串行ATA

SATA發展的3個階段如下所示。

第一階段：硬盤接口變革時期。隨着技術的不斷髮展，並口硬盤的傳輸速度瓶頸突顯，於是串口技術產生。當時幾乎所有的SATA在原有的ATA傳統硬盤的基礎上，通過增加橋接芯片來支持SATA接口，屬於過渡產品，在性能上與傳統的PATA硬盤沒什麼差別，只是接口發生了變化，傳輸速度還保持在100 MBps的水平。

第二階段：新舊接口並存時期。隨着串口技術的不斷成熟，希捷科技首先推出了第一款原生的SATA硬盤：酷魚7200.7系列。此時串口的傳輸速度已經達到了150 MBps，並且在硬盤的單碟容量上有了新的突破，最大單碟容量達到80 GB。NCQ技術也在這個時候出現，並且將支持SATA 150(150 MBps)和NCQ的硬盤標準為SATA 1．0規範。這個時期SATA硬盤的價格比較昂貴，主流產品還將以ATA為主，市場中出現了ATA與SATA硬盤共存的局面。

第三階段：SATA成熟並佔據市場主流。由於技術的不斷髮展，SATA硬盤的成本在不斷降低，此時SATA與ATA的價格差距已縮小至幾十元，SATA優勢開始被人們所瞭解和認同，各大廠商都推出了SATA硬盤，SATA開始替代ATA佔據市場中的主流。此時SATAⅡ硬盤出現，並且SATAⅡ組織進一步將SATA規範逐步完善，出現SATA 300(300 MBps)接口技術，隨後發佈最新的SATA Rev 2．5規範。 ^[1] 

(1)SATA是一條端到端的串行總線

SATA線纜兩端只各有一個連接器，一端與主機SATA控制器提供的端口相連，另一端與設備的串行端口相連。兩端連接器完全相同，不存在方向接反的問題。一條SATA串行總線只連接一個驅動器，不存在PATA的主一從驅動器的問題，也就免除跳線設置等麻煩。

(2)SATA串行總線採用低壓差分驅動

ATA數據線採用一種稱為非歸零制(non-return to zero，NRZ)的差分驅動技術。一個方向的數據傳輸由兩根信號線完成，一根線上電壓為+250mV時，另一個線上電壓就為-250mV，反之亦然，兩根線的電壓差始終保持500mV。這種差分驅動有效地降低了電磁輻射等各種干擾對信號的影響，接收端很容易讀取信號。

(3)STAT線纜是全雙工線纜，最大長度為1米

SATA線纜有兩組兩根數據信號線，可同時進行兩個方向的數據傳輸，是一個全雙工串行線纜。線纜連接器是7針連接器，除A+、A一、B+、B一4個數據信號針外，還有3個地線針。地線都較長一些，使連接器插拔時，地線先接通、後斷開，有利於設備的熱插撥。SATA線纜細長而柔韌，最大長度可為1m(39．37英寸)，是PATA線纜最大長度的兩倍多。市面上已出現2．5m長的SATA線纜，使用中也沒有什麼不妥，充分説明這種差分驅動的串行線纜抗干擾能力強。

(4)8b/lOb編碼，內建時鐘

同PCI Express總線一樣，SATA也採用了IBM的8b/lob編碼方式來傳輸數據位流。8b/10b編碼是一種稱為RLL 0.4編碼方式，其中0代表編碼10位符號中連續0的最小個數，而4代表連續0的最大個數。8b/10b編碼保證了接收端能從比特流中可靠地提取同步時鐘，也使信號線上電壓變化間隔很平均，脈衝波形規整平穩，為電路提供了一個穩定負載。

(5)很高的工作時鐘頻率，150MB/s數據傳輸速率

Serial ATA 1．0規範定義SATA單向數據線的比特流速率為1．5Gbps，即相當於工作時鐘頻率為1．5GHz。由於採用8b/10b編碼，每10個時鐘週期傳送一個8位(1B)數據，故最大數據傳輸速率為150MB/s。從一開始，就比PATA的最大數據傳輸速率(100MB/s或133MB/s)高。第二代和第三代SATA的比特流速率預定為3．0Gbps和6．0Gbps，最大數據傳輸速率將分別達到300MB/s和600MB/S。

(6)支持中斷聚合

雖然SATA 1．0的最大數據傳輸速率為150MB/s，但由於中斷延遲的低效率和主板SATA適配器的能力限制等原因，使得這個理論上的最大值並不能在實際上完全體現出來。為此，制訂的Serial ATA 1．oa規範用於對SATA總線周邊環境(包括主機適配器和硬盤機)的改進進行指導。以下幾個性能特徵都是Serial ATA 1．oa規範所支持的。其中一項重要技術是原生命令隊列化(native command queuing，NCQ)。NCQ技術能夠優化硬盤工作任務執行順序，選擇最有效率的數據讀取途徑，並對硬盤內部等待執行的命令序列實現智能化管理。NCQ以先進的數據管理手段來提高數據傳輸速率。

(7)支持第一方DMA技術

DMA是不經過CPU而由外設直接與內存進行數據交換的方式。DMA方式有兩種類型：第三方DMA(third—party DMA)和第一方DMA(first-party DMA)。第三方DMA，即是我們熟悉的標準DMA方式，其第三方即指DMA控制器。主板上的DMA控制器和CPU都是系統總線的潛在主控者，只有通過仲裁獲得系統總線控制權後，DMA控制器才得以建立DMA通道和完成數據傳輸。而第一方DMA方式則是由接口的邏輯電路完成上述功能和實現DMA傳輸，完全不要求第三方的DMA控制器的介入。由於取消了到第三方的信息途徑，從而提高了DMA傳輸的效率。 ^[2]