2023信创独角兽企业100强
全世界各行各业联合起来,internet一定要实现!

对串行ATA的一些思考

2004-02-11 eNet&Ciweek

  一、为什么要建立串行ATA标准
  1.传统并行ATA的局限
  传统的ATA硬盘接口都是采用并行方式工作的, 并行ATA硬盘接口技术经过多年的改进,传输速率已经发展到了现今的UltraDMA/100和UltraDMA/133。

  但是,似乎这一技术已经走到了尽头,以Ultra DMA/100为例,虽然理论上的最大传输速率是100MB/s,但是在实际使用中是无法达到最大值的,实际传输速率大约在50MB/s~70MB/s之间。而UltraDMA/133的性能在这一基础上提高甚少,测试的数据表明不过是2%~3%。究其原因,DMA(直接存储器存取)是一种快速传送数据技术,这一项技术从UltraDMA/33开始全面用于硬盘接口技术,已经经过了好几代的改进。目前增加传输速度的方法就是缩短数据传输周期,而UltraATA/133标准已经将时钟频率提高到33.3MHz。

  但是,传统的并行ATA由于采用并行方式传输数据,所以在每个系统时钟周期内可传输多位数据,但是有一个主要的缺点就是每个通道需要用到信号的针脚就高达26支,这就存在着信号干扰问题。为了减少干扰,从UltraDMA/66开始,IDE硬盘线增加了40根线以抗干扰。但是到了现在,这一方法的潜力已经完全被用完了,时钟频率已经很难提升了。另外,并行ATA工作时需要5V的电压,这显然也不符合业界推行的不断降低系统部件电压以减小能耗的要求。要想进一步提高性能就只能希望于新的技术来改善硬盘的接口速度。这一新技术也就是串行ATA(Serial ATA)。

  2.串行ATA的优势
  串行ATA以连续串行的方式传送数据,在每个系统时钟周期内只会传送一位数据。

  虽然并行ATA一次可传输4个字节(4×8位)的数据,而串行ATA每次传输的数据只有1位,那么为什么在高速传输过程中却要使用串行ATA呢?主要就是因为串行传输没有信号串扰的问题。从理论上说串行传输的工作频率可以无限提高,串行ATA就是通过提高工作频率来提升接口传输速率的,因此串行ATA可以实现更高的传输速率。

  另外,串行ATA有效地减少了ATA接口的针脚数目,使连接的电缆数目变少,效率也会更高。实际上,串行ATA仅用很少的针脚就能完成所有的工作。这样的架构有助于降低系统的能耗和减小系统的复杂性。

  二、目前串行ATA存在的问题
  但是,从这近半年来已经上市的串行ATA的产品上看,目前的串行ATA产品还存在诸多的问题,而且对于串行ATA可以达到150MB/s的速度,不少人在认识上存在着误区。笔者归纳了一下,可能存在以下的几个问题:

  
  1.桥接模式的串行ATA速度损失很大
  目前上市的主板产品中有很多是使用桥接芯片来实现串行ATA,例如Promise20375/20376/20378和Marvell 80i8030芯片等,这种方式对串行ATA的速度影响非常的大,峰值也只能达到70MB/s~80MB/s的传输速率,只能达到150MB/s的带宽的一半。其实,不仅是主板,目前很多已经上市的串行ATA硬盘产品也存在相同的问题。不过,随着ICH5等新的串行ATA控制芯片上市,这一情况正在得到改善。

  2.串行ATA并不比并行ATA快
  随着串行ATA控制器和硬盘的逐渐上市,多家IT媒体都对此做了测试,但是测试的结果出人意料之外:串行ATA系统相较于ATA/133系统的性能提升很小,而且甚至在某些测试项目中还败给了ATA/133!

  究其原因,很重要的一点是现在硬盘的最大内部传输率也就在65MB/s左右,连ATA/100的能力都没有完全发挥,提高硬盘外部接口的速率只能提高传输速度的峰值,对于持续的传输速率几乎没什么影响。

  要提高硬盘的整体性能必须从多方面着手,例如提高转速、新式轴承、使用新的盘片技术、更多的缓存等等,这些又取决于电机技术、材料技术等等的革新。单纯提高硬盘的外部接口速率对硬盘性能的影响很有限。其实,对硬盘各方面的改进一直在持续进行中,典型的如WD热衷于提高缓存容量;而IBM尝试使用玻璃盘片技术;Seagate的酷鱼系列则是从SCSI硬盘移植来的技术(这一尝试直到酷鱼4代才算基本成功);Maxtor采用了新的液态轴承技术。目前性能最高的ATA硬盘是WD的10000RPM硬盘。

  3.点对点传输模式与总线带宽的限制
  此外,串行ATA的点对点传输模式也存在着一定的缺陷:虽然从理论上说每一个硬盘都可以独享通道带宽,但实际情况却并非如此。目前PCI总线的带宽为133MB/s,而单个串行ATA控制器的带宽就已经达到了150MB/s。如果系统要支持超过两个串行ATA设备的话,芯片组的南桥就必须集成两个串行ATA控制器,才能提供300MB/s的带宽。要知道,目前Intel南北桥之间的Hub-Link总线和VIA的V-Link总线的带宽都只有266MB/s,而此时两个串行ATA控制器提供的300MB/s带宽已经超过了芯片组南北桥之间的传输速率,很显然此时串行ATA与整机系统速度是不匹配的。在实际应用中,硬盘与控制器之间的数据传输速率是不可能超过南北桥之间的数据传输速率的,系统总线成为瓶颈。不过目前SiSMuTIOL技术已经达到了533MB/s和1.06GB/s的传输速率,而Intel和VIA支持串行ATA的新芯片组中Hub-Link和V-Link的带宽都将达到533MB/s。

  三、串行ATA技术的前景和展望
  虽然目前的测试还看不出串行ATA技术的优势。但是这一技术是用来替代已经很陈旧的并行ATA技术的,是为未来PC性能全面提高而准备的技术。除此之外,像PCI Express总线、DDRⅡ内存等等,如果这些技术全都用上的话,PC的性能档次会提到一个新的台阶。目前只有串行ATA这一种技术先发布了,所以发挥的作用还不明显。在相当长的一段时间内(1年左右),并行ATA还会是硬盘接口的主流,串行ATA会经历一段比较尴尬的时期,才会正式成为主流产品。另外,因串行ATA支持热拔插,应该会有外置的串行ATA设备问世。



相关频道: eNews

您对本文或本站有任何意见,请在下方提交,谢谢!

投稿信箱:tougao@enet16.com