硬盘接口技术详解

　　１、ＩＤＥ／ＡＴＡ

　　１．１　概述

　　ＩＤＥ即Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｄｒｉｖｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，它的本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，我们常说的ＩＤＥ接口，也叫ＡＴＡ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）接口，现在ＰＣ机使用的硬盘大多数都是ＩＤＥ兼容的，只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。　＜ＢＲ＞ＩＤＥ接口是由Ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｄｉｇｉｔａｌ与ＣＯＭＰＡＱ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ两家公司所共同发展出来的接口。因为技术不断改进，新一代Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＩＤＥ（加强型ＩＤＥ，简称为ＥＩＤＥ）传输速度可高达１００ＭＢ／秒（Ｕｌｔｒａ　ＡＴＡ／１００）。

　　ＩＤＥ接口有两大优点：易于使用与价格低廉，问世后成为为普及的磁盘接口。但是随着ＣＰＵ速度的增快以及应用软件与环境的日趋复杂，ＩＤＥ的缺点也开始慢慢显现出来。Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＩＤＥ就是Ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｄｉｇｉｔａｌ公司针对传统ＩＤＥ接口的缺点加以改进之后所推出的新接口。Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＩＤＥ使用扩充ＣＨＳ（Ｃｙｌｉｎｄｅｒ－Ｈｅａｄ－Ｓｅｃｔｏｒ）或ＬＢＡ（Ｌｏｇｉｃａｌ　Ｂｌｏｃｋ　Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）寻址的方式，突破５２８ＭＢ的容量限制，可以顺利地使使用容量达到数十ＧＢ等级的ＩＤＥ硬盘。

　　在ＰＣ中，Ｉ／Ｏ设备，如硬盘驱动，不是直接与系统中央总线连接的（ＡＴ总线在ＡＴ系统，或ＰＣＩ总线在之后的系统）。而Ｉ／Ｏ设备与接口芯片相连，而接口芯片与系统总线连接。

　　接口芯片组成了Ｉ／Ｏ设备与系统总线的桥，在系统总线协议（ＰＣＩ或ＡＴ）与Ｉ／Ｏ设备协议（如ＩＤＥ或ＳＣＳＩ）之间进行翻译。这使Ｉ／Ｏ设备可以独立于系统总线协议。

　　下图展示了ＰＣ工作站的基本系统结构，展示了ＩＤＥ设备与系统余下部分的关系。

　　１．２　ＩＤＥ传输模式

　　ＩＤＥ硬盘接口的几种传输模式有明显区别。ＩＤＥ接口硬盘的传输模式，经历过三个不同的技术变化，由ＰＩＯ（Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ　Ｉ／Ｏ）模式，ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｍｅｍｏｒｙ　Ａｃｃｅｓｓ）模式，直至现今的Ｕｌｔｒａ　ＤＭＡ模式（简称ＵＤＭＡ）。

　　ＰＩＯ（Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ　Ｉ／Ｏ）模式的弊端是耗用极大量的中央处理器资源，在以前还未有ＤＭＡ模式光驱的时候，光驱都是以ＰＩＯ模式运行。大家可能还记得，当时用光驱播放ＶＣＤ光盘，再配以软件解压，就算使用Ｐｅｎｔｉｕｍ　１６６，其流畅度也不理想，这就是处理器被长期大量占用的缘故。以ＰＩＯ模式运行的ＩＤＥ接口，数据传输率达３．３ＭＢ／秒（ＰＩＯ　ｍｏｄｅ　０）至１６．ＭＢ／秒（ＰＩＯ　ｍｏｄｅ　４）不等。后来随着Ｆａｓｔ　ＡＴＡ／ＤＭＡ模式的出现，ＩＤＥ接口及装置都开始有了ＤＭＡ的支持，ＤＭＡ模式分为Ｓｉｎｇｌｅ－Ｗｏｒｄ　ＤＭＡ及Ｍｕｌｔｉ　－　Ｗｏｒｄ　ＤＭＡ两种，跟ＰＩＯ模式的区别是：ＤＭＡ模式并不用过分依赖ＣＰＵ的指令而运行，可达到节省处理器运行资源的效果。不过，后来由于Ｕｌｔｒａ　ＤＭＡ模式的出现和决速普及。这两个模式也只会是昙花一现，不久即被ＵＤＭＡ所取代。Ｓｉｎｇｌｅ－Ｗｏｒｄ　ＤＭＡ模式的传输率达８．３３ＭＢ／秒，Ｍｕｌｔｉ－Ｗｏｒｄ　ＤＭＡ（Ｄｏｕｂｌｅ　Ｗｏｒｄ）则可达１６．６６ＭＢ／秒。

　　由于Ｕｌｔｒａ　ＤＭＡ模式（Ｕｌｔｒａ　ＡＴＡ制式下所引用的一个标准）的普及，ＵＤＭＡ模式就全以１６－ｂｉｔ　Ｍｕｌｔｉ－Ｗｏｒｄ　ＤＭＡ模式作为基准。ＵＤＭＡ其中一个优点是它除已拥有ＤＭＡ模式的优点外，更应用了ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ　Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ　Ｃｈｅｃｋ）技术，加强了资料在传送过程中侦错及除错方面的效能。在初ＵＡＴＡ／３３规格制定时，为了保留ＩＤＥ系统的兼容性，所以在硬件的设计上并没做出太大的修改，不仅能完全向下兼容旧式ＡＴＡ装置，也无需硬件生产商改变接头及讯号联接的设计。自Ｕｌｔｒａ　ＡＴＡ标准推行以来，其接口便应用了ＤＤＲ（Ｄｏｕｂｌｅ　Ｄａｔａ　Ｒａｔｅ　技术将传输的速度提升了一倍，目前已发展到Ｕｌｔｒａ　ＡＴＡ／１００了，其传输速度高达１００ＭＢ／秒。

　　Ｕｌｔｒａ　ＤＭＡ／６６／１００专用的硬盘连接线和一般的４０芯连接线有所不同。Ｑｕａｎｔｕｍ在制定Ｕｌｔｒａ　ＡＴＡ／６６的同时，在旧有ＩＤＥ排线的规格上略作修改。除沿用４０芯的ＩＤＥ接头外，排线更换成８０芯，在原有４０芯排线的每条线芯之间，都多加一条线来相隔，并将这４０条新线跟原先４０芯排线之中原有的７条地线相连，把构成Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ现象的电磁波滤走而增加了数据传输的稳定性（在高速的电子讯号传输时，当一大堆带着高频讯号的电线互相靠近一起的时候，讯号线上发出的电磁波便会互相干扰，这就是所谓的“Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ”现象）。Ｕｌｔｒａ　ＡＴＡ／６６／１００排线的基本规格是徘线全长不超过１８英寸。也就是说要真正发挥Ｕｌｔｒａ　ＤＭＡ／６６的高速传输是需硬盘、排线的配合的，当然如果搭配一般的４０芯排线，Ｕｌｔｒａ　ＤＭＡ／６６接口的硬盘依然能够以向下兼容的方式工作，只不过无法使用Ｕｌｔｒａ　ＤＭＡ／６６罢了。

　　硬盘的传输模式进入ＵｌｔｒａＡＴＡ／１００的时代。目前，硬盘的传输模式已由早的ＰＩＯ　Ｍｏｄｅ　４（传输速率为１６．６　ＭＢ／秒）进入ＵｌｔｒａＡＴＡ／１００的时代。提醒ＤＩＹ朋友注意，所选购的硬盘不仅要本身支持Ｕｌｔｒａ

　　ＡＴＡ／１００，而所选购的主板的芯片组也要支持Ｕｌｔｒａ　ＡＴＡ／１００，这样才能真正达到１００ＭＢ／秒的传输速度。如果你现在使用的主板不支持Ｕｌｔｒａ　ＡＴＡ／１ＯＯ，只要购买一块ｉ８１５Ｅ的主板或支持Ｕｌｔｒａ　ＡＴＡ／１００的硬盘控制卡就行了。

　　Ｓｅｒｉａｌ　ＡＴＡ：（即串行ＡＴＡ），是英特尔公司在２０００年ＩＤＦ（Ｉｎｔｅｌ　Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ　Ｆｏｒｕｍ，英特尔开发者论坛）上发布的将于下一代外设产品中采用的接口类型，就如其名所示，它以连续串行的方式传送资料，在同一时间点内只会有１位数据传输，此做法能减小接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作（第１针发出、２针接收、３针供电、４针地线）。这样做法能降低电力消耗，减小发热量。目前市面也有了部份支持此接口的硬盘，如希捷公司推出的新款硬盘就支持串行ＡＴＡ，不过非常少见。

　　１．３小结

　　ＡＴＡ接口优点：

　　价格低廉

　　兼容性非常好

　　ＡＴＡ接口缺点：

　　速度慢

　　只能内置使用

　　对接口电缆的长度有很严格的限制

　　２、ＳＣＳＩ

　　２．１概述

　　ＳＣＳＩ直译为小型计算机系统专用接口（Ｓｍａｌｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）是一种连结主机和外围设备的接口，支持包括磁盘驱动器、磁带机、光驱、扫描仪在内的多种设备。它由ＳＣＳＩ控制器进行数据操作，ＳＣＳＩ控制器相当于一块小型ＣＰＵ，有自己的命令集和缓存。要了解ＳＣＳＩ，必须先了解它的类型，以下是ＳＴＡ（ＳＣＳＩ　Ｔｒａｄｅ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，ＳＣＳＩ同业公会）的标准分类。

　　２．２　ＳＣＳＩ接口类型

　　ＳＣＳＩ连接器分为内置和外置两种，内置数据线的外型和ＩＤＥ数据线一样，只是针数和规格稍有差别，主要用于连接光驱和硬盘。４０针ＩＤＥ线有４０根导线，４０针ＡＴＡ６６有８０根导线，ＳＣＳＩ内置则分为５０针、６８针和８０针。至于ＳＣＳＩ外置数据线，就有以下几种规格，它们的密度均不相同，千万别弄错了。

　　Ａｐｐｌｅ　ＳＣＳＩ，共有２５针，分为两排，８位，常用于Ｍａｃ机和旧式Ｓｕｎ工作站。

　　Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ，共有５０针，分为两排，８位，有点像并行口，它可以连接的设备数目多。

　　ＳＣＳＩ－２　，共有５０针，分为两排，８位。

　　Ｓｕｎ　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ的ＤＤ－５０ＳＡ，共有５０针，分为三排。

　　ＳＣＳＩ－３和Ｗｉｄｅ　ＳＣＳＩ－２，共有６８针，分为两排，１６位。旧式ＤＥＣ单终结ＳＣＳＩ　使用６８针高密接口。

　　ＳＣＡ，共有８０针，分为两排。

　　２．３　ＳＣＳＩ　ＩＤ

　　相信许多ＳＣＳＩ用户都有这种经历，插上设备之后，操作系统怎样也不认，后来检查总线，才发现是终结和ＩＤ没有设置好。ＩＤ（ｉｄｅｎｔｉｆｙ）作为ＳＣＳＩ设备在ＳＣＳＩ总线的识别符，不允许重复，可选范围从０到１５，ＳＣＳＩ主控制器通常占用ｉｄ　７，即是说我们可以用在设备上的ＩＤ号共有１５个。

　　在ＳＣＳＩ总线中，控制器也算一个设备，　即实际可连接设备数目　＝　理论支持设备数目－１。

　　２．４　总线终结器

　　总线终结器能告诉ＳＣＳＩ主控制器整条总线在何处终结，并发出一个反射信号给控制器，必须在两个物理终端作一个终结信号才能使用ＳＣＳＩ总线。常见的错误是把终结设置在ＩＤ号或的地方，而不是设置在物理终端的ＳＣＳＩ设备上。其实，ＳＣＳＩ设备总是以链形来连接的，按顺序就能分辨出哪一个是终结设备。

　　终结的方式有三种：自终结设备、物理总线终结器和自终结电缆。大多数新型ＳＣＳＩ设备都有自终结跳线，只要把非终结设备的自终结跳线设置成ＯＦＦ即可避免冲突问题；物理总线终结器是一种硬件接头，又分为主动型和被动型两种，主动型使用电压调整器来进行操作，被动型利用总线上的能源信号来操作，被动型比主动型更为；自终结电缆可以代替物理总线终结器，也是一种硬件，它的价格非常昂贵，常用于两个主机连接同一个物理设备，如：两个服务器存取同一个物理ＳＣＳＩ硬盘。

　　通过检查ＳＣＳＩ　ＩＤ和总线终结器，我们可以找出大多数冲突现象的解决方法，这是ＳＣＳＩ设备用户必须重视的一点。

　　２．５　ＳＣＳＩ规格公用的几个标准术语解释：

　　２．５．１　ＳＣＳＩ－１：它是早ＳＣＳＩ，特点是：支持同步和异步ＳＣＳＩ外围设备，支持７台８位的外围设备，使用８位的通道宽度，传输速率为４ＭＢ／ｓ，这现在通常是扫描仪在用的。

　　２．５．２　ＳＣＳＩ－２：类似ＳＣＳＩ－１，但是可以支持同时连接７个装置，传输速率为　１０－２０ＭＢ／ｓ，目前有ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＯＭ在使用。

　　２．５．３　Ｆａｓｔ　ＳＣＳＩ：８位的通道宽度，使用双倍的频率，传输速率为　１０ＭＢ／ｓ。

　　２．５．４　Ｗｉｄｅ　ＳＣＳＩ：１６位的通道宽度，传输速率为２０ＭＢ／ｓ。

　　２．５．５　ＵＬＴＲＡ　ＳＣＳＩ：８位的通道宽度，传输速率为２０ＭＢ／ｓ，其允许接口电缆的长度为１．５米。

　　２．５．６　Ｕｌｔｒａ　Ｗｉｄｅ　ＳＣＳＩ：１６位的通道宽度，传输速率为４０ＭＢ／ｓ，其允许接口电缆的长度为１．５米。

　　２．５．７　ＵＬＴＲＡ　２　ＳＣＳＩ：８位的通道宽度，其采用了ＬＶＤ（Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ，低电平微分）传输模式，传输速率为４０ＭＢ／ｓ，允许接口电缆的长为１２米，大大增加了设备的灵活性，支持同时挂接１５个装置。

　　２．５．８　ＷＩＤＥ　ＵＬＴＲＡ　２　ＳＣＳＩ：它跟Ｕｌｔｒａ　２　ＳＣＳＩ差不多，也是采用ＬＶＤ传输模式，允许长接口电缆为１２米，可同时挂接１５个装置，不同于Ｕｌｔｒａ　２　ＳＣＳＩ，它有１６位的通道宽度，因此传输速度为８０ＭＢ／ｓ。

　　２．５．９　Ｕｌｔｒａ　１６０／ｍ　ＳＣＳＩ：支持数据传输率为１６０ＭＢ／ｓ。

　　２．５．１０　Ｕｌｔｒａ３２０　ＳＣＳＩ：支持数据传输达到了３２０ＭＢ／ｓ，是目前的ＳＣＳＩ接口类型。

　　２．５．１１　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｅｎｄｅｄ（单终结）：许多旧式设备都是单终结设备，它们限制于　ＳＣＳＩ－１协议的６米长度。注意：此距离包括设备内部电缆的距离。

　　２．５．１２　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（分差动）：ＳＣＳＩ总线和设备可借助它来沿长传输的距离，附加线的长度为２５米。缺点是与单终结设备不兼容。

　　２．６小结

　　ＳＣＳＩ接口优点：

　　适应面广，在一块ＳＣＳＩ控制卡上就可以同时挂接１５个设备

　　高性能（具有很多任务、宽带宽及少ＣＰＵ占用率等特点）

　　具有外置和内置两种

　　ＳＣＳＩ接口缺点：

　　价格昂贵

　　安装复杂

　　３、　Ｆｉｂｒｅ　Ｃｈａｎｎｅｌ（光纤通道）

　　光纤通道是一种跟ＳＣＳＩ或ＩＤＥ有很大不同的接口，它很像以太网的转换开头。以前它是专为网络设计得，后来随着存储器对高带宽的需求，慢慢移植到现在的存储系统上来了。光纤通道通常用于连接一个ＳＣＳＩ　ＲＡＩＤ（或其它一些比较常用的ＲＡＩＤ类型），以满足高端工作或服务器对高数据传输率的要求。

　　光纤现在能提供１００ＭＢｐｓ的实际带宽，而它的理论极限值为１．０６ＧＢｐｓ。不过现在有一些公司开始推出２．１２Ｇｂｐｓ　的产品，它支持下一代的光纤通道（即Ｆｉｂｒｅ　Ｃｈａｎｎｅｌ　ＩＩ）。不过为了能得到更高的数据传输率，市面的光纤产品有时是使用多光纤通道来达到更高的带宽。

　　不像ＳＣＳＩ，光纤通道的配线非常柔韧。如果带有光纤光学电缆（Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃ　Ｃａｂｌｉｎｇ），它支持长的长度超过了１０公里，所以可以说ＳＣＳＩ在接口电缆长度的限制上跟光纤是没法比得，因为ＳＣＳＩ长接口电缆不得超过１２米。

　　光纤通道优点：

　　具有很好的升级性

　　可以用非常长的光纤电缆（带有Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃ　Ｃａｂｌｉｎｇ时，光纤长度可以超过１０公里）

　　具有非常宽的带宽（现在一般的光纤都具有１．０６ＧＢｐｓ，而如果采用多光纤通道可以达到更宽的带宽）

　　具有很强的通用性

　　光纤通道缺点：

　　价格非常昂贵

　　组建复杂