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1、剖析SerialATA原理与系统架构（上）【黄芳川】2003.10SATA将取代UltraATASATA（SerialATA）绘下一代内部数据储存的连接技术，用以取代口前的UltraATA系统,SerialATA顾名思义是釆用串行传输的方式来存取数据；运用这种技术来传送数据并非是全新的技术，从LAN、USB1.0、USB2.0、1394b等的趋势来看，未来这种技术将更广泛运用在系统的连接与数据传输上。而就目前SATA所规划的技术來看，第一代的速度为150MBytes/sec,在未来所计划的速度将高达6
2、00MBytes/sec,是一种革命性的演进，也是未來10年间储存系统传输技术的主流；除了高传输速率的优点外，硬件线路简洁也是另一个重点。一般UltraATA总线的信号线约30〜40条，而SATA的硬件线路只要4条线就可以解决，这对于轻薄短小的电路设计是不可或缺的要件。图1为下一代的计算机架构，我们可以很清楚地了解到SerialBus的设计是一个必然的趋势，例如PCI・Express、InfiniBand到SATA,还有先前所谈到的USE1.0、USE2.0、1394b等等，则可预期的将会有更多类似的
3、设计陆续问世。图2是目前主要的外I韦I储存设备的接口比较表，从此表可以了解每一种接口的特性，但并未强调何者为优、何者较劣，原因是每一种设计都有其不同的使用环境，例如PATA（Parallel-ATA）,是目前使用彊为广泛的外储存设备接口，价格便宜、使用方便，但可靠性较低。而SCSI（SmallComputingSystemInterface,小型计算机系统接口）、FC（FiberChannel,光纤信道），虽然价格较高，但可靠性较佳，常运用于高阶服务器及工作站上,使用者可根据实际上的需求来选择适合的储
4、存设备。而SATA最主要的目标为取代PATA,不管从传输率、或机构而言，都符合要求，且数据传输的安全性更有保障；但因是新产品，需要有一段的适应期，不管在主机板或外围业者都须投入一•番心力，所以在初期价格上仍较高于PATA,—旦成为个人计算机的标准配备后，其价格将可大众化、合理化。且另外一个重耍的成功关键点，在于与•现有的操作系统兼容。从系统与使用者的角度而言，所看到的仍是一个标准的ATA外围装置，软件完全兼容，且使用相同的通讯协议,对大部份不了解硬件技术的普罗大众而言，实在是一个福音，这也是一项技术耍
5、成功的必要条件。SerialATA的基本架构接下来我们将进一步介绍SerialATA,从硬件、布线、实际的装机等角度来解释SATA。从图3的硬件线知道SATA是由二对差模信号线所组成，一为传送、一为接收，连接的方式为单向传输，从主控端的(TX)连到外围端的(RX),交义相连。差模信号传输的优点在于可以抗噪声的十扰，且可达到长距离的传送，目前所有串行接口的设计都使用差动传输模式，所以硬件线路将可大幅减化，对于以往动辄数I•条的并列总线设计而言，两者相比实在有天壤之别。以SATA来说，第一代基频的速度为1
6、.5GHz(L5X10A9Hz),对于数字硕件丁程师而言是历史的突破，因为数字电路的脚步已从MHz(lX10A6)的阶段进入GHz(lX10A9)的世界，就如同材料科枝进入奈米(1X10M)世界一样另人兴奋。但这对硬件研发工程师又是一项新的挑战，不仅要克服高频所带來一些如串音、阻抗匹配、信号衰减、电磁干扰等电气特性的因索外；接下來产品的除错、测试更是对研发工程师的另一项考验，因为须要使用更复杂且昂贵的仪器设备才能解决所发生的问题。表1为各种不同串行接口的工作频率，可以对频率上升的趋势有所了解。MLIX
7、IO^G:1X1OA9图4为实体SATA布线方式，与PATA的布线比较有天壤之别，简洁明朗，没有特殊的限制下，各章节有详细的比较，但从图可以了解布线的方法，四对差模的信号线，从芯片组到连接器，架构上非常的简单；但芯片的设计远比过去复杂很多，不过对使用者而言，并不会感觉任何的差异，只有更简便、更容易使用。图4布线原则可以从图内明显看出，下列几个原则是必需遵循。•每一对线必需保持一定的线距以确保线的阻抗值。・线所对应的下层平面需是连续。•若有需要换层时则需同时换层且保持最少的灌穿孔。•每一对线彼此之间的长
8、度误差要相等，以避免产生电磁干扰。图6是实际的SerialATA的Cable,Connector与Powerconnector,从机构的角度来看，改善相当多，已经看不到一堆连接线交错的悄景了。在下一章的内容里，我们会再对于二种不同的架构，进一步作深入的比较与分析，找出其屮的差杲点。SerialATA的另外的一个特色是「点对点」(point・to・point)的连接方式，每一个通道上最多只允许连接一个储存装置，例如硬盘机、或光驱等，已经不能像传统的ATA可
