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1、“串行硬盘”与“并行硬盘” 随着技术的成熟，越来越多的主板和硬盘都开始支持SATA(串行ATA)，SATA接口逐渐有取代传统的PATA(并行ATA)的趋势。那么SATA和PATA在传输模式上有何区别，SATA相对PATA又有何优势呢？这就正是本文需要讨论的话题。 何谓并行ATA ATA其实是IDE设备的接口标准，大部分硬盘、光驱、软驱等等都使用的是ATA接口。譬如现在绝大部分的朋友用的都是并行ATA接口的硬盘，应该对它80针排线的接口是再熟悉不过了吧？平常我们说到硬盘接口，就不得不提到什么Ultra-ATA/100、Ultra-ATA/133，这表示什么呢？这告诉我们该硬盘接口的最大传输速率为
2、100MB/s和133MB/s，且硬盘是以并行的方式进行数据传输，所以我们也把这类硬盘称为并行ATA。 何谓串行ATA 串行ATA全称是Serial ATA，它是一种新的接口标准。与并行ATA的主要不同就在于它的传输方式。它和并行传输不同，它只有两对数据线，采用点对点传输，以比并行传输更高的速度将数据分组传输。现在的串行ATA接口传输速率为150MB/s，而且这个值将会迅速增长。 串行ATA和并行ATA传输的区别 举个比较夸张的例子，A、B两支队伍在比赛搬运包裹，A代表并行ATA，B代表串行ATA。 比赛开始，A派出了40个人用人力搬运包裹，而B只派出去了一辆货车来搬运。在一个来回里他们搬运的
3、包裹数量都相同，大家可以很清楚最后的结果，当然是用货车搬运的B队先把包裹运完，因为货车的速度比人步行的速度快得多多了。同样，串行传输比并行传输的速率高就类似这个道理。 回到现实中来，现在的并行ATA接口使用的是16位的双向总线，在1个数据传输周期内可以传输4个字节的数据；而串行ATA使用的8位总线，每个时钟周期能传送1个字节。这两种传输方式除了在每个时钟周期内传输速度不一样之外，在传输的模式上也有根本的区别，串行ATA数据是一个接着一个数据包进行传输，而并行ATA则是一次同时传送数个数据包，虽然表面上一个周期内并行ATA传送的数据更多，但是我们不要忘了，串行ATA的时钟频率要比并行的时钟频率高
4、很多，也就是说，单位时间内，进行数据传输的周期数目更多，所以串行ATA的传输率高于并行ATA的传输率，并且未来还有更大的提升空间。 为什么我们要采用串行ATA接口 这个回答很简单，当然是为了获得更高的数据传输率。随着当前设备需求的数据传输率越来越高，接口的工作频率也越来越高，并行ATA接口逐渐暴露出一些设计上的“硬伤”，其中最致命的就是并行线路的信号干扰。由于传统并行ATA采用并行的总线传输数据，必须要求各个线路上数据同步，如果数据不能同步，就会出现反复读取数据，导致性能的下降，甚至导致读取数据不稳定。 而采用排线设计的数据线，正是数据读取无法更快的“罪魁祸首”。由于并排的高速信号在传输时，会
5、在每条电缆的周围产生微弱的电磁场，进而影响到其他数据线中的数据传递，还会因为线缆的长度和电压的变化而不断变化，随着总线频率的提升，磁场的强度也越来越大，信号干扰的影响也越来越明显。 从理论上说串行传输的工作频率可以无限提高，串行ATA就是通过提高工作频率来提升接口传输速率的。因此串行ATA可以实现更高的传输速率，而并行ATA在没有有效地解决信号串扰问题之前，则很难达到这样高的传输速率。 并行ATA接口在总线频率方面受到其设计的制约，并不能一味地提升，而随着对数据传输率的要求越来越高，目前最快的并行ATA接口ATA133的频率为33MHz，这个几乎已经达到了并行接口的极限，再继续改造线路已不太现
6、实。所以推出新的接口势在必行。 除了传输率较高之外，SATA还有哪些优点呢？ 1.数据更可靠 在校验方面，并行ATA总线只是简单的CRC校验，一旦接收方发现数据传输出现问题，就会自行将这些数据丢弃、然后要求重发，如果数据信号相互干扰过大，就会严重影响硬盘的性能。 而串行ATA既对命令进行CRC校验，也对数据分组进行CRC校验，以此提高总线的可靠性。 2.连线更简单 在数据线方面，并行ATA采用80针的排线，串行ATA由于采用点对点方式传输数据，所以只需要4条线路即可完成发送和接收功能，加上另外的三条地线，一共只需要7条的物理连线就可满足数据传输的需要。由于传输数据线较少，使得SATA在物理线路
7、的电气性能方面的干扰大大减小，这也保证了未来磁盘传输率进一步的提升。 和并行ATA相比，串行ATA的数据线更细小，这也使得机箱内部的连线比较容易整理，有助于机箱内部空气的流通，使得机箱内部的散热更好。同样，串行ATA还有采用非排针脚设计的接口和支持热插拔功能等优点。 串行ATA推出之后，并行ATA还会存在吗 总的说来，串行ATA的优势是很明显的。当然，目前还有一些相对比较低速的设备在使用并行ATA，如光驱、刻录机等设备，并行ATA的传输率已经可以满足的需要，所以，并行和串行会在很长一段时间内并存。当然，串行ATA支持所有的ATA设备，也可支持光驱等设备，但是串行ATA目前会先运用在硬盘上，未来
8、将会支持更多的存储设备。串行通信比并行通信的速度更高“众人拾柴火焰高”是句老话，但电脑领域却发生了多根线比不过1根线的怪事。无论从通信速度、造价还是通信质量上来看，现今的串行传输方式都比并行传输方式更胜一筹。近两年，大家听得最多的一个词可能就是串行传输了。从技术发展的情况来看，串行传输方式大有彻底取代并行传输方式的势头，USB取代IEEE 1284，SATA取代PATA，PCI Express取代PCI从原理来看，并行传输方式其实优于串行传输方式。通俗地讲，并行传输的通路犹如一条多车道的宽阔大道，而串行传输则是仅能允许一辆汽车通过的乡间公路。以古老而又典型的标准并行口(Standard Par
9、allel Port)和串行口(俗称COM口)为例，并行接口有8根数据线，数据传输率高；而串行接口只有1根数据线，数据传输速度低。在串行口传送1位的时间内，并行口可以传送一个字节。当并行口完成单词“advanced”的传送任务时，串行口中仅传送了这个单词的首字母“a”。图1： 并行接口速度是串行接口的8倍那么，为何现在的串行传输方式会更胜一筹？下文将从并行、串行的变革以及技术特点，分析隐藏在表象背后的深层原因。一、并行传输技术遭遇发展困境电脑中的总线和接口是主机与外部设备间传送数据的“大动脉”，随着处理器速度的节节攀升，总线和接口的数据传输速度也需要逐步提高，否则就会成为电脑发展的瓶颈。我们先
10、来看看总线的情况。1981年第一台PC中以ISA总线为标志的开放式体系结构，数据总线为8位，工作频率为8.33MHz，这在当时却已算是“先进技术”了，所以ISA总线还有另一个名字“AT总线”；到了286时，ISA的位宽提高到了16位，为了保持与8位的ISA兼容，工作频率仍为8.33MHz。这种技术一直沿用到386系统中。到了486时代，同时出现了PCI和VESA两种更快的总线标准，它们具有相同的位宽(32位)，但PCI总线能够与处理器异步运行，当处理器的频率增加时，PCI总线频率仍然能够保持不变，可以选择25MHz、30MHz和33MHz三种频率。而VESA总线与处理器同步工作，因而随着处理器
11、频率的提高，VESA总线类型的外围设备工作频率也得随着提高，适应能力较差，因此很快失去了竞争力。PCI总线标准成为Pentium时代PC总线的王者，硬盘控制器、声卡到网卡和显卡全部使用PCI插槽。图2：并行数据传输技术向来是提高数据传输率的重要手段，但是，进一步发展却遇到了障碍。首先，由于并行传送方式的前提是用同一时序传播信号，用同一时序接收信号，而过分提升时钟频率将难以让数据传送的时序与时钟合拍，布线长度稍有差异，数据就会以与时钟不同的时序送达另外，提升时钟频率还容易引起信号线间的相互干扰。因此，并行方式难以实现高速化。另外，增加位宽无疑会导致主板和扩充板上的布线数目随之增加，成本随之攀升。
12、在外部接口方面，我们知道IEEE 1284并行口的速率可达300KB/s，传输图形数据时采用压缩技术可以提高到2MB/s，而RS-232C标准串行口的数据传输率通常只有20KB/s，并行口的数据传输率无疑要胜出一筹。因此十多年来，并行口一直是打印机首选的连接方式。对于仅传输文本的针式打印机来说，IEEE 1284并行口的传输速度可以说是绰绰有余的。但是，对于近年来一再提速的打印机来说，情况发生了变化。笔者使用爱普生6200L(同时具备并行口和USB接口)在打印2MB图片时，并行口和USB接口的速度差异并不明显，但在打印7.5MB大小的图片文件时，从点击“打印”到最终出纸，使用USB接口用了18
13、秒，而使用并行口时，就用了33秒。从这一测试结果可以看出，现行的并行口对于时下的应用需求而言，确实出现了瓶颈。你知道吗？IEEE 1284的三种接口早期的并行口是一种环形端口，IEEE 1284则采用防呆设计的D型连接器。IEEE 1284定义了D-sub、Centronics和MDR-36等三种连接器(图3)。我们所见到打印机电缆，一端是D-sub连接器，用来与主机连接，另一端为带有锁紧装置的Centronics连接器，用来连接到打印机。连接起来不仅方便，而且十分可靠。D-sub连接器有25根插针，而Centronics连接器有36根插针，多出来的11根基本上是冗余的信号地。MDR(Mini
14、 Delta Ribbon，小型三角带)连接器也是36根插针，这种小尺寸连接器是为数码相机、Zip驱动器等小型设备而设计的，实际上很少被使用。图3： 三种不同尺寸的并行口连接器二、USB，让串行传输浴火重生回顾前面所介绍的并行接口与串行接口，我们知道IEEE 1284并行口的速率可达300KB/s，而RS-232C标准串行口的数据传输率通常只有20KB/s，并行口的数据传输率无疑要胜出一筹。外部接口为了获得更高的通信质量，也必须寻找RS-232的替代者。1995年，由Compaq、Intel、Microsoft和NEC等几家公司推出的USB接口首次出现在PC机上，1998年起即进入大规模实用阶
15、段。USB比RS-232C的速度提高了100倍以上，突破了串行口通信的速度瓶颈，而且具有很好的兼容性和易用性。USB设备通信速率的自适应性，使得它可以根据主板的设定自动选择HS(High-Speed，高速，480Mbps)、FS(Full-Speed，全速，12Mbps)和LS(Low-Speed，低速，1.5Mbps)三种模式中的一种。USB总线还具有自动的设备检测能力，设备插入之后，操作系统软件会自动地检测、安装和配置该设备，免除了增减设备时必须关闭PC机的麻烦。USB接口之所以能够获得很高的数据传输率，主要是因为其摒弃了常规的单端信号传输方式，转而采用差分信号(differential
16、signal)传输技术，有效地克服了因天线效应对信号传输线路形成的干扰，以及传输线路之间的串扰。USB接口中两根数据线采用相互缠绕的方式，形成了双绞线结构(图4)。图4： 采用差模信号传送方式的USB图5： 差分传输方式具有更好的抗干扰性能图5是由两根信号线缠绕在环状铁氧体磁芯上构成的扼流线圈。在单端信号传输方式下，线路受到电磁辐射干扰而产生共模电流时，磁场被叠加变成较高的线路阻抗，这样虽然降低了干扰，但有效信号也被衰减了。而在差动传输模式下，共模干扰被磁芯抵消，但不会产生额外的线路阻抗。换句话说，差动传输方式下使用共模扼流线圈，既能达到抗干扰的目的，又不会影响信号传输。差分信号传输体系中，传输线路无需屏蔽即可取得很好的抗干扰性能，降低了连接成本。不过，由于USB接口3.3V的信号电平相对较低，最大通信距离只有5米。USB规范还限制
