【IT168 报道】目前大多数计算机硬盘驱动器都采用并行ATA接口传递数据，但随着人们对传输速度的要求越来越高，并行ATA已不能满足实际需要，于是业界提出了串行ATA方案。

一、串行ATA基本特性

    ATA是目前业界主要的硬盘驱动器(HDD)接口，根据国际数据公司(IDC)2002/03年的预测，ATA接口市场预计2003年约为1.9亿套，所有出厂硬盘驱动器中有90%都采用这种接口。到2006年，IDC预计ATA发货量将增加到3.1亿套以上，并继续占据所有硬盘驱动器90%比例。很明显，在可预见的未来市场将继续需要配备ATA的硬盘驱动器。

    串行ATA的设计使其对主机系统软件层透明，允许现有的操作系统、设备驱动程序和应用软件无需修改就可执行。接口是一个四线点对点结构，每个控制器连接支持一个设备，所以它没有并联ATA那样的主/从配置跳线问题。这种接口可大幅度减少并行ATA的接脚端数量，缆线更小将有助于气流并改善缆线布线。

串行ATA层次结构

    串行ATA功能分为4层，从下到上依次是实体层、链路层、传输层和应用层。传输层和链路层控制全部作业，应用层设计为与并行ATA相同，这样保持了软件的兼容性，实体层则处理与设备之间的高速串行通讯。串行ATA能传输所有ATA和ATAPI协议，并设计为与将来ATA标准前向兼容。此外，它还提供了对ATA加以改进的机会，如改善本地队列等。下面我们对各个层分别进行介绍。

    1．实体层
    串行ATA实体层(PHY)采用低压(250mV)差分讯号，可使速度达到1.5Gbps以上，规划是十年以后达到6Gbps。有两组差分对，一组用于发送，一组用于接收。实体层包含了串行器/解串行器，提供段外(OOB)讯号并处理加电顺序和速度协商。传输数据用10位字符进行串行化处理，接收数据则解串到10位字符，设备的状态将反馈到链路层。

    该接口支持缆线(最长1米)和背板连接。连接器设计成盲对接，具有错列的触点以便于热拔插。它有三种电源电压，分别是12V、5V和3.3V，第一代缆线和连接器设计为支持未来的3.0Gbps速度。连接器位置和接口对5.25、3.5和2.5英寸设备都可以使用，这样在一个机架里可支持多种形式的设备，下图显示了串行ATA接口用在不同尺寸设备上的连接器位置。

    2．链路层
    链路层负责发送和接收帧、控制讯号基元和进行流控制。链路层包含一个原字符编码/译码器、8B/10B编码/译码器、32位CRC运算器、数据密码转换/译码转换器和层控制器。

    3．传输层
    传输层把ATA和ATAPI信息打包或打开到帧信息结构中，传输层也处理FIFO或缓冲存储器以控制数据流。

    4．应用层
    应用层透过一个缓存器接口与传输层相互作用，即相当于传统并行ATA主配接器提供的那种，同时它还定义了一个影子缓存器块使其既能与并行ATA兼容又能与将来预期扩充兼容，所以其软件可与并行ATA设备后向兼容。

二、SAS技术解析

    与其它存储接口技术如光纤管道和串行ATA类似的串行SCSI正在成为主流的串行技术。对许多需要高速数据传输的新兴应用来说，串行技术将解决传统并行技术所面临的性能瓶颈问题。Serial Attached SCSI（SAS）技术将大幅改变企业存储系统内部架构，并在2009或2010年成为主要标准。 由于成本降低和效能的提升，Serial Attached SCSI磁盘将取代SCSI甚至部分光纤磁盘，晋升为未来企业存储系统或服务器磁盘的主流。

    串行连接SCSI (SAS)这种新标准是SCSI接口从16位并行总线方式(Ultra320)向速率为3.0Gbps的差分串行链路的发展。SAS目前的速率是3.0Gbps，在未来几年内，预计还会成长到12Gbps。

    并行总线会受到模拟效应所产生的一些不良影响，例如串扰，地面反弹，铃声／反射和频率偏差。推动并行技术向越来越高的速度发展更加剧了这些模拟故障现象，对必须保证向后兼容过去的并行技术的设计产生了较大的约束。

    为了纾解与高速并行总线相关的大量设计问题，串行连接SCSI (SAS)使用低电平差分信号。低电平差分信号要求每个信号通过两条电线传输。如图所示，第一条线路传送信号本身(正)，而第二条线路传送信号的反向值(负)。

    接收设备会根据两条线路之间的差分电压进行译码，但会忽略两条线路之间的普通直流电压。任何进入串行链路的噪声对两条线路而言都是一样的，都将被看作普通模式电压被过滤。而且，两条线路上任何直流电平的转换都不会影响接收机对信号译码的能力。与高速并行总线相比，差分信号方式对噪声具有较好的屏蔽能力。

    从高速并行总线向高速差分串行链路实现方式的转变对两个设备之间互联所需要的物理线路数量有极大的影响。Ultra320的16位宽总线被两条线路所取代。于是路由得到简化，连接器变小，从而产生了新一代密集式设备，如图三所示之外形小巧的(2.5吋)硬盘驱动器。

    SAS无需同Ultra320一样采用专用于频率的单独信号线。在串行接口中，频率嵌入到数据流当中。接收机电路具有从传输数据中析取频率并连续追踪频率的内建功能。因此，串行链路不会受到在高速并行总线方式中突出的频率偏移问题的影响。

    高速串行接口最重要的优势之一在于点到点的连接拓扑。每一个主机或源点都与目标或目的地直接相连。每条链路独立操作，不会共享频宽。而且，链路的点到点特性保证了链路上只有一个接收机，并且该接收机位于传输线路的终点。

    在此项配置下，有可能实现接近完美的结果，不必要的反射也被清除。如图所示，在SCSI并行总线方式下，可以将两个目标设备连接到并行总线上。该配置降低了随着总线速度提高时，数据路径导致的较大的反射。

    串行互联技术与并行互联相比，能提供更多的性能优势，包括用于完整的频宽操作的点到点互联应用。另一方面，以这种技术实现的组件所需的引脚数量较少，因此可实现较小的体积和更密集的系统。

三、SATA & SAS

    就目前市场而言，硬盘约可分为ATA、SCSI与光纤硬盘，传统企业级存储由于效能及稳定性考虑，以SCSI与光纤硬盘为主要存储平台，ATA硬盘则多用于非关键数据存储或一般桌上型计算机，不过SATA硬盘的兴起正逐渐改变企业存储硬盘型态。

    SATA硬盘虽以取代ATA为主要目的，但由于容量价格比的优势，和足以提供企业存储的效能，SATA硬盘也成为企业存储平台的选择之一，目前低端企业存储采用SATA硬盘的比例也逐渐扩大。

    不过SAS硬盘改变企业存储硬盘平台将更为剧烈。以SAN或NAS等外接网络存储产品而言，2004年业界一般尚认为未来将走向低端存储产品以SATA取代SCSI硬盘，而中端至高端产品将由光纤硬盘主宰。

    但存储系统价格快速下滑等因素却让业界对SAS硬盘态度大幅改变。在产品价格快速下滑的压力下，存储系统厂商势必透过更具成本优势的技术制造存储系统，而SAS硬盘正是符合这种需求的产品。

    此外， SAS硬盘系统和SATA的兼容性，及iSCSI连结标准的兴起，也都会推动SAS硬盘成长。对于存储系统厂商而言，SAS技术还有简化内部连结设计的好处。存储系统厂商目前投注相当多成本以支持包括光纤磁盘阵列、SATA磁盘阵列等各种不同存储设备，SAS连接技术将可透过共享组件降低设计成本，此外，未来SAS连接技术还可向下兼容SATA硬盘，IT人员将可更有弹性的扩充存储系统。

    由于SAS的实体层和SATA兼容，使用者将可选择让系统采用SAS硬盘、SATA硬盘，或者是两者兼用。对于一些需要大容量低成本的应用，IT经理可以选择SATA硬盘；高数据传输率的效能导向应用则可选择SAS硬盘。这所提供的高可用性、高弹性，以及扩充性，让单一机柜可以一跃成为资料中心存储建设的共享基础。

    但存储系统厂商未必全然张开双臂迎接SAS硬盘。由于企业市场一向对新技术较保守，或许SAS技术普及速度不会如SATA迅速，但这也只是时间上的问题，根据各厂商产品规划时程，2005年下半年就将有具备SAS硬盘的存储系统上市，预估，SAS技术将在5-6年转换完成，2009或2010年将有近2/3的外接式存储设备内部采用SAS技术，以搭载备SATA或SAS硬盘。

四、产品推荐

    有鉴于此,网虎公司推出了基于高端SATA接口网络附加存储设备NAS9500-SATA，该系统采用嵌入（Embeded）式技术，更增强系统稳定性，搭载了Intel 的中央处理器，最多可容纳12颗SATA热插拔硬盘，同时具备有两组Gigabit网络接口，透过内建的WEB管理接口让管理者可以远程轻松设定，并提供有大量建立账号的功能，让需要多人使用的环境下也可以方便快速建立账号，也支持PDC/ADS、NIS、LDAP等不同方式的使用者认证。

    近几年来数据成长速度急遽暴增，其中企业数据是成长最快速的项目，以电子邮件为例，估计企业电子邮件使用者平均每天发出与接收76封电子邮件，而1家5万人的企业，每星期将有1,900万封讯息信件，1年将产生近10亿封电子邮件，可见企业内的数据相当可观；有鉴于此，网虎NAS设备特别追求高效能及高容量的数据存储效能，所有NAS设备均具备有热插拔功能的硬盘抽取盒，可容纳12个S-ATA硬盘，存储容量更可突破2TB限制，并提供RAID 0、1、5的磁盘阵列技术提供快捷存取、容易管理和稳定的多重协议跨平台档案存取的网络存储功能。

    操作系统部分，网虎NAS采用Linux嵌入式技术(Embedded System Technology)开发，存放于64M的DOM(Disk On Moudle)上，除不易受病毒及黑客攻击外，当操作系统毁损时也不会影响到数据的保存，透过备用的DOM并可以快速开机恢复使用，大大提高了系统的安全性。系统安装与管理方面，则采用JAVA为基础的网页式管理接口，使系统设定及档案管理更为容易，提供英文、繁体中文、简体中文等多国语言接口，特别符合中小企业需求。

    此外，系统强化备份功能，系统内建有备分软件可以轻松的将重要数据备份到磁带机、远程硬盘，透过内建R-SYNCH软件，并可将两台NAS设定成数据及系统同步，当其中一台系统遭到破坏，可立即启动另一台备援的系统。同时还可以选购中央NAS管理系统，让同时拥有多台NAS的管理者更方便更轻松的管理多台NAS。还提供Snapshot的功能，在数据遭到破坏或误删后可以选取适合时间点自行操作回复数据。