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分类: 服务器与存储

2011-07-06 21:19:53

一个并行传输一个串行传输。简单点说并行是多通道低频率,串行是单通道高频率。并行干扰严重效率低下,所以现在相串行转移。 

硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,在整个系统中,硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。不同的硬盘接口采用不同的数据传输规范,所能提供的数据传输速度也不相同。传输规范是硬盘最为重要的参数之一. 


IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”,即“电子集成驱动器”,它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度,数据传输的可靠性得到了增强,硬盘制造起来变得更容易,因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。对用户而言,硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展,性能也不断的提高,其拥有的价格低廉、兼容性强的特点,为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。 
IDE代表着硬盘的一种类型,但在实际的应用中,人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1,这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了,而其后发展分支出更多类型的硬盘接口,比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。 



SATA是Serial ATA的缩写,即串行ATA。这是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型,由于采用串行方式传输数据而得名。SATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。 
与并行ATA相比,SATA具有比较大的优势。首先,Serial ATA以连续串行的方式传送数据,可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。Serial ATA一次只会传送1位数据,这样能减少SATA接口的针脚数目,使连接电缆数目变少,效率也会更高。实际上,Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作,分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据,同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次,Serial ATA的起点更高、发展潜力更大,Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/sec,这比目前最块的并行ATA(即ATA/133)所能达到133MB/sec的最高数据传输率还高,而在已经发布的Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/sec,最终Serial ATA 3.0将实现600MB/sec的最高数据传输率。 
在此有必要对Serial ATA的数据传输率作一下说明。就串行通讯而言,数据传输率是指串行接口数据传输的实际比特率,Serial ATA 1.0的传输率是1.5Gbps,Serial ATA 2.0的传输率是3.0Gbps。与其它高速串行接口一样,Serial ATA接口也采用了一套用来确保数据流特性的编码机制,这套编码机制将原本每字节所包含的8位数据(即1Byte=8bit)编码成10位数据(即1Byte=10bit),这样一来,Serial ATA接口的每字节串行数据流就包含了10位数据,经过编码后的Serial ATA传输速率就相应地变为Serial ATA实际传输速率的十分之一,所以1.5Gbps=150MB/sec,而3.0Gbps=300MB/sec。 
SATA的物理设计,可说是以Fibre Channel(光纤通道)作为蓝本,所以采用四芯接线;需求的电压则大幅度减低至250mV(最高500mV),较传统并行ATA接口的5V少上200倍!因此,厂商可以给Serial ATA硬盘附加上高级的硬盘功能,如热插拔(Hot Swapping)等。更重要的是,在连接形式上,除了传统的点对点(Point-to-Point)形式外,SATA还支持“星形”连接,这样就可以给RAID这样的高级应用提供设计上的便利;在实际的使用中,SATA的主机总线适配器(HBA,Host Bus Adapter)就好像网络上的交换机一样,可以实现以通道的形式和单独的每个硬盘通讯,即每个SATA硬盘都独占一个传输通道,所以不存在象并行ATA那样的主/从控制的问题。 
Serial ATA规范不仅立足于未来,而且还保留了多种向后兼容方式,在使用上不存在兼容性的问题。在硬件方面,Serial ATA标准中允许使用转换器提供同并行ATA设备的兼容性,转换器能把来自主板的并行ATA信号转换成Serial ATA硬盘能够使用的串行信号,目前已经有多种此类转接卡/转接头上市,这在某种程度上保护了我们的原有投资,减小了升级成本;在软件方面,Serial ATA和并行ATA保持了软件兼容性,这意味着厂商丝毫也不必为使用Serial ATA而重写任何驱动程序和操作系统代码。 
另外,Serial ATA接线较传统的并行ATA(Paralle ATA)接线要简单得多,而且容易收放,对机箱内的气流及散热有明显改善。而且,SATA硬盘与始终被困在机箱之内的并行ATA不同,扩充性很强,即可以外置,外置式的机柜(JBOD)不单可提供更好的散热及插拔功能,而且更可以多重连接来防止单点故障;由于SATA和光纤通道的设计如出一辙,所以传输速度可用不同的通道来做保证,这在服务器和网络存储上具有重要意义。 
Serial ATA相较并行ATA可谓优点多多,将成为并行ATA的廉价替代方案。并且从并行ATA过渡到Serial ATA也是大势所趋,应该只是时间问题。相关厂商也在大力推广SATA接口,例如Intel的ICH6系列南桥芯片相较于ICH5系列南桥芯片,所支持的SATA接口从2个增加到了4个,而并行ATA接口则从2个减少到了1个;nVidia的nForce4系列芯片组已经支持SATA II即Serial ATA 2.0,而且三星已经采用Marvell 88i6525 SOC芯片开发新一代的SATA II接口硬盘,并将在2005年初推出。 



SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”(小型计算机系统接口),是同IDE(ATA)完全不同的接口,IDE接口是普通PC的标准接口,而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口,是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低,以及热插拔等优点,但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及,因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。 
SCSI接口从诞生到现在已经历了二十多年的发展,先后衍生出了SCSI-1、Fast SCSI、FAST-WIDE-SCSI-2、Ultra SCSI、Ultra2 SCSI、Ultra160 SCSI、Ultra320 SCSI等,现在市场中占据主流的是Ultra160 SCSI、Ultra320 SCSI接口产品。 
在系统中应用SCSI必须要有专门的SCSI控制器,也就是一块SCSI控制卡,才能支持SCSI设备,这与IDE硬盘不同。在SCSI控制器上有一个相当于CPU的芯片,它对SCSI设备进行控制,能处理大部分的工作,减少了中央处理器的负担(CPU占用率)。在同时期的硬盘中,SCSI硬盘的转速、缓存容量、数据传输速率都要高于IDE硬盘,因此更多是应用于商业领域。 
SCSI最早是1979年由美国的Shugart公司(希捷公司前身)制订的,在1986年获得了ANSI(美国标准协会)的承认,称为SASI(Shugart Associates System Interface施加特联合系统接口),也就是SCSI-1。SCSI-1是第一个SCSI标准,支持同步和异步SCSI外围设备;使用8位的通道宽度;最多允许连接7个设备;异步传输时的频率为3MB/S,同步传输时的频率为5MB/s;支持WORM外围设备。它采用25针接口,因此在连接到SCSI卡(SCSI卡上接口为50针)上时,必须要有一个内部的25针对50针的接口电缆。该种接口已基本被淘汰,在相当古老的设备上或个别扫描仪设备上还能看到。 
SCSI-2有被称为Fast SCSI,它在SCSI-1的基础上做出了很大的改进,还增加了可靠性,数据传输率被提高到了10MB/s,仍旧使用8位的并行数据传输,还是最多7个设备。后来又进行了改进,推出了支持16位并行数据传输的WIDE-SCSI-2(宽带)和FAST-WIDE-SCSI-2(快速宽带),其中WIDE-SCSI-2的数据传输率并没有提高,只是改用16位传输;而FAST-WIDE-SCSI-2则是把数据传输率提高到了20MB/s。 
SCSI-3标准版本是在1995年推出的,也习惯称为Ultra SCSI,其同步数据传输速率为20MB/s。若使用16位传输的Wide模式时,数据传输率更可以提高至40MB/s。允许接口电缆的最大长度为1.5米。 
1997年推出了Ultra2 SCSI(Fast-40)标准版本,其数据通道宽度仍为8位,但其采用了LVD(Low Voltage Differential,低电平微分)传输模式,传输速率为40MB/s,允许接口电缆的最长为12米,大大增加了设备的灵活性,支持同时挂接15个装置。随后其推出了WIDE ULTRA 2 SCSI接口标准,它采用16位数据通道带宽,最高传输速率可达80MB/S,允许接口电缆的最长为12米,同样支持同时挂接15个装置,大大增加了设备的灵活性。 
LVD可以使用更低的电压,因此可以将差动驱动程序和接收程序集成到硬盘的板载SCSI控制器中。老式SCSI需要使用独立的、耗电的高压器件。由于LVD使用的是低电压和低电流器件,因此可以将差动收发器集成在硬盘的板载SCSI控制器中,不再需要单独的高成本外部高电压差动组件。 
LVD 硬盘可进行多模式转换,当所有条件都满足时,硬盘就工作在 LVD 模式下;反之如果并非所有条件都满足,硬盘将降为单端工作模式。LVD硬盘带宽的增加对于服务器环境来说意味着更理想的性能。服务器环境都要求有快速响应、必须能够进行随机访问和大工作量的队列操作。当使用诸如CAD、CAM、数字视频和各种RAID等软件的时候,带宽增加的效果能够立杆见影,信息可以迅速而轻松地进行传输。 
Ultra160 SCSI,也称为Ultra3 SCSI LVD,是一种比较成熟的SCSI接口标准,是在Ultra2 SCSI的基础上发展起来的,采用了双转换时钟控制、循环冗余码校验和域名确认等新技术。双转换时钟控制在不提高接口时钟频率的情况下使数据传输率提高了一倍,这是Ultral60 SCSI接口速率大幅提高的关键。采用Ultra160 SCSI,实现起来简单容易,风险小。在增强了可靠性和易管理性的同时,Ultra160 SCSI的传输速率为Ultra2 SCSI的2倍,达到160MB/s。 
Ultra160 SCSI接口具备如下特点: 
Ultra2和Ultra160的设备可以同时安装在一条总线上,Ultra160设备性能不会下降; 
通过提高检纠错能力增强了产品的可靠性; 
具有监控接口性能和较高可靠传输速率的能力; 
用于单个设备的电缆长度可达25米,用于2个或多个设备的电缆长度可达12米; 
在1个通道上支持多达15个SCSI设备; 
Ultra320 SCSI,也称为Ultra4 SCSI LVD,是比较新型的SCSI接口标准。Ultra320 SCSI是在Ultra160 SCSI的基础上发展起来的,Ultra160 SCSI的优势得以继续发扬,Ultra160 SCSI的3项关键技术,即双转换时钟控制、循环冗余码校验和域名确认,都得到保留。以前以往的SCSI接口标准中,SCSI接口支持两种传输模式: 异步和同步。Ultra320 SCSI引入了调步传输模式,在这种传输模式中,简化了数据时钟逻辑,使Ultra320 SCSI的高传输速度成为可能。Ultra320 SCSI传输速率可以达到320MB/s。 
Ultra320 SCSI主要具有以下特点: 
双倍速率数据传输,数据传输速率比Ultra160 SCSI提高了一倍; 
分组化的SCSI,支持分组协议; 
快速仲裁和选择,大大提高了总线的利用率; 
读写数据流,把数据传输的开销降到最低; 
流控制,提高总线利用率
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