Serial ATA的发展史

prada_gu

Serial ATA的发展史!\r\n\r\n深入了解ATA标准新成员----Serial ATA的发展史  \r\n在过去15年中的绝大部分时间，最为流行的桌面工作站硬盘标准就是ATA标准。直到IBM发布第一个PS/2之前，你打开过计算机机箱\r\n\r\n查看都会面对的是基于ATA的设备。ATA标准一直以历史悠久且非常可其实我不想说的著称，但现在，这一领域里有了新的成员?D?DSerial ATA（\r\n\r\n串行ATA）。在本文中，你将了解到这一新的标准。 \r\n    什么是SATA？\r\n  \r\n    迈拓是ATA标准的专利所有者。Maxtor不断推动这一硬盘标准的进步，成果包括从峰值传输速率分别可达100mbps和133 mbps 的\r\n\r\nATA以及Ultra ATA。ATA这一术语可以同IDE互换，ATA标准有时也被称为并行ATA（Parallel ATA，PATA），因为PATA按照并行的方\r\n\r\n式来传输数据。 \r\n  \r\n    然而，由于PATA的峰值传输速率有限，随着硬盘驱动器厂商推出的产品数据传输速率提高、磁盘转速更快，PATA技术很快成为\r\n\r\n了数据传输过程中的瓶颈。SATA，因一开始出现时速度就可以达到150 mbps的峰值传输速率，立刻让PATA黯然失色。SATA的进步不\r\n\r\n仅仅在传输性能上，还包括了可扩展性、更为简单的安装过程，以及更好的散热性能。SATA主要瞄准高端PC市场以及低端服务器市\r\n\r\n场（或者换句话说，不负责非紧急事务的服务器?D?D尽管这样的市场状况会很快有所改变）。 \r\n  \r\n    串行ATA工作组（Serial ATA Working Group）是业界负责设计、开发和发布SATA接口标准的组织。工作组又分成两个部分。在\r\n\r\n2000年，首先设立了开发针对桌面应用SATA标准的第一部分。在2002年2月分，为了满足服务器器和网络存储市场的需求又成立了工\r\n\r\n作组第二部分。\r\n  \r\n    为了全面的了解SATA为存储技术所带来的进步，我们需要简单回顾一下并行ATA的发展及其弱点。当PATA问世的时候，它仅仅能\r\n\r\n够达到3.3 mbps的传输速率，若干年后逐渐增长到了100 mbps。在这段时间里，PATA还获得了以下方面的改进：\r\n\r\n开发了ATAPI以支持其他存储设备，例如磁带驱动器，以及CD-ROM； \r\n向后兼容早期版本的ATA设备； \r\n为确保数据完整性进行循环冗余校验； \r\n为更为快速的访问驱动器提供EIDE扩展； \r\n多种传输模式，包括DMA和UDMA。\r\n    尽管PATA技术不断在发展，但无可避免的受到了固有的设计缺陷影响，从而使得它成为了禁锢硬盘速度和数据传输速度的首要\r\n\r\n因素。以下是PATA三个主要的弱点：\r\n\r\n线缆长度 \r\n耗电 \r\n数据完整性问题\r\n    由于信号衰减，PATA的线缆长度被限制在了18英寸（45厘米）。这使得在大型计算机设备中连接距离很长的两个连接点成了一\r\n\r\n个问题，导致特定的物理驱动器配置模式无法执行。而且，连接PATA设备所使用的更宽的40针带状线缆非常不方便，并且容易阻挡\r\n\r\n计算机内部的空气流动。在某些的计算机中，还可能造成局部区域温度过高。由于这些线缆很宽，因此很难被卷起来。在任何情况\r\n\r\n下，这样类似的因素都使得富于创造性的配线方式变得无法实现。\r\n  \r\n    PATA设备需要5伏特的信号。芯片设计目前的发展方向电压更低，尺寸更小。大的芯片板（chip pads）需要为每个ATA信道提供\r\n\r\n26×5伏特的信号，这意味着芯片板将决定芯片的尺寸。更高的电压同样意味着系统的总功耗会变得很高。\r\n  \r\n    PATA的确提供了循环冗余校验来保障数据完整性，但校验范围并没有扩展到普通的数据。SATA则提供了对普通数据端到端的完\r\n\r\n整性检查。\r\n  \r\n    SATA的优点\r\n  \r\n    现在来看看SATA和这种新的总线接口技术所具备的优点。其中主要的是数据传输速率。在文章前一部分，我提到了目前SATA可\r\n\r\n以提供150 mbps的高峰传输速率。到2004年5月和2007年8月，预计SATA的数据传输速率将分别达到300 mbps和600 mbps。最终，我\r\n\r\n们可能看到比今天的PATA设备快上近10倍的传输速率。\r\n  \r\n    相对于PATA又短又宽的笨重线缆而言，SATA技术采用的线缆则几乎可以说是PATA用户们所梦寐以求的。串行线缆又小又细，并\r\n\r\n可以延伸至1米，使得在大型系统上安装设备和布线变得非常容易。更少的线数使得连接器的体积也减小了，因此你可以跟那些40针\r\n\r\n的庞然大物说再见了。采用这种线缆有效的改进了计算机内部的空气流动。图A中可以看看串行线缆有多细。图B和图C则显示了如何\r\n\r\n将串行线缆连接到SATA驱动器上。\r\n\r\n\r\n图A：SATA线缆比传统的ATA线缆更细\r\n\r\n\r\n图B：SATA设备有一个可插入的连接器\r\n\r\n\r\n图C：这是SATA硬盘驱动器的背面\r\n\r\n    在电压方面，SATA使用两条数据信道分别发送和接收数据，500毫伏的电压就可以运行SATA了。这使得系统功耗有所减少。\r\n  \r\n    SATA可以通过使用多用途的芯片组或串行?D?D并行转换器（反之亦然）来向后兼容PATA设备。在软件方面也有类似的进步，由\r\n\r\n于SATA和PATA都使用同样的驱动器，因此不需要对你知道我想做什么吗？作系统进行升级或其他任何的改变\r\n\r\n\r\n图D：你可以通过类似的转换器将PATA转换为SATA\r\n\r\n    串行ATA驱动器和适配器采用“原（native）”或者“桥接（bridge）”控制芯片。前者可以提供最大的吞吐量（150 mbps），\r\n\r\n后者则允许信号进行并行到串行的转换。使用桥接控制器的问题在于它会影响带宽，而且还比较严重：在150 mbps的设备上，桥接\r\n\r\n控制器可能只会为你提供70到80 mbps的带宽。对于适配器生产商而言这现在或许还不是一个问题，因为最快的IDE硬盘的高峰传输\r\n\r\n速率也可以达到50到70mbps，但在SATA发展到中期的时候很可能成为一个重要的问题。\r\n  \r\n    那么怎样把SATA驱动器同系统剩下的部分连接起来呢？现在，较为普遍的方法是使用SATA主机适配器。这种方法已经收到了多\r\n\r\n家不同生产厂商的欢迎，例如Promise、3Ware以及Highpoint。这些适配器通常和IDE连接器一同出售，因为假设你希望使用一堆各\r\n\r\n种各样的硬盘，当然还有额外电源线以及串行线缆。如果需要，你可以为8个单独的驱动器购买具有8SATA信道的适配器。一些生产\r\n\r\n商提供了包含适配器和驱动器的商品套装。你可以仔细在市场里看看能找到些什么。\r\n  \r\n    现在可以在市场上看到第一片直接将SATA集成到主板芯片组的主板。到2003年下半年，这很有可能成为一种标准配置。如图E，\r\n\r\n你可以看到PATA（IDE）连接器和SATA连接器（用黄色表明）的对比图。显然，使用SATA线缆可以大量节省空间。\r\n\r\n\r\n图E：现在你可以购买具有SATA连接器的主板\r\n\r\n    另一项激动人心的功能是SATA不再需要设置主从盘配置跳线。的确，当驱动器连接好之后，BIOS立即将为它按照1、2、3顺序编\r\n\r\n号。这些序号将取决于驱动器接在哪个SATA连接器上。\r\n  \r\n    在标准的SATA系统中，采用平均4信道的SATA主适配器时平均磁盘访问时间是14.5毫秒。磁盘读取平均最大值是47 mbps，写平\r\n\r\n均最大值是36.6 mbps。平均高峰传输速率为79.4 mbps?D?D或许还无法同人们所期望的理论值150 mbps相提并论。\r\n  \r\n    这是一个有意思的问题，因为PATA驱动器可以提供的平均峰值也在70到75mbps之间。这就是说，不同的SATA硬件组合起来将会\r\n\r\n提供更高的峰值速率?D?D但请不要忘了带宽性能在使用桥接控制器的时候会受到影响。桥接控制器的确是导致性能下降的一个问题\r\n\r\n，如果打算SATA硬件设备，那么你需要进一步深入研究不同产品的差别。\r\n  \r\n    什么是SCSI？\r\n  \r\n    有人说SCSI接口将一统天下，而另一些人则认为SCSI活不了多久了。我倾向于后者，原因如下：\r\n  \r\n    串行ATA II 规范中添加了一项智能命令队列功能。这一功能之前则是SCSI主要的买点。使用SCSI协议的设备可以在无需CPU或\r\n\r\n芯片组的帮助下组成序列并执行请求。\r\n  \r\n    实际上，SATA设备并不需要分配ID编号，也可以像SCSI设备也一样。这是另一优势，因为这会使得即插即用更为方便。\r\n  \r\n    如果给予了SATA和SCSI相比相同甚至更多的高级功能，那么二者的价格差异将意味着SCSI将开始逐步丢失其占有的市场份额。\r\n\r\n但在高端企业系统上，SCSI占据着绝对的优势，并且这样的曰子还将持续一段时间。\r\n  \r\n    我需要花费多少钱？\r\n  \r\n    自然，SATA设备的价格将会出现一定差别。Ballpark提供的数据表明，类似于Seagate Baracuda V 120 GB这样的驱动器的价格\r\n\r\n将下降到200美元以内。相同型号80GB的产品则价格在160美元左右。我在这里提到了Seagate的产品是因为目前就价格而言，\r\n\r\nSeagate处于市场的领先地位，并且Seagate还开发了SoftSonic技术。其新的驱动器马达就是用这一技术命名，该马达采用了流体动\r\n\r\n力轴承（fluid dynamic bearing，FDB）。有报道说采用这一技术的驱动器是目前市场上运行时噪音最小的。如果在家里或办公室\r\n\r\n使用多个驱动器，那么噪声的确是需要考虑的问题。\r\n  \r\n    SCSI驱动器的平均价格则在100美元以上，但通常而言你只能够获得18到36GB的容量。因此就单位字节的价格来看，SCSI驱动器\r\n\r\n显得非常昂贵。并且还需要记住SATA是新的技术，因此驱动器价格还要下跌，因此必将变得非常廉价。诸如3ware公司这样厂家生产\r\n\r\n的一个8信道的主机适配器在北美市场的价格大约是550到580美元。购买4信道的适配器则要花大约400美元。显然，采用串行ATA组\r\n\r\n成RAID5系统将会比选择SCSI技术显得更加便宜，当然不同的技术需求和条件将会产生不同的解决方案。\r\n  \r\n    需要记住的另一件事情如果你需要“JBOD模式（just a bunch of disks，一堆独立磁盘驱动器）”，即以网络附加存储\r\n\r\n（network-attached storage，NAS）或直接连结存储（direct-attached storage ，DAS）的方式来获得更多的磁盘空间，那么\r\n\r\nSATA很可能是最佳选择，尤其是在需要考虑价格因素的情况下。市场上已经出现了NAS设备，其中一些提供了诸如热拔插（hot-swap\r\n\r\n）SATA设备的功能。当驱动器设备出现问题时这一功能就显得非常重要。在这样的情况下SATA带来的便利就在于使得执行更为简单\r\n\r\n，而无需考虑价格昂贵的SCSI和光纤信道。\r\n  \r\n    如果你希望组建JBODs，但在NAS设备中又无法提供命令和控制系统（如CPU，内存，基本你知道我想做什么吗？作系统），你同样可以使用SATA驱动\r\n\r\n器。方法是把SATA驱动器放在通过SATA hub跟系统直接相连的硬盘箱里面。SCSI同样具有这样的功能，但其价格因素成为了应用的\r\n\r\n障碍。\r\n  \r\n    未来就在眼前\r\n  \r\n    PATA标准还不会立即消亡。绝大部分的PC系统（不同于服务器）都在运行并行ATA设备，并且这样的状况还要维持一段时间。如\r\n\r\n果市场PC购买量有较大增长，那么这将是快速推进串行ATA的良机。就性能而言，在两项技术的性能测试评分没有太大差别，因此等\r\n\r\n待SATA技术提供更高的数据传输速率在现在来看是正确的。 \r\n  \r\n    然而，SATA的确可以在功耗、安装简便性、线缆、内部散热以及驱动器配置方面带来很多的好处。这些因素可能会比数据传输\r\n\r\n速率更为重要，尤其是对于那些需要节省时间和金钱，且缺乏处理故障经验的计算机组装用户而言。