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1、剖析SerialATA原理與系統(tǒng)架構(gòu)（上）【黃芳川】2003.10SATA將取代UltraATASATA（SerialATA）繪下一代內(nèi)部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的連接技術(shù)，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?lái)存取數(shù)據(jù)；運(yùn)用這種技術(shù)來(lái)傳送數(shù)據(jù)并非是全新的技術(shù)，從LAN、USB1.0、USB2.0、1394b等的趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)這種技術(shù)將更廣泛運(yùn)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(shù)來(lái)看，第一代的速度為150MBytes/sec,在未來(lái)所計(jì)劃的速度將高達(dá)6
2、00MBytes/sec,是一種革命性的演進(jìn)，也是未來(lái)10年間儲(chǔ)存系統(tǒng)傳輸技術(shù)的主流；除了高傳輸速率的優(yōu)點(diǎn)外，硬件線路簡(jiǎn)潔也是另一個(gè)重點(diǎn)。一般UltraATA總線的信號(hào)線約30?40條，而SATA的硬件線路只要4條線就可以解決，這對(duì)于輕薄短小的電路設(shè)計(jì)是不可或缺的要件。圖1為下一代的計(jì)算機(jī)架構(gòu)，我們可以很清楚地了解到SerialBus的設(shè)計(jì)是一個(gè)必然的趨勢(shì)，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(yù)期的將會(huì)有更多類似的
3、設(shè)計(jì)陸續(xù)問(wèn)世。圖2是目前主要的外I韋I儲(chǔ)存設(shè)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(qiáng)調(diào)何者為優(yōu)、何者較劣，原因是每一種設(shè)計(jì)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(chǔ)存設(shè)備接口，價(jià)格便宜、使用方便，但可靠性較低。而SCSI（SmallComputingSystemInterface,小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）、FC（FiberChannel,光纖信道），雖然價(jià)格較高，但可靠性較佳，常運(yùn)用于高階服務(wù)器及工作站上,使用者可根據(jù)實(shí)際上的需求來(lái)選擇適合的儲(chǔ)
4、存設(shè)備。而SATA最主要的目標(biāo)為取代PATA,不管從傳輸率、或機(jī)構(gòu)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(chǎn)品，需要有一段的適應(yīng)期，不管在主機(jī)板或外圍業(yè)者都須投入一?番心力，所以在初期價(jià)格上仍較高于PATA,—旦成為個(gè)人計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備后，其價(jià)格將可大眾化、合理化。且另外一個(gè)重耍的成功關(guān)鍵點(diǎn)，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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ATA外圍裝置，軟件完全兼容，且使用相同的通訊協(xié)議,對(duì)大部份不了解硬件技術(shù)的普羅大眾而言，實(shí)在是一個(gè)福音，這也是一項(xiàng)技術(shù)耍
5、成功的必要條件。SerialATA的基本架構(gòu)接下來(lái)我們將進(jìn)一步介紹SerialATA,從硬件、布線、實(shí)際的裝機(jī)等角度來(lái)解釋SATA。從圖3的硬件線知道SATA是由二對(duì)差模信號(hào)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(hào)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)在于可以抗噪聲的十?dāng)_，且可達(dá)到長(zhǎng)距離的傳送，目前所有串行接口的設(shè)計(jì)都使用差動(dòng)傳輸模式，所以硬件線路將可大幅減化，對(duì)于以往動(dòng)輒數(shù)I?條的并列總線設(shè)計(jì)而言，兩者相比實(shí)在有天壤之別。以SATA來(lái)說(shuō)，第一代基頻的速度為1
6、.5GHz(L5X10A9Hz),對(duì)于數(shù)字碩件丁程師而言是歷史的突破，因?yàn)閿?shù)字電路的腳步已從MHz(lX10A6)的階段進(jìn)入GHz(lX10A9)的世界，就如同材料科枝進(jìn)入奈米(1X10M)世界一樣另人興奮。但這對(duì)硬件研發(fā)工程師又是一項(xiàng)新的挑戰(zhàn)，不僅要克服高頻所帶來(lái)一些如串音、阻抗匹配、信號(hào)衰減、電磁干擾等電氣特性的因索外；接下來(lái)產(chǎn)品的除錯(cuò)、測(cè)試更是對(duì)研發(fā)工程師的另一項(xiàng)考驗(yàn)，因?yàn)轫氁褂酶鼜?fù)雜且昂貴的儀器設(shè)備才能解決所發(fā)生的問(wèn)題。表1為各種不同串行接口的工作頻率，可以對(duì)頻率上升的趨勢(shì)有所了解。MLIX
7、IO^G:1X1OA9圖4為實(shí)體SATA布線方式，與PATA的布線比較有天壤之別，簡(jiǎn)潔明朗，沒(méi)有特殊的限制下，各章節(jié)有詳細(xì)的比較，但從圖可以了解布線的方法，四對(duì)差模的信號(hào)線，從芯片組到連接器，架構(gòu)上非常的簡(jiǎn)單；但芯片的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)比過(guò)去復(fù)雜很多，不過(guò)對(duì)使用者而言，并不會(huì)感覺(jué)任何的差異，只有更簡(jiǎn)便、更容易使用。圖4布線原則可以從圖內(nèi)明顯看出，下列幾個(gè)原則是必需遵循。?每一對(duì)線必需保持一定的線距以確保線的阻抗值。?線所對(duì)應(yīng)的下層平面需是連續(xù)。?若有需要換層時(shí)則需同時(shí)換層且保持最少的灌穿孔。?每一對(duì)線彼此之間的長(zhǎng)
8、度誤差要相等，以避免產(chǎn)生電磁干擾。圖6是實(shí)際的SerialATA的Cable,Connector與Powerconnector,從機(jī)構(gòu)的角度來(lái)看，改善相當(dāng)多，已經(jīng)看不到一堆連接線交錯(cuò)的悄景了。在下一章的內(nèi)容里，我們會(huì)再對(duì)于二種不同的架構(gòu)，進(jìn)一步作深入的比較與分析，找出其屮的差杲點(diǎn)。SerialATA的另外的一個(gè)特色是「點(diǎn)對(duì)點(diǎn)」(point?to?point)的連接方式，每一個(gè)通道上最多只允許連接一個(gè)儲(chǔ)存裝置，例如硬盤機(jī)、或光驅(qū)等，已經(jīng)不能像傳統(tǒng)的ATA可
