1.1.1 硬盘接口特点与适用

硬盘接口是硬盘与主机系统之间的连接部件，主要用来在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响程序运行快慢和系统性能好坏。硬盘的数据线接口主要分为IDE接口、SATA接口和SCSI接口3种。目前，常见的硬盘接口为SATA接口。

1. IDE硬盘接口

IDE（Integrated Drive Electronics，电子集成驱动器）是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。ATA-1、ATA、Ultra ATA、DMA和Ultra DMA等接口都属于IDE接口硬盘，也称为并行ATA（Parallel ATA，PATA）。

IDE接口硬盘的接口部分包括数据线接口、电源接口和跳线3部分，如图1-1所示。不同接口的作用有所不同，具体作用如下。

● 数据线接口：与主板IDE接口或其他控制适配器的接口连接，是硬盘与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道。

● 电源接口：与主机电源连接，主要用于提供硬盘的工作电压。

● 跳线：主要用于设置硬盘状态。例如，通过跳线设置IDE接口硬盘的主从盘。

连接硬盘与主板IDE接口的数据线有3个接口，如图1-2所示。其中一个接口连接主板IDE接口，另外两个接口可以同时连接两个硬盘。需要注意的是，在连接两个硬盘时，需要通过跳线来设置主从盘，否则，计算机将不能正常工作。因为IDE接口通信数据是并行线路，当连接两个硬盘的时候，如果不设置主从盘，就会出现数据地址重复的问题，造成硬盘无法识别。

由于IDE接口采用并行线路，随着硬盘数据传输率越来越高，信号干扰问题变得日益严重。接口工作频率的提升后，各线路的时钟信号变得不匹配，从而导致数据到达时间不一致，甚至造成数据传输错误。

此外，当数据在数据线中传递的时候，IDE数据线就会因为线缆的长度和电压的变化而形成一个不断变化的电磁场，进而影响其他数据线中的数据传递。这种干扰的影响随着总线频率的提升而逐渐增大。这些缺陷导致IDE接口硬盘逐渐被淘汰。

2. SATA硬盘接口

SATA（Serial ATA）是一种新的接口标准。与并行传输不同，它只有两对数据线，采用点对点传输，以比并行传输更高的速度将数据分组传输。虽然当前SATA接口的传输速率为150 MBps，但是，这个值将会迅速增长，下一代将分别为300 MBps和600 MBps，从而保证了长达10 年的稳定而健康的发展期。另外，SATA采用柔韧的细电缆和热插拔连接器，并提高了数据可靠性和保障性，而且软件上完全兼容，因此，SATA给廉价的网络存储产品带来巨大的市场机会。图1-3所示为SATA接口硬盘。

SATA硬盘具有以下特点：

● 更高的数据传输速率。并行ATA接口的（Ultra ATA-133）数据传输速率为133 MBps，而SATA接口的第一代技术可以实现150 MBps的数据传输速率，SATA接口技术的第三代产品预计将达到600 MBps的传输速率。

● 更简单的连接方式。与并行ATA接口不同，SATA接口只需要7根信号线，尽管电源线的针数为15针，但就整体而言，数据线缆和电源的连接可以以更简单、更灵活的方式实现。这一改进对于实现磁盘阵列内部的模块化、免线缆设计是十分必要的。

● 真正的热插拔。SATA接口技术重新设计了硬盘的供电接口方式，通过地线的长针式设计，使SATA接口的硬盘实现了真正的热插拔。

● 更高的数据传输精度。SATA接口技术增强了利用CRC对数据、命令和状态包的出错检测能力，因此，提高了数据传输的整体精确度。

SATA具有较高的价格优势，并且在性能上也比较接近SCSI硬盘，所以，它主要用于一些使用频率不高，或者并发访问较低的数据的存储，如文件档案、票据扫描图等数据的存储。

3. SCSI硬盘接口

（1）SCSI技术

自1994年诞生以来，SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）总线技术不断得到发展，至今数据传输速度已经高达320 MBps。表1-1描述了不同标准SCSI总线的技术参数。

（2）SCSI硬盘

SCSI硬盘大多采用Ultra160和Ultra320标准，最高转速已达10000 r/m，平均寻道时间仅为6 ms左右，数据传输率为320 MBps。SCSI硬盘的CPU占有率非常低，仅为5%左右，并且每条数据线可以连接15个硬盘，从而使服务器的海量存储成为可能。更关键的是，SCSI支持多任务操作，即允许对一个设备传输数据的同时，另一个设备对其进行数据查找。SCSI线缆长度在点到点的连接中可以为25 m，多负载系统则为12 m。图1-4所示为Seagate Cheetah 15 K SCSI接口硬盘。

目前，SCSI硬盘的接口有两种，即68针和80针。其中，80针支持热拔插：68针不支持直接热拔插。老式SCSI硬盘采用50针。

SCSI借助ID实现对硬盘的识别。ID0是默认的启动盘，其他ID是非启动盘。SCSI通道要默认占用一个ID7。如果线缆（或称通道）上只连接一个硬盘，则不需要进行跳线设置ID。如果一个通道上连接两块以上硬盘就需要分配ID，否则，无法识别硬盘。80针硬盘的跳线在转接头上完成，68针硬盘则直接在硬盘的跳线上完成。

（3）SCSI硬盘适用

借助PCI-X的1066 MBps总线速度，高性能的SCSI输入/输出将使整个PC总线达到更高的速度。Ultra320 SCSI除了将速度提高到320 MBps以外，还减少了过程管理的时间付出，并缩短了SCSI总线上控制权从一个设备释放到另一个设备时的过程管理时间。SCSI硬盘主要适用以下网络服务和应用。

● 高速应用。如桌面印刷、科学研究、视频/音频编辑、数字广播和其他海量数据应用，以及实时交易、数据分析以及其他的数据库应用程序。Ultra320 SCSI为这些海量输入/输出应用提供了所需的速度、能力、扩展性和可靠性。

● 磁盘阵列。一个高性能的RAID阵列可能在一个通道上接入8~15个硬盘。SCSI拥有的双通道控制器能够使阵列接入多达30个硬盘。另外，Ultra320 SCSI在两个通道上的640 MBps的传输速率，将保证有充足的带宽来提供最好的性能。

● SAN。用户可以拥有一个可扩展的结构连接公司内的几个SCSI设备箱。Ultra320 SCSI保持了对现有低压微分（LVD）SCSI技术的兼容性，使用户能够不中断系统混合使用新旧技术。

Ultra320 SCSI为入门级、中档和高档服务器提供所需的扩展能力和性能。它允许在单通道接入15块SCSI设备，或在双通道上接入30块设备。随着企业需求的不断发展，SCSI可以使他们实现所需的额外存储。同时，因为Ultra320 SCSI保持了与现有Ultra160 SCSI、Ultra2 SCSI和Ultra Wide SCSI设备的兼容性，从而可以轻松地扩展原有的基础设施，而无需重新进行昂贵的投资。与此同时，SCSI也在不断向前发展，Ultra640 SCSI的开发已经上路。所有的一切都表明，SCSI已成为不可替代的技术。

4. SAS硬盘接口

SAS（Serial Attached SCSI）作为新一代的SCSI技术，可提升储存系统的效能、可靠性及扩充性，提供与SATA硬盘的兼容性，用于满足性能要求苛刻的服务器数据存储。SAS体积降低了70%和更低的电耗，从而在密集计算和存储环境中体现出更高的价值。

除了借鉴SATA外，SAS也借鉴了FC-AL（光纤接口）的3大特性，即Dual Port（双端口）、Switch（交换）和WWN（硬地址）。与传统SCSI相比，SAS提供了更快的设备连接速度、更简洁的线缆和更高的可靠性。通过引入新的可选设备——扩展器，SAS可以连接更多的设备，其中每个扩展器允许连接64个端口，每个端口可以连接硬盘、主机或其他扩展器。因此，SAS更适宜于海量存储。图1-5所示为SAS接口硬盘。

SAS技术具有以下特点：

● 兼容SATA。SAS与SATA为兼容的传输技术，二者可同时存在一个储存系统之中，同时安装在同一系统的背板（Backplane）上（如图1-6所示）。因此，用户可以使用不同接口的硬盘来满足各类应用程序在容量上或效能上的需求，让储存设备发挥最大的投资效益。

● 连接简单。SAS可以用细长的缆线（如图1-7所示）来取代宽的“排线”，避免造成计算机内空间的拥挤与通风不良。SAS与SATA使用同样的缆线，但是SAS可以连到8 m长，SATA则只有1 m长。

● 传输速率高。SAS平均传输速率为3GBps，峰值达到5GBps。未来的第二代、第三代SAS控制器将可以达到6GBps到12GBps的高带宽。

SAS技术与SATA技术一样，都代表了数据传输方式从并口向串口转换的趋势，因此，有理由相信，在未来不长的一段时间内，SAS即将取代经典的SCSI，成为服务器硬盘的标准接口。

5. FC硬盘接口

光纤通道（Fibre Channel）硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性而开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。它最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，而是专门为网络系统设计的。随着存储系统对速度的需求，光纤通道逐渐应用到硬盘系统中。

光纤通道具有热插拔性、高速带宽、远程连接和连接设备数量大等优点。光纤通道能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。