SATA、SCSI、SAS、SSD硬盤類型介紹

時間：2020-04-13作者：深圳道通存儲技術(shù)有限公司瀏覽：125

IDE、SATA、SCSI、SAS、FC、SSD硬盤類型介紹

目前所能見到的硬盤接口類型主要有IDE、SATA、SCSI、SAS、FC等等。 IDE是俗稱的并口，SATA是俗稱的串口，這兩種硬盤是個人電腦和低端服務(wù)器常見的硬盤。SCSI是"小型計算機系統(tǒng)**接口"的簡稱，SCSI硬盤就是采用這種接口的硬盤。SAS就是串口的SCSI接口。一般服務(wù)器硬盤采用這兩類接口，其性能比上述兩種硬盤要高，穩(wěn)定性較強，但是價格高，容量小，噪音大。FC是光纖通道，和SCIS接口一樣光纖通道較初也不是為硬盤設(shè)計開發(fā)的接口技術(shù)，是專門為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的，但隨著存儲系統(tǒng)對速度的需求，才逐漸應(yīng)用到硬盤系統(tǒng)中。SSD也稱作電子硬盤或者固態(tài)電子盤，是由控制單元和固態(tài)存儲單元(DRAM或FLASH芯片)組成的硬盤。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也與普通硬盤一致。新一代的固態(tài)硬盤普遍采用SATA-2接口。但其成本較高。







一. IDE

IDE(Integrated Drive Electronics集成驅(qū)動器電子)的縮寫，它的本意是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅(qū)動器，是一種硬盤的傳輸接口，它有另一個名稱叫做ATA(Advanced Technology Attachment)，這兩個名詞都有廠商在用，指的是相同的東西。

IDE的規(guī)格后來有所進步，而推出了EIDE(Enhanced IDE)的規(guī)格名稱，而這個規(guī)格同時又被稱為Fast ATA。所不同的是Fast ATA是專指硬盤接口，而EIDE還制定了連接光盤等非硬盤產(chǎn)品的標準。而這個連接非硬盤類的IDE標準，又稱為ATAPI接口。而之后再推出較快的接口，名稱都只剩下ATA的字樣，像是Ultra ATA、ATA/66、ATA/100等。

早期的IDE接口有兩種傳輸模式，一個是PIO(Programming I/O)模式，另一個是DMA(Direct Memory Access)。雖然DMA模式系統(tǒng)資源占用少，但需要額外的驅(qū)動程序或設(shè)置，因此被接受的程度比較低。后來在對速度要求愈來愈高的情況下，DMA模式由于執(zhí)行效率較好，操作系統(tǒng)開始直接支持，而且廠商較推出了愈來愈快的DMA模式傳輸速度標準。而從英特爾的430TX芯片組開始，就提供了對Ultra DMA 33的支持，提供了較大33MB/sec的的數(shù)據(jù)傳輸率，以后又很快發(fā)展到了ATA 66，ATA 100以及邁拓提出的ATA 133標準，分別提供66MB/sec，100MB/sec以及133MB/sec的較大數(shù)據(jù)傳輸率。值得注意的是，邁拓提出的ATA 133標準并沒能獲得業(yè)界的廣泛支持，硬盤廠商中只有邁拓自己才采用ATA 133標準，而日立(IBM)，希捷和西部數(shù)據(jù)則都采用ATA 100標準，芯片組廠商中也只有VIA，SIS，ALi以及nViidia對次標準提供支持，芯片組廠商中英特爾則只支持ATA 100標準。

各種IDE標準都能很好的向下兼容，例如ATA 133兼容ATA 66/100和Ultra DMA33，而ATA 100也兼容Ultra DMA 33/66。

要特別注意的是，對ATA 66以及以上的IDE接口傳輸標準而言，必須使用專門的80芯IDE排線，其與普通的40芯IDE排線相比，增加了40條地線以提高信號的穩(wěn)定性。

二. SATA

使用SATA(Serial ATA)口的硬盤又叫串口硬盤。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、邁拓這幾大廠商組成的Serial ATA**正式確立了Serial ATA 1.0規(guī)范。

2002年，雖然串行ATA的相關(guān)設(shè)備還未正式上市，但Serial ATA**已搶先確立了Serial ATA 2.0規(guī)范(SATA II)。

Serial ATA采用串行連接方式，串行ATA總線使用嵌入式時鐘信號，具備了較強的糾錯能力，與以往相比其較大的區(qū)別在于能對傳輸指令(不僅僅是數(shù)據(jù))進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴４薪涌谶€具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔的優(yōu)點。

串口硬盤是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤接口類型，由于采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)而**。相對于并行ATA來說，就具有非常多的優(yōu)勢。

a). Serial ATA以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，一次只會傳送1位數(shù)據(jù)。這樣能減少SATA接口的針腳數(shù)目，使連接電纜數(shù)目變少，效率也會較高。

b). 實際上，Serial ATA 僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用于連接電纜、連接地線、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，同時這樣的架構(gòu)還能降低系統(tǒng)能耗和減小系統(tǒng)復(fù)雜性。

c). Serial ATA的起點較高、發(fā)展?jié)摿^大，Serial ATA 1.0定義的數(shù)據(jù)傳輸率可達150MB/s;這比較快的并行ATA(即ATA/133)所能達到133MB/s的較高數(shù)據(jù)傳輸率還高;而在Serial ATA 2.0的數(shù)據(jù)傳輸率達到300MB/s;較終SATA將實現(xiàn)600MB/s的較高數(shù)據(jù)傳輸率。

在選購主板時，其實并無必要太在意IDE接口傳輸標準有多快，其實在ATA 100，ATA 133以及SATA 150下硬盤性能都差不多，因為受限于硬盤的機械結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)存取方式，硬盤的性能瓶頸是硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率而非外部接口標準，目前主流硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率離ATA 100的100MB/sec都還差得很遠。所以要按照自己的具體需求選購。

三. SATA II

SATA的速度是每秒1.5Gbps(150MB/sec)，SATA2(Serial ATA 2.0規(guī)范)的速度是每秒3Gbps(300MB/sec)。SATAⅡ接口主板能插SATA硬盤，SATA接口主板不能插SATAⅡ盤硬，這都是向下兼容的。

SATA II是在SATA的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其主要特征是外部傳輸率從SATA的1.5G進一步提高到了3G，此外還包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令隊列)、端口多路器(Port Multiplier)、交錯啟動(Staggered Spin-up)等一系列的技術(shù)特征。單純的外部傳輸率達到3Gbps并不是真正的SATA II。

SATA II的關(guān)鍵技術(shù)就是3Gbps的外部傳輸率和NCQ技術(shù)。 NCQ技術(shù)可以對硬盤的指令執(zhí)行順序進行優(yōu)化，避免像傳統(tǒng)硬盤那樣機械地按照接收指令的先后順序移動磁頭讀寫硬盤的不同位置，與此相反，它會在接收命令后對其進行排序，排序后的磁頭將以高效率的順序進行尋址，從而避免磁頭反復(fù)移動帶來的損耗，延長硬盤壽命。

另外并非所有的SATA硬盤都可以使用NCQ技術(shù)，除了硬盤本身要支持 NCQ之外，也要求主板芯片組的SATA控制器支持NCQ。此外，NCQ技術(shù)不支持FAT文件系統(tǒng)，只支持NTFS文件系統(tǒng)。

由于SATA設(shè)備市場比較混亂，不少SATA設(shè)備提供商在市場宣傳中濫用“SATA II”的現(xiàn)象愈演愈烈，例如某些號稱“SATA II”的硬盤卻僅支持3Gbps而不支持NCQ，而某些只具有1.5Gbps的硬盤卻又支持NCQ。所以，由希捷(Seagate)所主導(dǎo)的SATA-IO(Serial ATA International Organization，SATA**組織，原SATA工作組)又宣布了SATA 2.5規(guī)范，收錄了原先SATA II所具有的大部分功能——從3Gbps和NCQ到交錯啟動(Staggered Spin-up)、熱插拔(Hot Plug)、端口多路器(Port Multiplier)以及比較新的eSATA(External SATA，外置式SATA接口)等等。

值得注意的是，部分采用較早的僅支持1.5Gbps的南橋芯片(例如VIA VT8237和NVIDIA nForce2 MCP-R/MCP-Gb)的主板在使用SATA II硬盤時，可能會出現(xiàn)找不到硬盤或藍屏的情況。不過大部分硬盤廠商都在硬盤上設(shè)置了一個速度選擇跳線，以便強制選擇1.5Gbps或3Gbps的工作模式(少數(shù)硬盤廠商則是通過相應(yīng)的工具軟件來設(shè)置)，只要把硬盤強制設(shè)置為1.5Gbps，SATA II硬盤照樣可以在老主板上正常使用。

SATA硬盤在設(shè)置RAID模式時，一般都需要安裝主板芯片組廠商所提供的驅(qū)動，但也有少數(shù)較老的SATA RAID控制器在打了較新補丁的某些版本的Windows XP系統(tǒng)里不需要加載驅(qū)動就可以組建RAID。

四. SCSI

SCSI的英文全稱為“Small Computer System Interface”(小型計算機系統(tǒng)接口)，是同IDE(ATA)完全不同的接口，IDE接口是普通PC的標準接口，而SCSI并不是專門為硬盤設(shè)計的接口，是一種廣泛應(yīng)用于小型機上的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。SCSI接口具有應(yīng)用范圍廣、多任務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優(yōu)點，但較高的價格使得它很難如IDE硬盤般普及，因此SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、**服務(wù)器和高檔工作站中。

五. SAS

SAS(Serial Attached SCSI)即串行連接SCSI，是新一代的SCSI技術(shù)。和現(xiàn)在流行的Serial ATA(SATA)硬盤相同，都是采用串行技術(shù)以獲得較高的傳輸速度，并通過縮短連結(jié)線改善內(nèi)部空間等。SAS是并行SCSI接口之后開發(fā)出的全新接口。此接口的設(shè)計是為了改善存儲系統(tǒng)的效能、可用性和擴充性，并且提供與SATA硬盤的兼容性。

SAS的接口技術(shù)可以向下兼容SATA。具體來說，二者的兼容性主要體現(xiàn)在物理層和協(xié)議層的兼容。

a). 在物理層，SAS接口和SATA接口完全兼容，SATA硬盤可以直接使用在SAS的環(huán)境中，從接口標準上而言，SATA是SAS的一個子標準，因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盤，但是SAS卻不能直接使用在SATA的環(huán)境中，因為SATA控制器并不能對SAS硬盤進行控制;

b). 在協(xié)議層，SAS由3種類型協(xié)議組成，根據(jù)連接的不同設(shè)備使用相應(yīng)的協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。其中串行SCSI協(xié)議(SSP)用于傳輸SCSI命令;SCSI管理協(xié)議(SMP)用于對連接設(shè)備的維護和管理;SATA通道協(xié)議(STP)用于SAS和SATA之間數(shù)據(jù)的傳輸。因此在這3種協(xié)議的配合下，SAS可以和SATA以及部分SCSI設(shè)備無縫結(jié)合。

SAS系統(tǒng)的背板(Backplane)既可以連接具有雙端口、高性能的SAS驅(qū)動器，也可以連接高容量、低成本的SATA驅(qū)動器。所以SAS驅(qū)動器和SATA驅(qū)動器可以同時存在于一個存儲系統(tǒng)之中。但需要注意的是，SATA系統(tǒng)并不兼容SAS，所以SAS驅(qū)動器不能連接到SATA背板上。由于SAS系統(tǒng)的兼容性，使用戶能夠運用不同接口的硬盤來滿足各類應(yīng)用在容量上或效能上的需求，因此在擴充存儲系統(tǒng)時擁有更多的彈性，讓存儲設(shè)備發(fā)揮較大的投資效益。

在系統(tǒng)中，每一個SAS端口可以較多可以連接16256個外部設(shè)備，并且SAS采取直接的點到點的串行傳輸方式，傳輸?shù)乃俾矢哌_3Gbps，估計以后會有6Gbps乃至12Gbps的高速接口出現(xiàn)。

SAS的接口也做了較大的改進，它同時提供了3.5英寸和2.5英寸的接口，因此能夠適合不同服務(wù)器環(huán)境的需求。

SAS依靠SAS擴展器來連接更多的設(shè)備，目前的擴展器以12端口居多，不過根據(jù)板卡廠商產(chǎn)品研發(fā)計劃顯示，未來會有28、36端口的擴展器引入，來連接SAS設(shè)備、主機設(shè)備或者其他的SAS擴展器。

和傳統(tǒng)并行SCSI接口比較起來，SAS不僅在接口速度上得到顯著提升(現(xiàn)在主流Ultra 320 SCSI速度為320MB/sec，而SAS才剛起步速度就達到300MB/sec，未來會達到600MB/sec甚至更多)，而且由于采用了串行線纜，不僅可以實現(xiàn)較長的連接距離，還能夠提高抗干擾能力，并且這種細細的線纜還可以顯著改善機箱內(nèi)部的散熱情況。

SAS目前的不足主要有以下方面：

a). 硬盤、控制芯片種類少：

只有希捷、邁拓以及富士通等為數(shù)不多的硬盤廠商推出了SAS接口硬盤，品種太少，其他廠商的SAS硬盤多數(shù)處在產(chǎn)品內(nèi)部測試階段。此外周邊的SAS控制器芯片或者一些SAS轉(zhuǎn)接卡的種類較是不多，多數(shù)集中在LSI以及Adaptec公司手中。

b). 硬盤價格太貴：

比起同容量的Ultra 320 SCSI硬盤，SAS硬盤要貴了一倍還多。一直居高不下的價格直接影響了用戶的采購數(shù)量和渠道的消化數(shù)量，而無法形成大批量生產(chǎn)的SAS 硬盤，其成本的壓力又會反過來促使價格無法下降。

如果用戶想要做個簡單的RAID級別，那么不僅需要購買多塊SAS硬盤，還要購買昂貴的RAID卡，價格基本上和硬盤相當。

c). 實際傳輸速度變化不大：

SAS硬盤的接口速度并不代表數(shù)據(jù)傳輸速度，受到硬盤機械結(jié)構(gòu)限制，現(xiàn)在SAS硬盤的機械結(jié)構(gòu)和SCSI硬盤幾乎一樣。目前數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i集中在由硬盤內(nèi)部機械機構(gòu)、硬盤存儲技術(shù)、磁盤轉(zhuǎn)速，所決定的硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是80MBsec左右，SAS硬盤的性能提升不明顯。

d). 用戶追求成熟、穩(wěn)定的產(chǎn)品：

從現(xiàn)在已經(jīng)推出的產(chǎn)品來看，SAS硬盤更多的被應(yīng)用在**4路服務(wù)器上，而4路以上服務(wù)器用戶并非一味追求高速度的硬盤接口技術(shù)，較吸引他們的應(yīng)該是成熟、穩(wěn)定的硬件產(chǎn)品，雖然SAS接口服務(wù)器和SCSI接口產(chǎn)品在速度、穩(wěn)定性上差不多，但目前的技術(shù)和產(chǎn)品都還不夠成熟。

不過隨著英特爾等主板芯片組制造商、希捷等硬盤制造商以及眾多的服務(wù)器制造商的大力推動，SAS的相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)會逐步成熟，價格也會逐步滑落，早晚都會成為服務(wù)器硬盤的主流接口。

六. FC

光纖通道的英文拼寫是Fiber Channel，和SCIS接口一樣光纖通道較初也不是為硬盤設(shè)計開發(fā)的接口技術(shù)，是專門為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的，但隨著存儲系統(tǒng)對速度的需求，才逐漸應(yīng)用到硬盤系統(tǒng)中。光纖通道硬盤是為提高多硬盤存儲系統(tǒng)的速度和靈活性才開發(fā)的，它的出現(xiàn)大大提高了多硬盤系統(tǒng)的通信速度。光纖通道的主要特性有：熱插拔性、高速帶寬、遠程連接、連接設(shè)備數(shù)量大等。

光纖通道是為在像服務(wù)器這樣的多硬盤系統(tǒng)環(huán)境而設(shè)計，能滿足**工作站、服務(wù)器、海量存儲子網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)間通過集線器、交換機和點對點連接進行雙向、串行數(shù)據(jù)通訊等系統(tǒng)對高數(shù)據(jù)傳輸率的要求。

七. SSD

固態(tài)硬盤(Solid State Disk或Solid State Drive)，也稱作電子硬盤或者固態(tài)電子盤，是由控制單元和固態(tài)存儲單元(DRAM或FLASH芯片)組成的硬盤。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也與普通硬盤一致。由于固態(tài)硬盤沒有普通硬盤的旋轉(zhuǎn)介質(zhì)，因而抗震性較佳。其芯片的工作溫度范圍很寬(-40~85℃)。目前廣泛應(yīng)用于軍事、車載、工控、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)終端、電力、醫(yī)療、航空等、導(dǎo)航設(shè)備等領(lǐng)域。目前由于成本較高，正在逐漸普及到DIY市場。

由于固態(tài)硬盤技術(shù)與傳統(tǒng)硬盤技術(shù)不同，所以產(chǎn)生了不少新興的存儲器廠商。廠商只需購買NAND存儲器，再配合適當?shù)目刂菩酒?，就可以制造固態(tài)硬盤了。新一代的固態(tài)硬盤普遍采用SATA-2接口。

固態(tài)硬盤的存儲介質(zhì)分為兩種，一種是采用閃存(FLASH芯片)作為存儲介質(zhì)，另外一種是采用DRAM作為存儲介質(zhì)。

(1)基于閃存的固態(tài)硬盤(IDE FLASH DISK、Serial ATA Flash Disk)：

采用FLASH芯片作為存儲介質(zhì)，這也是我們通常所說的SSD。它的外觀可以被制作成多種模樣，例如：筆記本硬盤、微硬盤、存儲卡、優(yōu)盤等樣式。這種SSD固態(tài)硬盤較大的優(yōu)點就是可以移動，而且數(shù)據(jù)保護不受電源控制，能適應(yīng)于各種環(huán)境，但是使用年限不高，適合于個人用戶使用。

在基于閃存的固態(tài)硬盤中，存儲單元又分為兩類：SLC(Single Layer Cell 單層單元)和MLC(Multi-Level Cell多層單元)。

SLC的特點是成本高、容量小、但是速度快，而MLC的特點是容量大成本低，但是速度慢。MLC的每個單元是2bit的，相對SLC來說整整多了一倍。不過，由于每個MLC存儲單元中存放的資料較多，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，出錯的幾率會增加，必須進行錯誤修正，這個動作導(dǎo)致其性能大幅落后于結(jié)構(gòu)簡單的SLC閃存。此外，SLC閃存的優(yōu)點是復(fù)寫次數(shù)高達100000次，比MLC閃存高10倍。此外，為了保證MLC的壽命，控制芯片都校驗和智能磨損平衡技術(shù)算法，使得每個存儲單元的寫入次數(shù)可以平均分攤，達到100萬小時故障間隔時間(MTBF)。

(2)基于DRAM的固態(tài)硬盤：

采用DRAM作為存儲介質(zhì)，目前應(yīng)用范圍較窄。它仿效傳統(tǒng)硬盤的設(shè)計、可被絕大部分操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)工具進行卷設(shè)置和管理，并提供工業(yè)標準的PCI和FC接口用于連接主機或者服務(wù)器。應(yīng)用方式可分為SSD硬盤和SSD硬盤陣列兩種。它是一種高性能的存儲器，而且使用壽命很長，美中不足的是需要獨立電源來保護數(shù)據(jù)安全。


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