ATASATASCSISASFC总线简介.doc

ATA/SATA/SCSI/SAS/FC都是应用于存储领域的总线，在当今的存储系统中，普遍应用的硬盘接口主要有SATA、SCSI、SAS和FC，ATA比较古老，在一些老的低端存储系统中被广泛应用，目前基本上被SATA所替代。-ZnO0a4uTJ?)y0 ATA总线.B;jk T Dz L0 ATA技术是一个关于IDE（Integrated Device Electronics）的技术规范族。最初，IDE只是一项企图把控制器与盘体集成在一起为主要意图的硬盘接口技术。 随着IDE/EIDE得到的日益广泛的应用，全球标准化协议将该接口自诞生以来使用的技术规范归纳成为全球硬盘标准，这样就产生了ATA（Advanced Technology Attachment）。hjjIa5 dB r0 ATA发展至今经过多次修改和升级，每新一代的接口都建立在前一代标准之上，并保持着向后兼容性。到目前为止，一共推出7个版本：ATA-1、ATA-2、ATA-3、ATA-4、ATA-5、ATA-6、ATA-7。中国通信人博客P6rNd0eK7NY 1). ATA-1是建立在ISA96-pin标准连接器上的附属设备，使用40或44pin的连接器和电缆。在44pin方案里 ，额外多出的4个引脚用来向那些没有单独电源接口的设备提供电力支持。它在主板上有一个插口，支持一个主设备和一个从设备，每个设备的最大容量为504MB，支持的PIO-0模式传输速率只3.3MB/s。ATA-1接口的硬盘大小为5英寸，而不是现在主流的3.5英寸。)RduR G7Js$k*iqW8W0 2). ATA-2常被称为EIDE (Enhanced IDE)、Fast ATA 或 Fast ATA-2。它在ATA的基础上增加了2种PIO和2种DMA模式（PIO-3），不仅将硬盘的最高传输率提高到16.6MB/S，还同时引进LBA地址转换方式，突破了固有的504MB的限制，可以支持最高达8.1GB的硬盘。中国通信人博客TQ-_ V.o%_u 3). ATA-3没有引入更高速度的传输模式，在传输速度上并没有任何的提升，最高速度仍旧为16.6MB/s。只在电源管理方案方面进行了修改，引入了了简单的密码保护的安全方案。但引入了一个划时代的技术，那就是S.M.A.R.T（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology，自监测、分析和报告技术）。这项技术会对包括磁头、盘片、电机、电路等硬盘部件进行监测，通过检测电路和主机上的监测软件对被监测对象进行检测，把其运行状况和历史记录同预设的安全值进行分析、比较，当超出了安全值的范围，会自动向用户发出警告，进而对硬盘潜在故障做出有效预测，提高了数据存储的安全性。nUrUl%s w0 4). ATA-4也习惯被称为Ultra DMA 33或ATA33。因为从ATA-4开始正式支持Ultra DMA数据传输模式，首次在ATA接口中采用了Double Data Rate（双倍数据传输）技术，让接口在一个时钟周期内传输数据两次，时钟上升和下降期各有一次数据传输，这样数据传输率一下从16MB/s提升至33MB/s。Ultra DMA 33还引入了一个新技术冗余校验计术（CRC），该技术的设计方针是系统与硬盘在进行传输的过程中，随数据发送循环的冗余校验码，对方在收取的时候也对该校难码进行检验，只有在完全核对正确的情况下才接收并处理得到的数据，这对于高速传输数据的安全性有着极有力的保障。中国通信人博客Vot)IO3SY:中国通信人博客mD-Evho$i$d$J 5). ATA-5也就是“Ultra DMA 66”，也叫ATA66，是建立在Ultra DMA 33硬盘接口的基础上，同样采用了UDMA技术。Ultra DMA 66让主机接收/发送数据速率达到66.6 MB/s，是U-DMA/33的两倍。保留了上代Ultra DMA 33的核心技术冗余校验计术（CRC）。在工作频率提成的同时，电磁干扰问题开始在ATA接口中，为保障数据传输的准确性，防止电磁干扰，Ultra DMA 66接口开始使用40针脚80芯的电缆，40针脚是为了兼容以往的ATA插槽，减小成本的增加。80芯中新增的都是地线，与原有的数据线一一对应，这种设计可以降低相邻信号线之间的电磁干扰。Cuq7?G0 FT)P!w_/j/E0 6). ATA-6也是使用40针80芯的数据传输电缆，并且完全向下兼容，支持ATA-4、ATA-5接口的设备完全可以继续在ATA-6接口中使用。ATA-6的数据传输速率最高可达100MB/s。2B9mQo*W u0 中国通信人博客 f9xet Uq vkk 7). ATA-7是ATA接口的最后一个版本，也叫ATA133。只有迈拓公司推出一系列采用ATA133标准的硬盘，这是第一种在接口速度上超过100MB/s的IDE硬盘。迈拓是目前惟一一家推出这种接口标准硬盘的制造商，而其他IDE硬盘厂商则停止了对IDE接口的开发，转而生产Serial ATA接口标准的硬盘。ATA133接口支持133 MB/s数据传输速度，在ATA接口发展到ATA100的时候，这种并行接口的电缆属性、连接器和信号协议都表现出了很大的技术瓶颈，而在技术上突破这些瓶颈存在相当大的难度。8qH/w2|V0 SATA总线2T+AyQ1u_/y wl0 上面介绍的ATA总线在传输数据时采用的是并行方式，总线位宽为16bits，所以ATA也叫做PATA(Parallel ATA)。随着CPU技术的高速发展，对外部总线带宽的要求也越来越高，想要提高总线的带宽，有两种方法：增加数据线的根数或增加时钟频率。增加数据线的根数，势必会增加系统硬件的复杂度，使系统的可靠性下降，此方法不可行。那么，就提高总线的时钟频率，但是，随着时钟频率的提高，并行总线的串扰和同步问题表现的越来越突出，使总线不能正常工作。所以PATA总线的终极速率最终止步在133MB/s。各厂商不得不放弃PATA，去开发新的技术。mWDj4?+T8|h0 中国通信人博客!O:&7iB:在此背景下产生，Intel、IBM、DELL、ADT、Maxtor和Seagate等几家公司共同推出新的硬盘接口总线SATA。SATA即Serial ATA，串行ATA的意思。它将PATA总线的并行传输方式改为串行传输方式，规避了并行总线在高速下的串扰和同步问题。1(Gw2EBG0|q0 中国通信人博客 Ud6TUDRw SATA只有4根线，分别为：发送数据线，接收数据线，电源线，地线。9Js z6a.uX0 SATA有两个标准，分别为SATA和SATA II。SATA的有效带宽为150MB/s，数据速率为1.5Gbps(传输的数据经过了8B/10B变换，150MB/s*10=1.5Gbps)，SATA II的有效带宽为300MB/s，数据速率为3Gbps。中国通信人博客sM-X:b|&i2nyu K N1/S0 无论是SATA总线还是SATA II总线，其实对硬盘性能的影响都不大。因为目前硬盘性能的瓶颈集中在由硬盘内部机械机构和硬盘存储技术、磁盘转速所决定的硬盘内部数据传输率上面，就算是目前最顶级的15000转SCSI硬盘其内部数据传输率也不过才80MB/s左右，更何况普通的7200转桌面级硬盘了。S)X_ C lF Q u5Q0 中国通信人博客!Ki0Y Qe_ 目前很多厂商都宣称自己的SATA硬盘支持热插拔，但实际上，SATA在硬盘损坏的时候，不能像SCSI/SAS和FC硬盘一样，显示具体损坏的硬盘，这样热插拔功能实际上形同虚设。同时，尽管SATA在诸多性能上远远优越于PATA，甚至在某些单线程任务的测试中，表现出了不输于SCSI的性能，然而它的机械底盘仍然为低端应用设计的，在面对大数据吞吐量或者多线程的传输任务时，相比SCSI硬盘，仍然显得力不从心。除了速度之外，在多线程数据读取时，硬盘磁头频繁地来回摆动，使硬盘过热是SATA需要克服的缺陷。正是因为这些技术上致命的缺陷，导致目前为止，SATA还只能在低端的存储应用中徘徊。中国通信人博客 T? w T s_9eo SCSI/SAS/FC总线请看ATA/SATA/SCSI/SAS/FC总线简介(二)中国通信人博客xh?IWC Jz 中国通信人博客/Q)vd.mQ3G ATA/SATA/SCSI/SAS/FC都是应用于存储领域的总线，在前一篇中已经详细介绍了ATA和SATA总线，由于篇幅限制，未能一次讲完。这里，我们继续学习SCSI/SAS/FC总线。中国通信人博客lYQ?EXbv,k SCSI总线R52R0 SCSI是英文Small Computer System Interfae的缩写，可以直译为小型计算机系统专用接口。它是一种连接主机和外围设备的接口，支持包括硬盘、光驱及扫描仪在内的多种设备。SCSI总线是一种并行总线，其优点是适应面广，性能高；缺点是价格昂贵，安装复杂。中国通信人博客U mfT(_Aq3l:|m e内置型SCSI总线接口有三种：分别为50PIN、68PIN和80PIN。中国通信人博客C8yL8F+VR,w0L 68PIN：DB0-DB15、DB(P1)、P_CRCA为数据和校验信号；ATN、BSY、ACK、RST、MSG、SEL、C/D、REQ、I/O为控制信号；还有电源和地以及DIFFSESN用于探测SCSI总线的传输模式。$z3RoObd7w0 80PIN：与68PIN接口相比，80PIN接口增加了12V、5V、3.3V电源、MATED信号、ID选择信号、LED指示灯、RMT-SMART、DLYD-START、SPINDLE-SYNC等电源、状态和功能信号。,g3r*ht?y,P9e YV0 外置型SCSI总线接口有七种：分别为Apple SCSI 、Centronics 、SCSI-2 、Sun Microsystem 、SCSI-3、Wide SCSI-2 、SCA。中国通信人博客#L!U7f/M1h3p7*yX-b 1). Apple SCSI，共有25针，分为两排，8位，常用于Mac机和旧式Sun工作站；PZUqkm y0 2). Centronics，共有50针，分为两排，8位，有点像并行口，它可以连接的设备数目最多；Mky&u:m0 3). SCSI-2 ，共有50针，分为两排，8位；中国通信人博客x*|T2s7k5_%_ 4). Sun Microsystem的DD-50SA，共有50针，分为三排；w$Sz0F2O&K xc nlT,0 5). SCSI-3和Wide SCSI-2，共有68针，分为两排，16位。旧式DEC单终结SCSI 使用68针高密接口；中国通信人博客ypjdGU$w(W 6). SCA，共有80针，分为两排。中国通信人博客_!Z)bDxhd其中Centronics 、SCSI-2 、Sun Microsystem 、SCSI-3、Wide SCSI-2型连接器的针脚数目相同，但是物理形状不一样。中国通信人博客?Gta U c n SCSI总线有很多规格，分别如下：中国通信人博客Q7pnpd#N;L 1). SCSI-1：最早的SCSI，支持同步和异步SCSI外围设备，支持7台8位的外围设备，使用8位的通道宽度，传输速率为5MB/s；中国通信人博客H$f NTi1V%G 2). SCSI-2：类似SCSI-1，但是可以支持同时连接7个装置，传输速率为 10-20MB/s，目前有CD-R、CD-ROM在使用；ccFtQ/P0 3). Fast SCSI：8位的通道宽度，使用双倍的频率，传输速率为 10MB/s；中国通信人博客J5ZK!X:W#z 4). Wide SCSI：16位的通道宽度，传输速率为20MB/s；0Z owA.F be0 5). ULTRA SCSI：8位的通道宽度，传输速率为20MB/s，其允许接口电缆的最大长度为1.5米；中国通信人博客/RTy4Pv8u 6). Ultra Wide SCSI：16位的通道宽度，传输速率为40MB/s，其允许接口电缆的最大长度为1.5米；中国通信人博客P-|m*?)l1sJt 7). ULTRA 2 SCSI：8位的通道宽度，其采用了LVDS（Low Voltage Differential Signal）传输模式,传输速率为40MB/s，允许接口电缆的最长为12米，大大增加了设备的灵活性，支持同时挂接16个装置(实际只能有15个外设，因为要算上主驱动器自己)；中国通信人博客.Ts%G5ge_ 8). WIDE ULTRA 2 SCSI：它跟Ultra 2 SCSI差不多，也是采用LVD传输模式，允许最长接口电缆为12米，可同时挂接16个装置，不同于Ultra 2 SCSI，它有16位的通道宽度，因此传输速度为80MB/s；P1F K&ZC E|0 9). Ultra 160 SCSI：支持最高数据传输率为160MB/s；中国通信人博客2| i2Y%Y;lx#&r3I6f 10). Ultra 320 SCSI：支持最高数据传输达到了320MB/s，是目前最新的SCSI接口类型。SCSI总线各标准参数列表如下所示：s m B*P8i(xebO0 o4PfSC/s 0 SCSI总线的拓扑结构如下图所示：中国通信人博客G$TeC!s|tSZ i;P7Y*a0 在SCSI总线拓扑的末端需要连接一个终结器，用来抑制信号的反射，减小信号的相互影响，维持线路线路上电压的稳定。4Gz0G5ma0 SCSI总线的通信只能在SCSI控制器和外设之间进行，外设之间是不能直接通信的。窄带SCSI总线上最多可以挂8设备(除掉SCSI控制器自己，实际上只能挂7个外设)，宽带SCSI总线上最多可挂16个设备(除掉SCSI控制器自己，实际上只能挂15个外设)。各个设备之间是通过SCSI ID来区分的，设备的优先权也是通过SCSI ID来区分的，SCSI ID优先级从高到低的排列顺序为：7-6-5-4-3-2-1-0-15-14-13-12-11-10-9-8，ID7的优先级最高，被SCSI总线控制器占用。6+j8D k5p,g0 SAS总线中国通信人博客Xw9hbJ K-RuoMJ SAS是英文Serial Attached SCSI的缩写，即串行连接SCSI的意思。跟SATA总线有点类似，都是采用串行技术以获得更高的传输速度。中国通信人博客%ogEJ(_k SAS的接口技术可以向下兼容SATA。具体来说，二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容。在物理层，SAS接口和SATA接口完全兼容，SATA 硬盘可以直接使用在SAS的环境中，从接口标准上而言，SATA是SAS的一个子标准，因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘，但是SAS却不能直接 使用在SATA的环境中，因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制；中国通信人博客 Lb.y K_%_$S iY SAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器，也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。所以SAS驱动器和 SATA驱动器可以同时存在于一个存储系统之中。中国通信人博客t7Q,E T 在系统中，每一个SAS端口可以最多可以连接16256个外部设备，并且SAS采取直接的点到点的串行传输方式，传输的速率高达3Gbps，估计以后会有 6Gbps乃至12Gbps的高速接口出现。SAS的接口也做了较大的改进，它同时提供了3.5英寸和2.5英寸的接口，因此能够适合不同服务器环境的需求。SAS依靠SAS扩展器来连接更多的设备，目前的扩展器以12端口居多，不过根据板卡厂商产品研发计划显示，未来会有28、36端口的扩展器引入，来 连接