串行ATA(串行高级技术附件或SATA)

什么是串行ATA？

Serial ATA (Serial Advanced Technology Attachment or SATA)是一种命令和传输协议，它定义了数据如何在计算机主板和大容量存储设备(如硬盘驱动器)之间传输。hdd），光驱和固态驱动器（SSD）。由于其名称意味着，SATA基于串行信令技术，其中数据被传送为各个位序列。

SATA指的是通信协议本身以及生产SATA兼容电缆、连接器和驱动器的OEM遵守的行业标准。

串行ATA国际组织（SATA-IO）负责监督技术规范的发展。SATA指定传输格式和接线布置。它成功并行ATA（PATA)作为大多数新计算机系统的通信接口。这些系统通常也支持串行连接SCSI(萨)及非易失性记忆体快车(NVMe)通信协议。

SATA是集成驱动器电子的串行版本(IDE)使用并行的PATA硬盘驱动器的规范信令．SATA电缆比传统PATA硬盘驱动器所需的带状电缆更薄，更灵活，体积更小。

串行ATA功能

串行ATA hdd和ssd通过SATA控制器硬件连接到计算机的主板，该控制器也管理数据流。当SATA处于IDE模式时，可以将硬盘识别为PATA设备。这种设置提高了与旧硬件的兼容性，但性能会受到影响。

将SATA控制器设置为高级主机控制器接口（AHCI）提供比IDE模式更好的性能。AHCI支持外部接口和热交换的驱动器。RAID模式既支持AHCI功能，又支持RAID数据保护特性。

根据计算机系统的不同，用户可能需要安装特定于设备的驱动程序软件，以使SATA ssd与设备的主板通信。基于ide的hdd不需要驱动软件。

SATA标准和修订

非营利性的SATA-IO行业联盟编写了管理串行ATA设备接口的技术规范。该财团修改了SATA标准，以反映增长数据传输速率．这些修订包括以下更改:

• SATA修订版1．这些设备广泛应用于个人台式机和办公室计算机中，通过主/辅配置中的PATA驱动器菊花链进行配置。SATA版本1设备的最高传输速率为1.5 Gbps。
• SATA修订2。这些设备将传输速度提高了一倍，达到3.2 Gbps，包括端口倍增器、端口选择器和改进队列深度．
• SATA修订3。这些接口支持高达6 Gbps的驱动器传输速率。版本3的驱动器为向后兼容使用SATA修订版1和修订版2器件，但具有较低的传输速度。
• 萨塔3.1修订。此中间版本增加了用于基于消费者的便携式存储应用的SATA通用存储模块的最终设计要求。
• 萨塔3.2修订。该更新添加了SATA Express规范．支持同时使用SATA端口和PCI Express (作为PCIe)车道。
• 萨塔3.3修订。本修订版讨论了使用用木瓦盖磁记录
• SATA修订版3.5。这一变化促进了与PCIe flash和其他I/O协议的更好的集成和互操作性。

SATA-IO表示，它没有SATA 4.0互操作性的计划。该组织表示，这将需要大量的工程来支持高于当前6 Gbps的高端速率的带宽。

萨塔与帕塔

什么时候SATA与PATA的比较在美国，串行连接比并行连接需要更少的电线和结果更清晰的信号。这使得串行信号适合于远距离传输数据。

并行信号是同步的，需要更宽的数据总线。多个位元在同一电缆内的不同电线上同时传送。一个时钟信号同步不同通道之间的时间。因此，并行传输更适合于较短的距离，以避免信号干扰。并行传输需要多线，这也使得它比串行传输的成本稍高一些。

与1980年代开发的基于ide的PATA标准相比，SATA提供了几个优势。这些优点包括:

• 全双工性能。最值得注意的是，PATA是半双工传输，使其无法同时接收和传输数据。这与SATA形成了鲜明对比全双工表演
  
  PATA驱动器在单个带状电缆上同时提供数据位，该电缆宽的单个带状电缆。SATA标准定义了SATA电缆，带有两对差分电线，三个接地引脚和单独的电源连接器。一对导线传输数据，一对接收数据。覆盖SATA导体的每一端是8毫米晶片连接器。

• 没有资源争用。SATA驱动器包含一个独立的计算机主机总线来消除资源争用．
• 更快的吞吐量。SATA在驱动器和主机之间传输数据时使用一个七针数据线和15针驱动电源连接器电缆。SATA电缆导致较高的信令速率，这对应于更快的数据吞吐量。
• 设计的灵活性。在系统的物理布局中，SATA电缆也提供了灵活的设计。该电缆可延伸至39英寸，是传统PATA硬盘驱动器所需的18英寸带状电缆长度的两倍多。这给了系统设计师更多的余地，在哪里驱动器可以安装在底盘上。SATA电缆的窄宽度也增加了计算机内部的空气流量。
• 附加功能。旧的SATA驱动器配备跳投者以启用其他功能。跳线是一个矩形的塑料连接器，当滑过两个引脚时，它会产生一个电路。电路激活和关闭计算机的某些预先编程设置BIOS或者统一可扩展固件接口，例如调节CPU速度、信号电压和故障排除。
  
  跳线技术是基于IDE的磁盘驱动器的延续。2002年以后生产的计算机很少需要跳线。一个例外是使用跳线降低较新驱动器的速度，使其能够更有效地使用早期版本的SATA硬件接口。但是，这有风险，因为不正确的跳线设置会妨碍设备检测添加或调出驱动器时的分区。
  
  使用更少的导体降低了风险串扰以及SATA的电磁干扰。信号电压也要低得多：SATA为250毫伏，而PATA为5伏。

SATA与SAS

串行连接SCSI或SAS和SATA都是使用细电缆从计算机主板向存储器串行传输数据的技术。但是，这两种技术之间存在一些关键区别，包括以下几点：

基本设计。SATA连接器在一根电缆中有4根电线。SAS连接器也有四根导线，但它们将导线分成两根导线，每根导线对可以发送和接收数据。由于这种差异，SATA只能将主板连接到存储设备。另一方面，SAS可以将主板连接到存储驱动器和其他设备。

读写速度。SATA 3.0可将数据以最短的速度写入存储器理论限制高达6 Gbps但是，当从应用程序的存储空间中取出数据时，它读取数据的速度较慢。SAS连续读写数据的速率大致相同，为6gbps。

用过的地方。因为SATA读取数据比写入数据慢，而且它支持高容量，所以SATA驱动器被广泛用于不经常访问的数据的文件存储。SAS驱动器是低密度存储工作负载的一个很好的选择。企业通常使用SAS进行大规模存储，特别是为企业支持直接连接的存储或硬盘驱动器控制器服务器场．

平均故障间隔时间．SAS硬盘具有更高的性能平均故障间隔这使得它们比SATA驱动器更适合用于基于服务器的存储。SAS硬盘的MTBF为120万~ 160万小时，SATA硬盘的MTBF为70万~ 120万小时。

成本。SAS驱动器通常比SATA驱动器更昂贵。

SATA、mSATA、NVMe ssd

SATA最初是为机电驱动而开发的，其中执行器臂向旋转主轴磁盘扇区写入数据和从扇区读取数据。后来，SATA标准被修改为支持基于闪存的非机械ssd。

Flash比磁盘存储快得多，但最初为hdd设计的较慢的SATA接口继续限制SSD的速度。最新的NVMe flash接口使计算机能够在一个比SATA和SAS SSD更快的速度．

NVMe使主机软件能够直接与存储子系统通信。这样就不需要总线接口来来回路由数据通信。NVMe为针对PCIe优化的闪存设备定义主机控制器接口和存储协议，这是一种串行扩展总线，使计算机能够连接到外围设备。PCIe based NVMe SSD有标准外形和插入主板插槽的双列直插式内存模块。

薄mSATA和M.2 SATA设备是为提供板级闪存而开发的。2009年，SATA-IO发布了适用于小尺寸SSD的mSATA规范。“m”最初代表mini，但该名称不再相关，该规范称为mSATA。

mSATA设备是基于SATA-IO规范的闪存。它用于笔记本电脑和其他便携式计算设备。mSATA规范使用mSATA连接器将SATA信号映射到计算机主板内部安装的PCIe卡上。MSATA驱动器的设计没有一个外壳，以适应在小型主机设备。它们的性能大致相当于传统的SATA ssd。

根据制造商的不同，某些计算机系统允许在内存插槽中同时插入mSATA和PCIe SSD。两个协议使用的管脚和插槽是相同的，但标准在本机上不兼容。系统管理员必须将驱动器配置为在mSATA或PCIe模式下运行。

的M.2 SSD形状因子出现作为超薄计算设备的存储;它通常被认为是mSATA的最终替代品。一个mSATA设备支持SATA的任何迭代，但与M.2连接器不兼容。M.2 SSD支持SATA、USB 3.0和PCIe 3.0。

外部SATA (eSATA)

最初构思时，SATA旨在作为一种内部机制来提高消费类PC中的存储性能。将该性能扩展到机箱之外的需要导致了外部串行高级技术附件的开发(eSATA)．

SATA-IO将eSATA开发为SATA规范的一种变体，使用相同的引脚和协议来确保一致的性能。这允许SATA存储设备从外部连接到计算机主板。该过程使用坚固的电源连接器和两米长的屏蔽电缆在外部设备和内部设备之间传输数据内部存储。SATA-IO声称eSATA传输数据的速度是USB 2.0或IEEE 1394接口的六倍。

一个eSATA端口可以附加到外部SATA机箱，以扩展存储和建立RAID阵列。视频编辑、音频制作和数据备份是eSATA驱动器的一些常见用例。然而，eSATA也有局限性。许多旧的SATA控制器和驱动器不支持外部接口需要的热插拔功能。

了解更多关于企业ssd的最新趋势，高性能设备的作用和从SATA到NVMe的演变．