2000年11月由“Serial ATA Working Group”團(tuán)體所制定，SATA已經(jīng)完全取代舊式PATA(Parallel ATA或舊稱IDE)接口的舊式硬盤，因采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)而得名。在數(shù)據(jù)傳輸上這一方面，SATA的速度比以往更加快捷，并支持熱插拔，使電腦運(yùn)作時(shí)可以插上或拔除硬件。另一方面，SATA總線使用了嵌入式時(shí)鐘頻率信號(hào)，具備了比以往更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，能對(duì)傳輸指令(不僅是數(shù)據(jù))進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。不過，SATA和以往最明顯的分別，是用上了較細(xì)的排線，有利機(jī)箱內(nèi)部的空氣流通，某程度上增加了整個(gè)平臺(tái)的穩(wěn)定性。

現(xiàn)時(shí)，SATA分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gbit/s和SATA 6Gbit/s三種規(guī)格。未來(lái)將有更快速的SATA Express規(guī)格。

SATA接口原理優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

硬盤電源SATA接口線

硬盤電源SATA接口線 與并行ATA相比，SATA具有比較大的優(yōu)勢(shì)。

首先，Serial ATA以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，可以在較少的位寬下使用較高的工作頻率來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?。Serial ATA一次只會(huì)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(huì)更高。實(shí)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(shí)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。

其次，Serial ATA的起點(diǎn)更高、發(fā)展?jié)摿Ω?，Serial ATA 1.0定義的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)150MB/sec，這比目前最快的并行ATA(即ATA/133)所能達(dá)到133MB/sec的最高數(shù)據(jù)傳輸率還高，而在已經(jīng)發(fā)布的Serial ATA 2.0的數(shù)據(jù)傳輸率將達(dá)到300MB/sec，最終Serial ATA 3.0將實(shí)現(xiàn)600MB/sec的最高數(shù)據(jù)傳輸率。

SATA接口物理特性

SATA接口是新型計(jì)算機(jī)硬盤接口，在接口的物理特性上，完全推翻了SATA并行接口的模式，接口分為信號(hào)與電源兩部分。如，SATA物理接口示意圖

SATA物理接口示意圖

SATA物理接口示意圖 (a)為硬盤設(shè)備信號(hào)部分連接器，(b)為設(shè)備供電部分連機(jī)器(c)(d)是分別是電纜部分的信號(hào)、電源連接器，(e)是主機(jī)部分的電纜連接器，(f)和(g)是電纜與插座連接的示意圖。

串行SATA接口的信號(hào)部分由7根電纜線組成，其中3根地線，可以削弱消除串行電纜間的干擾，另外4根為兩兩差分的信號(hào)線，分別起到發(fā)送與接收

的作用。電源供電部分共有15根電纜，分別提供3.3V，

電纜管腳分配圖

電纜管腳分配圖 5V，12V電源。如，電纜管腳分配圖。

SATA接口體系結(jié)構(gòu)

結(jié)合SATA2.5協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，將SATA接口的劃分為四個(gè)層次來(lái)實(shí)現(xiàn)即:物理層、鏈路層、傳輸層和應(yīng)用層。[1] 如，SAS接口體系結(jié)構(gòu)圖

SAS接口體系結(jié)構(gòu)圖

SAS接口體系結(jié)構(gòu)圖 兼容性

Serial ATA規(guī)范不僅立足于未來(lái)，而且還保留了多種向后兼容方式，在使用上不存在兼容性的問題。在硬件方面，Serial ATA標(biāo)準(zhǔn)中允許使用轉(zhuǎn)換器提供同并行設(shè)備的兼容性，轉(zhuǎn)換器能把來(lái)自主板的并行ATA信號(hào)轉(zhuǎn)換成Serial ATA硬盤能夠使用的串行信號(hào)，已經(jīng)有多種此類轉(zhuǎn)接卡/轉(zhuǎn)接頭上市，這在某種程度上保護(hù)了我們的原有投資，減小了升級(jí)成本;在軟件方面，Serial ATA和并行ATA保持了軟件兼容性，這意味著廠商絲毫也不必為使用Serial ATA而重寫任何驅(qū)動(dòng)程序和操作系統(tǒng)代碼。

另外，Serial ATA接線較傳統(tǒng)的并行ATA(Paralle ATA)接線要簡(jiǎn)單得多，而且容易收放，對(duì)機(jī)箱內(nèi)的氣流及散熱有明顯改善。而且，SATA硬盤與始終被困在機(jī)箱之內(nèi)的并行ATA不同，擴(kuò)充性很強(qiáng)，即可以外置，外置式

SATA接口

SATA接口(6張)

的機(jī)柜(JBOD)不但可提供更好的散熱及插拔功能，而且更可多重連接來(lái)防止單點(diǎn)故障;由于SATA和光纖通道的設(shè)計(jì)如出一轍，所以傳輸速度可用不同的通道來(lái)做保證，這在服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)上具有重要意義。

SATA接口驅(qū)動(dòng)器

ESATA接口的U盤

ESATA接口的U盤 External Serial ATA的略稱，是為面向外接驅(qū)動(dòng)器而制定的Serial ATA 1.0a的擴(kuò)展規(guī)格。雖然規(guī)模比較小，但已經(jīng)有相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品在市面流通。

為了防止誤接，eSATA的接口形狀與SATA的接口形狀是不一樣的。 連接線的最大長(zhǎng)度為2m。 支持熱插拔。 傳輸速度可以達(dá)到主流的USB2.0的傳輸速度的2倍以上。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

SATA標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，讓計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存產(chǎn)業(yè)掀起了大波瀾，除了一改過去并行傳輸?shù)姆绞?，轉(zhuǎn)而以串行的方式，不僅在排線尺寸方面得到了有效的縮減，在傳輸速度方面也獲得了相當(dāng)大的提升。

SATA標(biāo)準(zhǔn)的變革

其實(shí)我們常見到的SATA II名稱，最早是一個(gè)委員會(huì)的名稱，該委員會(huì)成立的目的就是為了制訂最早的SATA 1.x標(biāo)準(zhǔn)。后來(lái)該組織更名為SATA 國(guó)際組織 (SATA-IO)。但是SATA II的名稱保留了下來(lái)。由于不同廠商所推出的相關(guān)產(chǎn)品在功能上或支持度都有所不同，各家SATA產(chǎn)品命名規(guī)則有都有所差異。

由于SATA-IO并未硬性規(guī)定命名規(guī)則與功能要求，因此在推廣初期也造成不少產(chǎn)品定位上的困擾。一般廠商在命名上，多以特定功能作為命名規(guī)則，一般常見的多以其最大傳輸速度為主，常見的SATA 300, SATA 3Gb/s和SATA 3G等名稱，部分也有直接取用SATA II為其支持規(guī)格名稱，后其的產(chǎn)品在硬件規(guī)格上已經(jīng)相當(dāng)完備，因此大多舍棄了過去的速度命名規(guī)則，加上 SATA-IO于2005年8月底的秋季IDF展中，將過去由各家廠商自行認(rèn)定的SATA II內(nèi)容：如3Gbps、本地命令隊(duì)列(NCQ)、連結(jié)埠分享器(Port Multipliers)和接口選擇器(port selectors)等，統(tǒng)一整合為SATA 2.5的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，大幅減少了市場(chǎng)紊亂的現(xiàn)象。而在2007年第一季度，SATA-IO推出了2.6版的規(guī)范，更進(jìn)一步的3.0版規(guī)范也即將在下半年推出。

SATA的優(yōu)勢(shì)仍須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)

SATA 1.0的出現(xiàn)代表著計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)正式從低時(shí)脈并列傳輸走向高時(shí)脈序列傳輸，初始規(guī)格訂在1.5Gbps，明顯有著比過去IDE界面更豐沛的傳輸能量。不過SATA雖然提供了如此寬廣的總線，但是硬盤機(jī)速度進(jìn)展非常緩慢，轉(zhuǎn)速與碟片密度的提升速度不夠快，讓SATA總線速度的提升意義并不大。

SATA已然成為通用的儲(chǔ)存界面標(biāo)準(zhǔn)

很多人愛舉的一個(gè)例子：在速限200的高速公路上騎50CC的小綿羊摩托車，這也正足以完全形容硬盤機(jī)所面臨的窘?jīng)r。以SATA 1.0的規(guī)范來(lái)看，其最高傳輸速度約為150Mbyte/s，而即使是高達(dá)萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的高階SATA硬盤，持續(xù)傳輸速度也無(wú)法超越100MByte/s，想讓SATA的高總線帶寬得到發(fā)揮，就必須使用磁盤陣列才有辦法，而另一個(gè)可以發(fā)揮SATA界面高帶寬優(yōu)勢(shì)的方法，就是采用具備連結(jié)埠分享器的硬盤外接裝置，將單一SATA連接埠的帶寬可以均分給數(shù)量不等的硬盤使用，就來(lái)說(shuō)，以單一硬盤而言，傳輸速度并不會(huì)比過去在IDE界面下具有更大的優(yōu)勢(shì)。

eSATA接頭與SATA接頭的差別

ESATA與SATA接口

ESATA與SATA接口 其次，雖然SATA具備了熱插拔的規(guī)范，但連接纜線多是設(shè)計(jì)給內(nèi)接式硬盤使用，最大插拔次數(shù)僅約200次，超過此插拔數(shù)目，纜線接頭便會(huì)劣化，甚至有可能造成硬盤的損壞，即使是針對(duì)外接應(yīng)用的eSTAT纜線，其插拔次數(shù)依然僅約2,500次左右，與USB界面相比差距甚遠(yuǎn)，不過這方面牽涉到纜線材質(zhì)與成本之間的關(guān)連，雖然理論上可以達(dá)到更高的插拔次數(shù)，但是售價(jià)能否被消費(fèi)者接受也是關(guān)鍵。而SATA纜線雖然在寬度上占盡優(yōu)勢(shì)，但是長(zhǎng)度被限制在2米以內(nèi)，這對(duì)部分應(yīng)用來(lái)說(shuō)，也是個(gè)相當(dāng)大的限制，不過這點(diǎn)可以藉由xSATA來(lái)加以解決。

SATA 2.6版規(guī)范的加強(qiáng)之處

SATA 2.6版加入的技術(shù)主要是針對(duì)小型嵌入式儲(chǔ)存或行動(dòng)應(yīng)用方面，這些技術(shù)內(nèi)容分別包括了以下幾項(xiàng)：

1. 可將SATA光驅(qū)安裝到小型設(shè)備(如small form factor)中的內(nèi)建子卡纜線以及連接器。

2. 可以將1.8寸硬盤安裝到如UMPC之類小型終端的微型SATA連接器。

3. 既然具備了微型連接器規(guī)格，自然也要針對(duì)這類微型連接器設(shè)計(jì)了內(nèi)建或者是外接的多通道纜線以及連接器。

4. NCQ優(yōu)先權(quán)加強(qiáng)，能讓資料在復(fù)雜加載環(huán)境下，動(dòng)態(tài)為資料的傳輸分配優(yōu)先權(quán)等級(jí)，避免塞車的現(xiàn)象。

5. 可容許筆記本電腦關(guān)閉或不使用NCQ功能，以避免在驅(qū)動(dòng)程序不完整的情況之下，拖累系統(tǒng)效能。

下圖：SATA 2.6所制訂的小型化連接界面。(SATA-IO)

SATA 2.6版針對(duì)行動(dòng)應(yīng)用加強(qiáng)

由以上的加強(qiáng)要點(diǎn)可以看出，SATA 2.6版主要針對(duì)的是更小的應(yīng)用，比如說(shuō)samll form factor或者是UMPC等的內(nèi)接與外接規(guī)格，然而此類應(yīng)用，其儲(chǔ)存裝置數(shù)量備受限制，且儲(chǔ)存裝置本身的速度會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)速等不同因素而受到影響(比如說(shuō)常見于UMPC的1.8寸硬盤其最大傳輸速度不過20MByte/s左右，不及傳統(tǒng)3.5寸硬盤的3分之1。)在SATA規(guī)格的導(dǎo)入上似乎并不是那么的有必要。UMPC本身也不可能具備磁盤陣列的支持能力，唯一可能發(fā)揮SATA威力的應(yīng)用方式，就是利用連結(jié)埠分享器連接多臺(tái)外部?jī)?chǔ)存裝置。

傳統(tǒng)機(jī)械式硬盤的缺點(diǎn)在UMPC上一覽無(wú)遺，不但功耗大，速度慢，容量增長(zhǎng)速度也不快，因此異軍突起的固態(tài)盤(SSD)就有可能成為SATA帶寬推廣上的助力。不過換個(gè)角度想，UMPC上也有可能內(nèi)建Express Card界面，與SATA相較起來(lái)，Express Card在規(guī)格上的拓展、速度表現(xiàn)以及連接方式來(lái)看，其實(shí)要比SATA更居優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)的兩三年內(nèi)，SSD的售價(jià)與容量仍然無(wú)法被一般消費(fèi)者所接受，傳統(tǒng)微型硬盤還有其生存空間，因此SATA與Express Card在這方面的競(jìng)爭(zhēng)其實(shí)還是未定之?dāng)?shù)。

下一階段的SATA 3.0

SATA 3.0最大的改進(jìn)之處，就是將總線最大傳輸帶寬提升到6Gbps之譜，如此一來(lái)大幅提升了連結(jié)埠分享器與連接器的應(yīng)用空間，在具備對(duì)大容量與高速傳輸需求的外接應(yīng)用中，可以發(fā)揮其長(zhǎng)處。而具備更佳耐性的連接測(cè)試也在進(jìn)行之中，不過截至目前為止，其詳細(xì)內(nèi)容還不明確，不過以其超大的帶寬現(xiàn)來(lái)看，其實(shí)已經(jīng)超出了一般消費(fèi)性應(yīng)用的范圍，而偏重于特定的專業(yè)應(yīng)用，市場(chǎng)也小了許多。

機(jī)械式硬盤在未來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間之內(nèi)仍將繼續(xù)存在，其傳輸速度的增長(zhǎng)也將維持現(xiàn)有的幅度，因此硬件廠商勢(shì)必要研發(fā)出更多種不同連接方式，才能有效消耗掉這些龐大的帶寬，讓消費(fèi)者能夠更直接的感受到數(shù)字增加所帶來(lái)的好處，而不是只能著重于書面規(guī)格的宣傳，無(wú)法帶給用戶在相關(guān)應(yīng)用上的效益。