SATA的新特性及使用模型

 

前面介紹了如何進行SATA應用的PCB設計，下面將討論最新的SATA特性以及這些特性新的使用模型。

 

1.第1i/2i代和第1m/2m代SATA物理層規范和外部SATAi到目前為止，有關第一代SATA的物理層(PHY)速度(1.5Gbps)和第二代SATA的物理層速度(3.0Gbps)的著述和討論很多，然而，關于物理層規范中的“i”和“m”部分則關注較少。

 

第1i代和第2i代串行ATA中的“i”代表應用于桌面和移動PC的這兩代SATA的速度，分別為1.5Gbps和3.0Gbps。SATA1.0a規范中定義的一米電纜和連接器都適用于這兩種速度，大多數SATA半導體器件都是針對第1i代或第2i代規范而設計的。

 

大多數人不知道還有第1m代和第2m代SATA規范，這些規范針對外部SATA應用定義，支持兩米電纜。從設計角度來看，第1m/2m代應用與第1i/2i代規范是兼容的，但也有些不同。為適應此類應用中信號衰減的增加，它們提高了最小發射信號電平幅度，降低了最小接收幅度。為實現外部ATA應用，主控制器必須兼容第1m代或第2m代SATA。SiliconImage公司的SATA芯片設計考慮了外部SATA應用，所有芯片都包含有可滿足第1m代和/或第2m代規范要求的物理層技術。

 

2.外部SATA用于外部SATA的電纜和連接器已有詳細定義，可從SATA國際組織的網站(http://www.sata-io.org)下載有關規范。需要著重指出的是，遵循第1m/2m代規范的外部SATA電纜和連接器，與用于主板和內部硬盤驅動器的內部SATA連接器是不同的。針對外部應用的電纜和連接器必須有電磁干擾(EMI)和靜電釋放(ESD)保護，并且要足夠結實，能夠經受大量的插/拔操作。因此，外部SATA連接器被刻意設計成與內部SATA連接器不相兼容，以防使用者在外部應用時不小心使用無屏蔽的內部SATA電纜。

 

這種外部ATA電纜和連接器的意義在于SATA硬盤驅動器現在可以直接用于外部應用。一般來說，并行ATA被視為機箱內部接口，作為并行ATA的繼任者，大多數使用者期望SATA也是機箱內部接口，如果需要外部存儲，也可能采用其它諸如USB、Firewire/1394或SCSI的接口。

 

然而，使用采用第1m代(1.5Gbps)或第2m代(3.0Gbps)物理層兼容解決方案的外部SATA電纜和連接器，現已可實現比USB(480Mbps)或Firewire(400Mbps)速度快得多的外部存儲。目前，使用者定期備份80GB硬盤以及將數千兆文件拷貝到外部硬盤的情況并不少見，接口速度成為這類應用的瓶頸。SATA是目前可供普通使用者使用的成本效益最好的高速接口技術之一。

 

3.端口多路器，端口多路器(PM,portmultiplier)是活動主機與多個設備連接并進行通訊的一種設備。它可看成簡單的多路復用器，將一個活動主機的連接復用到多個設備連接上。端口多路器只支持一個活動主機連接，但它可以擴展設計到支持多達15個設備連接，從而利用到主機連接的全帶寬。

 

第二代SATA規范的速度為3.0Gbps，大約相當于300MBps的吞吐能力。當順序讀寫數據時，SATA硬盤驅動器目前可支持大約50－60MBps的吞吐能力。因此，利用速度為3.0Gbps的第二代SATA接口的最有效方法，是允許多個設備共享同一電纜所提供的帶寬。

 

為使這種工作能正常進行，需要一個支持端口多路器規范的主機控制器和一個充當多個設備復用器的端口多路器。端口多路器在所有類型的幀信息結構(FIS)中使用4位，即所謂的PM端口字段，來路由主機和相應設備之間的FIS。利用PM端口字段，端口多路器可以將FIS從一個主機路由到多達15個SATA設備。對于從主機端到設備端的FIS，PM端口字段由主機設置為FIS將被路由到的最終設備的端口地址。對于從設備端到主機端的FIS，PM端口字段由端口多路器設置為發送FIS設備的端口地址。為能使用所有連接到端口多路器上的設備，主機必須擁有用來設置所有發送的FIS中PM端口字段的機制。

 

總之采用SATA接口的設計，要求開發團隊中每位成員有新的思考方式。為設計出創新的應用，產品規劃師和架構師必須了解SATA的功能特性。設計工程師則必須知道，在進行千兆位串行接口設計時遵循設計規則是至關重要的。盡管設計工程師還要經歷一段曲折的學習過程，但最終結果是將帶來振奮人心的嶄新應用。這些應用將使存儲變得更加容易使用并更加具有成本效益，從而廣泛地應用于數據中心、辦公室和家庭中。

串行ATA已成主流存儲接口技術

 

互聯網推動了新一代數據密集型存儲應用，這些應用要求存儲架構必須是一種可擴展的網絡資源，能快速提供容量和數據，串行ATA便是適合此類應用的一種高速連接方式。它采用點對點架構，每臺設備可以獨享整個帶寬，消除了并行ATA的主/從之分，可以和總線上的任何設備直接通訊。

 

作為并行ATA物理存儲接口的替代技術，串行ATA技術能解決如數據傳輸、散熱、可靠性和可管理性等諸多問題。它在性能上的提升主要表現在：

 

數據傳輸速度高，第一代串行ATA的傳輸速度已達150MBps，而第二代、第三代串行ATA速度將分別達到300MBps和600MBps，徹底消除了并行ATA的速度瓶頸。

 

采用8b/10b串行傳輸編碼在串行電纜上傳輸數據，消除了并行ATA數據傳輸可能產生的串擾及其它一些問題。

 

具備更強的糾錯能力，能對傳輸指令(不僅僅是數據)進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，提高數據傳輸的可靠性。

 

串行ATA的電纜很細，并可以延伸至1米，使得在大型系統上安裝設備和布線變得非常容易。

 

支持熱插拔，功耗低。

 

雖然串行ATA與并行ATA在軟件上是兼容的，但串行ATA缺乏與已有ATA設備的無縫兼容。當用戶從并行ATA移植到串行ATA系統時，需要對硬件驅動器、電纜和接口進行硬件改造。此外，隨著光纖通道(FC)磁盤、SAS(SerialAttachedSCSI)等技術的發展，串行ATA在分級存儲業務面臨競爭和選擇。但它仍將攜其經濟的成本效益、不遜的性能表現和廣泛的應用范圍，在網絡存儲應用中大有所為。比如，據IDC預測，到2005年，串行ATA會占有ATA硬盤驅動器市場的全部份額。