接口協議

USB3.0、Type-C、HDMI 之類的詞，大體分為兩類。

一類是接口標準，定義整個數據傳輸的方式，包括編碼、驅動、接口實現等等。USB、HDMI、Thunderbolt等都是接口標準，其中可以再分成兩類：純視頻、音頻用的接口標準。包括HDMI、DisplayPort，還有上古的 VGA、DVI 等。還有就是通用數據接口，包括USB 和 Thunderbolt。每種接口都有自己的N個版本，比如 USB2.0，USB3.0，Display1.2之類的。

另一類是具體的接口實現，比如 USB就有 type-A、type-B、type-C，DisplayPort 包括 DisplayPort 和 MiniDisplayPort等等，不同的接口兼容不同版本的協議。但有些接口兼容，兩種標準，比如 type-c 支持 USB3.1 和 Thunderbolt3，當然，也可以説 Thunderbolt3 兼容 USB3.1。

是大多數鍵盤、鼠標與PC機通訊的標準協議。其中鼠標對PC機的通訊更為簡單，只是傳輸數據的內容不一樣而已。 ^[1] 

是EPC 中間件與閲讀器模塊和客户應用程序之間的接口協議. 該協議定義了客户可以如何過慮和整合來自多個閲讀器的EPC標籤。

是一種在局域網上的程序可以使用的應用程序編程接口(API)。

是指GSM 的Um接口上信令及其傳輸所應遵守的規定。 ^[2] 

硬盤接口是硬盤與主機系統間的連接部件，作用是在硬盤緩存和主機內存之間傳輸數據。不同的硬盤接口決定着硬盤與控制器之間的連接速度，在整個系統中，硬盤接口的性能高低對磁盤陣列整體性能有直接的影響，因此瞭解一款磁盤陣列的硬盤接口往往是衡量這款產品的關鍵指標之一。存儲系統中普遍應用的硬盤接口主要包括SATA、 SCSI、SAS和FC等，此外ATA硬盤在SATA硬盤出現前也在一些低端存儲系統裏被廣泛使用。

每種接口協議擁有不同的技術規範，具備不同的傳輸速度，其存取效能的差異較大，所面對的實際應用和目標市場也各不相同。同時，各接口協議所處於的技術生命階段也各不相同，有些已經沒落並面臨淘汰，有些則前景光明，但發展尚未成熟。那麼經常困擾客户的則是如何選擇合適類型陣列，既可以滿足應用的性能要求，又可以降低整體投資成本。我們將帶您瞭解常見的硬盤接口技術的差異與特點，從而幫助您選擇適合自身需求的最佳方案。 ^[3] 

ATA (AT Attachment)接口標準是IDE(Integrated DriveElectronics)硬盤的特定接口標準。自問世以來，一直以其價廉、穩定性好、標準化程度高等特點，深得廣大中低端用户的喜愛，甚至在某些高端應用領域，如服務器應用中也有一定的市場。ATA規格包括了 ATA/ATAPI-6 其中Ultra ATA 100兼容以前的ATA版本，在40-pin的連接器中使用標準的16位並行數據總線和16個控制信號。

最早的接口協議都是並行ATA（Paralle ATA）接口協議。PATA接口一般使用16-bit數據總線,每次總線處理時傳送2個字節。PATA接口一般是100Mbytes/sec帶寬，數據總線必須鎖定在50MHz，為了減小濾波設計的複雜性，PATA使用Ultra總線，通過“雙倍數據比率”或者2個邊緣（上升沿和下降沿）時鐘機制用來進行DMA傳輸。這樣在數據濾波的上升沿和下降沿都採集數據，就降低一半所需要的濾波頻率。這樣帶寬就是：25MHz 時鐘頻率x 2 雙倍時鐘頻率x16 位/每一個邊緣/ 8 位/每個字節= 100 Mbytes/sec。

在過去的20年中，PATA成為ATA硬盤接口的主流技術。但隨着CPU時鐘頻率和內存帶寬的不斷提升，PATA逐漸顯現出不足來。一方面，硬盤製造技術的成熟使ATA硬盤的單位價格逐漸降低，另一方面，由於採用並行總線接口，傳輸數據和信號的總線是複用的，因此傳輸速率會受到一定的限制。如果要提高傳輸的速率，那麼傳輸的數據和信號往往會產生干擾，從而導致錯誤。

PATA的技術潛力似乎已經走到盡頭，在當今的許多大型企業中，PATA現有的傳輸速率已經逐漸不能滿足用户的需求。人們迫切期待一種更可靠、更高效的接口協議來替代PATA，在這種需求的驅使下，串行（Serial）ATA總線接口技術應運而生，直接導致了傳統PATA技術的沒落。

PATA曾經在低端的存儲應用中有過光輝的歲月，但由於自身的技術侷限性，逐步被串行總線接口協議（Serial ATA，SATA）所替代。SATA以它串行的數據發送方式得名。在數據傳輸的過程中，數據線和信號線獨立使用，並且傳輸的時鐘頻率保持獨立，因此同以往的PATA相比，SATA的傳輸速率可以達到並行的30倍。可以説：SATA技術並不是簡單意義上的PATA技術的改進，而是一種全新的總線架構。

從總線結構上，SATA 使用單個路徑來傳輸數據序列或者按照bit來傳輸，第二條路徑返回響應。控制信息用預先定義的位來傳輸，並且分散在數據中間，以打包的格式用開/關信號脈衝發送，這樣就不需要另外的傳輸線。SATA帶寬為16-bit。並行Ultra ATA總線每個時鐘頻率傳輸16bit數據，而SATA僅傳輸1bit，但是串行總線可以更高傳輸速度來彌補串行傳輸的損失。SATA將會引入 1500Mbits/sec帶寬或者1.5Gbits/sec帶寬。由於數據用8b/10b編碼，有效的最大傳輸峯值是150Mbytes/sec。

能夠見到的有SATA-1和SATA-2兩種標準，對應的傳輸速度分別是150MB/s和300MB/s。從速度這一點上，SATA已經遠遠把 PATA硬盤甩到了後面。其次，從數據傳輸角度上，SATA比PATA抗干擾能力更強。從SATA委員會公佈的資料來看，到2007年，在第三代SATA技術中，個人電腦存儲系統將具有最高達600MB/s的數據帶寬。此外，串口的數據線由於只採用了四針結構，因此相比較起並口安裝起來更加便捷，更有利於縮減機箱內的線纜，有利散熱。

雖然廠商普遍宣稱SATA支持熱插拔，但實際上，SATA在硬盤損壞的時候，不能像SCSI/SAS和FC硬盤一樣，顯示具體損壞的硬盤，這樣熱插拔功能實際上形同虛設。同時，儘管SATA在諸多性能上遠遠優越於PATA，甚至在某些單線程任務的測試中，表現出了不輸於SCSI的性能，然而它的機械底盤仍然為低端應用設計的，在面對大數據[注]吞吐量或者多線程的傳輸任務時，相比SCSI硬盤，仍然顯得力不從心。除了速度之外，在多線程數據讀取時，硬盤磁頭頻繁地來回擺動，使硬盤過熱是SATA需要克服的缺陷。正是因為這些技術上致命的缺陷，導致SATA還只能在低端的存儲應用中徘徊。

SCSI(Small Computer System Interface)是一種專門為小型計算機系統設計的存儲單元接口模式，通常用於服務器承擔關鍵業務的較大的存儲負載，價格也較貴。SCSI計算機可以發送命令到一個SCSI設備，磁盤可以移動驅動臂定位磁頭，在磁盤介質和緩存中傳遞數據，整個過程在後台執行。這樣可以同時發送多個命令同時操作，適合大負載的I/O應用。在磁盤陣列上的整體性能也大大高於基於ATA硬盤的陣列。

SCSI規範發展已經是第六代技術了，從剛創建時候的SCSI(8bit)到Ultra 320 SCSI，速度從1.2MB/s到320MB/s有了質的飛躍。主流SCSI硬盤都採用了Ultra 320 SCSI接口，能提供320MB/s的接口傳輸速度。SCSI硬盤也有專門支持熱拔插技術的SCA2接口(80-pin)，與SCSI背板配合使用，就可以輕鬆實現硬盤的熱拔插。在工作組和部門級服務器中，熱插拔功能幾乎是必備的。

相比ATA硬盤，SCSI體現出了更適合中、高端存儲應用的技術優勢：

首先SCSI相對於ATA硬盤的接口支持數量更多。一般而言，ATA硬盤採用IDE插槽與系統連接，而每IDE插槽即佔用一個IRQ（中斷號），而每兩個 IDE設備就要佔用一個IDE能道，雖然附加IDE控制卡等方式可以增加所支持的IDE設備數量，但總共可連接的IDE設備數最多不能超過15個。而 SCSI的所有設備只佔用一箇中斷號（IRQ），因此它支持的磁盤擴容量要比ATA更為巨大。這個優點對於普通用户而言並不具備太大的吸引力，但對於企業存儲應用則顯得意義非凡，某些企業需要近乎無節制地擴充磁盤系統容量，以滿足網絡存儲用户的需求。

其次：SCSI的帶寬很寬，Ultra 320 SCSI能支持的最大總線速度為320MB/s，雖然這只是理論值而已，但在實際數據傳輸率方面，最快 ATA/SATA的硬盤相比SCSI硬盤無論在穩定性和傳輸速率上，都有一定的差距。不過如果單純從速度的角度來看，用户未必需要選擇SCSI硬盤，RAID技術可以更加有效地提高磁盤的傳輸速度。

最後、SCSI硬盤CPU佔用率低、並行處理能力強。在ATA和SATA硬盤雖然也能實現多用户同時存取，但當並行處理人數超過一定數量後，ATA/SATA硬盤就會暴露出很大的I/O缺陷，傳輸速率大幅下降。同時，硬盤磁頭的來回擺動，也造成硬盤發熱不穩定的現象。

對於SCSI而言，它有獨立的芯片負責數據處理，當CPU將指令傳輸給SCSI後，隨即去處理後續指令，其它的相關工作就交給SCSI控制芯片來處理；當 SCSI“處理器”處理完畢後，再次發送控制信息給CPU，CPU再接着進行後續工作，因此不難想像SCSI系統對CPU的佔用率很低，而且SCSI硬盤允許一個用户對其進行數據傳輸的同時，另一位用户同時對其進行數據查找，這就是SCSI硬盤並行處理能力的體現。

SCSI硬盤較貴，但是品質性能更高，其獨特的技術優勢保障SCSI一直在中端存儲市場佔據中流砥柱的地位。普通的ATA硬盤轉速是5400或者7200RPM；SCSI 硬盤是10000或者15000 RPM，SCSI硬盤的質保期可以達到5年，平均無故障時間達到1,200,000小時。然而對於企業來説，儘管SCSI在傳輸速率和容錯性上有較好的表現，但是它昂貴的價格使得用户望而卻步。而下一代SCSI技術SAS的誕生，則更好的兼容了性能和價格雙重優勢。

SAS 是Serial Attached SCSI的縮寫，即串行連接SCSI。和流行的Serial ATA(SATA)硬盤相同，都是採用串行技術以獲得更高的傳輸速度，並通過縮短連結線改善內部空間等。

SAS是新一代的SCSI技術，同SATA之於PATA的革命意義一樣，SAS 也是對SCSI技術的一項變革性發展。它既利用了已經在實踐中驗證的 SCSI 功能與特性，又以此為基礎引入了SAS擴展器。SAS可以連接更多的設備，同時由於它的連接器較小，SAS 可以在3.5 英寸或更小的 2.5 英寸硬盤驅動器上實現全雙端口，這種功能以前只在較大的 3.5 英寸光纖通道硬盤驅動器上能夠實現。該功能對於高密度服務器如刀片服務器等需要冗餘驅動器的應用非常重要。

為保護用户投資，SAS的接口技術可以向下兼容SATA。SAS系統的背板(Backplane)既可以連接具有雙端口、高性能的SAS驅動器，也可以連接高容量、低成本的SATA驅動器。過去由於SCSI、ATA分別佔領不同的市場段，且設備間共享帶寬，在接口、驅動、線纜等方面都互不兼容，造成用户資源的分散和孤立，增加了總體擁有成本。用户即使使用不同類型的硬盤，也不需要再重新投資，對於企業用户投資保護來説，實在意義非常。但需要注意的是，SATA系統並不兼容SAS，所以SAS驅動器不能連接到SATA背板上。

SAS 使用的擴展器可以讓一個或多個SAS主控制器連接較多的驅動器。每個擴展器可以最多連接 128 個物理連接，其中包括其它主控連接，其它 SAS 擴展器或硬盤驅動器。這種高度可擴展的連接機制實現了企業級的大量存儲空間需求，同時可以方便地支持多點集羣，用於自動故障恢復功能或負載平衡。前期，SAS接口速率為3Gbps(SAS1.0)，其SAS擴展器多為12端口。6Gbps(SAS2.0)、12Gbps(SAS3.0)的高速接口均已商用，並且會有28或36端口的SAS擴展器出現以適應不同的應用需求。

在SAS接口享有種種得天獨厚的優勢的同時，SAS產品的成本從芯片級開始，都遠遠低於FC，而正是因為SAS突出的性價比優勢，使SAS在磁盤接口領域，給光纖存儲帶來極大的威脅。眾多廠商均已推出SAS磁盤接口協議的產品，SAS也成為存儲的主流接口標準。