串行ATA

硬盘接口规范

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。

发展阶段

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。

特点

(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，地线先接通、后断开，有利于设备的热插拨。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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