在相同频率下,并行总线优于串行总线。随着当前硬盘的数据传输率越来越高,传统的并行ATA接口日益逐渐暴露出一些设计上的缺陷,其中最致命的莫过于并行线路的信号干扰问题。随着接口工作频率的提升,数据线路中电气性质的任何差异都可能令各线路的时钟信号不匹配,从而导致数据到达时间不一致,甚至造成数据传输错误;此外,当数据在数据线中传递的时候,并行ATA的数据线就会因为线缆的长度和电压的变化而形成一个不断变化的电磁场,进而影响到其它数据线中的数据传递,这种干扰的影响会随着总线频率的提升逐渐增大,而这些都是并行ATA所无法克服的设计上的缺陷。
并行ATA总线只是简单的CRC校验,一旦接收方发现数据传输出现问题,就会自行将这些数据丢弃、然后要求重发,这也造成了一定的性能损失。 并行ATA接口(Parallel ATA,以下简称PATA)规范诞生至今已有接近十年的历史,客观的说,并行总线时钟频率只有8.33MHz的时代,即ATA-33时代以前,上述这些问题还不严重,但从ATA-66开始、由于总线时钟频率提升到16.67MHz,为避免上述问题,不得不在旧有的40Pin排线的基础上增加了40根屏蔽地线,实践证明,这种设计是成功的。
但随着ATA-100再度将总线时钟频率升至25MHz,信号干扰现象又开始变得严重起来,事实上,除了信号干扰这一根本原因之外,PATA还有许多不尽如人意的地方,譬如不支持热插拔、冗错性差、功耗高、影响散热及连接线长度有限等等。也因此,产生了Serial ATA技术。
如何解决这些问题
在继续改造线路不太现实的情况下,Seagate和Intel所倡导的串行ATA(Serial ATA,以下简称SATA)接口几乎成为IDE设备物理接口的唯一可行化解决方案,虽然另一业界巨头Maxtor也尝试过推出ATA-133接口规范,但最终因为效能问题未能得到业界认可,串行ATA由此成为一种必然趋势。
SATA技术特性:更快的速度、更小的体积、更低的电压
SATA采用点对点传输模式,保证每块硬盘都能够独享150MB/s的通道带宽,而且没有Master/Slave的限制。线缆更长、更细,线缆长度可以达到1M,传输的信号基本没有干扰,可以使用更高的传输频率。支持数据错误校验能力更强,使得数据存储更加安全。将提供热插拔功能,还将支持3.3V的电压,更适合小尺寸设计,作为笔记本和便携式存储设备都很有潜力。
越来越广泛的支持
现代的计算机追求的是更快的速度、更高的数据完整性和灵活性,以及支持创新的更小型化设计,无论从物理性能,还是从电气性能来看,现今的并行总线都已出现了某些局限,无法提供更高的数据传输率。英特尔、戴尔、希捷、迈拓以及APT等这些业内领先公司认为,转换新的技术势在必行。于是这些公司成立了SATA工作组(SerialATA ORG),致力于将这项新技术应用于最先进的台式PC上,SATA的推出旨在克服并行ATA的局限,并为未来数年的应用提供可扩展性。
其目标是:与并行ATA保持兼容性,而且批量上市后的成本与并行ATA相当,SATA工作组正努力推广SATA技术,将其应用到目前使用ATA硬盘的所有系统中。现在的SerialATA工作组的成员已经发展到了160多家了,包括了IC、控制卡、驱动器制造、外部存储器、线缆连接、解决方案提供、测试和确认、软件、设计、调查研究等各方面的公司、厂商都积极的参与到SerialATA的发展中来了。我们由此可以看出,SerialATA是极具魅力的新技术。
SATA发展计划
SATA预计的生命期为10年,计划3代产品。SATA1.0将提供150MB/s的高性能传输速度。而SATA II能提供300MB/s的传输率,而且还将目标瞄准了高端SCSI与传统PATA中间由于速度、安全、价格等问题空出来的那段市场。SATA 3.0预测速度可以达到600MB/s。预计在2005年,SATA将完全取代PATA的市场
SATA现状
先从技术方面来说:各大厂商将新的技术不断的融入到SATA中来,比如Seagate这次送测的Barracuda 7200.7 160GB就采用了在SATA方面,Seagate自己开发的一个新的专用芯片,以支持硬盘控制器和接口层的连接,是一款真正的全速SATA接口的硬盘。再如西部数据,在PATA上首推8MB大容量缓存取得良好成绩之后,又一次在SATA中率先推出10000rpm的产品,其创新能力极强。关于这些新的技术对于性能提升是否有真正的帮助,在我们测试之后将会有一个好的答案。
而市场方面来看,现在的SATA产品逐渐多了起来,比去年有了明显的改善,各大硬盘厂商都纷纷推出自己的新品的,而且Inter也开始发力,其865、875芯片所搭配的ICH5南桥芯片,能够直接支持SATA接口,而不再需要添加其他控制芯片,直接刺激了人们将购买硬盘的目标向SATA转移。不过现在仍然是PATA主导着市场,SATA要想取得更大的份额,要做的工作还有很多。
SATA仍然不够完善的地方
尽管SATA有诸多优点,是未来硬盘发展的主要趋势,但是SATA并非十全十美,仍有一些不足之处,如对时钟频率有依赖,如果在非标准频率下,极有可能认不到硬盘,不适合超频。对电源的要求要比PATA严格,不过现在的电源都应该是通过了3C认证的,相信新购机的朋友不会有什么问题,只是最好是让SATA硬盘接一个独立的电源接头,不然可能会对硬盘速度有影响。
同ATA一样,SCSI是一种能够通过各自的数据信道连接多种设备的并行技术。和ATA一样,SCSI也向串行技术方向有所发展,这就是SAS (Serial Attached SCSI)。 简而言之,SAS是新一代的SCSI,其中包含了一些改进,比如更高的传输速度、更好的可升级性和可靠性。有些人认为SAS是融合了SCSI和串行ATA优点 的一种技术。事实上,SAS同SATA使用了一样的连接器类型,这意味着它在识别驱动器方面会比较困难,但是却能够帮助降低制造成本。而且它能够帮 助管理员根据需要,为不同的应用混合并匹配驱动器类型。
既然SCSI技术如此具有活力,为什么要做出从并行到串行的改变呢?简单地说,旧的并行技术已经到无法再提高性能了。因此,从并行向串行技术的调 整就出现了。SAS为存储管理员提供了点对点的、串行、可管理的存储方案。
谈论起SAS的时候,很难不将它同现在的SATA标准相比较。最初的SAS标准提供了300MB/s 或者3Gb/second的数据传输速度,SATA标准的速度则最高只 能达到150MB/s。SATA-II (也被称为 SATA-IO)将传输速度提高到300MB/s,这让它同目前的SAS更接近。但是,计划在明年推出的下一代SAS规范中,速 度已经提高到了600MB/s,这样就远远地将SATA抛在了后面。SAS被期望最终能够达到1200MB/s的速度。这真是太快了!
关于SATA和SAS之间其他方面的区别还有很多问题。简单地说,对于企业来说,所有的这些区别都让SCSI成为一种比ATA更好的技术,一种比ATA更好 的选择。SCSI命令的功能非常强大,并且在重要应用中应用了几十年。SCSI包括诸如命令排序之类的功能,这个功能让控制器能够按照最有效率的顺序 执行命令,从而提高性能。在SCSI系统中,处理磁盘系统和计算机之间数据流的工作是由专用的控制器完成的。在绝大部分的SATA系统中,是由CPU来 完成这一工作,这就意味着这一处理过程可能会被用于管理存储,例如运行数据库。
和古老的SCSI和SATA技术一样,SAS支持磁盘的热插拔,这对于维护可用性要求比较高的环境来说非常重要。而且SAS是一个完全的双向系统,而SATA 则继承了IDE的特性,是半双向通信的系统。因此,SAS系统的吞吐量可以是类似的SATA系统两倍。而且很少有SATA驱动器能够达到7200RPMs,很多厂 商正在或者计划提供10000RPM和15000 RPMs的磁盘,这也意味着磁盘系统速度的提升。
SATA和SAS之间的另一个关键的不同是:费用。和ATA及SCSI相类似,SATA和SAS磁盘在价格上差别很大。SATA磁盘费用低廉,而SAS磁盘则并不便宜 。不过,对于防攻击存储和附加存储功能,很多企业仍将在数据中心使用SAS,从前面介绍的情况看,这样做也是有道理的。
由于SATA和SAS驱动连接器是针兼容(pin-compatible)的,它们的线缆似乎也应该是类似的。然而,SAS线缆可以有6米长,这是SATA线缆长度极限(1 米)的六倍。如同刚才提到的,线缆的终端是一样的。
如果把SCSI和SAS进行对比,除了速度上的不同之外,相比与SCSI,SAS有一个非常突出的优势。在SCSI技术中,不同类型的设备是连接成一个链,所有 的设备都按照最慢的一个设备的速度运行。而在SAS技术中,情况不再是这样。即使是不同类型的设备,每个设备都可以按照自己的速度运行。说到多 设备连接,SAS允许多达128个设备同时连接,通过使用扩展器,这个数字可以增长到16,000,这让SAS能够非常容易满足即使是最大规模的数据中心的需 求。而且SAS磁盘可以处理多个SAS控制器的请求,这进一步增强了它的扩展能力。
不过SATA和SAS之间仍然有一些相似之处,如果比较数据中心的原性能的话,SAS无疑是赢家。而SATA和SAS是非常互补的技术。SATA对于桌面电脑或 者对于短线存储来说特别合适,对于小型企业的内部存储需求来说也非常适用。另一方面,SAS则是接过了SCSI的大旗,在企业领域内发展良好。 |