SATA2硬盘发展和优缺点全面分析

computer · 发表于 2012/3/27 17:42

相对于处理器，主板芯片组，内存等配件来说，硬盘无疑是发展最慢的一个，特别是近一两年，根本没有听到多少振奋人心的新品发布，显然硬盘在很多资深玩家眼中就是系统的瓶颈。在经历了5400转到7200转的改变和2M缓存到8M缓存的变革之后，大家印象最深的莫过于SATA硬盘代替PATA硬盘了。  　　虽然早在2002年大家就听到了SATA硬盘发布的消息，但其普遍使用却应该是2004年的事情了，随着KT600之类普通主板支持SATA，越来越多的用户在新配机器的时选择SATA硬盘。 　　SATA是一种串行技术，简单来说就是一次只能收发一位数据，而PATA是并行的，即一次收发多位，普通用户可能马上觉得并行快，但因为串行可以达到比并行高得多的工作频率，所以反而越来越多的新技术、新总线都是基于串行。关于SATA更多的介绍相信已经很多，笔者不准备展开，只是稍微列一下其特点便于和后文呼应。 IDE和SATA接口对比 
</IMG> 　　SATA相对于PATA的改进： 　　1.高外部传输率：SATA 1.0规范规定的标准传输率是150MB/S，8B/10B串行编码。 　　2.电连接缆的改进：PATA电缆很宽，不利于机箱内空气流动，而且最长只能到45厘米，而SATA电缆很细，装在机箱里令人感到舒服，最长能到1米。 　　3.热插拔：PATA是不能热插拔的，SATA规范允许热插拔。 　　4.信号电压低：PATA由于要预防串扰，所以信号电压高，而集成电路的趋势是降低信号电压。 　　SATA不足之处： 　　虽然相对PATA的提高已经很大，而且其中有些东西我们现在还用不到(比如硬盘内部传输率其实一般就在60MB/S，150MB/S的外部传输率没有太多实际意义)，但是如果我们把眼光投向SCSI这样的服务器存储技术，SATA的确存在不小的差距。 　　1.机械性能不强：从硬盘的盘体来看，SATA始终是面向PC的，所以其设计基本上是满足8×5的要求，而不能满足24×7这样的要求。而且其对恶劣环境的容忍性也远不如那些服务器存储技术。 　　2.性能不足：虽然在单任务应用中，SATA的性能已经接近于SCSI，但是在多任务，多请求这样的典型服务器环境里面，其性能的确会有巨大下降的。 　　3.可维护性不强：比如在RAID环境中，如果一块硬盘坏了，那么由于有冗余，你可以不关机更换一块好的硬盘上去，这在服务器环境下是很常见的。因为目前SATA的硬盘价格相对很便宜，所以越来越多用户购买多个SATA硬盘组RAID。但是在传统SCSI中系统可以告诉用户RAID里面哪块硬盘坏了，而SATA没有这个功能，我们有很大可能换下一块好的硬盘而丢失数据。 　　4.可连接性不好：也就是连接多个硬盘的扩展性不好，可能看过SATA标准的用户会说SATA完全可以连接8个SATA设备，而且连接线又细，比起PATA的可连接性好多了。的确规范是这样，但同时我们好像从来没有在哪一块主板上看到这么多接口吧？我们看到的还多半是只有两个接口的主板，为什么这样？因为在SATA 1.0规范里面一个口只能连接一个设备，而一个口的价格很贵，所以如果你准备连8个SATA设备，你就会觉得原来SATA不便宜啊。所以我们说其可连接性不好。 　　笔者之所以会花这些篇幅说SATA相对于服务器存储的缺点，因为SATA II标准的制定就是为了解决这些问题，而SATA II的目标也是让SATA成为低段企业存储标准。 SATA　II到底是什么？SATA II应当具有如下5个主要特点： 　　1、3Gbs高传输速率(300MB/S) 　　2、支持Native Command Queuing(NCQ)技术（原生指令排序） 　　3、Enclosure Management 　　4、Port Multiplier 　　5、可升级到SAS 　　读者可能要怪笔者这里为什么要放着这么些英文不翻译，但是笔者的确很难找到很好的名词来翻译，NCQ或许能用原生指令排序来翻译，但是笔者就看到许多不同的翻译方法。而且这些标准名词翻译过来看了还是不懂的，不如笔者留着英文，而其含义看笔者解释马上就懂了。 　　SATA II标准的建立是一个循序渐进的过程，其标准本身制定的时候就分两步。 　　第一阶段的目标要引进一些网络存储和服务器存储的技术。  　　1、改进性能的技术：比如NCQ，乱序执行，数据的分散和集合。 　这是关于性能提高的改进，而新推出的标榜SATA II的硬盘都采用了这些新技术，特别是NCQ技术。这里简单地比喻一下，把拿数据比喻成我要到很多不同的地方拿东西，那些地方有远有近，我怎么样安排我的行程做到不走冤枉路？这就是这些技术要做的事情，可以看到这里已经不再纯粹靠提高转速，提高缓存来提高性能了，而是用良好的策略来提高性能，这些策略很早就用在服务器存储里面了，现在也引进到了桌面硬盘。 　　2、改进可维护性的举措，称为Enclosure Management：比如风扇控制，温度控制，新硬盘指示，坏硬盘指示，硬盘状态指示等等。这些举措可以解决笔者刚刚提到的不知道哪一个硬盘坏了的缺点，使得您的数据更加保险，让用户精确了解自己硬盘的工作状态。 　　3、引进背板互连(Backplane Interconnect)。什么叫做背板互连？这来自SCSI，就是把很多硬盘连到一个背板总线上面，而不用每一个分别连到自己的端口，这样一来可以节省你买很多连接线的钱，更重要的是方便了热插拔，在RAID环境下甚至硬盘坏了也可以不断电更换。 SCSI背板互连 
</IMG> 　　上图是一个传统意义上的SCSI背板互连的存储系统。 　　现在SATA也引入这个概念，做到背板互连，但是不等同于上面SCSI的例子，目前市场上能够见到的是如下图那样的一个套件。它可以放4个SATA设备，看来很诱人哦。 SATA背板互连 
</IMG> 　　第二阶段的目标要满足网络存储和服务器存储对更快速度的追求。 　　1、大量硬盘的连接，这里要解决更多数量硬盘如何连接到SATA总线上面，上面说到的Port Multiplier就是一种办法。简单来说它就是如何让一个接口能连多个硬盘的技术，我们前文提到可连接性差的毛病通过这个技术可以得到解决，由于这个技术本身是SATA II的关键技术，而且目前推出的硬盘据称支持这项技术。 　　2、提高速率到3Gbs，这点不用多说了吧，读者就认为是ATA-300好了。当然有读者会说刚刚说过150都浪费了，300M又有何用？如果一个接口连一个硬盘设备当然浪费，但是如果结合Port Multiplier技术使得一个接口连上4-8个设备，那就不浪费了吧，这就是3Gbs的发展前景。当然现在根本没有支持Port Mutiplier的主板SATA控制器，所以厂商也不会浪费精力去做什么SATA 300的硬盘出来，所以现在我们看到的硬盘基本都是SATA 150的。除了这些之外，目前的SATA II标准还具备了所谓Port Selector功能。 
</IMG> 　　上图是示意图，简单来说就是为一个硬盘提供了两条到控制器的连接，其中一条是冗余。冗余相信熟悉硬盘的用户都知道，就是多出来的意思，为什么要冗余呢？因为万一其中一条线断了，还有一条可以连接，看来真是考虑周到啊，我们不但可以用RAID防止硬盘损坏，还能用这个Port Selector来防止连接线损坏。 　　最后说一下可升级到SAS。SAS(Serial Attached SCSI)就是串行的SCSI，是将在今年年底开始制定的规范。由于SAS规范里面的物理和电路规范都和SATA II的一样，所以我们以后可以把SATA II的硬盘直接插到SAS接口上使用，做到可升级，这样我们可以节约一大笔升级费用哦。 　　总结：戳穿谎言，谜底揭开 　　说到这里可以得到结论了，如果一定要按照完全的SATA II标准,SATA II标准本身是一个逐渐改进和发展的标准，从开始制定到完善需要两三年的时间，难道厂商要等到完成之后才推出新硬盘？当然不需要，厂商可以选择标准里面有用的设计新的硬盘，在标准逐渐完善的同时逐渐发展自己的新品，这样对于用户和厂商是双赢的。所以市场上出现了SATA II的产品，它们具备了关键性的性能提升技术：NCQ和300MB/S的传输速率。我们看到现在的这些新硬盘具备了SATA II标准中对性能提高的所有技术，从性能角度来看，如果今后你使用的是不带有Port Multiplier的单个点对点硬盘，现在的硬盘就可以告诉你SATA II的一切。但是从功能来看，那些其余的新技术无疑是诱人的，在PC上看到4-8个硬盘组成RAID，热插拔，这些才是SATA II的真正意义。而这些功能要控制器和硬盘两方面的努力，我们在NF4主板上看到了对SATA II标准的支持，让我们耐心等待这些新功能吧。 　　最后笔者要介绍3款SATA　II硬盘推荐给大家： 　　第一款介绍的是日立的HDS728080PLA380，该硬盘型号为日立 HDS728080PLA380，新天下代理，三年全免费质保，SATA2接口硬盘具有以下5个主要特点，3Gbit/s高速传输速率；Native Command Queuing(NCQ)本地指令列队；Enclosure Management；Port Multiplier连接埠倍增器。 　　第二款日立7K80系列的80G硬盘转速为7200转，也是日立首款SATA2接口硬盘，磁盘控制芯片采用了Infineon（英飞凌）公司的产品，并且带有8M缓存。 　　第三款来自西部数据，分别是部数据WD1600JS和WD1200JS：WD1600JS：容量：160GB，转速：7200转，接口：SATA2，缓存：8M，平均寻道时间：8.9ms。WD1200JS：容量：120GB，转速：7200转，接口：SATA2，缓存：8M，平均寻道时间：8.9mS，同样‘支持NCQ技术，以及300M/s的速度，西部数据近几年技术始终领先而且价格公道。