由於先前整理eSATA的傳輸速度，所以也一併閱讀了SATA相關技術資料，故整理成篇以便查閱。

SATA是Serial ATA（Serial Advanced Technology Attachment）的縮寫，亦稱串行ATA。它是一種電腦總線，主要功能是用作主機板和大量儲存裝置（如硬碟及光盤驅動器）之間的數據傳輸之用。

SATA是一種可足以完全取代舊式PATA（Parallel ATA）的新型硬盤接口，因採用串行方式傳輸數據而得名。在數據傳輸上這一方面，SATA的速度比以往更加快捷，並支持熱插拔，使電腦運作時可以插上或拔除硬件。另一方面，SATA總線使用了嵌入式時脈訊號，具備了比以往更強的糾錯能力，能對傳輸指令（不僅是數據）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，提高了數據傳輸的可靠性。不過，SATA和以往最明顯的分別，是用上了較幼的排線，有利機箱內部的空氣流通，某程度上增加了整個平台的穩定性。

現時，SATA分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gbit/s即將推出的SATA 6Gbit/s三種規格。

排線和電源線

SATA排線

傳統的 Parallel ATA 使用 單模信號放大系統「single-end-signal-amplified-system」。在這種系統中，雜訊會隨著正常信號一起傳輸、放大，不易被抑制；在高速時尤其嚴重，為了有效的減少雜訊的干擾，我們只好使用高達5V的電壓來傳送正-常訊號，使大電壓的正常訊號蓋過小電壓的雜訊信號。雖然大的電壓可以有效的抑制雜訊，但是大的電壓同時也表示驅動電路的生產成本將因此上升，大電壓更不利於高速傳輸系統的設計和製造，高達5V的傳輸電壓限制了追求高速和低成本的可能性。

和 Parallel ATA 相比，新的SATA 使用了差動信號系統「differential-signal-amplified-system」。這種系統能有效的將雜訊從正常訊號中濾除，良好的雜訊濾除能力使得SATA只要使用低電壓操作即可，和 Parallel ATA 高達5V的傳輸電壓相比，SATA 只要0.5V(500mv) 的峰對峰值電壓即可操作於更高的速度之上。「比較正確的說法是：峰對峰值『差模電壓』」。

和 Parallel ATA 的 5V 驅動電壓相比，0.5V的SATA系統節省電力，其驅動IC的生產成本也較為便宜。

SATA支援進階主機控制器介面（AHCI）功能，可讓SATA儲存裝置啟用進階SATA功能，例如NCQ及熱插拔。

SATA 1.5Gb/s為第一代SATA介面，坊間的非官方名稱為SATA-1[1]，傳輸速度為1.5Gbit/s。

SATA 3Gb/s在2004年正式推出，坊間的非官方名稱為SATA-2[1]，符合ATA-7規範，傳輸速度可達3.0Gbit/s。這顯示SATA的速度提升是以幾何級數增長，這點和PATA的一級級算術級數增長是不同的。

SATA 3Gb/s比SATA 1.5Gb/s進步的地方在於：

  1. 3.0Gb/s的高傳輸速度；
  2. 支持真正的SATA指令排序（NCQ）；
  3. SATA 3Gb/s資料線長度最多2m。SATA 1.5Gb/s只是1m，PATA更短到50cm；
  4. 全新的圍擋式接口更穩固。

SATA 6Gb/s在2009年年9月推出，傳輸速度達到6.0Gb/s。

eSATA是External Serial ATA的略稱，是為面向外接驅動器而制定的Serial ATA 1.0a的擴展規格。雖然規模比較小，但已經有相對應的產品在市面流通。

  • 為了防止誤接，eSATA的接口形狀與SATA的接口形狀是不一樣的。
  • 連接線的最大長度為2m。
  • 支持熱插拔。
  • 傳輸速度可以達到現在主流的USB2.0的傳輸速度的2倍以上。
  • 提高接頭的插拔耐用度

eSATA與其他規格的比較

名稱  ↓ 理論頻寬 (Mbit/s)  ↓ 實際速度 (MB/s)  ↓ 接線最大長度 (m)  ↓ 電源供應  ↓ 每頻道最多可接設備  ↓
eSATA 3000 300 2 with eSATA HBA (1 with passive adapter) 否 [2] 1（15 with port multiplier）
串列SCSI 3000 375 8 否 4
SATA 3.0Gb/s 3000 300 2 否 1（15 with port multiplier）
SATA 1.5Gb/s 1500 150 1 否 1 per line
PATA 133 1064 133 0.46（18 英寸） 否 2
FireWire 3200 3144 393 100; alternate cables available for 100 m+ 15 W, 12–25 V 63 (with hub)
FireWire 800 786 98.25 100[3] 15 W, 12–25 V 63 (with hub)
FireWire 400 393 49.13 4.5[3][4] 15 W, 12–25 V 63 (with hub)
USB 2.0 480 60 5[5] 2.5 W, 5 V 127 (with hub)
Ultra-320 SCSI 2560 320 12 否 15 (plus the HBA)
Fibre Channel
透過銅線		 4000 400 12 否 126
（16777216 with switches）
Fibre Channel
透過光纖		 10520 2000 2–50000 否 126
（16777216 with switches）
Infiniband
12X Quad-rate		 120000 12000 5 （銅線）[6][7]

<10000 （光纖）

 否 1 with Point to point
Many with switched fabric

 

 

 

AHCI（Advanced Host Controller Interface 進階主機控制器介面），是一種允許軟體與SATA儲存裝置溝通的硬體機制，可讓SATA儲存裝置啟用進階SATA功能，例如原生指令佇列（NCQ, Native Command Queuing）及熱插拔。AHCI詳細定義了一個記憶體架構規範給予硬體製造商，規範如何在系統記憶體與SATA儲存裝置間傳輸資料，目前（2008年6月）最新AHCI規範為1.3版。

許多SATA裝置控制器可個別啟用AHCI功能或與RAID功能合併使用，英特爾就建議如果在其支援AHCI晶片組上使用RAID功能，採取AHCI模式組建RAID可以獲得最大彈性，因為AHCI可在完成安裝的作業系統中切換RAID組建模式。

在一般硬碟上Fujitsu、HITACHI、Seagate、WD...等均在3.5英吋及2.5英吋提供相關支援技術

在固態硬碟方面目前僅英特爾控制晶片支援AHCI功能(並無單一販售)。


Windows Vista核心已完全支援AHCI，Linux從系統核心2.6.19版起支援，其他較舊作業系統則需要相關硬體製造商提供驅動程式才可以支援。

原生指令排序(Native Command Queuing，簡稱NCQ)，原先是改善伺服器硬碟存取控制技術,應用在[[SCSI介面][SATA1.0/2.0/3.0介面]][SAS介面] 硬碟讀寫的加速技術，其介面開啟磁碟陣列RAID亦有所提升。透過硬碟韌體、硬碟控制器以及作業系統三者的互相配合，改善硬碟內部磁區的讀取順序，可以提高硬碟效能約30%，亦能夠輕微減輕硬碟損耗的速率。NCQ對用於伺服器上的硬碟的效率提昇尤為明顯。

本圖闡述一顆硬碟在沒有NCQ及有了NCQ的存取順序分別。兩顆硬碟所要求的內容順序均為1、2、3、4，但NCQ硬碟可以透過改變讀寫次序而增加效率。
 

原理

一般硬碟使用的硬碟格式通常為Windows 98核心所使用的FAT32系列，或是Windows NT所使用的NTFS，此種硬碟格式在存取資料時，時常會出現散亂的情況，導致一個檔案被不規則的分散成許多的區塊存放於磁盤上面，時間一久，檔案散亂的程度會日趨嚴重，由於傳統的硬碟讀取方式，會從檔案的開頭依序讀取到結尾，若檔案散亂的程度愈嚴重，則讀取頭需要來回移動的距離就越長，導致硬碟讀寫效能逐漸下降。一旦發生這樣的問題，解決方案便是使用磁碟重組軟體來進行硬碟重組，將散亂的檔案重新排列為連續的區塊，但由於執行磁碟重組可能會需要搬動大量的磁碟區塊，如果太常執行磁碟重組，除了會提高系統負載，亦將會縮短磁碟機的使用壽命，NCQ即為了解決此種情況而誕生。 NCQ的概念原本是應用在伺服器上常見的SCSI介面上，在SCSI的規格中即包含此項技術，只是不叫做NCQ，將此項技術經過些許修改後稱為NCQ，並將其應用在SATA介面上，後來的SAS介面也支援此項技術。 啟用NCQ技術的硬碟，在讀取檔案時，會依照檔案在硬碟上的分佈，將存取的順序作最有效率的排序，以減少機械臂移動的距離，進而達到省時以及延長硬碟壽命的效果。

優勢

於 SATA II NCQ 協定中，新增3個功能，分別是：

  • Race-free status return mechanism：
    硬碟在完成任一指令後，可以無須再進行Handshake即可繼續另一個指令，以便讓多個指令快速接序或同時執行。
  • Interrupt aggregation：
    硬碟由於以NCQ模式執行多個指令，所以原本每一個指令完成後必須中斷(interrupt) 以便讓系統接續處理的模式，轉成可以在多個指令完成後再一次提出(interrupt) ，故介面控制器(host controller) 對於多個指令只須處理一次中斷即可。
  • First party DMA（FPDMA）：
    當硬碟完成資料讀取後，無須靠 host controller 的DMA動作取得特定記憶體位置，而是由硬碟本身建立 DMA setup FIS（Frame Information Block）直接對 host controller 送出記憶體存取通知，如此無須驅動程式的運作，可以有效提升存取效率。

條件

開啟NCQ，除硬碟本身必須支援NCQ外，作業系統(OS) 與介面控制器(controller) 的支援也是不可或缺的條件。舉例說，在Microsoft Windows平台上，從Windows Vista開始才支援NCQ，而Windows XP若要使用NCQ，則要額外安裝支援軟件。

支援NCQ技術的晶片組

支援NCQ的硬碟控制器（部分）:

  • JMicron
    • JMB360
    • JMB361
    • JMB362
    • JMB363
    • JMB365
    • JMB366
  • Silicon Image
    • SiI 3124
    • SiI 3132
    • SiI 3531
  • nVIDIA
    • nForce 4 Ultra, nForce 4 SLI
    • nForce 410
    • nForce 430
    • nForce 550
    • nForce 570 Ultra, nForce 570 SLI
    • nForce 590 SLI
    • nForce 650i Ultra, nForce 650i SLI
    • nForce 680i SLI
    • nForce 780i SLI
  • Intel [1]
    • ICH6M, ICH6R
    • ICH7DH, ICH7M, ICH7MDH, ICH7R
    • ICH8DH, ICH8DO, ICH8M, ICH8M-E, ICH8R
    • ICH9DO, ICH9M, ICH9M-E, ICH9R
    • ICH10D, ICH10DO, ICH10R
  • VIA
    • VT 8237S
    • VT 8251
  • ATI
    • SB 600
    • SB 700
    • SB 750
  • ALi／ULi
    • M1573
    • M1575
    • M1567
    • M1697
  • SiS
    • SiS966/SiS966L
    • SiS968

資料來源：http://zh.wikipedia.org/wiki/SATA

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