SATA硬盤

SATA，即Serial ATA（串行 ATA），全稱是Serial Advanced Technology Attachment，是由Intel、IBM、Maxtor 和 Seagate等公司共同提出的硬盤接口新規範。因為採用串行連接方式，所以使用 SATA 接口的硬盤又叫串口硬盤。SATA 規範將硬盤的外部傳輸速率理論值提高到了 150MB/s，比 Ultra ATA/100 高出 50%，比Ultra ATA/133 也要高出約 13%。SATAII 接口的速率可擴展到2X（300MB/s）和4X(600MB/s)。而 SATA150 與 SATAII 的區別主要是以傳輸數據的速度來劃分的。未來的 SATA 將通過提升時鐘頻率來讓硬盤也能超頻，可徹底解決硬盤接口這一數據傳輸最終瓶頸。SATA 硬盤接口需要較新的主板南橋芯片來支持，如 Intel ICH6、Intel ICH7、nVIDIA nForce4、VIAVT8237和Si S964等。SATA的優勢：支持熱插拔 ，傳輸速度快，執行效率高。 ^[1] 

每一個 SATA 硬盤存儲結點由存儲器控制接口 MCI 和 SATA 硬盤控制器構成，如圖1所示。其中 MCI 負責按照消息幀格式生成、封裝或解封裝消息包，根據接收到消息包，提取並解析訪問存儲結點的操作命令，包括初始化，設置存儲結點的節電模式、休眠或喚醒，讀寫存儲器等。

SATA 主機和 SATA 設備間的通信採用的是 SATA 協議， ^[2]  按功能 SATA 協議分為物理層、鏈路層、傳輸層和命令層，協議的層次結構如圖2所示。主機和設備之間，除了物理層通過SATA 接口實際物理連接，其他各層均通過消息虛擬連接。物理層是主機與設備之間的通信基礎，主要負責碼流的收發、將高速串行差分信號轉換成並行數據以及將並行數據轉換成高速串行差分信號；鏈路層主要負責消息的無差錯傳輸，包括8B10B 編解碼、加解擾、CRC校驗等；傳輸層主要負責生成與解析幀信息結構（Frame Information Structures，FIS）；命令層主要負責生成和解析訪問 SATA 硬盤的操作命令。

傳統的Parallel ATA使用單模信號放大系統“single-end-signal-amplified-system”。在這種系統中，噪聲會隨着正常信號一起傳輸、放大，不易被抑制；在高速時尤其嚴重，為了有效的減少噪聲的干擾，我們只好使用高達5V的電壓來傳送正-常訊號，使大電壓的正常訊號蓋過小電壓的噪聲信號。雖然大的電壓可以有效的抑制噪聲，但是大的電壓同時也表示驅動電路的生產成本將因此上升，大電壓更不利於高速傳輸系統的設計和製造，高達5V的傳輸電壓限制了追求高速和低成本的可能性。

和Parallel ATA相比，新的SATA使用了差動信號系統“differential-signal-amplified-system”。這種系統能有效的將噪聲從正常訊號中濾除，良好的噪聲濾除能力使得SATA只要使用低電壓操作即可，和Parallel ATA 高達5V的傳輸電壓相比，SATA只要0.5V(500mv) 的峯對峯值電壓即可操作於更高的速度之上。“比較正確的説法是：峯對峯值‘差模電壓’”。

和 Parallel ATA的5V驅動電壓相比，0.5V的SATA系統節省電力，其驅動IC的生產成本也較為便宜。

主流主板已全面支持SATA硬盤，下面介紹一下部分

1.南橋為ICH5/ICH5R的主板

先以華碩的P4C800為例，這款主板芯片組為i865PE，南橋為ICH5/ICH5R。進到BIOS後，選擇Main下的IDE Configuration Menu，在Onboard IDE Operate Mode下面可以選擇兩種IDE操作模式：兼容模式和增強模式(Compatible Mode和Enhanced Mode)。其中兼容模式Compatible Mode，可以理解為把SATA硬盤端口映射到並口IDE通道的相應端口，當你選擇這種模式時在下面的IDE Port Settings中會有三個選項：

Primary P-ATA+S-ATA：並行IDE硬盤佔據IDE0+1的主通道(Primary IDE Channel)，串行SATA硬盤佔據IDE2+3的從通道(Secondary IDE Channel)。也就是説這時主板上的第二個並行IDE接口對應的端口不可用。

Secondary P-ATA+S-ATA：與上面正相反，此時主板第一個並行IDE接口(Primary P-ATA)上對應的端口不可用，因為給SATA硬盤佔用了。

P-ATA Ports Only：屏蔽了串行SATA硬盤接口，只能使用並行接口設備。

注：前兩種模式中，主板上的SATA1接口自動對應IDE通道中的主盤位置，SATA2接口自動對應IDE通道中的從盤位置。

當選擇模式為增強模式Enhanced Mode時，其下的端口設置的字樣變為Enhanced Mode Supports On，其中也有三個選項：

P-ATA+S-ATA：並行和串行硬盤並存模式，此時SATA和PATA通道都相互獨立互不干擾，理論上4個P-ATA和2個S-ATA可同時接6個設備，實際上得根據不同主板而定，有的南橋芯片就只支持4個ATA設備。此時SATA1口硬盤對應Third IDE Master(第三IDE通道主盤)，SATA2口硬盤對應Fourth IDE Master(第四IDE通道主盤)。

S-ATA：串行硬盤增強模式，此時理論上支持4個串行硬盤，但還得看主板的支持情況(如果是ICH5R芯片組如P4P800，想組RAID模式，則必須要選擇此項，並將Configure S-ATA as RAID項設為Yes，S-ATA BOOTROM項設為Enable，設置後BIOS自動檢測的時候按“Ctrl+I”進行RAID設置)。

P-ATA：其實還是一種映射模式，SATA硬盤佔據的是第一個IDE通道，SATA1口對應第一個通道的主盤，SATA2口對應第一個通道的從盤。

當你使用的是Win98/Win NT/Win2000/MS-DOS等傳統的操作系統時，由於它們只支持4個IDE設備，所以請選擇兼容模式Compatible Mode，並根據你的實際硬盤數量和位置選擇IDE Port Settings中的對應選項；當你使用的是WinXP/Win2003等新型的操作系統時，可以選擇增強模式Enhanced Mode來支持更多的設備。當然如果你安裝Win98+Win XP雙系統的話，也只好選擇Compatible Mode了。另外，有的主板BIOS有BUG，致使在單個SATA硬盤上安裝Windows 98SE系統時不能正確安裝SATA硬盤(如：華擎P4VT8)，只需要升級BIOS版本到最新版就可以解決了。

注：雖然SATA硬盤本身並沒有主從之分，但是如果使用了端口映射的模式，當你想要並行硬盤和串行硬盤共存時，還是得注意硬盤所佔的位置不要衝突了，而且啓動順序也需要在BIOS中根據實際情況進行相應調整。

SATA硬盤(20張)

下面以GA-8KNXP Ultra為例，簡要説一下主板的BIOS中SATA的設置：

這款主板的芯片組是i875P，南橋為ICH5R，其SATA部分的設置選項在Main主菜單下的Integrated Peripherals(整合周邊設備)裏，其設置功能詳見下表(只列出了有關SATA硬盤設置的部分)：

有關啓動設備的選項在Advanced BIOS Features(進階BIOS功能設定)中，詳見下表：

通過上面的兩個例子可以看出ICH5/ICH5R南橋的主板，都是通過端口映射和獨立SATA通道兩種途徑來設置識別SATA硬盤的。至於應該選擇哪種模式和設置值，請參考上文並根據S-ATA硬盤和P-ATA硬盤的數量，安裝的操作系統以及哪一個作為系統啓動盤等實際情況來自行設定。

2.南橋為VIA的VT8237的主板

相對於ICH5/ICH5R芯片組，VT8237的SATA設置部分就簡單得多了。下面以碩泰克的SL-KT600系列為例，其SATA部分的設置選項也是在Main主菜單下的Integrated Peripherals(整合周邊設備)裏：

Onboard PATA IDE(主板內建並行IDE口設定)

此項設定允許用户配置主板內建並行IDE口功能。

Disabled：關閉主板的並行IDE口功能。

Enabled：允許使用並行IDE口功能(預設值)。

Onboard IDES operate mode(主板內建IDE優先設定)

PATA is Pri IDE：PATA口上的設備優先(預設值)。

SATA is Pri IDE：SATA口上的設備優先。

Onboard SATA- IDE(主板內建SATA口功能設定)

Disabled：關閉主板上SATA口。

SATA：主板上SATA口當做一般的SATA口使用。

RAID：主板上SATA口上的硬盤可以建立磁盤陣列(預設值)。

這裏你只需要根據實際情況調整一下串、並行口的優先級就可以正常使用SATA硬盤了。(通過上面的選項能看出，在這裏S-ATA硬盤還是可以理解為映射到P-ATA端口上來識別的。)

注：RAID的組建還需要在開機時按“Tab”鍵進入VIA科技RAID控制器的BIOS設置畫面另行設置，請參見相關的説明手冊。

一般都是用Win98/Me啓動程序啓動後用FDISK、DM、PQ等工具來對硬盤進行分區的。那麼只要在BIOS中設置正確並能在啓動後識別出SATA硬盤，這時SATA硬盤的分區就和傳統的並口硬盤的分區方法完全一樣了。

如果、用的是Win2000/XP/2003等啓動光盤來啓動並分區的，如果你SATA硬盤不能識別，那麼需要在屏幕提示“Press F6 if you need to install a third party SCSI or RAID driver...”時按F6，用軟驅加載驅動程序，當硬盤被正確識別後就和傳統的並口硬盤分區方法完全一樣了。

1.Win98/Me

不論使用的是什麼芯片組，只要在BIOS中設置正確並讓主板識別出S-ATA硬盤，那麼就可以正常地安裝使用了。(注：當然還得注意，Win98/Me等系統最大隻能支持4個設備。)

2.Win2000/XP/2003等NT核心的系統

這裏由於ICH5不需要加載RAID模塊，所以直接安裝就可(其實就是將S-ATA映射到P-ATA端口使用，自然就和並口硬盤一樣了)。而ICH5R南橋控制器則分兩種情況，一種是在BIOS中完全屏蔽了RAID模塊，那麼就和ICH5的情況一樣了，直接安裝即可；二是開啓了RAID(BIOS中默認都是開啓的)，則這時需要在啓動時按F6用軟驅加載驅動。對於VT8237理論上應與ICH5R一樣，其大多數主板説明書上也指明只作為普通SATA硬盤使用時不需要加載驅動(如碩泰克的SL-KT600-R)，但是實際上不論使不使用RAID功能都需要加載驅動。由於筆者接觸的產品有限，不知是否都是如此，還請讀者自行嘗試。

注：除南橋自帶的S-ATA控制器以外，其它的S-ATA控制器基本都需要外加驅動，有些主板除了本身南橋支持S-ATA外，還板載Promise等第三方的S-ATA及RAID控制器，請注意區分。

當安裝完操作系統，還需要進一步安裝對應的驅動程序。

1.ICH5只需要加載Intel提供的INF驅動。

2.ICH5R除了INF驅動，還要加載IAA3.0或以上版本驅動。

3.VT8237需要安裝VIA Hyperion 4-IN-1補丁。

如果你還使用有並行硬盤的話，最好慎用VIA獨立發佈的VIA IDE Miniport Driver驅動程序，很可能會使並行硬盤的突發傳輸速率下降，但對串行硬盤性能無甚影響。

注：如果你使用的是第三方SATA控制芯片和RAID模塊，那麼你還需要添加相應的驅動程序。

通過上文可看出，S-ATA硬盤的使用關鍵在於正確設置BIOS中的識別方式，而由於各家主板廠商的BIOS菜單都不相同以及主板手冊的語焉不詳，才造成了S-ATA硬盤在使用中的種種問題。由於研發能力的不同，要想讓主板廠商把這部分統一起來，現階段是不現實的，所以筆者僅希望讀者能夠通過參考本文，根據自己的實際情況來舉一反三地解決問題。

硬盤作為個人電腦和各種服務器的外部存儲器，自從誕生以來，就在存儲領域佔有重要的地位。人類歷史上的第一塊硬盤是IBM公司在1956年生產的，其容量僅為5MB，而大小几乎與兩個冰箱相當。而現在單盤容量可達幾個TB，體積才一個小盒子大小。硬盤可以分為機械硬盤和固態硬盤，機械硬盤採用的是磁介質，固態硬盤採用的是半導體存儲介質，機械硬盤結構複雜由磁頭、盤片、電機等組成，固態硬盤內部結構相對簡單，主要是由半導體閃存芯片封裝而成。早期的硬盤都是機械硬盤，其物理結構包括磁頭、磁道、扇區和柱面，儘管對於固態硬盤在物理上並沒有對應的結構，但其接口協議和機械硬盤相同，在描述時也會借用柱面、扇區等概念。磁頭是硬盤中最昂貴的部件，也是硬盤最重要和最關鍵部件。傳統的磁頭是讀寫合一的電磁感應式磁頭，硬盤的讀、寫是兩種不同的操作，這種二合一磁頭在設計時必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性，從而造成了硬盤設計上的侷限。硬盤一般都用MR磁頭（Magneto resistive heads，磁阻磁頭），採用的是分離式的磁頭結構：寫入磁頭仍採用傳統的磁感應磁頭，讀取磁頭則採用新型的MR磁頭，設計時針對兩者的不同特性分別進行優化，以得到最好的讀/寫性能。另外，MR磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應信號幅度，讀取數據的準確性也相應提高。而且由於讀取的信號幅度與磁道寬度無關，故磁道可以做得很窄，從而提高了盤片密度。

當磁盤旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁盤表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁道。磁道是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區，磁盤上的信息便是沿着這樣的軌道存放的。相鄰磁道之間並不是緊挨着的，因為磁化單元相隔太近時磁性會相互產生影響，為磁頭的讀寫帶來困難。

磁盤上的每個磁道被等分為若干個弧段，這些弧段便是磁盤的扇區，每個扇區可以存放512個字節的信息，向磁盤讀取和寫入數據時，要以扇區為單位。即讀寫的最小數據量為512個字節。 ^[3] 

硬盤通常由重疊的一組盤片構成，每個盤面都被劃分為數目相等的磁道，並從外緣的“0”開始編號，具有相同編號的磁道形成一個圓柱，稱之為磁盤的柱面。磁盤的柱面數與一個盤單面上的磁道數是相等的。無論是雙盤面還是單盤面，由於每個盤面都有自己的磁頭，盤面數等於總的磁頭數，因此，一個硬盤的總容量為：

存儲容量=磁頭數×磁道（柱面）數×每道扇區數×每扇區字節數（512B）