硬盤，英文“hard-disk”簡稱HD 。是一種儲(chǔ)存量巨大的設(shè)備，作用是儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)需要的數(shù)據(jù)。
體現(xiàn)硬盤好壞的主要參數(shù)為傳輸率，其次的為轉(zhuǎn)速、單片容量、尋道時(shí)間、緩存、噪音和S.M.A.R.T.
1956年IBM公司制造出世界上第一塊硬盤350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），它的數(shù)據(jù)為：容量5MB、盤片直徑為24英寸、盤片數(shù)為50片、重量上百公斤。盤片上有一層磁性物質(zhì)，被軸帶著旋轉(zhuǎn)，有磁頭移動(dòng)著存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)存取。
1970年磁盤誕生
1973年IBM公司制造出了一臺(tái)640MB的硬盤、第一次采用“溫徹斯特”技術(shù)，是現(xiàn)在硬盤的開端，因?yàn)榇蓬^懸浮在盤片上方，所以鍍磁的盤片在密封的硬盤里可以飛速的旋轉(zhuǎn)，但有好幾十公斤重。
1975年Soft-adjacent layer（軟接近層）專利的MR磁頭結(jié)構(gòu)產(chǎn)生
1979年IBM發(fā)明了薄膜磁頭，這意味著硬盤可以變的很小，速度可以更快，同體積下硬盤可以更大。
1979年IBM 3370誕生，它是第一款采用thin-film感應(yīng)磁頭及Run-Length-Limited(RLL)編碼配置的硬盤，"2-7"RLL編碼將能減小硬盤錯(cuò)誤
1986年IBM 9332誕生，它是第一款使用更高效的1-7 run-length-limited(RLL)代碼的硬盤。
1989年第一代MR磁頭出現(xiàn)
1991年IBM磁阻MR（Magneto Resistive)磁頭硬盤出現(xiàn)。帶動(dòng)了一個(gè)G的硬盤也出現(xiàn)。磁阻磁頭對(duì)信號(hào)變化相當(dāng)敏感，所以盤片的存儲(chǔ)密度可以得到幾十倍的提高。意味著硬盤的容量可以作的更大。意味著硬盤進(jìn)入了G級(jí)時(shí)代。
1993年GMR(巨磁阻磁頭技術(shù))推出，這使硬盤的存儲(chǔ)密度又上了一個(gè)臺(tái)階。
認(rèn)識(shí)硬盤
硬盤是電腦中的重要部件，大家所安裝的操作系統(tǒng)（如：Windows 9x、Windows 2k…）及所有的應(yīng)用軟件（如：Dreamwaver、Flash、Photoshop…）等都是位于硬盤中，或許你沒感覺到吧！但硬盤確實(shí)非常重要，至少目前它還是我們存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的主要場所，那你對(duì)硬盤究竟了解多少了？可能你對(duì)她一竅不通，不過沒關(guān)系，請(qǐng)見下文。
一、硬盤的歷史與發(fā)展
從第一塊硬盤RAMAC的產(chǎn)生到現(xiàn)在單碟容量高達(dá)15GB多的硬盤，硬盤也經(jīng)歷了幾代的發(fā)展，下面就介紹一下其歷史及發(fā)展。
1.1956年9月，IBM的一個(gè)工程小組向世界展示了第一臺(tái)磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），其磁頭可以直接移動(dòng)到盤片上的任何一塊存儲(chǔ)區(qū)域，從而成功地實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)存儲(chǔ)，這套系統(tǒng)的總?cè)萘恐挥?/span>5MB，共使用了50個(gè)直徑為24英寸的磁盤，這些盤片表面涂有一層磁性物質(zhì)，它們被疊起來固定在一起，繞著同一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。此款RAMAC在那時(shí)主要用于飛機(jī)預(yù)約、自動(dòng)銀行、醫(yī)學(xué)診斷及太空領(lǐng)域內(nèi)。
2.1968年IBM公司首次提出“溫徹斯特/Winchester”技術(shù)，探討對(duì)硬盤技術(shù)做重大改造的可能性。“溫徹斯特”技術(shù)的精隋是：“密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動(dòng)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片上方，而不與盤片直接接觸”，這也是現(xiàn)代絕大多數(shù)硬盤的原型。
3.1973年IBM公司制造出第一臺(tái)采用“溫徹期特”技術(shù)的硬盤，從此硬盤技術(shù)的發(fā)展有了正確的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
4.1979年，IBM再次發(fā)明了薄膜磁頭，為進(jìn)一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度提供了可能。
5.80年代末期IBM對(duì)硬盤發(fā)展的又一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)，即發(fā)明了MR（Magneto Resistive)磁阻，這種磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)信號(hào)變化相當(dāng)敏感，使得盤片的存儲(chǔ)密度能夠比以往20MB每英寸提高了數(shù)十倍。
6.1991年IBM生產(chǎn)的3.5英寸的硬盤使用了MR磁頭，使硬盤的容量首次達(dá)到了1GB，從此硬盤容量開始進(jìn)入了GB數(shù)量級(jí)。
7.1999年9月7日，Maxtor宣布了首塊單碟容量高達(dá)10.2GB的ATA硬盤，從而把硬盤的容量引入了一個(gè)新里程碑。
8.2000年2月23日，希捷發(fā)布了轉(zhuǎn)速高達(dá)15，000RPM的Cheetah X15系列硬盤，其平均尋道時(shí)間只有3.9ms，這可算是目前世界上最快的硬盤了，同時(shí)它也是到目前為止轉(zhuǎn)速最高的硬盤；其性能相當(dāng)于閱讀一整部Shakespeare只花.15秒。此系列產(chǎn)品的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)48MB/s，數(shù)據(jù)緩存為4~16MB，支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纖通道) ，這將硬盤外部數(shù)據(jù)傳輸率提高到了160MB~200MB/s?？偟脕碚f，希捷的此款（"捷豹"）Cheetah X15系列將硬盤的性能提高到了一個(gè)新的里程碑。


9.2000年3月16日，硬盤領(lǐng)域又有新突破，第一款“玻璃硬盤”問世，這就是IBM推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV，此兩款硬盤均使用玻璃取代傳統(tǒng)的鋁作為盤片材料，這能為硬盤帶來更大的平滑性及更高的堅(jiān)固性。另外玻璃材料在高轉(zhuǎn)速時(shí)具有更高的穩(wěn)定性。此外Deskstar 75GXP系列產(chǎn)品的最高容量達(dá)75GB，這是目前最大容量的硬盤，而Deskstar 40GV的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度則高達(dá)14.3 十億數(shù)據(jù)位/每平方英寸，這再次涮新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度世界記錄。
二、硬盤分類
目前的硬盤產(chǎn)品內(nèi)部盤片有：5.25，3.5，2.5和1.8英寸（后兩種常用于筆記本及部分袖珍精密儀器中，現(xiàn)在臺(tái)式機(jī)中常用3.5英寸的盤片）；如果按硬盤與電腦之間的數(shù)據(jù)接口，可分為兩大類：IDE接口及SCSI接口硬盤兩大陣營。
三、技術(shù)規(guī)格
目前臺(tái)式機(jī)中硬盤的外形差不了多少，在技術(shù)規(guī)格上有幾項(xiàng)重要的指標(biāo)：
1.平均尋道時(shí)間（average seek time），指硬盤磁頭移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在磁道時(shí)所用的時(shí)間，單位為毫秒（ms）。注意它與平均訪問時(shí)間的差別，平均尋道時(shí)間當(dāng)然是越小越好，現(xiàn)在選購硬盤時(shí)應(yīng)該選擇平均尋道時(shí)間低于9ms的產(chǎn)品。
2.平均潛伏期（average latency），指當(dāng)磁頭移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在的磁道后，然后等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)（半圈或多些、少些）到磁頭下的時(shí)間，單位為毫秒（ms）。
3.道至道時(shí)間（single track seek），指磁頭從一磁道轉(zhuǎn)移至另一磁道的時(shí)間，單位為毫秒（ms）。
4.全程訪問時(shí)間（max full seek），指磁頭開始移動(dòng)直到最后找到所需要的數(shù)據(jù)塊所用的全部時(shí)間，單位為毫秒（ms）。
5.平均訪問時(shí)間（average access），指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時(shí)間，單位為毫秒。通常是平均尋道時(shí)間和平均潛伏時(shí)間之和。注意：現(xiàn)在不少硬盤廣告之中所說的平均訪問時(shí)間大部分都是用平均尋道時(shí)間所代替的。
6.最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率（internal data transfer rate），也叫持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率（sustained transfer rate），單位Mb/S（注意與MB/S之間的差別）。它指磁頭至硬盤緩存間的最大數(shù)據(jù)傳輸率，一般取決于硬盤的盤片轉(zhuǎn)速和盤片數(shù)據(jù)線密度（指同一磁道上的數(shù)據(jù)間隔度）。注意，在這項(xiàng)指標(biāo)中常常使用Mb/S或Mbps為單位，這是兆位/秒的意思，如果需要轉(zhuǎn)換成MB/S（兆字節(jié)/秒），就必須將Mbps數(shù)據(jù)除以8（一字節(jié)8位數(shù)）。例如，WD36400硬盤給出的最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率為131Mbps,但如果按MB/S計(jì)算就只有16.37MB/s（131/8）。
7.外部數(shù)據(jù)傳輸率：通稱突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率（burst data transfer rate），指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速率，在廣告或硬盤特性表中常以數(shù)據(jù)接口速率代替，單位為MB/S。目前主流硬盤普通采用的是Ultra ATA/66，它的最大外部數(shù)據(jù)率即為66.7MB/s，而在SCSI硬盤中，采用最新的Ultra 160/m SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)160MB/s，采用Fibra Channel（光纖通道），最大外部數(shù)據(jù)傳輸將可達(dá)200MB/s。在廣告中我們有時(shí)能看到說雙Ultra 160/m SCSI的接口，這理論上將最大外部數(shù)據(jù)傳輸率提高到了320MB/s，但目前好像還沒有結(jié)合有此接口的產(chǎn)品推出。
8.主軸轉(zhuǎn)速：是指硬盤內(nèi)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，目前ATA（IDE）硬盤的主軸轉(zhuǎn)速一般為5400~7200rpm，主流硬盤的轉(zhuǎn)速為7200RPM，至于SCSI硬盤的主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)一般為7200~10，000RPM，而最高轉(zhuǎn)速的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速高達(dá)15，000RPM（即希捷“捷豹X15”系列硬盤）。
9.數(shù)據(jù)緩存：指在硬盤內(nèi)部的高速存儲(chǔ)器：目前硬盤的高速緩存一般為512KB~2MB，目前主流ATA硬盤的數(shù)據(jù)緩存應(yīng)該為2MB，而在SCSI硬盤中最高的數(shù)據(jù)緩存現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了16MB。對(duì)于大數(shù)據(jù)緩存的硬盤在存取零散文件時(shí)具有很大的優(yōu)勢。
10.硬盤表面溫度：它是指硬盤工作時(shí)產(chǎn)生的溫度使硬盤密封殼溫度上升情況。這項(xiàng)指標(biāo)廠家并不提供，一般只能在各種媒體的測試數(shù)據(jù)中看到。硬盤工作時(shí)產(chǎn)生的溫度過高將影響薄膜式磁頭(包括GMR磁頭)的數(shù)據(jù)讀取靈敏度，因此硬盤工作表面溫度較低的硬盤有更好的數(shù)據(jù)讀、寫穩(wěn)定性。如果對(duì)于高轉(zhuǎn)速的SCSI硬盤一般來說應(yīng)該加一個(gè)硬盤冷卻裝置，這樣硬盤的工作穩(wěn)定性才能得到保障。
11.MTBF（連續(xù)無故障時(shí)間）：它指硬盤從開始運(yùn)行到出現(xiàn)故障的最長時(shí)間，單位是小時(shí)。一般硬盤的MTBF至少在30000或40000小時(shí)。這項(xiàng)指標(biāo)在一般的產(chǎn)品廣告或常見的技術(shù)特性表中并不提供，需要時(shí)可專門上網(wǎng)到具體生產(chǎn)該款硬盤的公司網(wǎng)址中查詢。
四、接口標(biāo)準(zhǔn)
ATA接口，這是目前臺(tái)式機(jī)硬盤中普通采用的接口類型。
ST-506/412接口：
這是希捷開發(fā)的一種硬盤接口，首先使用這種接口的硬盤為希捷的ST－506及ST－412。ST－506接口使用起來相當(dāng)簡便，它不需要任何特殊的電纜及接頭，但是它支持的傳輸速度很低，因此到了1987年左右這種接口就基本上被淘汰了，采用該接口的老硬盤容量多數(shù)都低于200MB。早期IBM PC/XT和PC/AT機(jī)器使用的硬盤就是ST－506/412硬盤或稱MFM硬盤，MFM（Modified Frequency Modulation）是指一種編碼方案 。
ESDI接口：
即（Enhanced Small Drive Interface）接口，它是邁拓公司于1983年開發(fā)的。其特點(diǎn)是將編解碼器放在硬盤本身之中，而不是在控制卡上，理論傳輸速度是前面所述的ST-506的2…4倍，一般可達(dá)到10Mbps。但其成本較高，與后來產(chǎn)生的IDE接口相比無優(yōu)勢可言，因此在九十年代后就補(bǔ)淘汰了
IDE及EIDE接口：
IDE（Integrated Drive Electronics）的本意實(shí)際上是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅(qū)動(dòng)器，我們常說的IDE接口，也叫ATA（Advanced Technology Attachment）接口，現(xiàn)在PC機(jī)使用的硬盤大多數(shù)都是IDE兼容的，只需用一根電纜將它們與主板或接口卡連起來就可以了。 把盤體與控制器集成在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫搅嗽鰪?qiáng)，硬盤制造起來變得更容易，因?yàn)閺S商不需要再擔(dān)心自己的硬盤是否與其它廠商生產(chǎn)的控制器兼容，對(duì)用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。
ATA-1(IDE)：
ATA是最早的IDE標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱，IDE實(shí)際上是指連在硬盤接口的硬盤本身。ATA在主板上有一個(gè)插口，支持一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備，每個(gè)設(shè)備的最大容量為504MB，ATA最早支持的PIO-0模式（Programmed I/O-0）只有3.3MB/s，而ATA-1一共規(guī)定了3種PIO模式和4種DMA模式（沒有得到實(shí)際應(yīng)用），要升級(jí)為ATA-2，你需要安裝一個(gè)EIDE適配卡。
ATA-2（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）：
這是對(duì)ATA-1的擴(kuò)展，它增加了2種PIO和2種DMA模式，把最高傳輸率提高到了16.7MB/s，同時(shí)引進(jìn)了LBA地址轉(zhuǎn)換方式，突破了老BIOS固有504MB的限制，支持最高可達(dá)8.1GB的硬盤。如你的電腦支持ATA-2，則可以在CMOS設(shè)置中找到（LBA，LogicalBlock Address）或（CHS，Cylinder,Head,Sector）的設(shè)置。其兩個(gè)插口分別可以連接一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)置，從而可以支持四個(gè)設(shè)備，兩個(gè)插口也分為主插口和從插口。通常可將最快的硬盤和CD—ROM放置在主插口上，而將次要一些的設(shè)備放在從插口上，這種放置方式對(duì)于486及早期的Pentium電腦是必要的，這樣可以使主插口連在快速的PCI總線上，而從插口連在較慢的ISA總線上。
ATA-3(FastATA-2)：
這個(gè)版本支持PIO-4，沒有增加更高速度的工作模式（即仍為16.7MB/s)，但引入了簡單的密碼保護(hù)的安全方案，對(duì)電源管理方案進(jìn)行了修改，引入了S.M.A.R.T(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology，自監(jiān)測、分析和報(bào)告技術(shù))
ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66)：
這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)將PIO-4下的最大數(shù)據(jù)傳輸率提高了一倍，達(dá)到33MB/s，或更高的66MB/s。它還在總線占用上引入了新的技術(shù)，使用PC的DMA通道減少了CPU的處理負(fù)荷。要使用Ultra-ATA，需要一個(gè)空閑的PCI擴(kuò)展槽，如果將UltraATA硬盤卡插在ISA擴(kuò)展槽上，則該設(shè)備不可能達(dá)到其最大傳輸率，因?yàn)?/span>ISA總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率只有8MB/s 。其中的Ultra ATA/66（即Ultra DMA/66）是目前主流桌面硬盤采用的接口類型，其支持最大外部數(shù)據(jù)傳輸率為66.7MB/s。
Serial ATA：
新的Serial ATA（即串行ATA），是英特爾公司在今年IDF（Intel Developer Forum，英特爾開發(fā)者論壇） 發(fā)布的將于下一代外設(shè)產(chǎn)品中采用的接口類型，就如其名所示，它以連續(xù)串行的方式傳送資料，在同一時(shí)間點(diǎn)內(nèi)只會(huì)有1位數(shù)據(jù)傳輸，此做法能減小接口的針腳數(shù)目，用四個(gè)針就完成了所有的工作（第1針發(fā)出、2針接收、3針供電、4針地線）。這樣做法能降低電力消耗，減小發(fā)熱量。最新的硬盤接口類型ATA-100就是Serial ATA是初始規(guī)格，它支持的最大外部數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)100MB/s，上面介紹的那兩款IBM Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV就是第一次采用此ATA-100接口類型的產(chǎn)品。在2001年第二季度將推出Serial ATA 1x標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，它能提高150MB/s的數(shù)據(jù)傳輸率。對(duì)于Serial ATA接口，一臺(tái)電腦同時(shí)掛接兩個(gè)硬盤就沒有主、從盤之分了，各設(shè)備對(duì)電腦主機(jī)來說，都是Master，這樣我們可省了不少跳線功夫。
SCSI接口：
SCSI就是指Small Computer System Interface(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)，它最早研制于1979，原是為小型機(jī)的研制出的一種接口技術(shù)，但隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在它被完全移植到了普通PC上?，F(xiàn)在的SCSI可以劃分為SCSI-1和SCSI-2(SCSI Wide與SCSI Wind Fast)，最新的為SCSI-3，不過SCSI-2是目前最流行的SCSI版本。 SCSI廣泛應(yīng)用于如：硬盤、光驅(qū)、ZIP、MO、掃描儀、磁帶機(jī)、JAZ、打印機(jī)、光盤刻錄機(jī)等設(shè)備上。它的優(yōu)點(diǎn)非常多主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：
1、適應(yīng)面廣； 使用SCSI，你所接的設(shè)備就可以超過15個(gè)，而所有這些設(shè)備只占用一個(gè)IRQ，這就可以避免IDE最大外掛15個(gè)外設(shè)的限制。
2、多任務(wù)；不像IDE，SCSI允許對(duì)一個(gè)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，另一個(gè)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)查找。這將在多任務(wù)操作系統(tǒng)如Linux、Windows NT中獲得更高的性能。
3、寬帶寬；在理論上，最快的SCSI總線有160MB/s的帶寬，即Ultra 160/s SCSI；這意味著你的硬盤傳輸率最高將達(dá)160MB/s(當(dāng)然這是理論上的，實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)低一點(diǎn))。
4、少CPU占用率
從最早的SCSI到現(xiàn)在Ultra 160/m SCSI，SCSI接口具有如下幾個(gè)發(fā)展階段
1、SCSI-1 —最早SCSI是于1979年由美國的Shugart公司（Seagate希捷公司的前身）制訂的，并于1986年獲得了ANSI（美國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）承認(rèn)的SASI(Shugart Associates System Interface施加特聯(lián)合系統(tǒng)接口) ，這就是我們現(xiàn)在所指的SCSI -1，它的特點(diǎn)是，支持同步和異步SCSI外圍設(shè)備；支持7臺(tái)8位的外圍設(shè)備最大數(shù)據(jù)傳輸速度為5MB/S；支持WORM外圍設(shè)備。
2、SCSI-2 —90年代初（具體是1992年），SCSI發(fā)展到了SCSI-2，當(dāng)時(shí)的SCSI-2 產(chǎn)品（通稱為Fast SCSI）是能過提高同步傳輸時(shí)的頻率使數(shù)據(jù)傳輸率提高為10MB/S,原本為8位的并行數(shù)據(jù)傳輸稱為：Narrow SCSI；后來出現(xiàn)了16位的并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/span>WideSCSI,將其數(shù)據(jù)傳輸率提高到了20MB/S 。
3、SCSI-3 —1995年推出了SCSI-3，其俗稱Ultra SCSI，全稱為SCSI-3 Fast-20 Parallel Interface（數(shù)據(jù)傳輸率為20M/S）它采用了同步傳輸時(shí)鐘頻率提高到20MHZ以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，因此使用了16位傳輸?shù)?/span>Wide模式時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸即可達(dá)到40MB/s。其允許接口電纜的最大長度為1.5米。
4、1997年推出了Ultra 2 SCSI(Fast-40)，其采用了LVD（Low Voltage Differential，低電平微分）傳輸模式，16位的Ultra2SCSI(LVD)接口的最高傳輸速率可達(dá)80MB/S,允許接口電纜的最長為12米，大大增加了設(shè)備的靈活性。
5、1998年9月更高的數(shù)據(jù)傳輸率的Ultra160/m SCSI(Wide下的Fast-80)規(guī)格正式公布，其最高數(shù)據(jù)傳輸率為160MB/s，這將給電腦系統(tǒng)帶來更高的系統(tǒng)性能。

現(xiàn)有最流行的串行硬盤技術(shù)
隨著INTEL的915平臺(tái)的發(fā)布，最新的ICH6-M也進(jìn)入了我們的視野。而ICH6除了在一些電源管理特性方面有所增強(qiáng)外，也正式引入了SATA（串行ATA，以下簡稱SATA）和PCI-E概念。對(duì)于筆記本來說，從它誕生的那天起就一直使用著PATA（并行ATA，以下簡稱PATA）來連接硬盤，SATA的出現(xiàn)無疑是一項(xiàng)硬盤接口的革命。而如今隨著INTEL的積極推動(dòng)，筆記本也開始邁入SATA的陣營。

關(guān)于SATA的優(yōu)勢，筆者相信諸位也都有了解。確實(shí)，比起PATA，SATA有著很多不可比擬的優(yōu)勢，而筆者將在本文中透過技術(shù)細(xì)節(jié)來多其進(jìn)行分析。相信您讀完本文后會(huì)對(duì)SATA有著更深入的了解。另外由于本文主要針對(duì)筆記本和臺(tái)式機(jī)，所以諸如RAID等技術(shù)不在本文討論范圍之內(nèi)。

串行通信和并行通信

再進(jìn)行詳細(xì)的介紹之前，我們先了解一下串行通信和并行通信的特點(diǎn)。

一般來說，串行通信一般由二根信號(hào)線和一根地線就可完成互相的信息的傳送。如下圖，我們看到設(shè)備A和設(shè)備B之間的信號(hào)交換僅用了兩根信號(hào)線和一根地線就完成了。這樣，在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，二個(gè)bit的數(shù)據(jù)就會(huì)被傳輸（每個(gè)方向一個(gè)bit，全雙工），如果能時(shí)鐘頻率足夠高，那么數(shù)據(jù)的傳輸速度就會(huì)足夠快。
如果為了節(jié)省成本，我們也可以只用一根信號(hào)線和一根地線連接。這樣在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)只有一個(gè)bit被傳輸（半雙工），我們也同樣可以提高時(shí)鐘頻率來提升其速度。

而并行通信在本質(zhì)上是和串行通信一樣的。唯一的區(qū)別是并行通信依靠多條數(shù)據(jù)線在一個(gè)時(shí)鐘周期里傳送更多的bit。下圖中，數(shù)據(jù)線已經(jīng)不是一條或者是兩條，而是多條。我們很容易知道，如果有8根數(shù)據(jù)線的話，在同一時(shí)鐘周期內(nèi)傳送的的數(shù)據(jù)量是8bit。如果我們的數(shù)據(jù)線足夠多的話，比如PCI總線，那一個(gè)周期內(nèi)就可以傳送32bit的數(shù)據(jù)。

在這里，筆者想提醒各位讀者，對(duì)于一款產(chǎn)品來說，用最低的成本來滿足帶寬的需要，那就是成功的設(shè)計(jì)，而不會(huì)在意你是串行通信還是并行通信，也不會(huì)管你的傳輸技術(shù)是先進(jìn)還是落后。

PATA接口的速度

我們知道，ATA-33的速度為33MB/S，ATA-100的速度是100MB/S。那這個(gè)速度是如何計(jì)算出來的呢？

首先，我們需要知道總線上的時(shí)鐘頻率，比如ATA-100是25MHz，PATA的并行數(shù)據(jù)線有16根，一次能傳送16bit的數(shù)據(jù)。而ATA-66以上的規(guī)范為了降低總線本身的頻率，PATA被設(shè)計(jì)成在時(shí)鐘的上下沿都能傳輸數(shù)據(jù)（類似DDR的原理），使得在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)能傳送32bit。

這樣，我們很容易得出ATA-100的速度為：25M*16bit*2=800Mbps=100MByte/s。

PATA的局限性

在相同頻率下，并行總線優(yōu)于串行總線。隨著當(dāng)前硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率越來越高，傳統(tǒng)的并行ATA接口日益逐漸暴露出一些設(shè)計(jì)上的缺陷，其中最致命的莫過于并行線路的信號(hào)干擾問題。

那各信號(hào)線之間是如何干擾的呢？

1，首先是信號(hào)的反射現(xiàn)象。從南橋發(fā)出的PATA信號(hào)，通過扁長的信號(hào)線到達(dá)硬盤（在筆記本上對(duì)應(yīng)的也有從南橋引出PATA接口，一直布線到硬盤的接口）。學(xué)過微波通信的讀者肯定知道，信號(hào)在到達(dá)PATA硬盤后不可避免的會(huì)發(fā)生反彈，而反彈的信號(hào)必將疊加到當(dāng)前正在被傳輸?shù)男盘?hào)上，導(dǎo)致傳輸中數(shù)據(jù)的完整性被破壞，引起接受端誤判。

所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，都必須要設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路來保證信號(hào)的完整性。

我們看到，從南橋發(fā)出的PATA信號(hào)一般都需要經(jīng)過一個(gè)排阻才發(fā)送到PATA的設(shè)備。我們必須加上至少30個(gè)電阻（除了16根數(shù)據(jù)線，還有一些控制信號(hào)）才能有效的防止信號(hào)的反彈。而在硬盤內(nèi)部，硬盤廠商會(huì)在里面接上終端電阻以防止引號(hào)反彈。這不僅對(duì)成本有所上升，也對(duì)PCB的布局也造成了困擾。

當(dāng)然，信號(hào)反彈在任何高速電路里都會(huì)發(fā)生，在SATA里我們也會(huì)看到終端電阻，但因?yàn)?/span>SATA的數(shù)據(jù)線比PATA少很多，并且采用了差分信號(hào)傳輸，所以這個(gè)問題并不突出。

2，其次是信號(hào)的偏移問題
理論上，并行總線的數(shù)據(jù)線的長度應(yīng)該是一致的。而在實(shí)際上，這點(diǎn)很難得到保證。信號(hào)線長度的不一致性會(huì)導(dǎo)致某個(gè)信號(hào)過快/過慢到達(dá)接受端，導(dǎo)致邏輯誤判。不僅如此，導(dǎo)致信號(hào)延遲的原因還有很多，比如線路板上的分布電容、信號(hào)線在高頻時(shí)產(chǎn)生的感抗等都會(huì)引起信號(hào)的延遲。

如圖，在左側(cè)南橋端我們發(fā)送的數(shù)據(jù)為[1，1，1，0]，在發(fā)送到硬盤的過程中，第四個(gè)信號(hào)由于某種原因出現(xiàn)延遲，在判斷時(shí)刻還沒到達(dá)接受端。這樣，接受端判斷接受到的信號(hào)為[1，1，1，1]，出現(xiàn)錯(cuò)誤。由此也可看出，并行數(shù)據(jù)線越多，出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率也越大。

下圖是SONY Z1的硬盤轉(zhuǎn)接線，我們看到，設(shè)計(jì)師做了不少蛇行走線以滿足PATA數(shù)據(jù)線的長度一致性要求。

我們可以很容易想像，信號(hào)的時(shí)鐘越快，被判斷信號(hào)判斷的時(shí)間就越短，出現(xiàn)誤判的可能性就越大。在較慢的總線上（上），允許數(shù)據(jù)信號(hào)和判斷信號(hào)的時(shí)間誤差為a，而在高速的總線上（下），允許誤差為b。速度越快，允許的誤差越小。這也是PATA的總線頻率提升的局限性，而總線頻率直接影響著硬盤傳輸速度。。。

3，還有是信號(hào)線間的干擾（串音干擾）

這種干擾幾乎存在與任何電路。和信號(hào)偏移一樣，串音干擾也是并行通信的通病。由于并行通信需要多條信號(hào)線并行走線（以滿足長度、分布電容等參數(shù)的一致性），而串音干擾就是在這時(shí)候?qū)е碌摹Ｓ捎谛盘?hào)線在傳輸數(shù)據(jù)的過程中不停的以0，1間變換，導(dǎo)致其周邊的磁場變化甚快。通過法拉第定律我們知道，磁場變化越快，切割磁力線的導(dǎo)線上的電壓越大。這個(gè)電壓將導(dǎo)致信號(hào)的變形，信號(hào)頻率越高，干擾愈加嚴(yán)重，直至完全無法工作。串音干擾可以說這是對(duì)并行的PATA線路影響最大的不利因素，并且大大限制了線路的長度。

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