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標題: 〔知識〕IDE、SATA與SATA II的優缺點 [打印本頁]

作者: sodown 時間: 2007-7-2 10:58 AM 標題: 〔知識〕IDE、SATA與SATA II的優缺點

SATA是到150流量的，SATAII是300流量

Serial ATA 1.0的傳輸率是1.5Gbps，Serial ATA 2.0的傳輸率是3.0Gbps。

　　現在的技術發展實在太快，很多人還沒弄清SATA到底有什麼好，SATA II又來了。在傳統的IDE、潮流的SATA與前衛的SATA II硬碟之間，到底有著什麼樣的區別？幾種不同的硬碟各自價格等方面又是怎麼樣？相信很多朋友都想知道。

　　在深入瞭解新標準之前，有必要回顧一下原有的技術。長期以來，硬碟技術的進步，都著重於傳輸速度和容量兩個方面。基本上認識電腦以來，大家就一直在使用Ultra ATA。這種延用已久的接頭技術，有好些方面都顯得過時而需要改進了：
　　大家都知道，資料線太粗，安裝不方便，嚴疊影響機箱內空氣流通，不利於機箱散熱，是傳統IDE接頭即Ultra ATA硬碟的至命缺點。不過，IDE硬碟還有很多其它方面的局限性，大概就不是很多人都清楚了。

主從硬碟相互影響

　　普遍情況下，一塊主機板只有兩個IDE接頭，每個接頭可以掛兩個IDE設備。但同一個接頭的兩個設備是共用帶寬的，對速度的影響非常大。

所以稍有常識的人，都會把硬碟和光碟分開兩條IDE線連線到主機板上

　　這樣，IDE有個很大的問題，就是雖然一塊主機板可以連接4個設備，但事實上只要超過兩個，速度就大大下降。

　　更大的問題是，同一條線上兩個設備要嚴格按主/從設定才能正常執行。像圖中這種西方數技WD400 JB，主硬碟還有兩種不同設定，一條IDE線只接這塊硬碟的時候按右邊的設定，帶從硬碟的時候則要按中間的設定方式。

據親身經驗，如果沒帶從硬碟而按中間的方式設了，會出現五花八門百思不得其解的問題——有時可以啟動，有時報告找不到硬碟，有時啟動程序中報告硬碟錯誤之類——每次啟動可能出現不同的問題。

不支持熱拔插

　　並行ATA在支持設備熱插拔方面能力有限，這一點對伺服器方面的套用非常重要。因為伺服器通常採用RAID容錯式獨立磁碟陣列的方式，任何一塊硬碟壞了都可以熱拔插更換，而不影響資料的完整性，確保伺服器任何情況下都正常開著。具有熱插拔支持功能的SCSI和光纖通道佔據了企業級套用的幾乎全部市場，並行ATA空有價格優勢而不能獲得一席之地，主要原因就是它不支持熱拔插。

不夠完善的錯誤檢驗技術

　　Ultra DMA引入了關於CRC的資料包出現錯誤檢測，該技術是ATA-3標準的組成部分。但是，沒有任何一種並行ATA標準提供指令和狀態包的出現錯誤檢測。儘管指令和狀態包出現錯誤的範圍和幾率都小，但它們出現錯誤的可能性也不容忽略。

使用過時的5伏電壓

　　處理器核心從幾個方面要求向低電壓過渡。較低電壓允許更快的信號陡變，這對提高速度、降低熱耗至關重要。現在的CPU核心電壓基本上都小於2伏，為保持與系統主機板上其它晶片的互操作性，通常使用3.3伏的外部電壓分離出來，5伏電壓成為過時的標準。

雖然大部分目前的 ATA/ATAPI-6標準為並行ATA設備指定的直流電壓供應為3.3V （± 8%），但一些模式的接收器大於4伏，所以要使用過時的5伏電壓。
接頭速度的可昇級性差

　　另外，Ultra ATA是受並行總線特性的限制，帶寬容易受到限制，經過多次昇級，目前最高傳輸率也只是133M字元/秒。

SATA比IDE優越在哪些地方？

　　SATA不再使用過時的並行總線接頭，轉用串行總線，整個風格完全改變。

　　SATA與原來的IDE相比有很多優越性，最明顯的就是資料線從80 pin變成了7 pin，而且IDE線的長度不能超過0.4米，而SATA線可以長達1米，安裝更方便，利於機箱散熱。

除此之外，它還有很多優點：

一對一連接，沒有主從硬碟的煩惱
　　每個設備都直接與主機板相連，獨享150M字元/秒帶寬，設備間的速度不會互相影響。

支持熱拔插
　　熱拔插對於普通家庭用戶來說可能作用不大，但對於伺服器卻是至關重要。事實上，SATA在低端伺服器套用上取得的成功，遠比在普通家庭套用中的影響力大。

資料傳輸更加可靠
　　SATA提高了錯誤檢查的能力，除了對CRC對資料檢錯之外，還會對指令和狀態包進行檢錯，因此和並行ATA相比提高了接入的整體精確度，使串行ATA在企業RAID容錯式獨立磁碟陣列和外部儲存於套用中具有更大的吸引力。

低電壓信號
　　SATA的信號電壓最高只有0.5伏，低電壓一方面能更好地適應新平台強調3.3伏的電源趨勢，另一方面有利於速度的提高。

帶寬昇級潛力大
　　SATA不依賴於系統總線的帶寬，而是內裝時鍾。剛推出的這一代SATA內裝1500MHz時鍾，可以達到150M字元/秒的接頭帶寬。由於不再依賴系統總線頻率，每一代SATA昇級帶寬的增加都是成倍的：下一代300M字元/秒，再下一代可以達到600M字元/秒

SATA仍然存在的幾點不足
　　在國內，現在買IDE的人恐怕比買SATA的人多很多。主要有三個方面的原因：
　　首先，SATA的諸多先進性總體上對個人電腦用戶意義不是太大，它最大的意義的反而是適應了入門級企業套用的需要。

　　其次，nForce4、915之前的那些主機板使用SATA硬碟，在安裝作業系統的時候需要用到軟碟，就像SCSI硬碟那樣，增添了用戶的麻煩。

　　另外，國內用戶的電腦組態相對落後，很多人都是舊電腦昇級大容量硬碟，稍老點的主機板還不支持SATA硬碟。

　　所以，SATA最大的成功在於吸引了很多低端入門級伺服器的用戶。但在企業級套用方面，它又仍然在很多方面有待改進：

單執行緒的機械底盤
　　SATA畢竟只是ATA，它的機械底盤是為8x5執行緒設計的，而SCSI的機械底盤是24x7多執行緒設計，能更好地滿足伺服器多工作的需要。所以SATA雖然在單工作的測試中不比SCSI差，但面對大資料吞吐量的伺服器，還是有差距的。除了速度之外，面對多工作資料讀取，硬碟磁頭頻繁地來回擺動，使硬碟過熱是SATA最大的問題。

形同虛設的熱拔插功能
　　在實際套用中，RAID硬碟陣列是由多個硬碟組成的，必須知道具體哪一塊硬碟壞了，熱拔插更換才有意義。SATA硬碟雖然可以熱拔插，但SATA組成的陣列在某塊硬碟損壞的時候，不能像SCSI、FC和SAS那樣，具有SAF-TE機制用指示燈顯示，知道具體壞的是哪一塊，熱拔插取代的時候，如果取下的是好硬碟，就容易使資料出現錯誤。所以在實際套用中，SATA的熱拔插功能有點形同虛設的味道。

速度慢
　　SATA相對於SCSI和FC速度慢，主要原因是機械底盤不同，不適應伺服器應用程式大量非線性的讀取請求。所以SATA硬碟用來做視瀕下載伺服器還不錯，用在網上交易平台則力不從心。

　　SATA 1.0控制器的傳輸速度效率不高，雖然標稱具有150MB/s的峰值速度，事實上最快的SATA硬碟速度也只有60MB/s。

整個解決方案價格不便宜
　　雖然SATA硬碟相對於SCSI硬碟來說很便宜，但整個的SATA方案並不便宜。主要原因是SATA 1.0控制器的每個接頭只能連接一個硬碟，8個硬碟組成的陣列需要8個接頭，把每個接頭300多元的花費算進去，就不便宜了。

SATA II與准SATA II
　　很多人到現在都還不是太清楚SATA與Ultra ATA相比有什麼區別與好處，這也難怪。因為連Intel剛推出SATA的時候，也沒想到這個為個人用戶而改進的方案，結果會在入門級伺服器和工作站等企業套用的前前景更為廣大——也正因為這樣，2004年才專門成立了SATA IO（SATA國際組織）。

　　前面那麼多介紹，是結合現實情況與SATA官方白皮書整理的，從中已經可以發現，說到SATA優缺點，更多的是從企業套用而不是個人與家庭套用的角度考慮的。

　　現在經常聽到「NCQ硬碟」和「SATA II硬碟」這兩個名詞，它們是SATA向下一代——SATA II發展的兩個不同階段的產品：

　　第一階段是在SATA的基礎上加入NCQ原生指令排序、儲存於設備管理（Enclosure Management）、底板互連、資料分散/集中這四項新特性。

　　第二階段是在第一階段的基出上作進一步改進，加入了雙宿主主動式故障取代、與多個硬碟高效連接、3.0Gb（即300MB/s）接頭帶寬等特性。

「NCQ硬碟」的改進：不僅僅是NCQ這麼簡單
　　由於SATA II的第一階段幾項改進中，NCQ原生指令排序技術對個人用戶意義比較大，所以也只有這一項技術比較多人瞭解。其實SATA II第一階段加入的技術包括如下幾項：

NCQ原生指令排序
　　Native command queuing：什麼是NCQ呢？這是SCSI早就使用的一種技術，只是最近才套用於SATA硬碟。

　　傳統桌上型硬碟都用線性形式處理請求，這種方式潛在很不好的方面，要理解其中原理，必須對硬碟物理結構有個基本瞭解。硬碟裡面是圓盤狀的，很像CD光碟。每一個圓盤由許多同心圓劃分為一條條磁軌，磁軌又分出扇區。每個圓盤由一個或多個磁頭負責讀取。

如果資料分佈在同一磁軌，尋找資料的速度是最快的。在不同磁軌之間移動則消耗很多時間。假設要讀取三塊資料，其中一塊在圓盤最外邊的磁軌上，一塊在圓盤最裡面的磁軌上，還有一塊在圓盤最外邊的磁軌上。

傳統的硬碟，會依次先讀取圓盤最外面的資料，然後讀取最裡面的資料，最後再回頭讀取最外面的資料。這樣一來，磁頭移來移動消耗的尋道時間多，效率就低了。如果把磁頭移動減到最少，尋道時間就會相應減少。

這就是NCQ的目的所在——NCQ可以重新編排指令，不讓磁頭從外移到內再移到外，而是在移向圓碟內圈之前就讀取外圈的兩張資料。

　　現在大家應該明白了，CPU的速度對硬碟效能影響微乎其微，但NCQ技術則可以明顯改善硬碟效能，特別是對前面提到的SATA多執行緒效能差、容易磁頭頻繁來回擺動、硬碟容易過熱這些方面有很大改善。

機架管理（Enclosure Management）
　　前面提到SATA的熱拔插技術，由於陣列中有一塊硬碟出現故障的時候，不知道具體壞的是哪一塊而形同虛設。SATA II第一階段即擁有NCQ技術的SATA硬碟，加入了機架管理技術，正是用來解決這一問題的。

背板互連(Backplane Interconnect)
　　SATA用於資料傳送的導線數量很小，因而出現了為外部RAID容錯式獨立磁碟陣列使用而佈署的底板。

　　該底板是一塊物理線路板，通常整合到機架的後面板上，上面嵌入了通過燒在線路板上的導線連線到中心控制器插件的多個設備接頭。值得注意的是，中心控制器與主機的接頭可以按任意一種傳輸協定來設計，可以是SCSI、光纖通道或iSCSI。底板的使用可使設備咬住接頭並緊密結合。

　　當然，受到FR4材質信號衰減的限制，中心控制器和SATA設備接頭之間蝕刻線路的最大長度必須限制在18英吋以內。雖然這種限製表面上局限了底板端子和SATA機架的設計，

而事實上，標準機架為19英吋寬，因此，在一個1U到3U的機架內，為SATA而蝕刻的最大導線長度足以從一個位置適中的中心控制器連線到所有設備接頭。

SATA II不等於300MB/s
　　首先，是接頭帶寬從原來的150MB/s增強到了300MB/s。但SATA II不能與300MB/s劃等號，因為它包含了SATA II第一階段的NCQ等技術，以及更多的其它技術：

其次，SATA II可以通過Port Multiplier，讓每一個SATA接頭可以連接4-8個硬碟，即主機板有4個SATA接頭，可以連接最多32個硬碟。

　　另外，還有一個非常有趣的技術，叫Dual host active fail over。它可以通過Port Selector接頭選項器，讓兩台主機同時接一個硬碟。

這樣，當一台主機出現故障的時候，另一台備用機可以接管尚為完好的硬碟陣列和資料，這就確保伺服器不管在某塊硬碟損壞，或是某壞CPU之類的其它配件損壞的情況下，仍能正常運作。

結語：給個人電腦用戶的特別提示

　　最後，相信大家對IDE、SATA、NCQ、SATA II已經有了比較整體的認識。或許很多關於伺服器方面的技術還不太明白，其實這沒關係，最重要的是獲得這樣一個概念：SATA、SATA II的改進，大多數不是為個人電腦用戶而設的。

　　SATA對個人電腦用戶真正有意義的地方，也就是讓機箱散熱更加良好。但與此同時，如果你的主機板不支持SATA II，在獲得這樣一個好處的同時，安裝windows作業系統會比較麻煩——需要插入SATA的驅動軟碟。所以IDE用戶千萬別以為SATA更先進，改用更先進的SATA硬碟會有多大的效能提升。

　　使用支持NCQ技術的硬碟，對喜歡同時執行很多個程序的用戶可能會有速度上的改進，而且由於磁頭比較少來回擺動，硬碟會比較長壽，溫度也會比較低。但前面沒有提到的一個必要前提是，必須主機板和硬碟都支持NCQ技術才起作用。

　　至於SATA II，唯一對個人電腦用戶有意義的就是300MB/s的帶寬——當然，SATA II全都是支持NCQ的。不過千萬別指望帶寬比原來增加了一倍，就可以獲得接近於SATA兩倍的速度，因為目前硬碟的速度主要是受硬碟內部資料傳輸率的限制，而不在於接頭帶寬，接頭帶寬的增加對個人用戶帶來的速度改善，是微乎其微的。

同樣，SATA II的好處——支持NCQ和300MB/s的帶寬，必須要主機板支持，在只支持SATA I的主機板上使用SATA II硬碟，就連「微乎其微」的改善也不會有。
　　總體來說，SATA、NCQ以至完整的SATA II，對一般個人電腦用戶的意義不是非常大，它們最大的意義在於為企業套用提供了SCSI、FC之外的廉價儲存於解決方案——當然如果幾種硬碟的價格相差很小的話，盡可能選最先進的SATA II是沒錯的。

如果擔心新技術會不成熟存在某些未知缺陷，繼續選項SATA I 硬碟甚至是IDE硬碟，也是相當不錯的方案。

以上內容僅供參考!

支援NCQ技術的晶片組
支援NCQ的硬碟控制器(部分):

Silicon Image
SiI 3124
SiI 3132
SiI 3531
nVIDIA
nForce 4 Ultra
nForce 4 SLI
nForce 410
nForce 430
nForce 550
nForce 570 Ultra
nForce 570 SLI
nForce 590 SLI
nForce 650i Ultra
nForce 650i SLI
nForce 680i SLI
Intel
ICH6R
ICH7R
ICH7DH
ICH8R
ICH9 (with appropriate drivers), ICH9R, ICH9DH, ICH9DO
VIA
VT 8237S
VT 8251
ATI
SB 600

參考資料:
http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=NCQ&variant=zh-tw

希捷Barracuda 7200.8硬碟機提供SATA NCQ效能
上網時間 : 2004年12月28日
希捷科技(Seagate)宣佈推出容量高達400GB的PC硬碟機Barracuda 7200.8。該硬碟機並可在單一碟片上儲存多達133GB的資料密度。該技術以更少的碟片和磁頭數量，但仍確保最快速的傳輸效能及可靠性，目前已開始出貨至亞太地區的代理商、經銷商和系統製造商等。

Barracuda 7200.8採用最先進的單晶片native SATA介面和原生命令佇列(native command queuing；NCQ)指令集技術，可使Barracuda 7200.8在不犧牲儲存容量的前提下，達到與10,000rpm SATA硬碟機相當的效能，並具有更低的單位GB成本，效能顯著提升；其主要應用於遊戲伺服器、工作站、PC-based的家庭媒體伺服器和入門級SATA伺服器等高效能的PC應用。此外，NCQ並顯著地加速日常運算系統的開機、應用程式載入和檔案拷貝的執行。

NCQ介面技術為現今具備超執行緒技術的系統帶來全新優勢，允許不同的應用程式同時傳送I/O請求。若應用程式能夠支援非同步I/O，則NCQ帶來的效能提升將更為顯著。此外，NCQ可以免除大部分non-NCQ硬碟機不可避免的機械磨損與消耗，提高硬碟機在大量資料存取負荷狀態下的資料可靠性。

最新一代的Barracuda 7200.8是全球最普及的PC硬碟機家族產品，提供8MB或16MB快取容量、7,200rpm轉速和8.0ms的平均搜尋時間。此外，希捷專利的液態軸承動力馬達SoftSonic，造就了Barracuda 7200.8極靜音的表現。Barracuda 7200.8提供200GB、250GB、300GB和400GB容量以及native SATA或Ultra ATA介面選擇。Barracuda 7200.8適用希捷提供的五年產品保固服務。

參考資料來源:
http://www.eettaiwan.com/ART_8800355184_675327_NT_8a12ec9c.HTM

希捷科技與喬鼎資訊攜手推動Serial ATA NCQ技術
上網時間 : 2005年02月17日

希捷科技(Seagate)和喬鼎資訊(Promise Technology)共同宣佈希捷的native Serial ATA硬碟機與喬鼎的Enhanced SATA RAID控制器已完成相容性測試，將可為PC和入門級伺服器應用，提供高容量、高效能與更強化的資料保護功能，並為OEM廠商、解決方案供應商、PC製造商、系統整合商、加值經銷商，以及DIY玩家，提供各種Serial ATA產品組合，協助建構PC、RAID和近線儲存等應用。

支援Serial ATA II的喬鼎Enhanced SATA產品包括SATAII150 TX2plus與SATAII150二款non-RAID控制器，以及雙埠FastTrak TX2200與四埠FastTrak TX4200二款RAID控制器，可為想為儲存系統增加SATA RAID功能的使用者提供一系列具成本效益的RAID方案。雙埠SATAII150 TX2plus可用來連接兩台SATA以及兩台Parallel ATA(PATA)硬碟機，而四埠SATAII150 TX4則能支援多達四台SATA NCQ硬碟機。

採用原生命令佇列指令集(native command queuing；NCQ)技術的希捷native SATA硬碟機設計，可提供更高的資料傳輸率、強化的可靠性、簡易的整合度以及效能擴充性。同時也具備更簡易的RAID整合與hot-plug相容性，以支援較小型的系統設計。希捷SATA NCQ技術可使硬碟機以智慧型的方式將讀寫命令的執行重新排序與最佳化，藉由將硬碟機的機械定位延遲減至最低，以改善工作佇列負荷的執行效能。

希捷Barracuda SATA NCQ硬碟機的標準規格為8Mbyte快取，可提供160GB、200GB、250GB、300GB和400GB等容量供選擇。Barracuda SATA NCQ並具備可承受高達350Gs的非作業性抗震能力。

參考資料來源:
http://www.eettaiwan.com/ART_8800359240_876045_NT_04d0cb25.HTM

[ Last edited by sodown on 2007-10-5 at 04:56 PM ]

作者: fong0823 時間: 2007-7-8 09:47 PM
解說的非常清楚..
感謝分享...

作者: kenny888 時間: 2007-7-10 09:53 PM
thank you for your sharing

作者: adam10137 時間: 2007-7-11 11:43 PM
SATA出來後，

我就去換SATA硬碟了。

排線細，

看了只有一個字爽...

而且好處多多。

作者: non5368 時間: 2007-8-18 06:26 PM
雖然自己從ULTRA ATA開始玩，但對於SATA的了解不是很深，謝謝你的解說

作者: pcxz456 時間: 2007-9-4 10:11 PM
解說的很詳盡!
終於了解IDE,SATA,SATAII之間的差異!
本想換SATA來試試,看來就先緩緩!
謝謝分享!

作者: ogercorn 時間: 2007-9-10 10:14 PM
很詳盡的解說！非常感謝！

作者: wumansc 時間: 2007-9-16 11:09 PM
解說的非常詳盡，讓我們瞭解IDE與SATA、SATAⅡ，之間的差異！

作者: obuster1 時間: 2007-9-18 10:09 AM
真的是好文章與知識.............

作者: tony168 時間: 2007-9-18 08:58 PM
獨樂樂不如眾樂樂 ,謝謝嘍!!
感恩謝謝你的分享終於找到我所要的東西
回覆是支持的原動力!!
這是一定要的啦!!加油!!
因為已經有了...謝謝
感謝分享,
讚
一定要推的
加油

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作者: dakin 時間: 2007-9-27 02:39 PM
好專業的解說，沒有三兩三是不可能說出一篇大道理的，佩服

作者: t813936 時間: 2007-9-27 04:51 PM
感謝大大無私的分享

很詳盡專業的解說

瞭解IDE與SATA、SATAⅡ，之間的差異

謝謝

作者: hsu0914 時間: 2007-10-4 11:19 PM
謝謝大大無私的分享!
市面上那些晶片組有支援"NCQ"呢?

作者: sodown 時間: 2007-10-5 04:29 PM

Quote:

Originally posted by hsu0914 at 2007-10-4 23:19:
謝謝大大無私的分享!
市面上那些晶片組有支援"NCQ"呢?

支援NCQ技術的晶片組
支援NCQ的硬碟控制器(部分):

Silicon Image
SiI 3124
SiI 3132
SiI 3531
nVIDIA
nForce 4 Ultra
nForce 4 SLI
nForce 410
nForce 430
nForce 550
nForce 570 Ultra
nForce 570 SLI
nForce 590 SLI
nForce 650i Ultra
nForce 650i SLI
nForce 680i SLI
Intel
ICH6R
ICH7R
ICH7DH
ICH8R
ICH9 (with appropriate drivers), ICH9R, ICH9DH, ICH9DO
VIA
VT 8237S
VT 8251
ATI
SB 600

http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=NCQ&variant=zh-tw

作者: YAMAHA 時間: 2007-10-7 03:11 PM
感謝大大的解說..
使我對這專有名詞有了更進一步的了解..
不會聽不懂電腦公司的工程師所說的名詞..
受益良多..
3Q..3Q..

作者: barrio 時間: 2007-10-7 08:48 PM
非常詳細的說明，讓我更瞭解硬碟新知識。

作者: su2306425 時間: 2007-10-8 11:06 AM
感謝大大無私的分享
終於了解新型硬碟跟舊式硬碟的差別

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