硬盤各種接口IDE、SATA與SATA II的優(yōu)缺點分析

　　現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展實在太快，很多人還沒弄清SATA到底有什么好，SATA II又來了。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。

　　在深入了解新標準之前，有必要回顧一下原有的技術(shù)。長期以來，硬盤技術(shù)的進步，都著重于傳輸速度和容量兩個方面?；旧险J識電腦以來，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時而需要改進了：

　　大家都知道，數(shù)據(jù)線太粗，安裝不方便，嚴重影響機箱內(nèi)空氣流通，不利于機箱散熱，是傳統(tǒng)IDE接口即Ultra ATA硬盤的至命缺點。不過，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IDE接口，每個接口可以掛兩個IDE設(shè)備。但同一個接口的兩個設(shè)備是共用帶寬的，對速度的影響非常大。所以稍有常識的人，都會把硬盤和光驅(qū)分開兩條IDE線連接到主板上

　　這樣，IDE有個很大的問題，就是雖然一塊主板可以連接4個設(shè)備，但事實上只要超過兩個，速度就大大下降。

　　更大的問題是，同一條線上兩個設(shè)備要嚴格按主/從設(shè)置才能正常運行。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候按右邊的設(shè)置，帶從盤的時候則要按中間的設(shè)置方式。據(jù)親身經(jīng)驗，如果沒帶從盤而按中間的方式設(shè)了，會出現(xiàn)五花八門百思不得其解的問題——有時可以啟動，有時報告找不到硬盤，有時啟動過程中報告硬盤錯誤之類——每次啟動可能出現(xiàn)不同的問題。

　　不支持熱拔插

　　并行ATA在支持設(shè)備熱插拔方面能力有限，這一點對服務(wù)器方面的應(yīng)用非常重要。因為服務(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)級應(yīng)用的幾乎全部市場，并行ATA空有價格優(yōu)勢而不能獲得一席之地，主要原因就是它不支持熱拔插。

　　不夠完善的錯誤檢驗技術(shù)

　　Ultra DMA引入了基于CRC的數(shù)據(jù)包出錯檢測，該技術(shù)是ATA-3標準的組成部分。但是，沒有任何一種并行ATA標準提供命令和狀態(tài)包的出錯檢測。盡管命令和狀態(tài)包出錯的范圍和幾率都小，但它們出錯的可能性也不容忽略。

　　使用過時的5伏電壓

　　處理器核心從幾個方面要求向低電壓過渡。較低電壓允許更快的信號陡變，這對提高速度、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，5伏電壓成為過時的標準。雖然大部分目前的 ATA/ATAPI-6標準為并行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，所以要使用過時的5伏電壓。 字串9

　　接口速度的可升級性差

　　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)過多次升級，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不再使用過時的并行總線接口，轉(zhuǎn)用串行總線，整個風(fēng)格完全改變。

　　SATA與原來的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線的長度不能超過0.4米，而SATA線可以長達1米，安裝更方便，利于機箱散熱。除此之外，它還有很多優(yōu)點：

　　一對一連接，沒有主從盤的煩惱

　　每個設(shè)備都直接與主板相連，獨享150M字節(jié)/秒帶寬，設(shè)備間的速度不會互相影響。

　　支持熱拔插

　　熱拔插對于普通家庭用戶來說可能作用不大，但對于服務(wù)器卻是至關(guān)重要。事實上，SATA在低端服務(wù)器應(yīng)用上取得的成功，遠比在普通家庭應(yīng)用中的影響力大。

　　數(shù)據(jù)傳輸更加可靠

　　SATA提高了錯誤檢查的能力，除了對CRC對數(shù)據(jù)檢錯之外，還會對命令和狀態(tài)包進行檢錯，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和外部存儲應(yīng)用中具有更大的吸引力。

　　低電壓信號

　　SATA的信號電壓最高只有0.5伏，低電壓一方面能更好地適應(yīng)新平臺強調(diào)3.3伏的電源趨勢，另一方面有利于速度的提高。

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　　帶寬升級潛力大

　　SATA不依賴于系統(tǒng)總線的帶寬，而是內(nèi)置時鐘。剛推出的這一代SATA內(nèi)置1500MHz時鐘，可以達到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，再下一代可以達到600M字節(jié)/秒

　　SATA仍然存在的幾點不足

　　在國內(nèi)，現(xiàn)在買IDE的人恐怕比買SATA的人多很多。主要有三個方面的原因：

　　首先，SATA的諸多先進性總體上對個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，國內(nèi)用戶的電腦配置相對落后，很多人都是舊電腦升級大容量硬盤，稍老點的主板還不支持SATA硬盤。

　　所以，SATA最大的成功在于吸引了很多低端入門級服務(wù)器的用戶。但在企業(yè)級應(yīng)用方面，它又仍然在很多方面有待改進：

　　單線程的機械底盤

　　SATA畢竟只是ATA，它的機械底盤是為8x5線程設(shè)計的，而SCSI的機械底盤是24x7多線程設(shè)計，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)的測試中不比SCSI差，但面對大數(shù)據(jù)吞吐量的服務(wù)器，還是有差距的。除了速度之外，面對多任務(wù)數(shù)據(jù)讀取，硬盤磁頭頻繁地來回擺動，使硬盤過熱是SATA最大的問題。

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　　形同虛設(shè)的熱拔插功能

　　在實際應(yīng)用中，RAID硬盤陣列是由多個硬盤組成的，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候，不能象SCSI、FC和SAS那樣，具有SAF-TE機制用指示燈顯示，知道具體壞的是哪一塊，熱拔插替換的時候，如果取下的是好硬盤，就容易使數(shù)據(jù)出錯。所以在實際應(yīng)用中，SATA的熱拔插功能有點形同虛設(shè)的味道。

　　速度慢

　　SATA相對于SCSI和FC速度慢，主要原因是機械底盤不同，不適應(yīng)服務(wù)器應(yīng)用程序大量非線性的讀取請求。所以SATA硬盤用來做視頻下載服務(wù)器還不錯，用在網(wǎng)上交易平臺則力不從心。

　　SATA 1.0控制器的傳輸速度效率不高，雖然標稱具有150MB/s的峰值速度，事實上最快的SATA硬盤速度也只有60MB/s。

　　整個解決方案價格不

　　雖然SATA硬盤相對于SCSI硬盤來說很便宜，但整個的SATA方案并不便宜。主要原因是SATA 1.0控制器的每個接口只能連接一個硬盤，8個硬盤組成的陣列需要8個接口，把每個接口300多元的花費算進去，就不便宜了。

　　SATA II與準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。因為連Intel剛推出SATA的時候，也沒想到這個為個人用戶而改進的方案，結(jié)果會在入門級服務(wù)器和工作站等企業(yè)應(yīng)用的前前景更為廣大——也正因為這樣，2004年才專門成立了SATA IO(SATA國際組織)。

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　　前面那么多介紹，是結(jié)合現(xiàn)實情況與SATA官方白皮書整理的，從中已經(jīng)可以發(fā)現(xiàn)，說到SATA優(yōu)缺點，更多的是從企業(yè)應(yīng)用而不是個人與家庭應(yīng)用的角度考慮的。

　　現(xiàn)在經(jīng)常聽到“NCQ硬盤”和“SATA II硬盤”這兩個名詞，它們是SATA向下一代——SATA II發(fā)展的兩個不同階段的產(chǎn)品：

　　第一階段是在SATA的基礎(chǔ)上加入NCQ原生指令排序、存儲設(shè)備管理(Enclosure Management)、底板互連、數(shù)據(jù)分散/集中這四項新特性。

　　第二階段是在第一階段的基出上作進一步改進，加入了雙宿主主動式故障替換、與多個硬盤高效連接、3.0Gb(即300MB/s)接口帶寬等特性。

　　“NCQ硬盤”的改進：不僅僅是NCQ這么簡單

　　由于SATA II的第一階段幾項改進中，NCQ原生指令排序技術(shù)對個人用戶意義比較大，所以也只有這一項技術(shù)比較多人了解。其實SATA II第一階段加入的技術(shù)包括如下幾項：

　　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)臺式機硬盤都用線性形式處理請求，這種方式潛在很不好的方面，要理解其中原理，必須對硬盤物理結(jié)構(gòu)有個基本了解。硬盤里面是圓盤狀的，很象CD光盤。每一個圓盤由許多同心圓劃分為一條條磁道，磁道又分出扇區(qū)。每個圓盤由一個或多個磁頭負責(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則消耗很多時間。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，磁頭移來移動消耗的尋道時間多，效率就低了。如果把磁頭移動減到最少，尋道時間就會相應(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，特別是對前面提到的SATA多線程性能差、容易磁頭頻繁來回擺動、硬盤容易過熱這些方面有很大改善。

　　機架管理(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，加入了機架管理技術(shù)，正是用來解決這一問題的。

　　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，通常集成到機架的后面板上，上面嵌入了通過刻在線路板上的導(dǎo)線連接到中心控制器插件的多個設(shè)備接頭。值得注意的是，中心控制器與主機的接口可以按任意一種協(xié)議來設(shè)計，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機架的設(shè)計，而事實上，標準機架為19英寸寬，因此，在一個1U到3U的機架內(nèi)，為SATA而蝕刻的最大導(dǎo)線長度足以從一個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，是接口帶寬從原來的150MB/s擴展到了300MB/s。但SATA II不能與300MB/s劃等號，因為它包含了SATA 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Port Multiplier，讓每一個SATA接口可以連接4-8個硬盤，即主板有4個SATA接口，可以連接最多32個硬盤。

　　另外，還有一個非常有趣的技術(shù)，叫Dual host active fail over。它可以通過Port Selector接口選擇器，讓兩臺主機同時接一個硬盤。這樣，當(dāng)一臺主機出現(xiàn)故障的時候，另一臺備用機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，仍能正常運作。

　　結(jié)語：給個人電腦用戶的特別提示

　　最后，相信大家對IDE、SATA、NCQ、SATA II已經(jīng)有了比較整體的認識。或許很多關(guān)于服務(wù)器方面的技術(shù)還不太明白，其實這沒關(guān)系，最重要的是獲得這樣一個概念：SATA、SATA II的改進，大多數(shù)不是為個人電腦用戶而設(shè)的。

　　SATA對個人電腦用戶真正有意義的地方，也就是讓機箱散熱更加良好。但與此同時，如果你的主板不支持SATA II，在獲得這樣一個好處的同時，安裝windows操作系統(tǒng)會比較麻煩——需要插入SATA的驅(qū)動軟盤。所以IDE用戶千萬別以為SATA更先進，改用更先進的SATA硬盤會有多大的性能提升。

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　　使用支持NCQ技術(shù)的硬盤，對喜歡同時運行很多個程序的用戶可能會有速度上的改進，而且由于磁頭比較少來回擺動，硬盤會比較長壽，溫度也會比較低。但前面沒有提到的一個必要前提是，必須主板和硬盤都支持NCQ技術(shù)才起作用。

　　至于SATA II，唯一對個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。不過千萬別指望帶寬比原來增加了一倍，就可以獲得接近于SATA兩倍的速度，因為目前硬盤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，接口帶寬的增加對個人用戶帶來的速度改善，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”的改善也不會有。

　　總體來說，SATA、NCQ以至完整的SATA II，對一般個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之外的廉價存儲解決方案——當(dāng)然如果幾種硬盤的價格相差很小的話，盡可能選最先進的SATA II是沒錯的。如果擔(dān)心新技術(shù)會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)不錯的方案。