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串行ata技術(shù)詳解及其應用介紹

作者: 時(shí)間:2011-05-01 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

前言

數字內容已經(jīng)滲入到當今社會(huì )的方方面面,從MP3文件、數碼相片到家庭電影,更不用說(shuō)典型用戶(hù)在其PC上保存的大量財務(wù)金融信息、電子郵件以及家庭或者商業(yè)資料。數字內容已經(jīng)是無(wú)處不在,而用戶(hù)則仍然希望多多益善。這種數字信息爆炸已經(jīng)迅速消耗掉了可用的硬盤(pán)驅動(dòng)器(HDD)空間,而且還帶來(lái)了極為嚴重的存儲挑戰。美國加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)近期的一項研究表明,僅在2002年就產(chǎn)生了5千兆(或者50億GB)的原始信息,而這個(gè)數字是此前三年的兩倍。這些信息90%以上存儲在磁介質(zhì)上,同時(shí)它們還保存了大量的拷貝數據。在典型的壓縮模式下,一張數碼相片大約需要2MB空間,一首歌曲要占用4MB空間,而一個(gè)小時(shí)的標準清晰度視頻內容則需要2GB存儲空間。顯然,持續“爆炸”的信息量需要增加更多的存儲容量,而一個(gè)方便靈活的存儲解決方案則變得比以前更為關(guān)鍵。

這種用戶(hù)想要保存的數字信

息的增生,以及在許多情況下的備份問(wèn)題,是外部存儲之后的驅動(dòng)力量。雖然一般來(lái)說(shuō),在一臺PC之內加裝另一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器是可行的,但是,這可能會(huì )是一個(gè)比較復雜的過(guò)程,它需要安裝一個(gè)新驅動(dòng)器、連接新電纜,而且在某些情況下,還需要安裝一個(gè)新控制器卡并重新配置新軟件。一個(gè)非常簡(jiǎn)單的方法就是,插入特為外部存儲而配置的一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器,它能夠放置在臺式機箱頂上而不需要最終用戶(hù)打開(kāi)PC。這個(gè)外部驅動(dòng)器不僅安裝簡(jiǎn)便,而且它還具有便攜的優(yōu)勢,因此它可以提供一種將大量數據從一臺計算機傳送到另一個(gè)計算機之上的簡(jiǎn)易方法,無(wú)論這些數據是家庭相片還是大型工作文件。外部驅動(dòng)器可以保存在較遠的位置,因此萬(wàn)一原始數據丟失,它還可以作為備份拷貝使用。作為這種需求的例證,PC外部硬盤(pán)驅動(dòng)器的銷(xiāo)量每年翻一番,超過(guò)了內部HDD的銷(xiāo)量。

目前的外部存儲解決方案

目前,這些外部驅動(dòng)器通常使用一個(gè)USB或者1394(FireWire)接口連接到大多數PC上。這是因為內部磁盤(pán)驅動(dòng)器設計使用并行ATA接口(也就是大家所知道的IDE接口),它不能通過(guò)外部連接擴展到PC外面。并行ATA接口不是為使用外部電纜而設計的,它不能進(jìn)行熱插拔操作(在PC上電與運行時(shí)插上或者拔掉),而且,它還需要一個(gè)較為繁瑣的連接器。相反,USB與1394可以提供一個(gè)簡(jiǎn)易的連接器,配有設計用于外部使用的電纜與連接器,而且它們還允許在計算機運行時(shí)添加或者刪除設備。

不過(guò),那些使用USB或者1394的外部驅動(dòng)器,實(shí)際上還是同原來(lái)那些IDE驅動(dòng)器一樣,不同的是它們帶有一個(gè)轉換芯片,用作從磁盤(pán)驅動(dòng)器上的ATA接口協(xié)議到用于連接的USB或者1394協(xié)議之間的翻譯轉換。在PC之內則進(jìn)行一個(gè)類(lèi)似的逆向轉換,讓計算機僅僅像對待一個(gè)內部驅動(dòng)器那樣識別外部驅動(dòng)器并與之對話(huà)。此外,驅動(dòng)器還需要電源來(lái)運行,它通常使用一個(gè)插入墻壁并且連接到驅動(dòng)器外殼的外部交流適配器來(lái)供電。

為什么選用ATA?

磁盤(pán)驅動(dòng)器行業(yè)正在經(jīng)歷著(zhù)一種極為重要的轉換,使用ATA取代PC在過(guò)去十年中所使用的并行ATA接口。并行接口,例如老式的ATA磁盤(pán)接口,已經(jīng)難以滿(mǎn)足當前系統所需要的更高速度。接口不僅可以提供更高的數據傳輸速率,還使用更小的電纜與連接器,同時(shí),用于內部存儲的電壓信號也更低。此外,它們提供一種接口,能夠滿(mǎn)足系統未來(lái)十年對于存儲容量與性能日益增長(cháng)的需求。另外,串行ATA接口非常適合于外部,并且它還具有許多超出目前使用的USB與1394接口的優(yōu)勢。

Gartner調研部門(mén)副總裁John Monroe指出:“到2005年年底,SATA將成為具有絕對優(yōu)勢的標準HDD接口,而且到2007年年底,SATA應該完全占領(lǐng)所有的臺式機與筆記本HDD市場(chǎng)。”

表1提供了關(guān)于USB 2.0、1394a與串行ATA這三種接口的原始接口速度與數據傳輸速率的比較結果。雖然有更高的1394速度計劃,但大多數上市的普通磁盤(pán)驅動(dòng)器接口速度仍為400 Mbps。另外,新的串行AT

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/172839.htm

在原始接口速度方面,很顯然,串行ATA帶寬超出USB或者1394三倍,其性能遠遠優(yōu)于USB或者1394。在包括向驅動(dòng)器讀取、寫(xiě)入數據在內的傳輸測試中,限制因素通常來(lái)自驅動(dòng)器本身,也就是磁盤(pán)驅動(dòng)機構能夠從旋轉磁記錄盤(pán)片中讀取或者寫(xiě)入數據的速度。使用串行ATA,持續讀取與寫(xiě)入速度大約為40-50 MB/sec。因為驅動(dòng)器能夠使用內存來(lái)緩沖存儲一些待寫(xiě)數據,所以寫(xiě)入速度可以更高一些。如果將驅動(dòng)器連接到內部,并行ATA接口也可以獲得類(lèi)似的性能數據。不過(guò),非常清楚,目前通常使用的USB與1394這兩個(gè)外部接口,實(shí)際上是降低了數據傳輸速率,在某些情況下數據傳輸速率僅僅是串行ATA接口速率的一半。這不僅是因為低速接口,而且還在于需要將ATA命令的驅動(dòng)器語(yǔ)言數據翻譯成一個(gè)
在考慮到突發(fā)數據傳輸速率時(shí),原始接口速度的這種差異更為明顯。當從磁盤(pán)驅動(dòng)器上的緩沖存儲器中直接讀取數據時(shí),可以形成突發(fā)數據傳輸速率,因此沒(méi)有出現通常數據盤(pán)片讀取的機械限制。在這種情況下,串行ATA的突發(fā)數據傳輸速率將比USB或者1394的速率高出將近三倍,這將接近預期的原始接口速度。

對于那些經(jīng)常在外部驅動(dòng)器上訪(fǎng)問(wèn)數據文件,或者在一個(gè)基本配置上大量備份的用戶(hù)來(lái)說(shuō),這種性能差異非常重要。舉例來(lái)說(shuō),串行ATA連接以這樣的速率傳輸一個(gè)2 GB的視頻文件將花費35秒左右的時(shí)間,而使用一個(gè)標準USB或者1394驅動(dòng)器的時(shí)間則需要超過(guò)一分鐘。

串行ATA磁盤(pán)驅動(dòng)器解決方案的另一個(gè)重要的有利因素就是成本。隨著(zhù)串行ATA成為具有絕對優(yōu)勢的內部磁盤(pán)驅動(dòng)器接口,這些驅動(dòng)器的成本將等于而且最終將低于它們所取代的并行ATA驅動(dòng)器的成本。這些驅動(dòng)器實(shí)際上能以“原樣不變”的方式在外部中使用,而不需要一個(gè)昂貴的協(xié)議 轉換芯片。一個(gè)“1394-to-ATA”或者“USB-to-ATA”芯片的典型成本范圍是從5美元到10美元,這個(gè)成本必須被考慮到外部磁盤(pán)驅動(dòng)器解決方案的最終成本之中。如果一個(gè)ATA驅動(dòng)器能夠以“原樣不變”的方式使用,或者是用一個(gè)僅僅放大信號電平的簡(jiǎn)易緩沖器芯片,這種解決方案的成本將會(huì )更低。

串行ATA轉換

2002年,隨著(zhù)基于PCI的串行ATA主機控制器與串行ATA磁盤(pán)驅動(dòng)器的實(shí)用化,從并行ATA到串行ATA的轉換初現端倪。在2003年,推出了首款集成了串行ATA的PC芯片組,而且在隨后的一年里,串行ATA將繼續取代芯片組上的并行ATA端口,直到硬盤(pán)驅動(dòng)器與光盤(pán)驅動(dòng)器二者均已轉換到串行ATA上來(lái)為止。分析數據(如圖1中的組合圖表所示)顯示,2003年串行ATA磁盤(pán)驅動(dòng)器的市場(chǎng)份額大概為5 %,預計2004年晚些時(shí)候市場(chǎng)份額將達到50 %左右。到2005年,串行ATA的產(chǎn)量將會(huì )占到驅動(dòng)器總產(chǎn)量的85 %左右,并且,并行ATA將會(huì )在2006年基本消失。


在大的方面,來(lái)自Intel、VIA、SIS、ATI與NVIDIA等供應商的芯片組發(fā)展進(jìn)程計劃正在推動(dòng)這種轉換。芯片組上的并行ATA接口需要若干引腳,要求5V容許誤差,同時(shí)還需要一個(gè)較大的主板空間來(lái)進(jìn)行配線(xiàn)。使用串行ATA,信號電壓(標稱(chēng)為500-600 mV) 將會(huì )更符合當前的工藝處理要求,每個(gè)通道只需要四個(gè)信號針腳,而且,它所需要的連接器、配線(xiàn)與線(xiàn)路板空間都小于并行ATA。串行ATA的其他優(yōu)點(diǎn)還包括用于驅動(dòng)器連接的專(zhuān)用主機、未來(lái)的速度提升空間( 3 Gbps規格現已可用,而且3 Gbps接口已有展示產(chǎn)品),以及通過(guò)原生命令隊列等功能增加的性能優(yōu)勢。

光盤(pán)驅動(dòng)器將緊隨硬盤(pán)驅動(dòng)器之后轉用串行ATA接口。少數光盤(pán)驅動(dòng)器現在已經(jīng)提供一個(gè)串行ATA接口,而且在明年或者后年更多的光驅將會(huì )做出轉換,因為芯片組將不再支持并行ATA。概括來(lái)說(shuō),光盤(pán)驅動(dòng)器將在硬盤(pán)驅動(dòng)器市場(chǎng)采用串行ATA大約一年之后進(jìn)行轉換。

隨著(zhù)并行ATA大規模轉向串行ATA,使用原生串行ATA硬盤(pán)驅動(dòng)器與光盤(pán)驅動(dòng)器作為外部解決方案的時(shí)機已經(jīng)非常成熟。串行ATA接口不僅能夠提供比USB或者1394接口更高的性能,而且,它還不再需要協(xié)議轉換芯片,從而節省了成本。

新的連接器與電纜需求

在最初的技術(shù)規格說(shuō)明書(shū)中,串行ATA主要是用作PC機箱內部硬盤(pán)驅動(dòng)器的替代品。最初的電纜技術(shù)規格說(shuō)明書(shū)描述了一個(gè)設計用于內部使用的1米電纜,它不具有關(guān)于電磁干擾(EMI)、靜電放電(ESD)方面的任何特殊功能或者是外部互連所需要的其他屬性。由于對外部串行ATA驅動(dòng)器的需求趨勢日益明朗,串行ATA工作組開(kāi)始調查對更適合外部驅動(dòng)器的新電纜與連接器的需求,并制訂出一個(gè)新的技術(shù)規格說(shuō)明書(shū)來(lái)滿(mǎn)
足這些需求。電纜與連接器技術(shù)規格說(shuō)明書(shū)包含于新的技術(shù)規格說(shuō)明書(shū)之中–即,串行ATA II技術(shù)規格說(shuō)明書(shū):電纜與連接器,第2卷。具體的電氣信號需求包含于《串行ATA II技術(shù)規格說(shuō)明書(shū):物理層》之中。

對于用戶(hù)友好型可靠外部互連需求來(lái)說(shuō),需要考慮若干因素。對于一個(gè)使用USB或者1394接口的典型外部存儲設備,纜需要足夠長(cháng),以致于能夠從放在地面上的PC連到放在臺式機上的驅動(dòng)器上。為了滿(mǎn)足這種很可能的場(chǎng)景需求,它的電纜長(cháng)度應從1米增加到標稱(chēng)2米。為了防止電纜意外脫落,這種電纜還應設計一些需要稍微大一點(diǎn)的力來(lái)插入或者移走的定位止動(dòng)功能。圖2所示的電纜與連接器突出強調了這些增加功能,包括驅動(dòng)器或者PC插座上的彈簧片,以及彈簧夾夾緊處電纜末端連接器的定位止動(dòng)裝置等。

用于外部用戶(hù)SATA電纜的新型電纜末端連接器與PCB插座的CAD模型


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