的SATA-IO(Serial ATA International Organization，SATA国际组织，原SATA工作组)又宣布了SATA 2.5规范，收录了原先SATA II所具有的大部分功能——从3Gbps和NCQ到交错启动(Staggered Spin-up)、热插拔(Hot Plug)、端口多路器(Port Multiplier)以及比较新的eSATA(External SATA，外置式SATA接口)等等。
　　值得注意的是，部分采用较早的仅支持1.5Gbps的南桥芯片(例如VIA VT8237和NVIDIA nForce2 MCP-R/MCP-Gb)的主板在使用SATA II硬盘时，可能会出现找不到硬盘或蓝屏的情况。不过大部分硬盘厂商都在硬盘上设置了一个速度选择跳线，以便强制选择1.5Gbps或3Gbps的工作模式(少数硬盘厂商则是通过相应的工具软件来设置)，只要把硬盘强制设置为1.5Gbps，SATA II硬盘照样可以在老主板上正常使用。
　　SATA硬盘在设置RAID模式时，一般都需要安装主板芯片组厂商所提供的驱动，但也有少数较老的SATA RAID控制器在打了最新补丁的某些版本的Windows XP系统里不需要加载驱动就可以组建RAID。

发展历程

　　今日谈随着技术的成熟，越来越多的主板和硬盘都开始支持SATA（串行ATA），SATA接口逐渐有取代传统的PATA（并行ATA）的趋势。
　　那么SATA和PATA在传输模式上有何区别，SATA相对PATA又有何优势呢?这就正是本文需要讨论的话题。
　　 何谓并行ATA
　　ATA其实是IDE设备的接口标准，大部分硬盘、光驱、软驱等等都使用的是ATA接口。譬如现在绝大部分的朋友用的都是并行ATA接口的硬盘，应该对它80针排线的接口是再熟悉不过了吧?平常我们说到硬盘接口，就不得不提到什么Ultra-ATA/100、Ultra-ATA/133，这表示什么呢?这告诉我们该硬盘接口的最大传输速率为100MB/s和133MB/s，且硬盘是以并行的方式进行数据传输，所以我们也把这类硬盘称为并行ATA。
　　 何谓串行ATA
　　串行ATA全称是Serial ATA，它是一种新的接口标准。与并行ATA的主要不同就在于它的传输方式。它和并行传输不同，它只有两对数据线，采用点对点传输，以比并行传输更高的速度将数据分组传输。现在的串行ATA接口传输速率为150MB/s，而且这个值将会迅速增长。
　　 串行ATA和并行ATA传输的区别
　　举个比较夸张的例子，A、B两支队伍在比赛搬运包裹，A代表并行ATA，B代表串行ATA。
　　比赛开始，A派出了40个人用人力搬运包裹，而B只派出去了一辆货车来搬运。在一个来回里他们搬运的包裹数量都相同，大家可以很清楚最后的结果，当然是用货车搬运的B队先把包裹运完，因为货车的速度比人步行的速度快得多多了。同样，串行传输比并行传输的速率高就类似这个道理。
　　回到现实中来，现在的并行ATA接口使用的是16位的双向总线，在1个数据传输周期内可以传输4个字节的数据；而串行ATA使用的8位总线，每个时钟周期能传送1个字节。
　　这两种传输方式除了在每个时钟周期内传输速度不一样之外，在传输的模式上也有根本的区别，串行ATA数据是一个接着一个数据包进行传输，而并行ATA则是一次同时传送数个数据包，虽然表面上一个周期内并行ATA传送的数据更多，但是我们不要忘了，串行ATA的时钟频率要比并行的时钟频率高很多，也就是说，单位时间内，进行数据传输的周期数目更多，所以串行ATA的传输率高于并行ATA的传输率，并且未来还有更大的提升空间。
　　 为什么要采用串行ATA接口?
　　这个回答很简单，当然是为了获得更高的数据传输率。随着当前设备需求的数据传输率越来越高，接口的工作频率也越来越高，并行ATA接口逐渐暴露出一些设计上的“硬伤”，其中最致命的就是并行线路的信号干扰。由于传统并行ATA采用并行的总线传输数据，必须要求各个线路上数据同步，如果数据不能同步，就会出现反复读取数据，导致性能的下降，甚至导致读取数据不稳定。
　　而采用排线设计的数据线，正是数据读取无法更快的“罪魁祸首”。由于并排的高速信号在传输时，会在每条电缆的周围产生微弱的电磁场，进而影响到其它数据线中的数据传递，还会因为线缆的长度和电压的变化而不断变化，随着总线频率的提升，磁场的强度也越来越大，信号干扰的影响也越来越明显。
　　从理论上说串行传输的工作频率可以无限提高，串行ATA就是通过提高工作频率来提升接口传输速率的。因此串行ATA可以实现更高的传输速率，而并行ATA在没有有效地解决信号串扰问题之前，则很难达到这样高的传输速率。
　　并行ATA接口在总线频率方面受到其设计的制约，并不能一味地提升，而随着对数据传输率的要求越来越高，目前最快的并行ATA接口ATA133的频率为33MHz，这个几乎已经达到了并行接口的极限，再继续改造线路已不太现实。所以推出新的接口势在必行。
　　除了传输率较高之外，SATA还有哪些优点呢?
　　1.数据更可靠
　　在校验方面，并行ATA总线只是简单的CRC校验，一旦接收方发现数据传输出现问题，就会自行将这些数据丢弃、然后要求重发，如果数据信号相互干扰过大，就会严重影响硬盘的性能。
　　而串行ATA既对命令进行CRC校验，也对数据分组进行CRC校验，以此提高总线的可靠性。
　　2.连线更简单
　　在数据线方面，并行ATA采用80针的排线，串行ATA由于采用点对点方式传输数据，所以只需要4条线路即可完成发送和接收功能，加上另外的三条地线，一共只需要7条的物理连线就可满足数据传输的需要。由于传输数据线较少，使得SATA在物理线路的电气性能方面的干扰大大减小，这也保证了未来磁盘传输率进一步的提升。
　　和并行ATA相比，串行ATA的数据线更细小，这也使得机箱内部的连线比较容易整理，有助于机箱内部空气的流通，使得机箱内部的散热更好。同样，串行ATA还有采用非排针脚设计的接口和支持热插拔功能等优点。
　　串行ATA推出之后，并行ATA还会存在吗?
　　总的说来，串行ATA的优势是很明显的。当然，目前还有一些相对比较低速的设备在使用并行ATA，如光驱、刻录机等设备，并行ATA的传输率已经可以满足需要，所以，并行和串行会在很长一段时间内并存。当然，串行ATA支持所有的ATA设备，也可支持光驱等设备，但是串行ATA目前会先运用在硬盘上，未来将会支持更多的存储设备。

IDE接口和SATA接口的区别

　　硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度，在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。从家用用户的角度出发，硬盘接口分为IDE、SATA两种规格，不过他们各自具有自身的优势和特点，用户需要根据自身的情况来加以选择。
　　IDE接口硬盘一般就是我们俗称的并行规格的PATA硬盘，目前大多数台式存储系统采用的都是称为Ultra-ATA的并行总线接口硬盘产品，这样的规格技术是自80年代以来一直被应用在桌上型系统作为主流的内部储存互连技术，由于运用领域十分广泛时间又较Zhang，所以成熟的技术带来的是大规模集成制造的低成本和飞速发展的大容量。
　　由于长时间的没有改变，在数据的传输上来看，这种IDE接口硬盘显得有一些滞后，因为目前主流的PATA硬盘仅能支持ATA/100和ATA/133两种数据传输规范，传输速率最高只能达到 每秒100或133MB，这仅可以满足目前一般情况下的大容量硬盘数据传输。另外，这类硬盘所使用的80-pin数据线在机箱内部杂而乱，它会阻碍空气在机箱里的流动，从而影响到系统的散热。虽然劣势明显，不过对于一些原来老用户来说，由于原有的主板平台并不支持SATA接口，这种IDE接口的PATA大容量硬盘还是首选，还有一些用户认为这类型的硬盘在技术上成熟、稳定，所以也选择这类型的PATA硬盘。
　　由英特尔、戴尔、希捷、Maxtor以及APT等厂商所组成serialata.org，推出了就硬盘而言的新技术规格，Serial ATA，它为串行接口，在IDF Fall 2001大会上，希捷宣布了Serial ATA 1.0标准，正式宣告了SATA规范的确立这也是硬件新近颁布的一种的标准。
　　在技术特点来看，不得不承认PATA硬盘在安装、传输速率及功耗、抗震、噪声等多方面都要逊于SATA硬盘。因为SATA硬盘它具有更快的外部接口传输速度，数据校验措施更为完善，SATA 1.0规范规定的标准传输率可以达到150MB/S，这样可以充分发挥Serial ATA接口的性能优势，因为ATA100的理论数值是100MB/s，即便是ATA133也最高为133MB/s。另外在安装上首先SATA的连接线非常方便，而且SATA最重要的特性就是支持热插拔。串行SATA方式通过更好的数据校验方式，信号电压低可以有效的减小各种干扰，从而大大提高数据传输的效率，而且新式的SATA硬盘连接线也更加有利机箱内部的散热。
　　SATA并非只有优点，在缺点上也是显而易见，由于SATA规格还不十分成熟，这种类型的硬盘对外频要求要比并行规格硬盘高，如果用户有超频的情况这时一定要注意，因为它就会常常出现找不到硬盘或数据损坏的情况。目前支持SATA 2.0的硬盘也已经推出，相信不久SATA 3.0也会出现在市场中，但并非标准越高就越好，就目前而言这种SATA2.0规范的硬盘主要还是针对服务器和网络存储应用，如普通消费者选择SATA 1.0规范的硬盘产品足以。
　　一般PATA的硬盘传输速度有：
　　Ultra-ATA33
　　Ultra-ATA66
　　Ultra-ATA100 [
　　Ultra-ATA133
　　SATA硬盘传输速度有：
　　Ultra-ATA150

SCSI接口和SAS接口的区别

　　SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。
　　SAS的接口技术可以向下兼容SATA。具体来说，二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容。在物理层，SAS接口和SATA接口完全兼容，SATA硬盘可以直接使用在SAS的环境中，从接口标准上而言，SATA是SAS的一个子标准，因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘，但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中，因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制；在协议层，SAS由3种类型协议组成，根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。其中串行SCSI协议(SSP)用于传输SCSI命令；SCSI管理协议(SMP)用于对连接设备的维护和管理；SATA通道协议(STP)用于SAS和SATA之间数据的传输。因此在这3种协议的配合下，SAS可以和SATA以及部分SCSI设备无缝结合。
　　SAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器，也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。所以SAS驱动器和SATA驱动器可以同时存在于一个存储系统之中。但需要注意的是，SATA系统并不兼容SAS，所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。由于SAS系统的兼容性，使用户能够运用不同接口的硬盘来满足各类应用在容量上或效能上的需求，因此在扩充存储系统时拥有更多的弹性，让存储设备发挥最大的投资效益。
　　在系统中，每一个SAS端口可以最多可以连接16256个外部设备，并且SAS采取直接的点到点的串行传输方式，传输的速率高达3Gbps，估计以后会有6Gbps乃至12Gbps的高速接口出现。SAS的接口也做了较大的改进，它同时提供了3.5英寸和2.5英寸的接口，因此能够适合不同服务器环境的需求。SAS依靠SAS扩展器来连接更多的设备，目前的扩展器以12端口居多，不过根据板卡厂商产品研发计划显示，未来会有28、36端口的扩展器引入，来连接SAS设备、主机设备或者其他的SAS扩展器。
　　和传统并行SCSI接口比较起来，SAS不仅在接口速度上得到显著提升(现在主流Ultra 320 SCSI速度为320MB/sec，而SAS
　　刚起步速度就达到300MB/sec，未来会达到600MB/sec甚至更多)，而且由于采用了串行线缆，不仅可以实现更长的连接距离，还能够提高抗干扰能力，并且这种细细的线缆还可以显著改善机箱内部的散热情况。
　　SAS目前的不足主要有以下方面：
　　1)硬盘、控制芯片种类少：只有希捷、迈拓以及富士通等为数不多的硬盘厂商推出了SAS接口硬盘，品种太少，其他厂商的SAS硬盘多数处在产品内部测试阶段。此外周边的SAS控制器芯片或者一些SAS转接卡的种类更是不多，多数集中在LSI以及Adaptec公司手中。
　　2)硬盘价格太贵：比起同容量的Ultra 320 SCSI硬盘，SAS硬盘要贵了一倍还多。一直居高不下的价格直接影响了用户的采购数量和渠道的消化数量，而无法形成大批量生产的SAS 硬盘，其成本的压力又会反过来促使价格无法下降。如果用户想要做个简单的RAID级别，那么不仅需要购买多块SAS硬盘，还要购买昂贵的RAID卡，价格基本上和硬盘相当。
　　3)实际传输速度变化不大：SAS硬盘的接口速度并不代表数据传输速度，受到硬盘机械结构限制，现在SAS硬盘的机械结构和SCSI硬盘几乎一样。目前数据传输的瓶颈集中在由硬盘内部机械机构和硬盘存储技术、磁盘转速所决定的硬盘内部数据传输速度，也就是80MBsec左右，SAS硬盘的性能提升不明显。
　　4)用户追求成熟、稳定的产品：从现在已经推出的产品来看，SAS硬盘更多的被应用在高端4路服务器上，而4路以上服务器用户并非一味追求高速度的硬盘接口技术，最吸引他们的应该是成熟、稳定的硬件产品，虽然SAS接口服务器和SCSI接口产品在速度、稳定性上差不多，但目前的技术和产品都还不够成熟。
　　不过随着英特尔等主板芯片组制造商、希捷等硬盘制造商以及众多的服务器制造商的大力推动，SAS的相关产品技术会逐步成熟，价格也会逐步滑落，早晚都会成为服务器硬盘的主流接口。