51CTO存储专家：全面了解SATA技术

【51CTO.com独家特稿】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靠著称，但现在，这一领域里有了新的成员——Serial ATA（串行ATA）。在本文中，你将了解到这一新的标准。

什么是SATA？

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ATA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按照并行的方式来传输数据。

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场（或者换句话说，不负责非紧急事务的服务器——尽管这样的市场状况会很快有所改变）。

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2000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作组第二部分。

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：

开发了ATAPI以支持其他存储设备，例如磁带驱动器，以及CD-ROM；

向后兼容早期版本的ATA设备；

为确保数据完整性进行循环冗余校验；

为更为快速的访问驱动器提供EIDE扩展；

多种传输模式，包括DMA和UDMA。

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因素。以下是PATA三个主要的弱点：

线缆长度

耗电

数据完整性问题

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。

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26×5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。

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整性检查。

SATA的优点

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，我们可能看到比今天的PATA设备快上近10倍的传输速率。

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则显示了如何将串行线缆连接到SATA驱动器上。

图A：SATA线缆比传统的ATA线缆更细。

图B：SATA设备有一个可插入的连接器。

图C：这是SATA硬盘驱动器的背面。

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。

SATA可以通过使用多用途的芯片组或串行——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，由于SATA和PATA都使用同样的驱动器，因此不需要对操作系统进行升级或其他任何的改变。

图D：你可以通过类似的转换器将PATA转换为SATA。

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），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。

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。

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，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。

图E：现在你可以购买具有SATA连接器的主板。

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顺序编号。这些序号将取决于驱动器接在哪个SATA连接器上。

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，写平均最大值是36.6 mbps。平均高峰传输速率为79.4 mbps——或许还无法同人们所期望的理论值150 mbps相提并论。

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硬件组合起来将会提供更高的峰值速率——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，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。

什么是SCSI？

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：

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或芯片组的帮助下组成序列并执行请求。

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。

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。但在高端企业系统上，SCSI占据着绝对的优势，并且这样的日子还将持续一段时间。

我需要花费多少钱？

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，Seagate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使用多个驱动器，那么噪声的确是需要考虑的问题。

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。

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（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SATA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）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，而无需考虑价格昂贵的SCSI和光纤信道。

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，基本操作系统），你同样可以使用SATA驱动器。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障碍。

未来就在眼前

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，因此等待SATA技术提供更高的数据传输速率在现在来看是正确的。

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。

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