1.2 硬盘接口及传输速率介绍

硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。这是硬盘与外界进行数据交换的唯一途径，因此硬盘接口直接决定着硬盘与计算机之间的连接速度，在整个计算机中，硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。

硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道4种，IDE接口硬盘多用于家用产品中，也有部分应用于服务器，SCSI 接口的硬盘则主要应用于服务器市场，而光纤通道只应用在高端服务器上。

1.2.1 IDE

IDE（IntegratedDriveElectronics）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（AdvancedTechnologyAttachment）接口，现在PC使用的硬盘大多数都是IDE接口的，辨别IDE接口的一个很简单的方法就是从外观上，IDE接口针脚很多，排线扁平，如图1-2所示就是IDE排线与IDE接口。

最早的IDE硬盘大小为5英寸，容量为40MB, IDE（ATA）接口的特点是成本低廉、体积小巧，非常符合PC的发展特点，因此很快得到大家的认同，1990年后生产的PC已经普遍采用ATA接口了。

因为ATA-1和ATA-2标准都只考虑了硬盘，但随着计算机技术的发展及计算机需要连接更多设备的原因，老的标准已经不能满足我们的应用需求，所以迫切需要新的标准出台，而就在ATA-2成为标准之时，当时的硬盘制造厂商西部数据和希捷掀起了一场接口名称之争。这场争论其实都是想扩展IDE的范围，使IDE能够更广泛地适应更多的硬件设备。

首先西部数据提出了EIDE（Enhanced IDE）的概念，EIDE实际上IDE的一种扩展，包含ATA-2和ATAPI（ATA Packet Interface）两种标准，而ATAPI是为了让CD-ROM、磁带机等其他设备使用ATA接口而制订的标准。这样增强性的标准就能应用在更多的硬件设备上。

而希捷为了应对西部数据的挑战，也提出了 Fast-ATA 的概念，并得到了昆腾的支持。Fast-ATA实际上就是ATA-2，相对而言，Fast-ATA比EIDE在概念上要更为清晰一些，但是由于CD-ROM驱动器的迅速发展，ATAPI标准得到了普遍应用，Fast-ATA和EIDE两种称呼都经常出现在各种场合，反而产生了很多混淆。

最后ATA接口的标准统一于ATA-3, ATA-3与ATA-2相比，ATA-3没有增加更高速率的工作模式，但改进了数据传输的可靠性，并对电源方案进行了修正，引入了S.M.A.R.T．技术， S.M.A.R.T． 技术更加增强了硬盘的安全性，保证了硬盘在出错时能够向系统报告。

随后就出现了我们所熟悉的 DMA 规范，DMA 被称为直接内存访问，在数据传输时使用了双边带的数据脉冲，应该说DMA 100/133并不是新的接口规范，它们只是对EIDE接口进行增强。

1.2.2 SCSI

SCSI（Small Computer System Interface）是一种总线型的系统接口，它不是专门为硬盘设计的，SCSI接口的优势在于它支持多种设备，传输速率比ATA接口高，独立的总线使得SCSI设备的CPU占用率很低，所以SCSI更多地被用于服务器等高端应用场合，如图1-3所示。

早期PC的BIOS并不支持SCSI，因此每一个厂商都独立设计自己的SCSI产品，这也就造成了SCSI产品的互不兼容性。加上SCSI的生产成本比较高，因此没有像ATA接口那样迅速得到普及。

为了统一SCSI标准，在1986年和1994年由美国国家标准学会（ANSI）分别制订了SCSI-1和 SCSI-2标准，由此硬件厂商在这些标准的基础上开发了 FastSCSI、UltraSCSI、Ultra2SCSI （LVD）和Ultra160/m等标准。但由于每一个厂商的硬件产品其目标市场不同，这些SCSI硬盘的转速、缓存大小等指标要比同时期的IDE硬盘高得多。

1.2.3 Serial ATA

Serial ATA我们称为串行ATA接口，它是相对于IDE的并行硬盘来说的，于2000年初由Intel公司率先提出。虽然与传统并行ATA存储设备相比，SATA硬盘有着无可比拟的优势，但磁盘系统的真正串行化是先从主板方面开始的，串行接口的优点有很多，但是从性能提高上来说，其最大的优点在于可以无限制地提高其工作频率，因此从理论上来说串行接口的速率可以无限制提高。

由于并行接口存在的历史过长，所以目前许多设备如主板还是以并行 ATA 支持为主，但是为了替代并行接口，硬盘厂家及主板厂家采取了一个并行向串行过渡的方法，那就是在硬盘或者主板上加桥接芯片，把并行数据转为串行数据。

硬盘本身是基于并行ATA结构的，但是利用桥接芯片把并行数据转为串行数据后，再传输给主板系统的南桥芯片，而当接收数据时则把接收到的串行数据再转为并行数据传送到硬盘，与此同时还要进行指令的转换等工作。其实在整个过程中，桥接芯片起到了中间转换的作用。

而相对于这种支持方式还有一种真正的SATA，也就是原生SATA。原生SATA在主板上集成串行磁盘控制器，而且传输线路和硬盘控制器都采用SATA进行串行数据传输，因此不再需要串并行的转换。

目前使用的SATA为1.0标准，时钟频率为1.5GHz，用于数据传输的有效带宽峰值达到了150MB/s，这个速度略高于Ultra ATA/133的133MB/s。而事实上，SATA工作组（Serial ATA Working Group）当初制定SATA 1.0标准时就一并规划出SATA 1.0和SATA 3.0标准。三代标准的数据传输速率分别为：150MB/s、300MB/s和600MB/s。在未来长达10年的时间内，SATA都能够满足性能要求。

对于硬件设备来说，串行硬盘相比并行硬盘其连接数据线和电源线是完全不同的， SATA硬盘的数据和电源接口与传统硬盘的接口有比较大的差异。SATA 硬盘的数据线采用的是细线缆设计，而不是传统硬盘中扁平硬盘线设计。

从外观上看，SATA数据线与USB数据线有相似的地方，但是SATA硬盘的数据线两端接口完全相同，其接口设计成L型，与D型接口的作用一样，同样是为了避免插反。SATA硬盘的电源接口也是L型的，比数据接口略宽一些。如图1-4和图1-5所示。

由于SATA采用了点对点的连接方式，所以每个SATA接口只连接一个硬盘，但也正因为如此，SATA硬盘不用像传统ATA硬盘那样设置硬盘跳线，系统会自动将SATA硬盘设定为主盘。

1.2.4 IEEE1394

IEEE1394接口也称火线Firewire接口，最早是由苹果公司开发的一种串行标准。IEEE1394支持外设热插拔，并可为外设提供电源，而且可以连接多个不同设备，与USB相比，1394接口速度快，可以直接当做网卡联机。

IEEE1394的传输模式有100Mbps、200Mbps、400Mbps几种，目前最新的IEEE 1394b标准能达到800Mbps的传输速率。也正是因为传输速度快的原因，1394接口普遍应用在视频处理等需要高数据量传输的应用环境中，适用于大多数需要高速数据传输的产品，如高速外置式硬盘、DVD-ROM、扫描仪、数码相机、摄像机等。

在1394接口具有这些优点的同时，它的缺点也很明显，首先是支持IEEE1394的设备并不多，只有一些数码相机与摄像机等通过高带宽的设备使用IEEE1394。另外一点就是IEEE1394总线需要占用大量的系统资源，所以需要高速度的CPU。

值得注意的是，IEEE 1394分为有供电功能的6针A型接口和无供电功能的4针B型接口两种，如图1-6和图1-7所示。4针A型接口可以通过转接线兼容B型，但是B型转换成A型后则没有供电的能力。

1.2.5 USB

USB的英文缩写是Universal Serial Bus，翻译成中文就是“通用串行总线”，也称通用串联接口。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。目前主板中主要采用USB 2.0接口，各USB版本间能很好兼容，最多可以连接127个外部设备，并且不会损失带宽，经过多年的发展和普及，现在USB接口已经成为了计算机的标准接口。

USB之所以能够得到快速普及，其优势是显而易见的，在Windows 98 时代，计算机硬件尚不能支持热插拔，而USB接口真正实现了热插拔，在安装USB设备时不需要像其他硬件那样关机后连接，再开机安装驱动程序，只要在开机状态下连接系统就可以直接识别设备，从而真正实现在开机状态下的即插即用。