串行ATA

串行ATA的全称是Serial Advanced Technology Attachment,是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范,在IDF Fall 2001大会上,Seagate宣布了Serial ATA 1.0标准,正式宣告了SATA规范的确立。

SATA发展的3个阶段如下所示。

第一阶段:硬盘接口变革时期。随着技术的不断发展,并口硬盘的传输速度瓶颈突显,于是串口技术产生。当时几乎所有的SATA在原有的ATA传统硬盘的基础上,通过增加桥接芯片来支持SATA接口,属于过渡产品,在性能上与传统的PATA硬盘没什么差别,只是接口发生了变化,传输速度还保持在100 MBps的水平。

第二阶段:新旧接口并存时期。随着串口技术的不断成熟,希捷科技首先推出了第一款原生的SATA硬盘:酷鱼7200.7系列。此时串口的传输速度已经达到了150 MBps,并且在硬盘的单碟容量上有了新的突破,最大单碟容纹谜钻量达到80 GB。NCQ技术也在这个时候出现,并且将支持SATA 150(150 MBps)和NCQ的硬盘标准为SATA 1.0规范。这个时期SATA硬盘的价格比较昂贵,主流产品还将以ATA为主,市场中出现了ATA与SATA硬盘共存的局面。

第三阶段:SATA成熟并占据市场主流。由于技术的不断发展,SATA硬盘的成本在不断降低,此时SATA与ATA的价格差距已缩小至几十元,SATA优势开始被人们所了解和认同,各大厂商都推出了SATA硬盘,SATA开始替代ATA占据市场中的主流。此时SATAⅡ硬盘出现,并且SATAⅡ组织进一步将SATA规范逐步完善,出现SATA 300(300 MBps)接口技术,随后发布最新的SATA Rev 2.5规范。

(1)SATA是一条端到端的串行总线

SATA线缆两端只各有一个连接器,一端与主机SATA控制器提供的端口相连,另一端与设备的串行端口相连。两端连接器完全相同,不存在方向接反的问题。一条SATA串行总线只连接一个驱动器,不存在PATA的主一从驱动器的问题,也就免除跳线设置等麻烦。

(2)SATA串行总线采用低压差分驱动

ATA数据线采用一种称为非归零制(non-return to zero,NRZ)的差分驱动技术。一个方向的数据传输由两根信号线完成,一束捆谅根线上电压为+250mV时,另一个线上电压就为-250mV,反之亦然,两根线的电压差始终保持500mV。这种差分驱动有渗乎效地降低了电磁辐射等各种干扰对信号的影响,接收端很容易读取信号。

(3)STAT线缆是全双工线缆,最大长度为1米

SATA线缆有两组两根数据信号线,可同时进行两个方向的数据传输,是一个全双工串行线缆。线缆连接器是7针连接器,除A+、A一、B+、B一4个数据信号针外,还有3个地线针。地线都较长一些,使连接器插拔时,地催乃道民线先接通、后断开,有利于设备的热插协狼拘拨。SATA线缆细长而柔韧,最大长度可为1m(39.37英寸),是PATA线缆最大长度的两倍多。市面上已出现2.5m长的SATA线缆,使用中也没有什么不妥,充分说明这种差分驱动的串行线缆抗干扰能力强。

(4)8b/lOb编码,内建时钟

同PCI Express总线一样,SATA也采用了IBM的8b/lob编码方式来传输数据位流。8b/10b编码是一种称为RLL 0.4编码方式,其中0代表编码10位符号中连续0的最小个数,而4代表连续0的最大个数。8b/10b编码保证了接收端能从比特流中元享狼可靠地提取同步时钟,也使信号线上电压变化间隔很平均,脉冲波形规整平稳,为电路提供了一个稳定负载。

(5)很试挨泪匙高的工作时钟频率,150MB/s数据传输速率

Serial ATA 1.0规范定义SATA单向数据线的比特流速率为1.5Gbps,即相当于工作时钟频率为1.5GHz。由于采用8b/10b编码,每10个时钟周期传送一个8位(1B)数据,故最大数据传输速率为150MB/s。从一开始,就比PATA的最大数据传输速率(100MB/s或133MB/s)高。第二代和第三代SATA的比特流速率预定为3.0Gbps和6.0Gbps,最大数据传输速率将分别达到300MB/s和600MB/S。

(6)支持中断聚合

虽然SATA 1.0的最大数据传输速率为150MB/s,但由于中断延迟的低效率和主板SATA适配器的能力限制等原因,使得这个理论上的最大值并不能在实际上完全体现出来。为此,制订的Serial ATA 1.oa规范用于对SATA总线周边环境(包括主机适配器和硬盘机)的改进进行指导。以下几个性能特征都是Serial ATA 1.oa规范所支持的。其中一项重要技术是原生命令队列化(native command queuing,NCQ)。NCQ技术能够优化硬盘工作任务执行顺序,选择最有效率的数据读取途径,并对硬盘内部等待执行的命令序列实现智能化管理。NCQ以先进的数据管理手段来提高数据传输速率。

(7)支持第一方DMA技术

DMA是不经过CPU而由外设直接与内存进行数据交换的方式。DMA方式有两种类型:第三方DMA(third—party DMA)和第一方DMA(first-party DMA)。第三方DMA,即是我们熟悉的标准DMA方式,其第三方即指DMA控制器。主板上的DMA控制器和CPU都是系统总线的潜在主控者,只有通过仲裁获得系统总线控制权后,DMA控制器才得以建立DMA通道和完成数据传输。而第一方DMA方式则是由接口的逻辑电路完成上述功能和实现DMA传输,完全不要求第三方的DMA控制器的介入。由于取消了到第三方的信息途径,从而提高了DMA传输的效率。

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