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SATA

计算机总线接口

串行ATA（英语：Serial ATA，全称：Serial Advanced Technology Attachment，又称SATA）是一种电脑总线，负责主板和大容量存储装置（如硬盘及光碟机）之间的数据传输，主要用于个人电脑。串行ATA与串列SCSI（SAS: Serial Attached SCSI）的两者排线兼容，SATA硬盘可接上SAS接口。

SATA
英文全名Serial Advanced Technology Attachment
中文全名串行ATA
发明日期2003年1月7日
发明者国际串列式ATA组织
最多连接1
带宽半双工
1.5Gb/s, 3Gb/s, 6Gb/s, 16 Gb/s
类别串行
热插拔支持，需要其他系统组件配合
外置接口支持，eSATA
主板上的SATA 1.5Gb/s插口

2000年11月由国际串列式ATA组织所制定，取代旧式PATA（Parallel ATA或旧称IDE）接口的旧式硬盘，因采用串行方式传输数据而得名。在数据传输上这一方面，SATA的速度比以往更加快捷，并支持热插拔，使电脑运作时可以插上或拔除硬件。另一方面，SATA总线使用嵌入式时脉信号，具备比以往更强的纠错能力，能对传输指令（不仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，提高数据传输的可靠性。不过，SATA和以往最明显的分别，是使用较细的排线，有利机箱内部的空气流通，某程度上增加整个平台的稳定性。

现时，SATA分别有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gb/s和SATA 6Gb/s三种规格。2013年推出更快速的SATA Express规格。

特色

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带宽速度换算

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在一些新的技术标准中，为了防止数据在高速传输中出错而加入校验码，比如PCI-E 2.0、USB 3.0和SATA 3.0中采用的是8/10编码，每10位编码中只有8位是真实数据，这时单位换算就不再是1:8而是1:10，USB 3.0的5Gbps速度实际上是理论500MB/s而非理论625MB/s，SATA 6Gbps的理论速度则是600MB/s而非750MB/s。

所谓3Gb/s的算法，3000MHz的频率x每次发送一个数据x 80%(8b/10b的编码) / 8 bits per byte = 300MBytes/s，同理1.5Gb/s也是这样可算成150MB/s，也就是一般我们在买硬盘时，有时候会看到SATA 150MB/s / 300MB/s，有时候又会看到SATA 1.5Gb/s / 3Gb/s的缘故。

以USB 3.0而言，它拥有5Gbps的带宽，每次发送一个数据x 80%(8b/10b的编码) / 8 bits per byte = 500MBytes/s，所以USB 3.0的带宽比SATA 3.0的600MB/s还来的小。

版本 带宽 理论速度 编码
SATA Express 16Gb/s 1969MB/s 128b/130b
SATA 3.0 6Gb/s 600MB/s 8b/10b
SATA 2.0 3Gb/s 300MB/s 8b/10b
SATA 1.0 1.5Gb/s 150MB/s 8b/10b

排线和电源线

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Pin # 功能
1 Ground
2 A+（发送）
3 A−（发送）
4 Ground
5 B−（接收）
6 B+（接收）
7 Ground
 
SATA排线

传统的Parallel ATA使用单模信号放大系统“single-end-signal-amplified-system”。在这种系统中，噪声会随着正常信号一起传输、放大，不易被抑制；在高速时尤其严重，为了有效的减少噪声的干扰，我们只好使用高达5V的电压来发送正常信号，使大电压的正常信号盖过小电压的噪声信号。虽然大的电压可以有效的抑制噪声，但是大的电压同时也表示驱动电路的生产成本将因此上升，大电压更不利于高速传输系统的设计和制造，高达5V的传输电压限制追求高速和低成本的可能性。

和Parallel ATA相比，新的Serial ATA使用差分信号系统（differential-signal-amplified-system）。这种系统能有效的将噪声从正常信号中滤除，良好的噪声滤除能力使得SATA只要使用低电压操作即可，和Parallel ATA高达5V的传输电压相比，SATA只要0.5V（500mv）的峰对峰值电压即可操作于更高的速度之上。比较正确的说法是：峰对峰值‘差模电压’。

和Parallel ATA的5V驱动电压相比，0.5V的SATA系统节省电力，其驱动IC的生产成本也较为便宜。

有些排线附有小金属片可以卡住插座，比较不会发生不小心将排线拔出的问题。

高级主机控制器接口

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主条目：AHCI

SATA支持高级主机控制器接口功能，可让SATA存储装置激活高级SATA功能，例如NCQ及热插拔。

版本

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SATA 1.0

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SATA 1.0于2003年1月7日推出，为第一代SATA接口，坊间的非官方名称为SATA-1[1]，传输速度为1.5Gbit/s。

SATA 2.0

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SATA 2.0于2004年正式推出，坊间的非官方名称为SATA-2（SATA-II），符合ATA-7规范，传输速度可达3.0Gbit/s。显示SATA的速度提升是以几何级数增长，这点和PATA的算术级数增长是不同的。

SATA 3Gb/s比SATA 1.5Gb/s进步的地方在于：

  • 3.0Gb/s的高传输速度
  • 支持真正的SATA指令排序（NCQ）
  • SATA 3Gb/s数据线长度最多2m。SATA 1.5Gb/s只是1m，PATA更短到50cm
  • 全新的围挡式接口更稳固。

SATA 3.0

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SATA 6Gb/s官方标志

SATA 3.0于2009年5月26日完成最终规格发布，比上一代提升一倍速率至6Gb/s，此外增加多项新技术，包含新增NCQ指令以改良传输技术，并减低传输时所需耗电量。

依据Serial ATA Revison 3.0规格白皮书，AHCI底下改善（NCQ）串行指令NCQ的指令数目、NCQ的指令优先权及算法SATA 3.0亦会增加，包括为即时性的资源提供优先处理，主要用于影像及音像传输方面。此外SATA 3.0同时会为正被系统处理中的资源作优先安排，大大提升系统的执行效率。

为了降低耗电，SATA 3.0采用全新INCITS ATA8-ACS标准，不但可兼容旧有的SATA装置、改良传输信号技术，亦大幅减低SATA2.0传输时所需功耗。

针对手提电脑（NB）市场对体积的需求，SATA 3.0提供较一般SATA2.0接口细小的LIF接口（Low Insertion Force Connector），专门针对1.8吋的存储装置，包括仅厚7mm光碟机。

2011年7月18日SATA-IO公布SATA3.1规格，3.1版带来诸多特性，例如节电测量，TRIM性能提升和一些杂项调整。

3.1版带来一个新的mini SATA接口，主要用于为移动计算装置增强互操作性，Zero-Power Optical Disk Drive（ODD）的发明减少闲置光碟机的耗电量，用新的电源管理策略降低整个系统的电力需求。TRIM改进允许SATA固态盘在不影响性能的前提下自行修剪，改善SSD的性能，同时还带来让主机识别装置的硬件装置功能，提升SATA的兼容性。

另一个值得注意的是SATA通用存储模块（USM）和热插拔SATA驱动器模块，它让SATA硬盘的热插拔机制更为成熟，目前希捷GoFlex部分型号的硬盘已经开始支持。

SATA 3.1

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于2011年7月发布。引入改变这些功能：[2][3]

  • mSATA，SATA在移动计算装置的固态盘，外型与 Mini PCI Express 相同（但两者并不兼容）。[4]
  • 零功耗光碟机，闲置时的SATA光碟机可以不消耗电力。
  • 排队TRIM指令，提高固态盘的性能。
  • 所需的链接电源管理，减少整体的电力需求。
  • 硬件控制功能，使装置功能的主机标识。
  • 通用存储模块（USM），用于无缆插件（槽）供电存储消费电子装置的新标准。[5][6]

SATA 3.2

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主条目：SATA Express

为解决固态盘的数据发送瓶颈，国际串列式ATA组织正着手制定下一代串列ATA的标准——SATA 3.2。SATA Express最大发送速率为16Gb/s，使用两条PCIe 3.0总线连接SSD。连接端口和制式向下兼容前三代SATA的标准。[7][8][9][10][11]

SATA 3.3

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于2016年2月22号提出，主要为优化SMR技术，将硬盘存储密度提升到25%，还可将SATA远程断电（Power Disable）。

SATA 3.4

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SATA 3.5

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eSATA

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External Serial ATA的略称，是为面向外接驱动器而制定的Serial ATA 1.0a的扩展规格。虽然规模比较小，但已经有相对应的产品在市面流通。它最大的缺点是没有电力供应，竞争对手USB, FireWire, Thunderbolt都能传输数据及电力。这使得eSATA硬盘需要连接一个独立变压器才可运作。

  • 为了防止误接，eSATA的接口形状与SATA的接口形状是不一样的
  • 连接线的最大长度为2m
  • 支持热插拔
  • 传输速度可以达到现在主流的USB 2.0的传输速度的2倍以上，但依然比USB 3.0为慢
  • 提高接头的插拔耐用度
  •  
    官方标志
  •  
    左：SATA
    右：eSATA
  •  
    eSATA插座
  •  
    eSATAp插座结合了eSATA和USB

为了解决供电问题，SATA-IO于2008年推出了eSATAp (Power over eSATA)，它结合了eSATA的七个针脚及USB 2.0的四个针脚，利用USB针脚提供5V及12V（可选）电压。此插座主要在硬盘外接盒中使用，既可以插入eSATA，也可以插入USB。


mSATA

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上: mSATA固态硬盘
下: 2.5" SATA硬盘

mSATA (mini-SATA)是迷你版本SATA接口，外型和电子接口与mini PCI-E完全相同，但电子信号不同，两者互不兼容。mSATA接口多用于固态硬盘，适用于需要尺寸较小的存储器的场合（例如超极本）。

mSATA固态硬盘形似mini PCI-E扩展卡，尺寸很小，有助于节省机器内部空间。官方标准为MO-300 mSATA，也有自定长度的mSATA固态硬盘。

SATA与其他规格的比较

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参见：电脑装置带宽列表
Name 原始带宽 传输速度 排线最长长度 电源 链接的装置数量
eSATA 6 Gbit/s 600 MB/s
  • 2 m
  • with eSATA HBA (1 m with a passive adapter)
 否 1 个 (15 with a port multiplier)
eSATAp 3 Gbit/s 300 MB/s 5 V/12 V[12] 1 个 (15 with a port multiplier)
M.2 最快8GB/s（PCI Express 4.0 x4） 最快8GB/s ? 是 每插座 1 个
SATA Express 16 Gbit/s 1.97 GB/s[a] 1 m 否 每条线 1 个
SATA revision 3.2 16 Gbit/s 1.97 GB/s[b] 1 m 否 1 个 (15 with a port multiplier)
SATA revision 3.0 6 Gbit/s 600 MB/s[13] 1 m 否 1 个 (15 with a port multiplier)
SATA revision 2.0 3 Gbit/s 300 MB/s 1 m 否 1 个 (15 with a port multiplier)
SATA revision 1.0 1.5 Gbit/s 150 MB/s[14] 1 m 否 每条线 1 个
PATA (IDE) 133 1.064 Gbit/s 133.3 MB/s[c] 0.46 m (18 in) 5 V (44-pin for 2.5" drives only) 2 个
SAS-3 12 Gbit/s 1.2 GB/s 10 m 否 1 － 8 个 (> 65k with expanders)
SAS-2 6 Gbit/s 600 MB/s 10 m 否 1 个 (> 65k with expanders)
SAS 300 3 Gbit/s 300 MB/s 10 m 否 1 个 (> 65k with expanders)
SAS 150 1.5 Gbit/s 150 MB/s 10 m 否 1 个 (> 65k with expanders)
IEEE 1394 (FireWire) 3200 3.144 Gbit/s 393 MB/s 100 m (more with special cables) 15 W, 12–25 V 63 (with a hub)
IEEE 1394 (FireWire) 800 786 Mbit/s 98.25 MB/s 100 m[15] 15 W, 12–25 V 63 (with a hub)
IEEE 1394 (FireWire) 400 393 Mbit/s 49.13 MB/s 4.5 m[15][16] 15 W, 12–25 V 63 (with a hub)
USB 3.1 10 Gbit/s 1.21 GB/s[d] 3 m 100 W, 5, 12 or 20 V[17] 127 (with a hub)
USB 3.0[e] 5 Gbit/s 400 MB/s or more (protocol overhead, flow control, framing excluded)[18] 3 m[19] 4.5 W, 5 V 127 (with a hub)[19]
USB 2.0 480 Mbit/s 35 MB/s 5 m[20] 2.5 W, 5 V 127 (with a hub)[19]
USB 1.1 12 Mbit/s 1.5 MB/s 3 m 是 127 (with a hub)[19]
SCSI Ultra-320 2.56 Gbit/s 320 MB/s 12 m 否 15 (plus the Host Bus Adapter/Host)
10GFC 光纤通道 10.52 Gbit/s 1.195 GB/s 2 m – 50 km 否 126 (16,777,216 with switches)
4GFC 光纤通道 4.25 Gbit/s 398 MB/s 12 m 否 126 (16,777,216 with switches)
InfiniBand
Quad Rate 		10 Gbit/s 0.98 GB/s 5 m (copper)[21][22]

<10 km (fiber)

否 One with point-to-point（英语：Point-to-point (telecommunications)）, many with switched fabric（英语：switched fabric）
Thunderbolt 10 Gbit/s 1.22 GB/s 3 m (copper)
100 m (fiber) 		10 W (copper only) 7 个
Thunderbolt 2 20 Gbit/s 2.44 GB/s 3 m (copper)
100 m (fiber) 		10 W (copper only) 7 个
Thunderbolt 3 40 Gbit/s 4.88 GB/s 3 m (copper)
100 m (fiber) 		100 W (copper only) 7 个

与 PATA 不同，SATA 和 eSATA 都支持热插拔，但此功能需要主机、装置和操作系统的支持。基本上所有 SATA 装置（硬盘）都支持热插拔（基于装置的需要），绝大部分的 SATA 主机适配器都支持此指令。[23]

注解

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  1. ^ 16 Gbit/s raw bit rate, with 128b/130b（英语：128b/130b） encoding.
  2. ^ 16 Gbit/s raw bit rate, with 128b/130b（英语：128b/130b） encoding.
  3. ^ 15 ns cycles, 16-bit transfers.
  4. ^ 10 Gbit/s raw bit rate, with 128b/132b（英语：128b/132b） encoding.
  5. ^ USB 3.0 specification was released to hardware vendors on 17 November 2008.

参考资料

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  1. ^ SATA Naming Guidelines. SATA-IO. [2008-12-24]. （原始内容存档于2009-01-31）. 
  2. ^ SATA-IO Releases Revision 3.1 Specification (PDF). SATA-IO. 2011-07-18 [2013-07-22]. （原始内容存档 (PDF)于2014-02-22）. 
  3. ^ Hilbert Hagedoorn. SATA 3.1 specifications have been published. guru3d.com. 2011-07-20 [2012-09-26]. （原始内容存档于2013-05-17）. 
  4. ^ Msata Faq. forum.notebookreview.com. [2011-10-30]. （原始内容存档于2012-02-10）. 
  5. ^ Serial ATA International Organization: SATA Universal Storage Module (USM). sata-io.org. [2011-10-30]. （原始内容存档于2011-11-01）. 
  6. ^ Perenson, Melissa J. New Universal Storage Module Promises to Evolve Portable Data. PCWorld. [2014-02-12]. （原始内容存档于2014-02-21）. 
  7. ^ SATA3也落后了? SATA新接口标准将到来 （页面存档备份，存于互联网档案馆） - zol.com.cn
  8. ^ 打破传输瓶颈SATA Express接口标准即将登场 （页面存档备份，存于互联网档案馆） - mydrivers.com
  9. ^ SATA的下一代“SATA Express” （页面存档备份，存于互联网档案馆） - coolaler.com
  10. ^ Speedy 8Gbit, 16Gbit SATA Express systems coming this year （页面存档备份，存于互联网档案馆） - computerworld.com
  11. ^ [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆） - Serial ATA国际组织
  12. ^ eSATAp Application. delock.de. [2010-01-26]. （原始内容存档于2012-02-10）. 
  13. ^ Fast Just Got Faster: SATA 6Gbit/s (PDF). sata-io.org. May 27, 2009 [2011-10-25]. （原始内容存档 (PDF)于2013-05-28）. 
  14. ^ Designing Serial ATA For Today's Applications and Tomorrow's Storage Needs (PDF). sata-io.org. [2011-10-25]. （原始内容 (PDF)存档于2011-11-01）. 
  15. ^ 15.0 15.1 FireWire Developer Note: FireWire Concepts. Apple Developer Connection. [2009-07-13]. 
  16. ^ 16 cables can be daisy chained up to 72 m
  17. ^ Howse, Brett. USB Power Delivery v2.0 Specification Finalized - USB Gains Alternate Modes. AnandTech. September 17, 2014 [2015-01-15]. （原始内容存档于2015-01-24）. 
  18. ^ Universal Serial Bus Specification Revision 3.0. 20 December 2012: 75 (4–4.11) [14 April 2011]. （原始内容存档于2011-05-14）. 
  19. ^ 19.0 19.1 19.2 19.3 Frenzel, Louis E. USB 3.0 Protocol Analyzer Jumpstarts 4.8-Gbit/s I/O Projects. Electronic Design. September 25, 2008 [2009-07-03]. （原始内容存档于2012-05-03）. 
  20. ^ USB hubs can be daisy chained up to 25 m
  21. ^ Minich, Makia. Infiniband Based Cable Comparison (PDF). 25 June 2007 [11 February 2008]. （原始内容 (PDF)存档于2012-02-10）. 
  22. ^ Feldman, Michael. Optical Cables Light Up InfiniBand. HPCwire (Tabor Publications & Events). 17 July 2007: 1 [2008-02-11]. （原始内容存档于2012-03-29）. 
  23. ^ Software status — ata Wiki. ata.wiki.kernel.org. 2008-08-17 [2010-01-26]. （原始内容存档于2009-01-24）. 

外部链接

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相关条目

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