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串行ata技術(shù)詳解及其應(yīng)用介紹

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

前言

數(shù)字內(nèi)容已經(jīng)滲入到當(dāng)今社會(huì)的方方面面,從MP3文件、數(shù)碼相片到家庭電影,更不用說(shuō)典型用戶在其PC上保存的大量財(cái)務(wù)金融信息、電子郵件以及家庭或者商業(yè)資料。數(shù)字內(nèi)容已經(jīng)是無(wú)處不在,而用戶則仍然希望多多益善。這種數(shù)字信息爆炸已經(jīng)迅速消耗掉了可用的硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)空間,而且還帶來(lái)了極為嚴(yán)重的存儲(chǔ)挑戰(zhàn)。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)近期的一項(xiàng)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(shù)字是此前三年的兩倍。這些信息90%以上存儲(chǔ)在磁介質(zhì)上,同時(shí)它們還保存了大量的拷貝數(shù)據(jù)。在典型的壓縮模式下,一張數(shù)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(biāo)準(zhǔn)清晰度視頻內(nèi)容則需要2GB存儲(chǔ)空間。顯然,持續(xù)“爆炸”的信息量需要增加更多的存儲(chǔ)容量,而一個(gè)方便靈活的存儲(chǔ)解決方案則變得比以前更為關(guān)鍵。

這種用戶想要保存的數(shù)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(chǔ)之后的驅(qū)動(dòng)力量。雖然一般來(lái)說(shuō),在一臺(tái)PC之內(nèi)加裝另一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器是可行的,但是,這可能會(huì)是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程,它需要安裝一個(gè)新驅(qū)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(chǔ)而配置的一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器,它能夠放置在臺(tái)式機(jī)箱頂上而不需要最終用戶打開(kāi)PC。這個(gè)外部驅(qū)動(dòng)器不僅安裝簡(jiǎn)便,而且它還具有便攜的優(yōu)勢(shì),因此它可以提供一種將大量數(shù)據(jù)從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳送到另一個(gè)計(jì)算機(jī)之上的簡(jiǎn)易方法,無(wú)論這些數(shù)據(jù)是家庭相片還是大型工作文件。外部驅(qū)動(dòng)器可以保存在較遠(yuǎn)的位置,因此萬(wàn)一原始數(shù)據(jù)丟失,它還可以作為備份拷貝使用。作為這種需求的例證,PC外部硬盤驅(qū)動(dòng)器的銷量每年翻一番,超過(guò)了內(nèi)部HDD的銷量。

目前的外部存儲(chǔ)解決方案

目前,這些外部驅(qū)動(dòng)器通常使用一個(gè)USB或者1394(FireWire)接口連接到大多數(shù)PC上。這是因?yàn)閮?nèi)部磁盤驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)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(kuò)展到PC外面。并行ATA接口不是為使用外部電纜而設(shè)計(jì)的,它不能進(jìn)行熱插拔操作(在PC上電與運(yùn)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(shè)計(jì)用于外部使用的電纜與連接器,而且它們還允許在計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)添加或者刪除設(shè)備。

不過(guò),那些使用USB或者1394的外部驅(qū)動(dòng)器,實(shí)際上還是同原來(lái)那些IDE驅(qū)動(dòng)器一樣,不同的是它們帶有一個(gè)轉(zhuǎn)換芯片,用作從磁盤驅(qū)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(zhuǎn)換。在PC之內(nèi)則進(jìn)行一個(gè)類似的逆向轉(zhuǎn)換,讓計(jì)算機(jī)僅僅像對(duì)待一個(gè)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器那樣識(shí)別外部驅(qū)動(dòng)器并與之對(duì)話。此外,驅(qū)動(dòng)器還需要電源來(lái)運(yùn)行,它通常使用一個(gè)插入墻壁并且連接到驅(qū)動(dòng)器外殼的外部交流適配器來(lái)供電。

為什么選用ATA?

磁盤驅(qū)動(dòng)器行業(yè)正在經(jīng)歷著一種極為重要的轉(zhuǎn)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磁盤接口,已經(jīng)難以滿足當(dāng)前系統(tǒng)所需要的更高速度。接口不僅可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率,還使用更小的電纜與連接器,同時(shí),用于內(nèi)部存儲(chǔ)的電壓信號(hào)也更低。此外,它們提供一種接口,能夠滿足系統(tǒng)未來(lái)十年對(duì)于存儲(chǔ)容量與性能日益增長(zhǎng)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(shì)。

Gartner調(diào)研部門副總裁John Monroe指出:“到2005年年底,SATA將成為具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)HDD接口,而且到2007年年底,SATA應(yīng)該完全占領(lǐng)所有的臺(tái)式機(jī)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(shù)據(jù)傳輸速率的比較結(jié)果。雖然有更高的1394速度計(jì)劃,但大多數(shù)上市的普通磁盤驅(qū)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://m.butianyuan.cn/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(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于USB或者1394。在包括向驅(qū)動(dòng)器讀取、寫(xiě)入數(shù)據(jù)在內(nèi)的傳輸測(cè)試中,限制因素通常來(lái)自驅(qū)動(dòng)器本身,也就是磁盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠從旋轉(zhuǎn)磁記錄盤片中讀取或者寫(xiě)入數(shù)據(jù)的速度。使用串行ATA,持續(xù)讀取與寫(xiě)入速度大約為40-50 MB/sec。因?yàn)轵?qū)動(dòng)器能夠使用內(nèi)存來(lái)緩沖存儲(chǔ)一些待寫(xiě)數(shù)據(jù),所以寫(xiě)入速度可以更高一些。如果將驅(qū)動(dòng)器連接到內(nèi)部,并行ATA接口也可以獲得類似的性能數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)傳輸速率,在某些情況下數(shù)據(jù)傳輸速率僅僅是串行ATA接口速率的一半。這不僅是因?yàn)榈退俳涌?,而且還在于需要將ATA命令的驅(qū)動(dòng)器語(yǔ)言數(shù)據(jù)翻譯成一個(gè)
在考慮到突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí),原始接口速度的這種差異更為明顯。當(dāng)從磁盤驅(qū)動(dòng)器上的緩沖存儲(chǔ)器中直接讀取數(shù)據(jù)時(shí),可以形成突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸速率,因此沒(méi)有出現(xiàn)通常數(shù)據(jù)盤片讀取的機(jī)械限制。在這種情況下,串行ATA的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸速率將比USB或者1394的速率高出將近三倍,這將接近預(yù)期的原始接口速度。

對(duì)于那些經(jīng)常在外部驅(qū)動(dòng)器上訪問(wèn)數(shù)據(jù)文件,或者在一個(gè)基本配置上大量備份的用戶來(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(fèi)35秒左右的時(shí)間,而使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)USB或者1394驅(qū)動(dòng)器的時(shí)間則需要超過(guò)一分鐘。

串行ATA磁盤驅(qū)動(dòng)器解決方案的另一個(gè)重要的有利因素就是成本。隨著串行ATA成為具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的內(nèi)部磁盤驅(qū)動(dòng)器接口,這些驅(qū)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(qū)動(dòng)器的成本。這些驅(qū)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(zhuǎn)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驅(qū)動(dòng)器解決方案的最終成本之中。如果一個(gè)ATA驅(qū)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(hào)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(zhuǎn)換

2002年,隨著基于PCI的串行ATA主機(jī)控制器與串行ATA磁盤驅(qū)動(dòng)器的實(shí)用化,從并行ATA到串行ATA的轉(zhuǎn)換初現(xiàn)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(xù)取代芯片組上的并行ATA端口,直到硬盤驅(qū)動(dòng)器與光盤驅(qū)動(dòng)器二者均已轉(zhuǎn)換到串行ATA上來(lái)為止。分析數(shù)據(jù)(如圖1中的組合圖表所示)顯示,2003年串行ATA磁盤驅(qū)動(dòng)器的市場(chǎng)份額大概為5 %,預(yù)計(jì)2004年晚些時(shí)候市場(chǎng)份額將達(dá)到50 %左右。到2005年,串行ATA的產(chǎn)量將會(huì)占到驅(qū)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(yīng)商的芯片組發(fā)展進(jìn)程計(jì)劃正在推動(dòng)這種轉(zhuǎn)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。使用串行ATA,信號(hào)電壓(標(biāo)稱為500-600 mV) 將會(huì)更符合當(dāng)前的工藝處理要求,每個(gè)通道只需要四個(gè)信號(hào)針腳,而且,它所需要的連接器、配線與線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(qū)動(dòng)器連接的專用主機(jī)、未來(lái)的速度提升空間( 3 Gbps規(guī)格現(xiàn)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(duì)列等功能增加的性能優(yōu)勢(shì)。

光盤驅(qū)動(dòng)器將緊隨硬盤驅(qū)動(dòng)器之后轉(zhuǎn)用串行ATA接口。少數(shù)光盤驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)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(qū)將會(huì)做出轉(zhuǎn)換,因?yàn)樾酒M將不再支持并行ATA。概括來(lái)說(shuō),光盤驅(qū)動(dòng)器將在硬盤驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)采用串行ATA大約一年之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

隨著并行ATA大規(guī)模轉(zhuǎn)向串行ATA,使用原生串行ATA硬盤驅(qū)動(dòng)器與光盤驅(qū)動(dòng)器作為外部解決方案的時(shí)機(jī)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(zhuǎn)換芯片,從而節(jié)省了成本。

新的連接器與電纜需求

在最初的技術(shù)規(guī)格說(shuō)明書(shū)中,串行ATA主要是用作PC機(jī)箱內(nèi)部硬盤驅(qū)動(dòng)器的替代品。最初的電纜技術(shù)規(guī)格說(shuō)明書(shū)描述了一個(gè)設(shè)計(jì)用于內(nèi)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(duì)外部串行ATA驅(qū)動(dòng)器的需求趨勢(shì)日益明朗,串行ATA工作組開(kāi)始調(diào)查對(duì)更適合外部驅(qū)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(guī)格說(shuō)明書(shū)來(lái)滿
足這些需求。電纜與連接器技術(shù)規(guī)格說(shuō)明書(shū)包含于新的技術(shù)規(guī)格說(shuō)明書(shū)之中–即,串行ATA II技術(shù)規(guī)格說(shuō)明書(shū):電纜與連接器,第2卷。具體的電氣信號(hào)需求包含于《串行ATA II技術(shù)規(guī)格說(shuō)明書(shū):物理層》之中。

對(duì)于用戶友好型可靠外部互連需求來(lái)說(shuō),需要考慮若干因素。對(duì)于一個(gè)使用USB或者1394接口的典型外部存儲(chǔ)設(shè)備,纜需要足夠長(zhǎng),以致于能夠從放在地面上的PC連到放在臺(tái)式機(jī)上的驅(qū)動(dòng)器上。為了滿足這種很可能的場(chǎng)景需求,它的電纜長(zhǎng)度應(yīng)從1米增加到標(biāo)稱2米。為了防止電纜意外脫落,這種電纜還應(yīng)設(shè)計(jì)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(qiáng)調(diào)了這些增加功能,包括驅(qū)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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