硬碟介面

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  　　硬碟介面是 硬碟與 主機系統間的串連組件，作用是在硬碟緩衝和主機記憶體之間傳輸 資料。不同的硬碟介面決定著硬碟與電腦之間的連線速度，在整個系統中，硬碟介面的優劣直接影響著 程式運行快慢和系統效能好壞。 概述 　　從整體的角度上，硬碟介面分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種，IDE介面硬碟多用於家用 產品中，也部分應用於伺服器，SCSI介面的硬碟則主要應用於 伺服器市場，而光纖通道只在高端伺服器上，價格昂貴。SATA是種新生的硬碟介面類型，還正出於市場普及階段，在家用市場中有著廣泛的前景。在IDE和SCSI的大類別下，又可以分出多種具體的介面類型，又各自擁有不同的技術規範，具備不同的傳輸速度，比如ATA100和SATA；Ultra160 SCSI和Ultra320 SCSI都代表著一種具體的硬碟介面，各自的速度差異也較大。
　　 IDE
　　IDE的英文全稱為“Integrated Drive Electronics”，即“電子整合磁碟機”，它的本意是指把“硬碟控制器”與“盤體”整合在一起的硬碟。把盤體與控制器整合在一起的做法減少了硬碟介面的電纜數目與長度，資料轉送的可靠性得到了增強，硬碟製造起來變得更容易，因為硬碟生產廠商不需要再擔心自己的硬碟是否與其它廠商生產的控制器相容。對使用者而言，硬碟安裝起來也更為方便。IDE這一介面技術從誕生至今就一直在不斷髮展，效能也不斷的提高，其擁有的價格低廉、相容性強的特點，為其造就了其它類型硬碟無法替代的地位。
　　IDE代表著硬碟的一種類型，但在實際的應用中，人們也習慣用IDE來稱呼最早出現IDE類型硬碟ATA-1，這種類型的介面隨著介面技術的發展已經被淘汰了，而其後發展分支出更多類型的硬碟介面，比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等介面都屬於IDE硬碟。
　　 SCSI
　　SCSI的英文全稱為“Small Computer System Interface”（小型電腦系統介面），是同IDE（ATA）完全不同的介面，IDE介面是普通PC的標準介面，而SCSI並不是專門為硬碟設計的介面，是一種廣泛應用於小型機上的高速資料轉送技術。SCSI介面具有應用範圍廣、多任務、頻寬大、CPU佔用率低，以及熱插拔等優點，但較高的價格使得它很難如IDE硬碟般普及，因此SCSI硬碟主要應用於中、高端伺服器和高檔工作站中。
　　 光纖通道
　　光纖通道的英文拼字是Fibre Channel，和SCIS介面一樣光纖通道最初也不是為硬碟設計開發的介面技術，是專門為網路系統設計的，但隨著儲存系統對速度的需求，才逐漸應用到硬碟系統中。光纖通道硬碟是為提高多硬碟儲存系統的速度和靈活性才開發的，它的出現大大提高了多硬碟系統的通訊速度。光纖通道的主要特性有：熱插拔性、高速頻寬、遠端連線、串連裝置數量大等。
　　光纖通道是為在像伺服器這樣的多硬碟系統內容而設計，能滿足高端工作站、伺服器、海量儲存子網路、外設間通過集線器、交換器和點對點連接進行雙向、串列資料通訊等系統對高資料轉送率的要求。
　　 SATA
　　使用SATA（Serial ATA）口的硬碟又叫串口硬碟，是未來PC機硬碟的趨勢。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、邁拓這幾大廠商組成的Serial ATA委員會正式確立了Serial ATA 1.0規範，2002年，雖然串列ATA的相關裝置還未正式上市，但Serial ATA委員會已搶先確立了Serial ATA 2.0規範。Serial ATA採用串列串連方式，串列ATA匯流排使用嵌入式時鐘訊號，具備了更強的錯誤修正能力，與以往相比其最大的區別在於能對傳輸指令（不僅僅是資料）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了資料轉送的可靠性。串列介面還具有結構簡單、支援熱插拔的優點。
　　串口硬碟是一種完全不同於並行ATA的新型硬碟介面類型，由於採用串列方式傳輸資料而知名。相對於並行ATA來說，就具有非常多的優勢。首先，Serial ATA以連續串列的方式傳送資料，一次只會傳送1位元據。這樣能減少SATA介面的針腳數目，使串連電纜數目變少，效率也會更高。實際上，Serial ATA 僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用於串連電纜、串連地線、發送資料和接收資料，同時這樣的架構還能降低系統能耗和減小系統複雜性。其次，Serial ATA的起點更高、發展潛力更大，Serial ATA 1.0定義的資料轉送率可達150MB/s，這比目前最新的並行ATA（即ATA/133）所能達到133MB/s的最高資料轉送率還高，而在Serial ATA 2.0的資料轉送率將達到300MB/s，最終SATA將實現600MB/s的最高資料轉送率。
　　 SATAII介面
　　SATA II是在SATA的基礎上發展起來的，其主要特徵是外部傳輸率從SATA的1.5Gbps(150MB/sec)進一步提高到了3Gbps(300MB/sec)，此外還包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令隊列)、連接埠多路器(Port Multiplier)、交錯啟動(Staggered Spin-up)等一系列的技術特徵。單純的外部傳輸率達到3Gbps並不是真正的SATA II。
　　SATA II的關鍵技術就是3Gbps的外部傳輸率和NCQ技術。NCQ技術可以對硬碟的指令執行順序進行最佳化，避免像傳統硬碟那樣機械地按照接收指令的先後順序移動磁頭讀寫硬碟的不同位置，與此相反，它會在接收命令後對其進行排序，排序後的磁頭將以高效率的順序進行定址，從而避免磁頭反覆移動帶來的損耗，延長硬碟壽命。另外並非所有的SATA硬碟都可以使用NCQ技術，除了硬碟本身要支援 NCQ之外，也要求主板晶片集的SATA控制器支援NCQ。此外，NCQ技術不支援FAT檔案系統，只支援NTFS檔案系統。
　　由於SATA裝置市場比較混亂，不少SATA裝置供應商在觸達中濫用“SATA II”的現象愈演愈烈，例如某些號稱“SATA II”的硬碟卻僅支援3Gbps而不支援NCQ，而某些只具有1.5Gbps的硬碟卻又支援NCQ，所以，由希捷(Seagate)所主導的SATA-IO(Serial ATA International Organization，SATA國際組織，原SATA工作群組)又宣布了SATA 2.5規範，收錄了原先SATA II所具有的大部分功能——從3Gbps和NCQ到交錯啟動(Staggered Spin-up)、熱插拔(Hot Plug)、連接埠多路器(Port Multiplier)以及比較新的eSATA(External SATA，外置式SATA介面)等等。
　　值得注意的是，部分採用較早的僅支援1.5Gbps的南橋晶片(例如VIA VT8237和NVIDIA nForce2 MCP-R/MCP-Gb)的主板在使用SATA II硬碟時，可能會出現找不到硬碟或藍屏的情況。不過大部分硬碟廠商都在硬碟上設定了一個速度選擇跳線，以便強制選擇1.5Gbps或3Gbps的工作模式(少數硬碟廠商則是通過相應的工具軟體來設定)，只要把硬碟強制設定為1.5Gbps，SATA II硬碟照樣可以在老主板上正常使用。
　　SATA硬碟在設定RAID模式時，一般都需要安裝主板晶片集廠商所提供的驅動，但也有少數較老的SATA RAID控制器在打了最新補丁的某些版本的Windows XP系統裡不需要載入驅動就可以組建RAID。 發展曆程 　　今日談隨著技術的成熟，越來越多的主板和硬碟都開始支援SATA（串列ATA），SATA介面逐漸有取代傳統的PATA（並行ATA）的趨勢。
　　那麼SATA和PATA在傳輸模式上有何區別，SATA相對PATA又有何優勢呢?這就正是本文需要討論的話題。
　　 何謂並行ATA
　　ATA其實是IDE裝置的介面標準，大部分硬碟、光碟機、軟碟機等等都使用的是ATA介面。譬如現在絕大部分的朋友用的都是並行ATA介面的硬碟，應該對它80針排線的介面是再熟悉不過了吧?平常我們說到硬碟介面，就不得不提到什麼Ultra-ATA/100、Ultra-ATA/133，這表示什麼呢?這告訴我們該硬碟介面的最大傳輸速率為100MB/s和133MB/s，且硬碟是以並行的方式進行資料轉送，所以我們也把這類硬碟稱為並行ATA。
　　 何謂串列ATA
　　串列ATA全稱是Serial ATA，它是一種新的介面標準。與並行ATA的主要不同就在於它的傳輸方式。它和並行傳輸不同，它只有兩對資料線，採用點對點傳輸，以比並行傳輸更高的速度將資料分組傳輸。現在的串列ATA介面傳輸速率為150MB/s，而且這個值將會迅速增長。
　　 串列ATA和並行ATA傳輸的區別
　　舉個比較誇張的例子，A、B兩支隊伍在比賽搬運包裹，A代表並行ATA，B代表串列ATA。
　　比賽開始，A派出了40個人用人力搬運包裹，而B只派出去了一輛貨車來搬運。在一個來回裡他們搬運的包裹數量都相同，大家可以很清楚最後的結果，當然是用貨車搬運的B隊先把包裹運完，因為貨車的速度比人步行的速度快得多多了。同樣，串列傳輸比並行傳輸的速率高就類似這個道理。
　　回到現實中來，現在的並行ATA介面使用的是16位的雙向匯流排，在1個資料轉送周期內可以傳輸4個位元組的資料；而串列ATA使用的8位匯流排，每個刻度能傳送1個位元組。
　　這兩種傳輸方式除了在每個刻度內傳輸速度不一樣之外，在傳輸的模式上也有根本的區別，串列ATA資料是一個接著一個資料包進行傳輸，而並行ATA則是一次同時傳送數個資料包，雖然表面上一個周期內並行ATA傳送的資料更多，但是我們不要忘了，串列ATA的時鐘頻率要比並行的時鐘頻率高很多，也就是說，單位時間內，進行資料轉送的周期數目更多，所以串列ATA的傳輸率高於並行ATA的傳輸率，並且未來還有更大的提升空間。
　　 為什麼要採用串列ATA介面?
　　這個回答很簡單，當然是為了獲得更高的資料轉送率。隨著當前裝置需求的資料轉送率越來越高，介面的工作頻率也越來越高，並行ATA介面逐漸暴露出一些設計上的“硬傷”，其中最致命的就是並行線路的訊號幹擾。由於傳統並行ATA採用並行的匯流排傳輸資料，必須要求各個線路上資料同步，如果資料不能同步，就會出現反覆讀取資料，導致效能的下降，甚至導致讀取資料不穩定。
　　而採用排線設計的資料線，正是資料讀取無法更快的“罪魁禍首”。由於並排的高速訊號在傳輸時，會在每條電纜的周圍產生微弱的電磁場，進而影響到其它資料線中的資料傳遞，還會因為線纜的長度和電壓的變化而不斷變化，隨著匯流排頻率的提升，磁場的強度也越來越大，訊號幹擾的影響也越來越明顯。
　　從理論上說串列傳輸的工作頻率可以無限提高，串列ATA就是通過提高工作頻率來提升介面傳輸速率的。因此串列ATA可以實現更高的傳輸速率，而並行ATA在沒有有效地解決訊號串擾問題之前，則很難達到這樣高的傳輸速率。
　　並行ATA介面在匯流排頻率方面受到其設計的制約，並不能一味地提升，而隨著對資料轉送率的要求越來越高，目前最快的並行ATA介面ATA133的頻率為33MHz，這個幾乎已經達到了並行介面的極限，再繼續改造線路已不太現實。所以推出新的介面勢在必行。
　　除了傳輸率較高之外，SATA還有哪些優點呢?
　　1.資料更可靠
　　在校正方面，並行ATA匯流排只是簡單的CRC校正，一旦接收方探索資料傳輸出現問題，就會自行將這些資料丟棄、然後要求重發，如果資料訊號相互幹擾過大，就會嚴重影響硬碟的效能。
　　而串列ATA既對命令進行CRC校正，也對資料分組進行CRC校正，以此提高匯流排的可靠性。
　　2.連線更簡單
　　在資料線方面，並行ATA採用80針的排線，串列ATA由於採用點對點方式傳輸資料，所以只需要4條線路即可完成發送和接收功能，加上另外的三條地線，一共只需要7條的物理連線就可滿足資料轉送的需要。由於傳輸資料線較少，使得SATA在物理線路的電氣效能方面的幹擾大大減小，這也保證了未來磁碟傳輸率進一步的提升。
　　和並行ATA相比，串列ATA的資料線更細小，這也使得機箱內部的連線比較容易整理，有助於機箱內部空氣的流通，使得機箱內部的散熱更好。同樣，串列ATA還有採用非排針腳設計的介面和支援熱插拔功能等優點。
　　串列ATA推出之後，並行ATA還會存在嗎?
　　總的說來，串列ATA的優勢是很明顯的。當然，目前還有一些相對比較低速的裝置在使用並行ATA，如光碟機、燒錄機等裝置，並行ATA的傳輸率已經可以滿足需要，所以，並行和串列會在很長一段時間內並存。當然，串列ATA支援所有的ATA裝置，也可支援光碟機等裝置，但是串列ATA目前會先運用在硬碟上，未來將會支援更多的存放裝置。 IDE介面和SATA介面的區別 　　硬碟介面是硬碟與主機系統間的串連組件，作用是在硬碟緩衝和主機記憶體之間傳輸資料。不同的硬碟介面決定著硬碟與電腦之間的連線速度，在整個系統中，硬碟介面的優劣直接影響著程式運行快慢和系統效能好壞。從家用使用者的角度出發，硬碟介面分為IDE、SATA兩種規格，不過他們各自具有自身的優勢和特點，使用者需要根據自身的情況來加以選擇。
　　IDE介面硬碟一般就是我們俗稱的並行規格的PATA硬碟，目前大多數台式儲存系統採用的都是稱為Ultra-ATA的並行匯流排介面硬碟產品，這樣的規格技術是自80年代以來一直被應用在桌上型系統作為主流的內部儲存互連技術，由於運用領域十分廣泛時間又較Zhang，所以成熟的技術帶來的是大規模整合製造的低成本和飛速發展的大容量。
　　由於長時間的沒有改變，在資料的傳輸上來看，這種IDE介面硬碟顯得有一些滯後，因為目前主流的PATA硬碟僅能支援ATA/100和ATA/133兩種資料轉送規範，傳輸速率最高只能達到 每秒100或133MB，這僅可以滿足目前一般情況下的大容量硬碟資料轉送。另外，這類硬碟所使用的80-pin資料線在機箱內部雜而亂，它會阻礙空氣在機箱裡的流動，從而影響到系統的散熱。雖然劣勢明顯，不過對於一些原來老使用者來說，由於原有的主板平台並不支援SATA介面，這種IDE介面的PATA大容量硬碟還是首選，還有一些使用者認為這類型的硬碟在技術上成熟、穩定，所以也選擇這類型的PATA硬碟。
　　由英特爾、戴爾、希捷、Maxtor以及APT等廠商所組成serialata.org，推出了就硬碟而言的新技術規格，Serial ATA，它為串列介面，在IDF Fall 2001大會上，希捷宣布了Serial ATA 1.0標準，正式宣告了SATA規範的確立這也是硬體新近頒布的一種的標準。
　　在技術特點來看，不得不承認PATA硬碟在安裝、傳輸速率及功耗、抗震、雜訊等多方面都要遜於SATA硬碟。因為SATA硬碟它具有更快的外部介面傳輸速度，資料校正措施更為完善，SATA 1.0規範規定的標準傳輸率可以達到150MB/S，這樣可以充分發揮Serial ATA介面的效能優勢，因為ATA100的理論數值是100MB/s，即便是ATA133也最高為133MB/s。另外在安裝上首先SATA的連接線非常方便，而且SATA最重要的特性就是支援熱插拔。串列SATA方式通過更好的資料校正方式，訊號電壓低可以有效減小各種幹擾，從而大大提高資料轉送的效率，而且新式的SATA硬碟連接線也更加有利機箱內部的散熱。
　　SATA並非只有優點，在缺點上也是顯而易見，由於SATA規格還不十分成熟，這種類型的硬碟對外頻要求要比並行規格硬碟高，如果使用者有超頻的情況這時一定要注意，因為它就會常常出現找不到硬碟或資料損毀的情況。目前支援SATA 2.0的硬碟也已經推出，相信不久SATA 3.0也會出現在市場中，但並非標準越高就越好，就目前而言這種SATA2.0規範的硬碟主要還是針對伺服器和網路儲存應用，如普通消費者選擇SATA 1.0規範的硬碟產品足以。
　　一般PATA的硬碟傳輸速度有：
　　Ultra-ATA33
　　Ultra-ATA66
　　Ultra-ATA100 [
　　Ultra-ATA133
　　SATA硬碟傳輸速度有：
　　Ultra-ATA150 SCSI介面和SAS介面的區別 　　SAS(Serial Attached SCSI)即串列串連SCSI，是新一代的SCSI技術，和現在流行的Serial ATA(SATA)硬碟相同，都是採用串列技術以獲得更高的傳輸速度，並通過縮短連結線改善內部空間等。SAS是並行SCSI介面之後開發出的全新介面。此介面的設計是為了改善儲存系統的效能、可用性和擴充性，並且提供與SATA硬碟的相容性。
　　SAS的介面技術可以向下相容SATA。具體來說，二者的相容性主要體現在物理層和協議層的相容。在物理層，SAS介面和SATA介面完全相容，SATA硬碟可以直接使用在SAS的環境中，從介面標準上而言，SATA是SAS的一個子標準，因此SAS控制器可以直接操控SATA硬碟，但是SAS卻不能直接使用在SATA的環境中，因為SATA控制器並不能對SAS硬碟進行控制；在協議層，SAS由3種類型協議組成，根據串連的不同裝置使用相應的協議進行資料轉送。其中串列SCSI協議(SSP)用於傳輸SCSI命令；SCSI管理協議(SMP)用於對串連裝置的維護和管理；SATA通道協議(STP)用於SAS和SATA之間資料的傳輸。因此在這3種協議的配合下，SAS可以和SATA以及部分SCSI裝置無縫結合。
　　SAS系統的背板(Backplane)既可以串連具有雙連接埠、高效能的SAS磁碟機，也可以串連高容量、低成本的SATA磁碟機。所以SAS磁碟機和SATA磁碟機可以同時存在於一個儲存系統之中。但需要注意的是，SATA系統並不相容SAS，所以SAS磁碟機不能串連到SATA背板上。由於SAS系統的相容性，使使用者能夠運用不同介面的硬碟來滿足各類應用在容量上或效能上的需求，因此在擴充儲存系統時擁有更多的彈性，讓存放裝置發揮最大的投資效益。
　　在系統中，每一個SAS連接埠可以最多可以串連16256個外部裝置，並且SAS採取直接的點到點的串列傳輸方式，傳輸的速率高達3Gbps，估計以後會有6Gbps乃至12Gbps的高速介面出現。SAS的介面也做了較大的改進，它同時提供了3.5英寸和2.5英寸的介面，因此能夠適合不同伺服器環境的需求。SAS依靠SAS擴充器來串連更多的裝置，目前的擴充器以12連接埠居多，不過根據板卡廠商產品研發計劃顯示，未來會有28、36連接埠的擴充器引入，來串連SAS裝置、主機裝置或者其他的SAS擴充器。
　　和傳統並行SCSI介面比較起來，SAS不僅在介面速度上得到顯著提升(現在主流Ultra 320 SCSI速度為320MB/sec，而SAS
　　剛起步速度就達到300MB/sec，未來會達到600MB/sec甚至更多)，而且由於採用了串列線纜，不僅可以實現更長的串連距離，還能夠提高抗幹擾能力，並且這種細細的線纜還可以顯著改善機箱內部的散熱情況。
　　SAS目前的不足主要有以下方面：
　　1)硬碟、控制晶片種類少：只有希捷、邁拓以及富士通等為數不多的硬碟廠商推出了SAS介面硬碟，品種太少，其他廠商的SAS硬碟多數處在產品自我裝載階段。此外周邊的SAS控制器晶片或者一些SAS轉接卡的種類更是不多，多數集中在LSI以及Adaptec公司手中。
　　2)硬碟價格太貴：比起同容量的Ultra 320 SCSI硬碟，SAS硬碟要貴了一倍還多。一直居高不下的價格直接影響了使用者的採購數量和渠道的消化數量，而無法形成大批量生產的SAS 硬碟，其成本的壓力又會反過來促使價格無法下降。如果使用者想要做個簡單的RAID層級，那麼不僅需要購買多塊SAS硬碟，還要購買昂貴的RAID卡，價格基本上和硬碟相當。
　　3)實際傳輸速度變化不大：SAS硬碟的介面速度並不代表資料轉送速度，受到硬碟機械結構限制，現在SAS硬碟的機械結構和SCSI硬碟幾乎一樣。目前資料轉送的瓶頸集中在由硬碟內部機械機構和硬碟儲存技術、磁碟轉速所決定的硬碟內部資料轉送速度，也就是80MBsec左右，SAS硬碟的效能提升不明顯。
　　4)使用者追求成熟、穩定的產品：從現在已經推出的產品來看，SAS硬碟更多的被應用在高端4路伺服器上，而4路以上伺服器使用者並非一味追求高速度的硬碟介面技術，最吸引他們的應該是成熟、穩定的硬體產品，雖然SAS介面伺服器和SCSI介面產品在速度、穩定性上差不多，但目前的技術和產品都還不夠成熟。
　　不過隨著英特爾等主板晶片集製造商、希捷等硬碟製造商以及眾多的伺服器製造商的大力推動，SAS的相關產品技術會逐步成熟，價格也會逐步滑落，早晚都會成為伺服器硬碟的主流介面。