硬盘读写原理

第一篇 硬盘结构及工作原理

　　在信息化时代，数据就是一切。硬盘作为计算机存储数据的地方，重要性不言而喻。要避免硬盘数据不因各种误操作而丢失，用户就必须对硬盘结构及其工作原理有充分了解。在开篇的第一章节，我们将重点就硬盘结构及工作原理进行讲解。

　　一、硬盘结构

　　硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、磁头、盘片、主轴、电机、接口及其它附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部份。

图1 硬盘结构

　　图1是硬盘内部结构图，包括磁盘盘片、主轴、读写磁头、传动手臂、传动轴以及反力矩弹簧装置。下面先就这盘片、主轴、磁头做个简单的介绍。

　　1、盘片

　　盘片是硬盘存储数据的载体。盘片的基板由金属或玻璃材质制成，基板要求表面光滑而平整，基板表面被涂上一层不含杂质且及其细密的磁粉，每个磁性粒子存在N、S极，磁头通过改变这些磁性粒子的N、S极状态来达到存储数据的目的。通常一个硬盘内部包含有多张盘片。

　　2、磁头

　　盘片是存储数据的地方，而磁头是读取数据的工具。磁头是硬盘中最精密的部件之一。磁头组件主要由读写磁头、传动手臂和传动轴三个部分组成。磁头与盘片之间采用了非接触式读取方式，硬盘在加电后，主轴带动盘片高速旋转，气流将磁头托起，一般而言，盘片与磁头之间的距离保持在0.1～0.3um，这样磁头就不会划伤盘片，而且可以达到很好的信噪比。

　　3、主轴

　　主轴组件包括轴承和驱动电机等。随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机的速度也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电机技术。在关注硬盘的读写速度上，用户往往会关注转速，如5400rpm、7200rpm，这表示主轴转速。

图2 磁头及驱动电路

　　图2是控制磁头读写数据的驱动电路，包括电磁线圈电机磁头驱动小车、前置控制电路、传动手臂、读写磁头，以及传动轴。

　　4、磁头驱动器

　　硬盘的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动器由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。

　　5、前置控制电路

　　前置控制电路控制着磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等，由于磁头读取的信号微弱，将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高操作指令的准确性。

图3 硬盘控制电路板

　　图3为硬盘控制电路板，位于硬盘背面，将背面电路板的安装螺丝拧下，翻开控制电路板即可见到控制电路。大多数的控制电路板都采用贴片式焊接，它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。在电路板上还有一块ROM芯片，里面固化的程序可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等，在电路板上还安装有容量不等的高速数据缓存芯片。

　　二、硬盘工作原理

　　通过前面的介绍，相信用户对硬盘的结构有了一定了解。硬盘的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。在磁盘盘片上有很多细小的带极性(N极和S极)的磁性粒子，磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。下面来讲讲硬盘从通电到断电的整个工作过程。

　　第一步：硬盘初始化

　　硬盘接通电源之后，图3控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，这一过程包括执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等。初始化工作完成后，主轴电机将启动并高速选择，装载磁头的小车机构移动(见图2)，将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待指令的启动状态。

　　第二步：指令接收与处理

　　当接口电路接收到微机系统传来的指令信号，通过前置放大控制电路，驱动音圈电机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。

　　接口电路接收指令-->前置放大控制电路放大信号-->驱动音圈发出磁信号-->磁头对盘片数据定位-->信号解码-->放大控制电路放大信号并传输给接口电路-->接口电路反馈给主机。

　　第三步：断电后状态处理

　　结束硬盘操作的断电状态，在反力矩弹簧的作用下浮动磁头驻留到盘面中心。

　　注意：相对处理器以及内存的性能提升速度，硬盘读写速度的提升相对较慢。因此，计算机的性能瓶颈往往集中于此。为解决这个问题，在硬盘中有一个存储缓冲区，目的是协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异。

第二篇 硬盘上数据的组织形式

本文标签: 磁道 扇区 低级格式化 簇 

　　在第一篇中我们谈到了硬盘结构及工作原理，也提到了磁头和盘片。磁头的功能是从盘片上读取数据，并将读取的数据通过控制放大电路传输给接口电路，最终反馈给主机。说到这里，读者可能会思考，一张盘片上存储着GB数量级的数据，磁头是如何在极短时间内定位并找到想要的数据的？磁盘上是否存在着一定的组织形式，从而引导磁头迅速的定位数据？那么，带着诸多疑问让我们开始基于硬盘上数据组织形式的探讨。

　　在硬盘中，盘片和磁头的数量一般不只一个，盘片与磁头之间的数量关系是：磁头数=盘片数×2。这是因为一个盘片有两个面，而每一个面都有一个磁头。如图1所示。

图 1 磁道、扇区与柱面示意图

　　每个盘片的每个面都有一个读写磁头，磁头起初都停在盘片的最内圈，这个区域不存放任何数据，称为起停区或着陆区。在起停区的外围就是数据区，最外一圈，即离主轴最远的一圈就是0磁道，数据写入规则是由外圈至内圈顺序写入。到这里，对于磁头和盘面相信读者已经能很好的理解了。那么，什么是磁道、柱面、扇区、扇面以及簇？

　　简单来说，硬盘生产出来之前并不能马上存储数据，必须通过低级格式化来给磁盘制定一个读写规则，并划分磁道和扇区。这就好比一间仓库，开始里面空无一物。为了更好的管理这间仓库，仓库管理人员可以通过在仓库中划分出不同的区域来存放不同物品，如区域1存放书籍，区域2存放木材，区域3存放电器……，当然还可以进一步的细化存放规则，硬盘也一样。

　　一、低级格式化的意义

　　通过低级格式化，我们可以在每一个盘面上划分出许多以主轴为中心的同心圆，这些同心圆轨道就叫做磁道。最外圈的磁道为0磁道，最外面倒数第二圈是1磁道，由外至内依次类推。早期的硬盘，每一个盘面大概有300～1024个磁道，目前新式大容量硬盘的盘面可达到几千到上万个磁道。这些磁道不是连续的记录，而是在磁道上又划分出了一道道的圆弧，这一道道的圆弧就叫做扇区(如图2)。

图 2 磁盘上的磁道、扇区和簇

　　为什么要在磁道上划分出扇区？这是因为尽管这些圆弧的角速度一样。由于径向长度不一样，所以，线速度也不一样，外圈的线速度较内圈的线速度大，即同样的转速下，外圈在同样时间段里，划过的圆弧长度要比内圈划过的圆弧长度大。因此，外圈的数据读取速度要比内圈快。同时，为了方面对数据进行读写管理，也有必要为磁道划分扇区，因为数据的读写不能以磁道为单位，而且扇区是数据读写的最小单元，即不可能发生读写半个或四分之一个扇区数据的情况。每个扇区可以存放512字节数据和一些其他信息。扇区其他信息包括扇区所在的柱面（磁道）、磁头编号、扇区在磁道上的位置，即扇区号。

　　这里解释下什么是柱面。前面提到，硬盘中有多个盘面，所有盘面上的同一磁道，在竖直方向上构成的一个圆柱，就称为柱面。如图1所示。值得提醒的是，数据的读写是按照柱面进行的，即磁头读写数据时首先在同一柱面内从0磁道开始进行读写操作，依次向下在同一柱面的不同盘面进行读写操作。只有在同一柱面所有的磁头全部读写完毕后磁头才能转移到下一个柱面。原因就在于，选取磁头只需通过电子切换即可，而选取柱面这必须通过机械切换，即寻道。

　　柱面(cylinder)、磁头(Header)、扇区(Sector)三者简称为CHS，因此扇区地址又称为CHS地址。磁头之所以能在接收到指令信息之后很快定位并读取信息，就是因为每一个扇区中都有一个CHS地址。CHS编址方式在早期的小容量硬盘中非常流行，而在目前大容量硬盘中CHS编址方式已经不再使用，而转为LBA编址方式。这在后续文章中会进行讲解，在此不做详述。

　　最后解释下什么是簇？簇，即一组扇区。因为扇区的单位太小，因此把它捆在一起，组成一个更大的单位更方便进行灵活管理。让用户直接感受“簇”的最简单方式是：在电脑中新建一个记事本，然后输入一个数字或字母并保存。用户再通过属性查看这个文件的占用空间大小，就可以发现，虽然记事本中的文本只占１个字节，但系统已经为这个记事本分配了至少１KB空间，在XP系统中是1KB，在Windows 7系统中是4KB。簇是系统文件存储数据的最小单位，由操作系统在高级格式化过程中自定义。

　　二、扇区编号与交叉因子

　　谈了那么多，我们将话题再拉回到扇区。前面讲到，由于每个磁道上的线速度不同，外圈磁道比内圈磁道的数据读取速度要快很多。而如果硬盘的旋转速度过快，有时候会导致磁头还没有读完一个扇区数据就已经转到了下一个或下几个扇区。显然，要解决这个问题，通过加大扇区之间的间隔是不现实的，因为这样会浪费许多磁盘空间。我们必须找到一个合适的方法给扇区编号。

图 3 扇区交叉因子

　　对这个问题，多年前IBM的一位杰出工程师想出了一个绝妙的办法，即对扇区不使用顺序编号，而是使用一个交叉因子进行编号。交叉因子用比值的方法来表示，如3�s1表示磁道上的第1个扇区为1号扇区，跳过两个扇区即第4个扇区为2号扇区，这个过程持续下去直到给每个物理扇区编上逻辑号为止。例如，每磁道有17个扇区的磁盘按2�s1的交叉因子编号就是：1，10，2，11，3，12，4，13，5，14，6，15，7，16，8，17，9，而按3�s1的交叉因子编号就是：1，7，13，2，8，14，3，9，15，4，10，16，5，11，17，6，12。当设置1�s1的交叉因子时，如果硬盘控制器处理信息足够快，那么，读出磁道上的全部扇区只需要旋转一周；但如果硬盘控制器的后处理动作没有这么快，磁盘所转的圈数就等于一个磁道上的扇区数，才能读出每个磁道上的全部数据。将交叉因子设定为2�s1时，磁头要读出磁道上的全部数据，磁盘只需转两周。如果2�s1的交叉因子仍不够慢，磁盘旋转的周数约为磁道的扇区数，这时，可将交叉因子调整为3�s1，如图3所示。

　　在早期的硬盘管理工作中，设置交叉因子需要用户自己完成。用BIOS中的低级格式化程度对硬盘进行低级格式化时，就需要用户指定交叉因子，有时候还需要设置几种不同的比值来比较其性能，而确定最好的一个。这里还要强调一点，BIOS程序以及操作系统启动过程中需要调用的程序都放置在0磁道中，这是因为磁头数据读取方式是由外而内进行的。

　　本章节重点讲解了硬盘上数据的存放形式。为什么磁头能在极短时间内根据来自主机的信号来定位硬盘上的数据，是因为磁头可以根据CHS地址知道数据在哪一个柱面，在这个柱面的第几磁道，在这个磁道的第几扇区。为什么系统启动数据以及BIOS是语句都存储在最外圈的0磁道？这是因为硬盘上磁头的数据读取模式是由外而内，最先读取最外圈0磁道的数据。通过本篇文章的讲解，相信网友对本文开头的疑问已然尽解。

　　下期预告：在下一篇文章中，我们将介绍硬盘接口的两大协议标准ATA和SCSI，以及基于这两大标准的物理接口的应用特性，包括IDE、SATA以及SCSI。

第三篇 硬盘接口技术

本文标签: IDE硬盘 SATA硬盘 SCSI硬盘 

　　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。

　　ATA(Advance Technology Attachment，即高级技术附加) 和SCSI(Small Computer System Interface，即小型计算机系统接口)是目前两大主流硬盘接口协议标准，它们各自都有自己的物理接口定义。ATA协议标准所对应着IDE接口和SATA接口；SCSI协议标准对应SCSI接口、SAS接口以及承载于FaberChannel协议的串行FC接口。

　　一、IDE硬盘接口

图 1 IDE接口硬盘

　　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接口也称为PATA接口，即Parllel ATA(并行传输ATA)。ATA接口最早是在1986年由Compaq、West Digital等公司共同开发的，在20世纪90年代开始应用于台式机系统。最初它使用40芯电缆与主板上的ATA接口连接，随着技术的发展，后来电缆也扩充到了80芯，其中有部分是屏蔽线，用于屏蔽电缆之间的电磁干扰，不传输数据。

　　ATA接口从诞生至今共推出了７个不同的版本，分别是ATA-1(IDE)、ATA-2（EIDE/Fast ATA）、ATA-3（FastATA-2）、ATA-4（ATA33）、ATA-5（ATA66）、ATA-6（ATA100）、ATA-7（ATA 133）。

　　ATA-1

　　ATA-1在主板上有一个插口，支持一个主设备和一个从设备，每个设备的最大容量为504MB，支持的PIO-0模式传输速率只有3.3MB/s。ATA-1支持PIO模式包括有PIO－0和PIO-1、PIO-2模式，另外还支持四种DMA模式（没有得到实际应用）。ATA-1接口的硬盘大小为5英寸，而不是现在主流的3.5英寸。

　　ATA-2

　　ATA-2是对ATA-1的扩展，习惯上也称为EIDE（Enhanced IDE）或Fast ATA。它在ATA的基础上增加了2种PIO和2种DMA模式（PIO-3），不仅将硬盘的最高传输率提高到16.6MB/S，还同时引进LBA地址转换方式，突破了固有的504MB的限制，可以支持最高达8.1GB的硬盘。在支持ATA－2的电脑的BIOS设置中，一般可以见到LBA（Logical Block Address），和CHS（Cylinder，Head，Sector）的设置，同时在EIDE接口的主板一般有两个EIDE插口，它们也可以分别连接一个主设备和一个从设备，这样一块主板就可以支持四个EIDE设备，这两个EDIE接口一般称为IDE1和IDE2。

　　ATA-3

　　ATA-3没有引入更高速度的传输模式，在传输速度上并没有任何的提升，最高速度仍旧为16.6MB/s。只在电源管理方案方面进行了修改，引入了了简单的密码保护的安全方案。但引入了一个划时代的技术，那就是S.M.A.R.T（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology，自监测、分析和报告技术）。这项及时会对包括磁头、盘片、电机、电路等硬盘部件进行监测，通过检测电路和主机上的监测软件对被监测对象进行检测，把其运行状况和历史记录同预设的安全值进行分析、比较，当超出了安全值的范围，会自动向用户发出警告，进而对硬盘潜在故障做出有效预测，提高了数据存储的安全性。

　　ATA-4

　　从ATA-4接口标准开始正式支持Ultra DMA数据传输模式，因此也习惯称ATA-4为Ultra DMA 33或ATA33。首次在ATA接口中采用了Double Data Rate（双倍数据传输）技术，让接口在一个时钟周期内传输数据两次，时钟上升和下降期各有一次数据传输，这样数据传输率一下从16MB/s提升至33MB/s。Ultra DMA 33还引入了一个新技术－冗余校验计术（CRC），该技术的设计方针是系统与硬盘在进行传输的过程中，随数据发送循环的冗余校验码，对方在收取的时候也对该校难码进行检验，只有在完全核对正确的情况下才接收并处理得到的数据，这对于高速传输数据的安全性有着极有力的保障。

　　ATA-5

　　ATA-5也就是“Ultra DMA 66”，也叫ATA66，是建立在Ultra DMA 33硬盘接口的基础上，同样采用了UDMA技术。Ultra DMA 66让主机接收/发送数据速率达到66.6 MB/s，是U-DMA/33的两倍。保留了上代Ultra DMA 33的核心技术冗余校验计术（CRC）。在工作频率提成的同时，电磁干扰问题开始在ATA接口中，为保障数据传输的准确性，防止电磁干扰，Ultra DMA 66接口开始使用40针脚80芯的电缆，40针脚是为了兼容以往的ATA插槽，减小成本的增加。80芯中新增的都是地线，与原有的数据线一一对应，这种设计可以降低相邻信号线之间的电磁干扰。

　　ATA-6

　　ATA100接口和数据线与ATA66一样，也是使用40针80芯的数据传输电缆，并且ATA100接口完全向下兼容，支持ATA33、ATA66接口的设备完全可以继续在ATA100接口中使用。ATA100规范可以轻松应付目前ATA33和ATA66接口所棘手的难题。ATA100可以让硬盘的外部传输率达到100MB/s，它提高了硬盘数据的完整性与数据传输率，对桌面系统的磁盘子系统性能有较大的提升作用，而CRC技术更有效提高高速传输中数据的完整性和可靠性。

　　ATA-7

　　ATA-7是ATA接口的最后一个版本，也叫ATA133。只有迈拓公司推出一系列采用ATA133标准的硬盘，这是第一种在接口速度上超过100MB/s的IDE硬盘。迈拓是目前惟一一家推出这种接口标准硬盘的制造商，而其他IDE硬盘厂商则停止了对IDE接口的开发，转而生产Serial ATA接口标准的硬盘。ATA133接口支持133 MB/s数据传输速度，在ATA接口发展到ATA100的时候，这种并行接口的电缆属性、连接器和信号协议都表现出了很大的技术瓶颈，而在技术上突破这些瓶颈存在相当大的难度。新型的硬盘接口标准的产生也就在所难免。

　　二、SATA硬盘接口

　　SATA的全称是Serial ATA，即串行传输ATA。相对于PATA模式的IDE接口来说，SATA是用串行线路传输数据，但是指令集不变，依然是ATA指令集。SATA标准是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor、Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。在IDF Fall 2001大会上，Seagate宣布了Serial ATA 1.0标准，正式宣告了SATA规范的确定。

图 2  SATA接口硬盘

　　相对IDE（PATA）接口，SATA硬盘的优势在于：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，这比最快的并行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的数据传输率达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。

　　SATA的物理设计，可说是以Fibre Channel(光纤通道)作为蓝本，所以采用四芯接线；需求的电压则大幅度减低至250mV(最高500mV)，较传统并行ATA接口的5V少上20倍！因此，厂商可以给Serial ATA硬盘附加上高级的硬盘功能，如热插拔(Hot Swapping)等。更重要的是，在连接形式上，除了传统的点对点(Point-to-Point)形式外，SATA还支持“星形”连接，这样就可以给RAID这样的高级应用提供设计上的便利；在实际的使用中，SATA的主机总线适配器(HBA，Host Bus Adapter)就好像网络上的交换机一样，可以实现以通道的形式和单独的每个硬盘通讯，即每个SATA硬盘都独占一个传输通道，所以不存在象并行ATA那样的主/从控制的问题。

　　自2003年第二季度Intel推出支持SATA 1.5bps的南桥芯片(ICH5)后，SATA接口取代传统PATA接口的趋势日渐明显。此外，SATA与现存于PC上的USB、IEEE1394相比，在性能和功能方面的表现也很突出。然而经过一年的市场洗礼，原有的SATA 1.0/1.0a (1.5Gbps)规格遇到了一些问题。2005年SATA硬盘步入了新的发展阶段。性能更强、配置更高的SATA2.0产品已经出现在市场上，而这些高性能的SATA2.0硬盘的到来无疑加速了硬盘市场的转变。

　　目前，SATA标准规范发展到了SATA 3.1,详细的版本介绍见e-works辞海：http://wiki.e-works.net.cn/History.aspx?id=10334

　　三、SCSI硬盘接口

　　SCSI的全称是Small Computer System Interface，即小型计算机系统接口，是一种较为特殊的接口总线，具备与多种类型的外设进行通信的能力，比如硬盘、CD-ROM、磁带机、扫描仪等。SCSI接口是一种广泛应用于小型机的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用广、多任务、带宽大、CPU占用率低以及热插拔等优点。

图 3 SCSI接口硬盘

　　在系统中应用SCSI必须要有专门的SCSI控制器，也就是一块SCSI控制卡，才能支SCSI接口持SCSI设备，这与IDE硬盘不同。在SCSI控制器上有一个相当于CPU的芯片，它对SCSI设备进行控制，能处理大部分的工作，减少了中央处理器的负担（CPU占用率）。在同时期的硬盘中，SCSI硬盘的转速、缓存容量、数据传输速率都要高于IDE硬盘，因此更多是应用于商业领域。

　　SCSI最早是1979年由美国的Shugart公司（希捷公司前身）制订的，在1986年获得了ANSI（美国标准协会）的承认，称为SASI（Shugart Associates System Interface施加特联合系统接口），也就是SCSI-1。

　　SCSI-1

　　SCSI-1是第一个SCSI标准，支持同步和异步SCSI外围设备；使用8位的通道宽度；最多允许连接7个设备；异步传输时的频率为3MB/S，同步传输时的频率为5MB/s；支持WORM外围设备。它采用25针接口，因此在连接到SCSI卡（SCSI卡上接口为50针）上时，必须要有一个内部的25针对50针的接口电缆。该种接口已基本被淘汰，在相当古老的设备上或个别扫描仪设备上还能看到。

　　SCSI-2

　　SCSI-2有被称为Fast SCSI，它在SCSI-1的基础上做出了很大的改进，还增加了可靠IDE接口性，数据传输率被提高到了10MB/s，仍旧使用8位的并行数据传输，还是最多7个设备。后来又进行了改进，推出了支持16位并行数据传输的WIDE-SCSI-2（宽带）和FAST-WIDE-SCSI-2（快速宽带），其中WIDE-SCSI-2的数据传输率并没有提高，只是改用16位传输；而FAST-WIDE-SCSI-2则是把数据传输率提高到了20MB/s。

　　SCSI-3

　　SCSI-3标准版本是在1995年推出的，也习惯称为Ultra SCSI，其同步数据传输速率为20MB/s。若使用16位传输的Wide模式时，数据传输率更可以提高至40MB/s。允许接口电缆的最大长度为1.5米。

　　Ultra2 SCSI

　　Ultra2 SCSI（Fast－40）标准版本

　　1997年推出了Ultra2 SCSI（Fast－40）标准版本，其数据通道宽度仍为8位，但其采用了LVD（Low Voltage Differential，低电平微分）传输模式，传输速率为40MB/s，允许接口电缆的最长为12米，大大增加了设备的灵活性，支持同时挂接15个装置。随后其推出了WIDE ULTRA 2 SCSI接口标准，它采用16位数据通道带宽，最高传输速率可达80MB/S，允许接口电缆的最长为12米，同样支持同时挂接15个装置，大大增加了设备的灵活性。LVD可以使用更低的电压，因此可以将差动驱动程序和接收程序集成到硬盘的板载SCSI控制器中。老式SCSI需要使用独立的、耗电的高压器件。由于LVD使用的是低电SCSI接口压和低电流器件，因此可以将差动收发器集成在硬盘的板载SCSI控制器中，不再需要单独的高成本外部高电压差动组件。

　　Ultra160 SCSI

　　Ultra160 SCSI，也称为Ultra3 SCSI LVD，是一种比较成熟的SCSI接口标准，是在Ultra2 SCSI的基础上发展起来的，采用了双转换时钟控制、循环冗余码校验和域名确认等新技术。双转换时钟控制在不提高接口时钟频率的情况下使数据传输率提高了一倍，这是Ultral60 SCSI接口速率大幅提高的关键。采用Ultra160 SCSI，实现起来简单容易，风险小。在增强了可靠性和易管理性的同时，Ultra160 SCSI的传输速率为Ultra2 SCSI的2倍，达到160MB/s。

　　Ultra320 SCSI

　　Ultra320 SCSI也称为Ultra4 SCSI LVD，是比较新型的SCSI接口标准。Ultra320SCSI是在Ultra160 SCSI的基础上发展起来的，Ultra160 SCSI的优势得以继续发扬，Ultra160 SCSI的3项关键技术，即双转换时钟控制、循环冗余码校验和域名确认，都得到保留。以前以往的SCSI接口标准中，SCSI接口支持两种传输模式： 异步和同步。Ultra320 SCSI引入了调步传输模式，在这种传输模式中，简化了数据时钟逻辑，使Ultra320 SCSI的高传输速度成为可能。Ultra320 SCSI传输速率可以达到320MB/s。

　　本章节描述的主要局限于硬盘接口的物理电气特性以及接口标准规范，对于接口的传输模式以及OSI模型未作过多的描述，在后续的章节中我们将就此细节问题逐一深入讨论。