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SATA

计算机总线接口

串行ATA（英語：Serial ATA，全称：Serial Advanced Technology Attachment，又称SATA）是一種電腦匯流排，負責主機板和大容量儲存裝置（如硬碟及光碟機）之間的數據傳輸，主要用於個人電腦。串行ATA與串列SCSI（SAS: Serial Attached SCSI）的兩者排線相容，SATA硬碟可接上SAS通訊埠。

SATA
英文全名Serial Advanced Technology Attachment
中文全名串行ATA
發明日期2003年1月7日
發明者国际序列式ATA组织
最多連接1
带宽半雙工
1.5Gb/s, 3Gb/s, 6Gb/s, 16 Gb/s
類別串行
熱插拔支持，需要其他系統組件配合
外置介面支持，eSATA
主機板上的SATA 1.5Gb/s插口

2000年11月由国际序列式ATA组织所制定，取代舊式PATA（Parallel ATA或舊稱IDE）接口的舊式硬盘，因采用串行方式传输数据而得名。在數據傳輸上這一方面，SATA的速度比以往更加快捷，並支持热插拔，使電腦運作時可以插上或拔除硬件。另一方面，SATA总线使用嵌入式時脈訊號，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。不過，SATA和以往最明顯的分別，是使用較细的排線，有利機箱內部的空氣流通，某程度上增加整個平台的穩定性。

現時，SATA分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gb/s和SATA 6Gb/s三種規格。2013年推出更快速的SATA Express規格。

特色

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頻寬速度換算

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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。

所謂3Gb/s的算法，3000MHz的頻率x每次發送一個數據x 80%(8b/10b的編碼) / 8 bits per byte = 300MBytes/s，同理1.5Gb/s也是這樣可算成150MB/s，也就是一般我們在買硬碟時，有時候會看到SATA 150MB/s / 300MB/s，有時候又會看到SATA 1.5Gb/s / 3Gb/s的緣故。

以USB 3.0而言，它擁有5Gbps的頻寬，每次發送一個數據x 80%(8b/10b的編碼) / 8 bits per byte = 500MBytes/s，所以USB 3.0的頻寬比SATA 3.0的600MB/s還來的小。

版本 頻寬 理論速度 編碼
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

排線和電源線

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

傳統的Parallel ATA使用單模信號放大系統「single-end-signal-amplified-system」。在這種系統中，雜訊會隨著正常信號一起傳輸、放大，不易被抑制；在高速時尤其嚴重，為了有效的減少雜訊的干擾，我們只好使用高達5V的電壓來傳送正常訊號，使大電壓的正常訊號蓋過小電壓的雜訊信號。雖然大的電壓可以有效的抑制雜訊，但是大的電壓同時也表示驅動電路的生產成本將因此上升，大電壓更不利於高速傳輸系統的設計和製造，高達5V的傳輸電壓限制追求高速和低成本的可能性。

和Parallel ATA相比，新的Serial ATA使用差分信號系統（differential-signal-amplified-system）。這種系統能有效的將雜訊從正常訊號中濾除，良好的雜訊濾除能力使得SATA只要使用低電壓操作即可，和Parallel ATA高達5V的傳輸電壓相比，SATA只要0.5V（500mv）的峰對峰值電壓即可操作於更高的速度之上。比較正確的說法是：峰對峰值『差模電壓』。

和Parallel ATA的5V驅動電壓相比，0.5V的SATA系統節省電力，其驅動IC的生產成本也較為便宜。

有些排線附有小金屬片可以卡住插座，比較不會發生不小心將排線拔出的問題。

進階主機控制器介面

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主条目：AHCI

SATA支援進階主機控制器介面功能，可讓SATA儲存裝置啟用進階SATA功能，例如NCQ及熱插拔。

版本

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SATA 1.0

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SATA 1.0於2003年1月7日推出，為第一代SATA介面，坊間的非官方名稱為SATA-1[1]，传输速度为1.5Gbit/s。

SATA 2.0

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SATA 2.0於2004年正式推出，坊間的非官方名稱為SATA-2（SATA-II），符合ATA-7規範，傳輸速度可達3.0Gbit/s。顯示SATA的速度提升是以幾何級數增長，這點和PATA的算術級數增長是不同的。

SATA 3Gb/s比SATA 1.5Gb/s進步的地方在於：

  • 3.0Gb/s的高傳輸速度
  • 支持真正的SATA指令排序（NCQ）
  • SATA 3Gb/s資料線長度最多2m。SATA 1.5Gb/s只是1m，PATA更短到50cm
  • 全新的圍擋式接口更穩固。

SATA 3.0

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SATA 6Gb/s官方標誌

SATA 3.0於2009年5月26日完成最終規格發布，比上一代提升一倍速率至6Gb/s，此外增加多項新技術，包含新增NCQ指令以改良傳輸技術，並減低傳輸時所需耗電量。

依據Serial ATA Revison 3.0規格白皮書，AHCI底下改善（NCQ）串行指令NCQ的指令數目、NCQ的指令優先權及演算法SATA 3.0亦會增加，包括為即時性的資源提供優先處理，主要用於影像及音像傳輸方面。此外SATA 3.0同時會為正被系統處理中的資源作優先安排，大大提升系統的執行效率。

為了降低耗電，SATA 3.0採用全新INCITS ATA8-ACS標準，不但可相容舊有的SATA裝置、改良傳輸訊號技術，亦大幅減低SATA2.0傳輸時所需功耗。

針對筆記型電腦（NB）市場對體積的需求，SATA 3.0提供較一般SATA2.0接口細小的LIF介面（Low Insertion Force Connector），專門針對1.8吋的儲存裝置，包括僅厚7mm光碟機。

2011年7月18日SATA-IO公佈SATA3.1規格，3.1版帶來諸多特性，例如節電測量，TRIM性能提升和一些雜項調整。

3.1版帶來一個新的mini SATA接口，主要用於為移動計算設備增強互操作性，Zero-Power Optical Disk Drive（ODD）的發明減少閒置光碟機的耗電量，用新的電源管理策略降低整個系統的電力需求。TRIM改進允許SATA固態硬碟在不影響性能的前提下自行修剪，改善SSD的性能，同時還帶來讓主機識別設備的硬件設備功能，提升SATA的兼容性。

另一個值得注意的是SATA通用存儲模塊（USM）和熱插拔SATA驅動器模塊，它讓SATA硬碟的熱插拔機制更為成熟，目前希捷GoFlex部分型號的硬碟已經開始支持。

SATA 3.1

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於2011年7月發布。引入改變這些功能：[2][3]

  • mSATA，SATA在移動計算設備的固態硬碟，外型與 Mini PCI Express 相同（但兩者並不相容）。[4]
  • 零功耗光碟機，閒置時的SATA光碟機可以不消耗電力。
  • 排隊TRIM指令，提高固態硬碟的性能。
  • 所需的鏈接電源管理，減少整體的電力需求。
  • 硬件控制功能，使設備功能的主機標識。
  • 通用存儲模塊（USM），用於無纜插件（槽）供電存儲消費電子設備的新標準。[5][6]

SATA 3.2

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主条目：SATA Express

為解決固態硬碟的資料傳送瓶頸，國際序列式ATA組織正著手制定下一代串列ATA的標準——SATA 3.2。SATA Express最大傳送速率為16Gb/s，使用兩條PCIe 3.0總線連接SSD。連接埠和制式向下相容前三代SATA的標準。[7][8][9][10][11]

SATA 3.3

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於2016年2月22號提出，主要為優化SMR技術，將硬碟儲存密度提升到25%，還可將SATA遠程斷電（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。它最大的缺點是沒有電力供應，競爭對手USB, FireWire, Thunderbolt都能傳輸數據及電力。這使得eSATA硬碟需要連接一個獨立變壓器才可運作。

  • 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為慢
  • 提高接頭的插拔耐用度
  •  
    官方標誌
  •  
    左：SATA
    右：eSATA
  •  
    eSATA插座
  •  
    eSATAp插座結合了eSATA和USB

為了解決供電問題，SATA-IO於2008年推出了eSATAp (Power over eSATA)，它結合了eSATA的七個針腳及USB 2.0的四個針腳，利用USB針腳提供5V及12V（可選）電壓。此插座主要在硬碟外接盒中使用，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，外型和電子介面與mini PCI-E完全相同，但電子信號不同，兩者互不相容。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Ultrabook）。

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。官方標準為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：電腦裝置頻寬列表
Name 原始頻寬 傳輸速度 排線最長長度 電源 連結的裝置數量
eSATA 6 Gbit/s 600 MB/s 2 m with eSATA HBA (1 m with a passive adapter) 否 1 個 (15 with a port multiplier)
eSATAp 3 Gbit/s 300 MB/s 2 m with eSATA HBA (1 m with a passive adapter) 5 V/12 V[12] 1 個 (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 個
SATA Express[錨點失效] 16 Gbit/s 1.97 GB/s[a] 1 m 否 每條線 1 個
SATA revision 3.2[錨點失效] 16 Gbit/s 1.97 GB/s[b] 1 m 否 1 個 (15 with a port multiplier)
SATA revision 3.0 6 Gbit/s 600 MB/s[13] 1 m 否 1 個 (15 with a port multiplier)
SATA revision 2.0 3 Gbit/s 300 MB/s 1 m 否 1 個 (15 with a port multiplier)
SATA revision 1.0 1.5 Gbit/s 150 MB/s[14] 1 m 否 每條線 1 個
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 個
SAS-3 12 Gbit/s 1.2 GB/s 10 m 否 1 － 8 個 (> 65k with expanders)
SAS-2 6 Gbit/s 600 MB/s 10 m 否 1 個 (> 65k with expanders)
SAS 300 3 Gbit/s 300 MB/s 10 m 否 1 個 (> 65k with expanders)
SAS 150 1.5 Gbit/s 150 MB/s 10 m 否 1 個 (> 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 Fibre Channel 10.52 Gbit/s 1.195 GB/s 2 m – 50 km 否 126 (16,777,216 with switches)
4GFC Fibre Channel 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, many with switched fabric
Thunderbolt 10 Gbit/s 1.22 GB/s 3 m (copper)
100 m (fiber) 		10 W (copper only) 7 個
Thunderbolt 2 20 Gbit/s 2.44 GB/s 3 m (copper)
100 m (fiber) 		10 W (copper only) 7 個
Thunderbolt 3 40 Gbit/s 4.88 GB/s 3 m (copper)
100 m (fiber) 		100 W (copper only) 7 個

與 PATA 不同，SATA 和 eSATA 都支援熱插拔，但此功能需要主機、裝置和操作系统的支援。基本上所有 SATA 裝置（硬碟）都支援熱插拔（基於裝置的需要），絕大部分的 SATA 主機適配器都支援此指令。[23]

註解

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

參考資料

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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國際組織
  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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