硬盤各種接口IDE、SATA與SATA II的優(yōu)缺點(diǎn)分析
2020-07-21 19:27:53
供稿：網(wǎng)友
現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展實(shí)在太快，很多人還沒(méi)弄清SATA到底有什么好，SATA II又來(lái)了。在傳統(tǒng)的IDE、潮流的SATA與前衛(wèi)的SATA II硬盤之間，到底有著什么樣的區(qū)別？幾種不同的硬盤各自價(jià)格等方面又是怎么樣？相信很多朋友都想知道。
在深入了解新標(biāo)準(zhǔn)之前，有必要回顧一下原有的技術(shù)。長(zhǎng)期以來(lái)，硬盤技術(shù)的進(jìn)步，都著重于傳輸速度和容量?jī)蓚€(gè)方面?；旧险J(rèn)識(shí)電腦以來(lái)，大家就一直在使用Ultra ATA。這種延用已久的接口技術(shù)，有好些方面都顯得過(guò)時(shí)而需要改進(jìn)了：
大家都知道，數(shù)據(jù)線太粗，安裝不方便，嚴(yán)重影響機(jī)箱內(nèi)空氣流通，不利于機(jī)箱散熱，是傳統(tǒng)IDE接口即Ultra ATA硬盤的至命缺點(diǎn)。不過(guò)，IDE硬盤還有很多其它方面的局限性，大概就不是很多人都清楚了。
主從盤相互影響
IDE硬盤
普遍情況下，一塊主板只有兩個(gè)IDE接口，每個(gè)接口可以掛兩個(gè)IDE設(shè)備。但同一個(gè)接口的兩個(gè)設(shè)備是共用帶寬的，對(duì)速度的影響非常大。所以稍有常識(shí)的人，都會(huì)把硬盤和光驅(qū)分開(kāi)兩條IDE線連接到主板上
這樣，IDE有個(gè)很大的問(wèn)題，就是雖然一塊主板可以連接4個(gè)設(shè)備，但事實(shí)上只要超過(guò)兩個(gè)，速度就大大下降。
更大的問(wèn)題是，同一條線上兩個(gè)設(shè)備要嚴(yán)格按主/從設(shè)置才能正常運(yùn)行。象圖中這種西數(shù)WD400 JB，主硬盤還有兩種不同設(shè)置，一條IDE線只接這塊硬盤的時(shí)候按右邊的設(shè)置，帶從盤的時(shí)候則要按中間的設(shè)置方式。據(jù)親身經(jīng)驗(yàn)，如果沒(méi)帶從盤而按中間的方式設(shè)了，會(huì)出現(xiàn)五花八門百思不得其解的問(wèn)題――有時(shí)可以啟動(dòng)，有時(shí)報(bào)告找不到硬盤，有時(shí)啟動(dòng)過(guò)程中報(bào)告硬盤錯(cuò)誤之類――每次啟動(dòng)可能出現(xiàn)不同的問(wèn)題。
不支持熱拔插
并行ATA在支持設(shè)備熱插拔方面能力有限，這一點(diǎn)對(duì)服務(wù)器方面的應(yīng)用非常重要。因?yàn)榉?wù)器通常采用RAID的方式，任何一塊硬盤壞了都可以熱拔插更換，而不影響數(shù)據(jù)的完整性，確保服務(wù)器任何情況下都正常開(kāi)著。具有熱插拔支持功能的SCSI和光纖通道占據(jù)了企業(yè)級(jí)應(yīng)用的幾乎全部市場(chǎng)，并行ATA空有價(jià)格優(yōu)勢(shì)而不能獲得一席之地，主要原因就是它不支持熱拔插。
不夠完善的錯(cuò)誤檢驗(yàn)技術(shù)
Ultra DMA引入了基于CRC的數(shù)據(jù)包出錯(cuò)檢測(cè)，該技術(shù)是ATA-3標(biāo)準(zhǔn)的組成部分。但是，沒(méi)有任何一種并行ATA標(biāo)準(zhǔn)提供命令和狀態(tài)包的出錯(cuò)檢測(cè)。盡管命令和狀態(tài)包出錯(cuò)的范圍和幾率都小，但它們出錯(cuò)的可能性也不容忽略。
使用過(guò)時(shí)的5伏電壓
處理器核心從幾個(gè)方面要求向低電壓過(guò)渡。較低電壓允許更快的信號(hào)陡變，這對(duì)提高速度、降低熱耗至關(guān)重要?，F(xiàn)在的CPU核心電壓基本上都小于2伏，為保持與系統(tǒng)主板上其它芯片的互操作性，通常使用3.3伏的外部電壓分離出來(lái)，5伏電壓成為過(guò)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。雖然大部分目前的 ATA/ATAPI-6標(biāo)準(zhǔn)為并行ATA設(shè)備指定的直流電壓供應(yīng)為3.3V （± 8%），但一些模式的接收器大于4伏，所以要使用過(guò)時(shí)的5伏電壓。 字串9
接口速度的可升級(jí)性差
另外，Ultra ATA是受并行總線特性的限制，帶寬容易受到限制，經(jīng)過(guò)多次升級(jí)，目前最高傳輸率也只是133M字節(jié)/秒。
SATA比IDE優(yōu)越在哪些地方？
SATA是到150流量的，SATAII是300流量
SATA不再使用過(guò)時(shí)的并行總線接口，轉(zhuǎn)用串行總線，整個(gè)風(fēng)格完全改變。
SATA與原來(lái)的IDE相比有很多優(yōu)越性，最明顯的就是數(shù)據(jù)線從80 pin變成了7 pin，而且IDE線的長(zhǎng)度不能超過(guò)0.4米，而SATA線可以長(zhǎng)達(dá)1米，安裝更方便，利于機(jī)箱散熱。除此之外，它還有很多優(yōu)點(diǎn)：
一對(duì)一連接，沒(méi)有主從盤的煩惱
每個(gè)設(shè)備都直接與主板相連，獨(dú)享150M字節(jié)/秒帶寬，設(shè)備間的速度不會(huì)互相影響。
支持熱拔插
熱拔插對(duì)于普通家庭用戶來(lái)說(shuō)可能作用不大，但對(duì)于服務(wù)器卻是至關(guān)重要。事實(shí)上，SATA在低端服務(wù)器應(yīng)用上取得的成功，遠(yuǎn)比在普通家庭應(yīng)用中的影響力大。
數(shù)據(jù)傳輸更加可靠
SATA提高了錯(cuò)誤檢查的能力，除了對(duì)CRC對(duì)數(shù)據(jù)檢錯(cuò)之外，還會(huì)對(duì)命令和狀態(tài)包進(jìn)行檢錯(cuò)，因此和并行ATA相比提高了接入的整體精確度，使串行ATA在企業(yè)RAID和外部存儲(chǔ)應(yīng)用中具有更大的吸引力。
低電壓信號(hào)
SATA的信號(hào)電壓最高只有0.5伏，低電壓一方面能更好地適應(yīng)新平臺(tái)強(qiáng)調(diào)3.3伏的電源趨勢(shì)，另一方面有利于速度的提高。
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帶寬升級(jí)潛力大
SATA不依賴于系統(tǒng)總線的帶寬，而是內(nèi)置時(shí)鐘。剛推出的這一代SATA內(nèi)置1500MHz時(shí)鐘，可以達(dá)到150M字節(jié)/秒的接口帶寬。由于不再依賴系統(tǒng)總線頻率，每一代SATA升級(jí)帶寬的增加都是成倍的：下一代300M字節(jié)/秒，再下一代可以達(dá)到600M字節(jié)/秒
SATA仍然存在的幾點(diǎn)不足
在國(guó)內(nèi)，現(xiàn)在買IDE的人恐怕比買SATA的人多很多。主要有三個(gè)方面的原因：
首先，SATA的諸多先進(jìn)性總體上對(duì)個(gè)人電腦用戶意義不是太大，它最大的意義的反而是適應(yīng)了入門級(jí)企業(yè)應(yīng)用的需要。
其次，nForce4、915之前的那些主板使用SATA硬盤，在安裝操作系統(tǒng)的時(shí)候需要用到軟盤，就象SCSI硬盤那樣，增添了用戶的麻煩。
另外，國(guó)內(nèi)用戶的電腦配置相對(duì)落后，很多人都是舊電腦升級(jí)大容量硬盤，稍老點(diǎn)的主板還不支持SATA硬盤。
所以，SATA最大的成功在于吸引了很多低端入門級(jí)服務(wù)器的用戶。但在企業(yè)級(jí)應(yīng)用方面，它又仍然在很多方面有待改進(jìn)：
單線程的機(jī)械底盤
SATA畢竟只是ATA，它的機(jī)械底盤是為8x5線程設(shè)計(jì)的，而SCSI的機(jī)械底盤是24x7多線程設(shè)計(jì)，能更好地滿足服務(wù)器多任務(wù)的需要。所以SATA雖然在單任務(wù)的測(cè)試中不比SCSI差，但面對(duì)大數(shù)據(jù)吞吐量的服務(wù)器，還是有差距的。除了速度之外，面對(duì)多任務(wù)數(shù)據(jù)讀取，硬盤磁頭頻繁地來(lái)回?cái)[動(dòng)，使硬盤過(guò)熱是SATA最大的問(wèn)題。
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形同虛設(shè)的熱拔插功能
在實(shí)際應(yīng)用中，RAID硬盤陣列是由多個(gè)硬盤組成的，必須知道具體哪一塊硬盤壞了，熱拔插更換才有意義。SATA硬盤雖然可以熱拔插，但SATA組成的陣列在某塊硬盤損壞的時(shí)候，不能象SCSI、FC和SAS那樣，具有SAF-TE機(jī)制用指示燈顯示，知道具體壞的是哪一塊，熱拔插替換的時(shí)候，如果取下的是好硬盤，就容易使數(shù)據(jù)出錯(cuò)。所以在實(shí)際應(yīng)用中，SATA的熱拔插功能有點(diǎn)形同虛設(shè)的味道。
速度慢
SATA相對(duì)于SCSI和FC速度慢，主要原因是機(jī)械底盤不同，不適應(yīng)服務(wù)器應(yīng)用程序大量非線性的讀取請(qǐng)求。所以SATA硬盤用來(lái)做視頻下載服務(wù)器還不錯(cuò)，用在網(wǎng)上交易平臺(tái)則力不從心。
SATA 1.0控制器的傳輸速度效率不高，雖然標(biāo)稱具有150MB/s的峰值速度，事實(shí)上最快的SATA硬盤速度也只有60MB/s。
整個(gè)解決方案價(jià)格不
雖然SATA硬盤相對(duì)于SCSI硬盤來(lái)說(shuō)很便宜，但整個(gè)的SATA方案并不便宜。主要原因是SATA 1.0控制器的每個(gè)接口只能連接一個(gè)硬盤，8個(gè)硬盤組成的陣列需要8個(gè)接口，把每個(gè)接口300多元的花費(fèi)算進(jìn)去，就不便宜了。
SATA II與準(zhǔn)SATA II
很多人到現(xiàn)在都還不是太清楚SATA與Ultra ATA相比有什么區(qū)別與好處，這也難怪。因?yàn)檫BIntel剛推出SATA的時(shí)候，也沒(méi)想到這個(gè)為個(gè)人用戶而改進(jìn)的方案，結(jié)果會(huì)在入門級(jí)服務(wù)器和工作站等企業(yè)應(yīng)用的前前景更為廣大――也正因?yàn)檫@樣，2004年才專門成立了SATA IO（SATA國(guó)際組織）。
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前面那么多介紹，是結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況與SATA官方白皮書整理的，從中已經(jīng)可以發(fā)現(xiàn)，說(shuō)到SATA優(yōu)缺點(diǎn)，更多的是從企業(yè)應(yīng)用而不是個(gè)人與家庭應(yīng)用的角度考慮的。
現(xiàn)在經(jīng)常聽(tīng)到“NCQ硬盤”和“SATA II硬盤”這兩個(gè)名詞，它們是SATA向下一代――SATA II發(fā)展的兩個(gè)不同階段的產(chǎn)品：
第一階段是在SATA的基礎(chǔ)上加入NCQ原生指令排序、存儲(chǔ)設(shè)備管理（Enclosure Management）、底板互連、數(shù)據(jù)分散/集中這四項(xiàng)新特性。
第二階段是在第一階段的基出上作進(jìn)一步改進(jìn)，加入了雙宿主主動(dòng)式故障替換、與多個(gè)硬盤高效連接、3.0Gb（即300MB/s）接口帶寬等特性。
“NCQ硬盤”的改進(jìn)：不僅僅是NCQ這么簡(jiǎn)單
由于SATA II的第一階段幾項(xiàng)改進(jìn)中，NCQ原生指令排序技術(shù)對(duì)個(gè)人用戶意義比較大，所以也只有這一項(xiàng)技術(shù)比較多人了解。其實(shí)SATA II第一階段加入的技術(shù)包括如下幾項(xiàng)：
NCQ原生指令排序
Native command queuing：什么是NCQ呢？這是SCSI早就使用的一種技術(shù)，只是最近才應(yīng)用于SATA硬盤。
傳統(tǒng)臺(tái)式機(jī)硬盤都用線性形式處理請(qǐng)求，這種方式潛在很不好的方面，要理解其中原理，必須對(duì)硬盤物理結(jié)構(gòu)有個(gè)基本了解。硬盤里面是圓盤狀的，很象CD光盤。每一個(gè)圓盤由許多同心圓劃分為一條條磁道，磁道又分出扇區(qū)。每個(gè)圓盤由一個(gè)或多個(gè)磁頭負(fù)責(zé)讀取。如果數(shù)據(jù)分布在同一磁道，尋找數(shù)據(jù)的速度是最快的。在不同磁道之間移動(dòng)則消耗很多時(shí)間。假設(shè)要讀取三塊數(shù)據(jù)，其中一塊在圓盤最外邊的磁道上，一塊在圓盤最里面的磁道上，還有一塊在圓盤最外邊的磁道上。傳統(tǒng)的硬盤，會(huì)依次先讀取圓盤最外面的數(shù)據(jù)，然后讀取最里面的數(shù)據(jù)，最后再回頭讀取最外面的數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)，磁頭移來(lái)移動(dòng)消耗的尋道時(shí)間多，效率就低了。如果把磁頭移動(dòng)減到最少，尋道時(shí)間就會(huì)相應(yīng)減少。這就是NCQ的目的所在――NCQ可以重新編排指令，不讓磁頭從外移到內(nèi)再移到外，而是在移向圓盤內(nèi)圈之前就讀取外圈的兩塊數(shù)據(jù)。
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現(xiàn)在大家應(yīng)該明白了，CPU的速度對(duì)硬盤性能影響微乎其微，但NCQ技術(shù)則可以明顯改善硬盤性能，特別是對(duì)前面提到的SATA多線程性能差、容易磁頭頻繁來(lái)回?cái)[動(dòng)、硬盤容易過(guò)熱這些方面有很大改善。
機(jī)架管理（Enclosure Management）
前面提到SATA的熱拔插技術(shù)，由于陣列中有一塊硬盤出現(xiàn)故障的時(shí)候，不知道具體壞的是哪一塊而形同虛設(shè)。SATA II第一階段即擁有NCQ技術(shù)的SATA硬盤，加入了機(jī)架管理技術(shù)，正是用來(lái)解決這一問(wèn)題的。
背板互連(Backplane Interconnect)
SATA用于數(shù)據(jù)發(fā)送的導(dǎo)線數(shù)量很小，因而出現(xiàn)了為外部RAID使用而部署的底板。
該底板是一塊物理線路板，通常集成到機(jī)架的后面板上，上面嵌入了通過(guò)刻在線路板上的導(dǎo)線連接到中心控制器插件的多個(gè)設(shè)備接頭。值得注意的是，中心控制器與主機(jī)的接口可以按任意一種協(xié)議來(lái)設(shè)計(jì)，可以是SCSI、光纖通道或iSCSI。底板的使用可使設(shè)備咬住接頭并緊密結(jié)合。
當(dāng)然，受到FR4材質(zhì)信號(hào)衰減的限制，中心控制器和SATA設(shè)備接頭之間蝕刻線路的最大長(zhǎng)度必須限制在18英寸以內(nèi)。雖然這種限制表面上局限了底板端子和SATA機(jī)架的設(shè)計(jì)，而事實(shí)上，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架為19英寸寬，因此，在一個(gè)1U到3U的機(jī)架內(nèi)，為SATA而蝕刻的最大導(dǎo)線長(zhǎng)度足以從一個(gè)位置適中的中心控制器連接到所有設(shè)備接頭。
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SATA II不等于300MB/s
首先，是接口帶寬從原來(lái)的150MB/s擴(kuò)展到了300MB/s。但SATA II不能與300MB/s劃等號(hào)，因?yàn)樗薙ATA II第一階段的NCQ等技術(shù)，以及更多的其它技術(shù)：
其次，SATA II可以通過(guò)Port Multiplier，讓每一個(gè)SATA接口可以連接4-8個(gè)硬盤，即主板有4個(gè)SATA接口，可以連接最多32個(gè)硬盤。
另外，還有一個(gè)非常有趣的技術(shù)，叫Dual host active fail over。它可以通過(guò)Port Selector接口選擇器，讓兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)接一個(gè)硬盤。這樣，當(dāng)一臺(tái)主機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候，另一臺(tái)備用機(jī)可以接管尚為完好的硬盤陣列和數(shù)據(jù)，這就確保服務(wù)器不管在某塊硬盤損壞，或是某壞CPU之類的其它配件損壞的情況下，仍能正常運(yùn)作。
結(jié)語(yǔ)：給個(gè)人電腦用戶的特別提示
最后，相信大家對(duì)IDE、SATA、NCQ、SATA II已經(jīng)有了比較整體的認(rèn)識(shí)?；蛟S很多關(guān)于服務(wù)器方面的技術(shù)還不太明白，其實(shí)這沒(méi)關(guān)系，最重要的是獲得這樣一個(gè)概念：SATA、SATA II的改進(jìn)，大多數(shù)不是為個(gè)人電腦用戶而設(shè)的。
SATA對(duì)個(gè)人電腦用戶真正有意義的地方，也就是讓機(jī)箱散熱更加良好。但與此同時(shí)，如果你的主板不支持SATA II，在獲得這樣一個(gè)好處的同時(shí)，安裝windows操作系統(tǒng)會(huì)比較麻煩――需要插入SATA的驅(qū)動(dòng)軟盤。所以IDE用戶千萬(wàn)別以為SATA更先進(jìn)，改用更先進(jìn)的SATA硬盤會(huì)有多大的性能提升。
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使用支持NCQ技術(shù)的硬盤，對(duì)喜歡同時(shí)運(yùn)行很多個(gè)程序的用戶可能會(huì)有速度上的改進(jìn)，而且由于磁頭比較少來(lái)回?cái)[動(dòng)，硬盤會(huì)比較長(zhǎng)壽，溫度也會(huì)比較低。但前面沒(méi)有提到的一個(gè)必要前提是，必須主板和硬盤都支持NCQ技術(shù)才起作用。
至于SATA II，唯一對(duì)個(gè)人電腦用戶有意義的就是300MB/s的帶寬――當(dāng)然，SATA II全都是支持NCQ的。不過(guò)千萬(wàn)別指望帶寬比原來(lái)增加了一倍，就可以獲得接近于SATA兩倍的速度，因?yàn)槟壳坝脖P的速度主要是受硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的限制，而不在于接口帶寬，接口帶寬的增加對(duì)個(gè)人用戶帶來(lái)的速度改善，是微乎其微的。同樣，SATA II的好處――支持NCQ和300MB/s的帶寬，必須要主板支持，在只支持SATA I的主板上使用SATA II硬盤，就連“微乎其微”的改善也不會(huì)有。
總體來(lái)說(shuō)，SATA、NCQ以至完整的SATA II，對(duì)一般個(gè)人電腦用戶的意義不是非常大，它們最大的意義在于為企業(yè)應(yīng)用提供了SCSI、FC之外的廉價(jià)存儲(chǔ)解決方案――當(dāng)然如果幾種硬盤的價(jià)格相差很小的話，盡可能選最先進(jìn)的SATA II是沒(méi)錯(cuò)的。如果擔(dān)心新技術(shù)會(huì)不成熟存在某些未知缺陷，繼續(xù)選擇SATA I硬盤甚至是IDE硬盤，也是相當(dāng)不錯(cuò)的方案。
