串行接口的优势

　　串行技术更适应半导体技术的发展

　　随着半导体技术的发展，晶体管尺寸越来越小，运行速度越来越快，所需要的电压也越来越低。现有的并行接口的信号电压相对较高，这就限制了处理并行信号的集成电路应用最新半导体技术，从而导致生成成本无法随之降低。现有的串行接口则更加适应新的半导体技术发展的趋势，上面的图表很形象的说明了这一点。

　　简化线缆和布线

　　并行线缆由几十根线缆组成，不但成本相对较高，而且在机箱中会阻碍气流的流通，串行线缆则不仅完全克服了这些缺点，还因为结构简单降低了故障率，从而提升了整个系统的可靠性。当然，点对点的拓朴结构本身就利于隔离故障，从而提升整个串行体系的可靠性和可用性。

　　在背板应用中，并行设备的布线是一项颇具挑战性的任务，它需要考虑电磁兼容及电磁干扰、串扰、信号延迟等多个方面的因素，比如一般会要求所有的布线都有相同的长度，以尽可能的降低信号扭曲，甚至有的背板需要预留通风的位置，这进一步加大了布线的难度——总之限制条件越多，难度就越高。相反，每个串行连接器仅有两对差分信号线，布线的难度大大的降低。

　　多发起者（initiator）和多链路（links）

　　通过多主机和/或多主机适配器访问磁盘驱动器最大优点是系统的可用性大大提高，即便是系统中某个设备出现故障。目前的问题是，即便是在并行体系中实现了多个发起者，依然会存在可能会造成无法访问特定的设备的单点故障（如下图所示）。

　　在串行应用中，更加容易配置多发起者系统。如果所使用的设备支持双端口，那么可以构建无单点故障的高可用性系统（如上图所示）。

　　多路径（Multiple Pathways）

　　在SAS应用中，扩展器设备（expanders，可以将其看做是一个交换设备）被用于将多个设备连接到发起者（initiator）端口。发起者到扩展器连接可以是窄路（1链路宽度）也可以是宽路（多链路宽度，这是一个提升带宽的简单有效的方法）。

　　结合上图，我们可以更加直观的了解SAS系统中多路径是如何运作的。左侧部分是一个具有6端口的主机，被配置为2端口链路和4端口链路（也可以认为它包括一个2路宽度的主机控制器和一个4路宽度的主机控制器），主机的6个端口通过扩展器连接到了两个硬盘驱动器（每个硬盘具有一个端口）和两个子系统上（每个子系统具有两个端口）。在主机和4个SAS设备之间并存6条通讯连接，它们可以同时传输数据而互不干扰。

　　半双工和全双工

　　并行总线采用了双向总线进行读取和写入操作。这意味着当两个设备在总线上进行通讯时，数据只能在单方向上流动，这也就是我们常说的半双工操作。PATA和SCSI总线都具有这样的属性。

　　SAS支持全双工操作，也就是说数据可以同时在两个方向上传输，这将使得链路带宽倍增，实现了链路带宽最大化。

　　公平仲裁（Arbitration Fairness）

　　并行SCSI采用了基于设备ID的优先级体系在总线上实现仲裁。为了防止单个设备持续不断的占用总线资源，SCSI协议禁止某个设备在释放了总线占用权之后立刻再次使用总线。但是，这种体系并不适用于具有多个设备的系统,过多的设备会因争抢资源而导致系统性能下降。

　　SAS体系中，等待时间最长的设备被赋予最高的优先级，这被称为“最久未使用算法(Least Recently Used algorithm，LRU)”。同时结合防死锁算法（prevent deadlock）确保所有的设备可以公平的共享资源，避免拥塞。而且在具有多个设备的复杂系统中也能提供公平的仲裁，确保整个系统的性能。

　　连通性和可扩展性

　　因此并行架构采用了多分支结构（multi-drop）的共享总线，因此总线的长度和连通性都比较有限，进行系统扩展也非常的不方便。串行架构采用了交换设备连接设备和发起者，大大降低了配置大型系统的难度，同时系统也具有较好的扩展性。

　　比如，一个8链路宽度的SAS主机适配器峰值带宽可达4.8GB/sec，每条链路都可以同成百个驱动器连接。下图对比了均配置有两个发起者设备的SCSI U320和SAS体系。

　　如上图所示，每个SAS发起者设备通过2链路宽度的接口连接至扩展器，扩展器之间也采用了2链路宽度的接口连接。工作负载为尽可能快的突发传输64KB的数据。可以看到，SCSI U320体系中总线成为了瓶颈，不同的发起者设备将数据传输给不同的设备时，需要轮流的等待拿到总线的控制权，这就导致了较长的延迟和系统拥塞。SAS体系则在极短的时间内很快的完成了所有的任务，多链路宽度端口、全双工以及良好的仲裁机制都发挥了积极的作用。