串行ata技术详解及其应用

作者：时间：2012-06-23来源：网络收藏

前言

数字内容已经渗入到当今社会的方方面面，从MP3文件、数码相片到家庭电影，更不用说典型用户在其PC上保存的大量财务金融信息、电子邮件以及家庭或者商业资料。数字内容已经是无处不在，而用户则仍然希望多多益善。这种数字信息爆炸已经迅速消耗掉了可用的硬盘驱动器(HDD)空间，而且还带来了极为严重的存储挑战。美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley）近期的一项研究表明，仅在2002年就产生了5千兆(或者50亿GB)的原始信息，而这个数字是此前三年的两倍。这些信息90%以上存储在磁介质上，同时它们还保存了大量的拷贝数据。在典型的压缩模式下，一张数码相片大约需要2MB空间，一首歌曲要占用4MB空间，而一个小时的标准清晰度视频内容则需要2GB存储空间。显然，持续“爆炸”的信息量需要增加更多的存储容量，而一个方便灵活的存储解决方案则变得比以前更为关键。

这种用户想要保存的数字信

息的增生，以及在许多情况下的备份问题，是外部存储之后的驱动力量。虽然一般来说，在一台PC之内加装另一个磁盘驱动器是可行的，但是，这可能会是一个比较复杂的过程，它需要安装一个新驱动器、连接新电缆，而且在某些情况下，还需要安装一个新控制器卡并重新配置新软件。一个非常简单的方法就是，插入特为外部存储而配置的一个磁盘驱动器，它能够放置在台式机箱顶上而不需要最终用户打开PC。这个外部驱动器不仅安装简便，而且它还具有便携的优势，因此它可以提供一种将大量数据从一台计算机传送到另一个计算机之上的简易方法，无论这些数据是家庭相片还是大型工作文件。外部驱动器可以保存在较远的位置，因此万一原始数据丢失，它还可以作为备份拷贝使用。作为这种需求的例证，PC外部硬盘驱动器的销量每年翻一番，超过了内部HDD的销量。

目前的外部存储解决方案

目前，这些外部驱动器通常使用一个USB或者1394(FireWire)接口连接到大多数PC上。这是因为内部磁盘驱动器设计使用并行ATA接口(也就是大家所知道的IDE接口)，它不能通过外部连接扩展到PC外面。并行ATA接口不是为使用外部电缆而设计的，它不能进行热插拔操作(在PC上电与运行时插上或者拔掉)，而且，它还需要一个较为繁琐的连接器。相反，USB与1394可以提供一个简易的连接器，配有设计用于外部使用的电缆与连接器，而且它们还允许在计算机运行时添加或者删除设备。

不过，那些使用USB或者1394的外部驱动器，实际上还是同原来那些IDE驱动器一样，不同的是它们带有一个转换芯片，用作从磁盘驱动器上的ATA接口协议到用于连接的USB或者1394协议之间的翻译转换。在PC之内则进行一个类似的逆向转换，让计算机仅仅像对待一个内部驱动器那样识别外部驱动器并与之对话。此外，驱动器还需要电源来运行，它通常使用一个插入墙壁并且连接到驱动器外壳的外部交流适配器来供电。

为什么选用串行ATA?

磁盘驱动器行业正在经历着一种极为重要的技术转换，使用串行ATA取代PC在过去十年中所使用的并行ATA接口。并行接口，例如老式的ATA磁盘接口，已经难以满足当前系统所需要的更高速度。串行接口不仅可以提供更高的数据传输速率，还使用更小的电缆与连接器，同时，用于内部存储的电压信号也更低。此外，它们提供一种接口技术，能够满足系统未来十年对于存储容量与性能日益增长的需求。另外，串行ATA接口非常适合于外部应用，并且它还具有许多超出目前使用的USB与1394接口的优势。

Gartner调研部门副总裁John Monroe指出：“到2005年年底，SATA将成为具有绝对优势的标准HDD接口，而且到2007年年底，SATA应该完全占领所有的台式机与笔记本HDD市场。”

表1提供了关于USB 2.0、1394a与串行ATA这三种接口的原始接口速度与数据传输速率的比较结果。虽然有更高的1394速度计划，但大多数上市的普通磁盘驱动器接口速度仍为400 Mbps。另外，新的串行AT

本文引用地址：http://www.amcfsurvey.com/article/171249.htm

在原始接口速度方面，很显然，串行ATA带宽超出USB或者1394三倍，其性能远远优于USB或者1394。在包括向驱动器读取、写入数据在内的传输测试中，限制因素通常来自驱动器本身，也就是磁盘驱动机构能够从旋转磁记录盘片中读取或者写入数据的速度。使用串行ATA，持续读取与写入速度大约为40-50 MB/sec。因为驱动器能够使用内存来缓冲存储一些待写数据，所以写入速度可以更高一些。如果将驱动器连接到内部，并行ATA接口也可以获得类似的性能数据。不过，非常清楚，目前通常使用的USB与1394这两个外部接口，实际上是降低了数据传输速率，在某些情况下数据传输速率仅仅是串行ATA接口速率的一半。这不仅是因为低速接口，而且还在于需要将ATA命令的驱动器语言数据翻译成一个

在考虑到突发数据传输速率时，原始接口速度的这种差异更为明显。当从磁盘驱动器上的缓冲存储器中直接读取数据时，可以形成突发数据传输速率，因此没有出现通常数据盘片读取的机械限制。在这种情况下，串行ATA的突发数据传输速率将比USB或者1394的速率高出将近三倍，这将接近预期的原始接口速度。

对于那些经常在外部驱动器上访问数据文件，或者在一个基本配置上大量备份的用户来说，这种性能差异非常重要。举例来说，串行ATA连接以这样的速率传输一个2 GB的视频文件将花费35秒左右的时间，而使用一个标准USB或者1394驱动器的时间则需要超过一分钟。

串行ATA磁盘驱动器解决方案的另一个重要的有利因素就是成本。随着串行ATA成为具有绝对优势的内部磁盘驱动器接口，这些驱动器的成本将等于而且最终将低于它们所取代的并行ATA驱动器的成本。这些驱动器实际上能以“原样不变”的方式在外部应用中使用，而不需要一个昂贵的协议转换芯片。一个“1394-to-ATA”或者“USB-to-ATA”芯片的典型成本范围是从5美元到10美元，这个成本必须被考虑到外部磁盘驱动器解决方案的最终成本之中。如果一个ATA驱动器能够以“原样不变”的方式使用，或者是用一个仅仅放大信号电平的简易缓冲器芯片，这种解决方案的成本将会更低。

串行ATA转换

2002年，随着基于PCI的串行ATA主机控制器与串行ATA磁盘驱动器的实用化，从并行ATA到串行ATA的转换初现端倪。在2003年，推出了首款集成了串行ATA的PC芯片组，而且在随后的一年里，串行ATA将继续取代芯片组上的并行ATA端口，直到硬盘驱动器与光盘驱动器二者均已转换到串行ATA上来为止。分析数据（如图1中的组合图表所示）显示，2003年串行ATA磁盘驱动器的市场份额大概为5 %，预计2004年晚些时候市场份额将达到50 %左右。到2005年，串行ATA的产量将会占到驱动器总产量的85 %左右，并且，并行ATA将会在2006年基本消失。

在大的方面，来自Intel、VIA、SIS、ATI与NVIDIA等供应商的芯片组发展进程计划正在推动这种转换。芯片组上的并行ATA接口需要若干引脚，要求5V容许误差，同时还需要一个较大的主板空间来进行配线。使用串行ATA，信号电压(标称为500-600 mV) 将会更符合当前的工艺处理技术要求，每个通道只需要四个信号针脚，而且，它所需要的连接器、配线与线路板空间都小于并行ATA。串行ATA的其他优点还包括用于驱动器连接的专用主机、未来的速度提升空间( 3 Gbps规格现已可用，而且3 Gbps接口已有展示产品)，以及通过原生命令队列等功能增加的性能优势。

光盘驱动器将紧随硬盘驱动器之后转用串行ATA接口。少数光盘驱动器现在已经提供一个串行ATA接口，而且在明年或者后年更多的光驱将会做出转换，因为芯片组将不再支持并行ATA。概括来说，光盘驱动器将在硬盘驱动器市场采用串行ATA大约一年之后进行转换。

随着并行ATA大规模转向串行ATA，使用原生串行ATA硬盘驱动器与光盘驱动器作为外部解决方案的时机已经非常成熟。串行ATA接口不仅能够提供比USB或者1394接口更高的性能，而且，它还不再需要协议转换芯片，从而节省了成本。

新的连接器与电缆需求

在最初的技术规格说明书中，串行ATA主要是用作PC机箱内部硬盘驱动器的替代品。最初的电缆技术规格说明书描述了一个设计用于内部使用的1米电缆，它不具有关于电磁干扰(EMI)、静电放电（ESD）方面的任何特殊功能或者是外部互连所需要的其他属性。由于对外部串行ATA驱动器的需求趋势日益明朗，串行ATA工作组开始调查对更适合外部驱动器的新电缆与连接器的需求，并制订出一个新的技术规格说明书来满

足这些需求。电缆与连接器技术规格说明书包含于新的技术规格说明书之中–即，串行ATA II技术规格说明书：电缆与连接器，第2卷。具体的电气信号需求包含于《串行ATA II技术规格说明书：物理层》之中。

对于用户友好型可靠外部互连需求来说，需要考虑若干因素。对于一个使用USB或者1394接口的典型外部存储设备，缆需要足够长，以致于能够从放在地面上的PC连到放在台式机上的驱动器上。为了满足这种很可能的应用场景需求，它的电缆长度应从1米增加到标称2米。为了防止电缆意外脱落，这种电缆还应设计一些需要稍微大一点的力来插入或者移走的定位止动功能。图2所示的电缆与连接器突出强调了这些增加功能，包括驱动器或者PC插座上的弹簧片，以及弹簧夹夹紧处电缆末端连接器的定位止动装置等。

用于外部用户SATA电缆的新型电缆末端连接器与PCB插座的CAD模型