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1、剖析SerialATA原理與系統(tǒng)架構（上）【黃芳川】2003.10SATA將取代UltraATASATA（SerialATA）繪下一代內部數(shù)據(jù)儲存的連接技術，用以取代口前的UltraATA系統(tǒng),SerialATA顧名思義是釆用串行傳輸?shù)姆绞絹泶嫒?shù)據(jù)；運用這種技術來傳送數(shù)據(jù)并非是全新的技術，從LAN、USB1.0、USB2.0、1394b等的趨勢來看，未來這種技術將更廣泛運用在系統(tǒng)的連接與數(shù)據(jù)傳輸上。而就目前SATA所規(guī)劃的技術來看，第一代的速度為150MBytes/sec,在未來所計劃的速度將高達6
2、00MBytes/sec,是一種革命性的演進，也是未來10年間儲存系統(tǒng)傳輸技術的主流；除了高傳輸速率的優(yōu)點外，硬件線路簡潔也是另一個重點。一般UltraATA總線的信號線約30?40條，而SATA的硬件線路只要4條線就可以解決，這對于輕薄短小的電路設計是不可或缺的要件。圖1為下一代的計算機架構，我們可以很清楚地了解到SerialBus的設計是一個必然的趨勢，例如PCI?Express、InfiniBand到SATA,還有先前所談到的USE1.0、USE2.0、1394b等等，則可預期的將會有更多類似的
3、設計陸續(xù)問世。圖2是目前主要的外I韋I儲存設備的接口比較表，從此表可以了解每一種接口的特性，但并未強調何者為優(yōu)、何者較劣，原因是每一種設計都有其不同的使用環(huán)境，例如PATA（Parallel-ATA）,是目前使用彊為廣泛的外儲存設備接口，價格便宜、使用方便，但可靠性較低。而SCSI（SmallComputingSystemInterface,小型計算機系統(tǒng)接口）、FC（FiberChannel,光纖信道），雖然價格較高，但可靠性較佳，常運用于高階服務器及工作站上,使用者可根據(jù)實際上的需求來選擇適合的儲
4、存設備。而SATA最主要的目標為取代PATA,不管從傳輸率、或機構而言，都符合要求，且數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩愿斜Ｕ?；但因是新產品，需要有一段的適應期，不管在主機板或外圍業(yè)者都須投入一?番心力，所以在初期價格上仍較高于PATA,—旦成為個人計算機的標準配備后，其價格將可大眾化、合理化。且另外一個重耍的成功關鍵點，在于與?現(xiàn)有的操作系統(tǒng)兼容。從系統(tǒng)與使用者的角度而言，所看到的仍是一個標準的ATA外圍裝置，軟件完全兼容，且使用相同的通訊協(xié)議,對大部份不了解硬件技術的普羅大眾而言，實在是一個福音，這也是一項技術耍
5、成功的必要條件。SerialATA的基本架構接下來我們將進一步介紹SerialATA,從硬件、布線、實際的裝機等角度來解釋SATA。從圖3的硬件線知道SATA是由二對差模信號線所組成，一為傳送、一為接收，連接的方式為單向傳輸，從主控端的(TX)連到外圍端的(RX),交義相連。差模信號傳輸?shù)膬?yōu)點在于可以抗噪聲的十擾，且可達到長距離的傳送，目前所有串行接口的設計都使用差動傳輸模式，所以硬件線路將可大幅減化，對于以往動輒數(shù)I?條的并列總線設計而言，兩者相比實在有天壤之別。以SATA來說，第一代基頻的速度為1
6、.5GHz(L5X10A9Hz),對于數(shù)字碩件丁程師而言是歷史的突破，因為數(shù)字電路的腳步已從MHz(lX10A6)的階段進入GHz(lX10A9)的世界，就如同材料科枝進入奈米(1X10M)世界一樣另人興奮。但這對硬件研發(fā)工程師又是一項新的挑戰(zhàn)，不僅要克服高頻所帶來一些如串音、阻抗匹配、信號衰減、電磁干擾等電氣特性的因索外；接下來產品的除錯、測試更是對研發(fā)工程師的另一項考驗，因為須要使用更復雜且昂貴的儀器設備才能解決所發(fā)生的問題。表1為各種不同串行接口的工作頻率，可以對頻率上升的趨勢有所了解。MLIX
7、IO^G:1X1OA9圖4為實體SATA布線方式，與PATA的布線比較有天壤之別，簡潔明朗，沒有特殊的限制下，各章節(jié)有詳細的比較，但從圖可以了解布線的方法，四對差模的信號線，從芯片組到連接器，架構上非常的簡單；但芯片的設計遠比過去復雜很多，不過對使用者而言，并不會感覺任何的差異，只有更簡便、更容易使用。圖4布線原則可以從圖內明顯看出，下列幾個原則是必需遵循。?每一對線必需保持一定的線距以確保線的阻抗值。?線所對應的下層平面需是連續(xù)。?若有需要換層時則需同時換層且保持最少的灌穿孔。?每一對線彼此之間的長
8、度誤差要相等，以避免產生電磁干擾。圖6是實際的SerialATA的Cable,Connector與Powerconnector,從機構的角度來看，改善相當多，已經看不到一堆連接線交錯的悄景了。在下一章的內容里，我們會再對于二種不同的架構，進一步作深入的比較與分析，找出其屮的差杲點。SerialATA的另外的一個特色是「點對點」(point?to?point)的連接方式，每一個通道上最多只允許連接一個儲存裝置，例如硬盤機、或光驅等，已經不能像傳統(tǒng)的ATA可
