数据恢复基础 - 2.硬盘探秘之硬盘接口

 

1.1.2 硬盘接口
硬盘接口是连接硬盘驱动器和计算机的专用部件,它对计算机的性能以及在扩充系统时计算机连接其他设备的能力都有很大影响。硬盘驱动器接口主要有如下几种类型。
1.IDE接口
IDE的英文全称为Integrated Drive Electronics,曾是最主流的硬盘接口,包括光存储类的主要接口。它经过数年的发展变得很成熟、廉价、稳定。IDE接口使用一根40芯或80芯的扁平电缆连接硬盘与主板,每条线最多连接两个IDE设备(硬盘或者光驱)。
早期是用IDE多功能卡插在主板上,再连接IDE线。功能卡淘汰后,则是在主板上提供两个IDE接口,相比IDE多功能卡,它显得价格更便宜和更易于安装。
IDE接口又分为UDMA/33、UDMA/66、UDMA/100、UDMA/133。1996年底,昆腾和英特尔公司宣布共同开发了Ultra DMA/33的新型EIDE接口,因其数据传输速率为33MB/s,故称UDMA/33,后面的UDMA/66、UDMA/100、UDMA/133命名依据同上。
另外,Ultra DMA采用总线控制方式,在硬盘上有直接内存通道控制器,可大大降低硬盘在读写时对CPU的占用率,可将对CPU的占用率从92%降至52%,这也是Ultra DMA的一个重要作用。当然,要实现Ultra DMA功能,还需要支持Ultra DMA规格的主板和相应的驱动程序。
所有的IDE硬盘接口都使用相同的40针连接器,如图1.2所示。
图1.2 IDE接口
2.SCSI接口
目前计算机中最大的速度瓶颈来自于硬盘。受制于IDE接口的局限,IDE硬盘速度的提高已趋于极限。SCSI(Small Computer System Interface)即“小型计算机系统接口”,是一种系统级的接口。
SCSI硬盘的外观与普通硬盘基本一致,但现在SCSI硬盘的最高转速已达15000转/分,平均寻道时间大幅缩短,数据传输率有了很大的提高。尤为关键的是SCSI盘的CPU占用率非常低,在5%左右。这些都使得SCSI硬盘的性能比IDE硬盘有较大的提高。
SCSI接口和EIDE接口相比还有一个很大的技术优势,那就是SCSI接口中的设备可以同时使用数据总线进行数据传输,而EIDE接口中连接在同一条数据线上的设备只能交替(占用数据线)进行传输;EIDE只能连接4台设备,而SCSI接口可以连接7至15台设备。
目前SCSI硬盘接口有三种,分别是50针、68针和80针。我们常见到硬盘型号上标有N、W、SCA,就是表示接口针数的。
* N即窄口(Narrow)50针。
* W即宽口(Wide)68针。
* SCA即单接头(Single Connector Attachment)80针。
图1.3给出了三种SCSI硬盘的接口示意图。
图1.3 SCSI接口
3.SATA接口
SATA的英文全称是Serial-ATA(串行)。IDE系列属于Parallel-ATA(并行),SATA是一种新的标准,目前已成为硬盘的主流接口。它具有更快的外部接口传输速度,数据校验措施更为完善,初步的传输速率已经达到了150MB/s,比IDE最高的UDMA/133还高不少。由于改用线路相互之间干扰较小的串行线路进行信号传输,因此相比原来的并行总线,SATA的工作频率得到很大提升。虽然总线位宽较小,但SATA 1.0标准仍可达到150MB/s,未来的SATA 2.0/3.0更可提升到300以至600MB/s。并且SATA具有更简洁方便的布局连线方式,在有限的机箱内,更有利于散热,并且简洁的连接方式使内部电磁干扰降低很多。如图1.4所示为SATA硬盘、数据线及电源转换线。
4.SAS接口
SAS(Serial Attached SCSI)即串行SCSI接口(如图1.5所示),是新一代的SCSI技术,和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同,都是采用串行技术以获得较高的传输速度,并通过缩短连接线改善内部空间等。
图1.4 SATA硬盘、数据线及电源转换线
图1.5 SAS接口
SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口,这种接口的设计是为了发挥存储系统的效能、可用性和扩充性,并且提供与SATA硬盘的兼容性。它可以向下兼容 SATA,具体来说,二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容:
* 在物理层,SAS接口和SATA接口完全兼容,SATA硬盘可以直接使用在SAS的环境中。从接口标准上而言,SATASAS的一个子标准,因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘。但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中,因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制。
* 在协议层,SAS3种类型协议组成,根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。其中——
u串行SCSI协议(SSP)用于传输SCSI命令。
uSCSI管理协议(SMP)用于对连接设备的维护和管理。
uSATA通道协议(STP)用于SAS和SATA之间数据的传输。
在这3种协议的配合下,SAS可以和SATA以及部分SCSI设备无缝结合。
SAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器,也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。所以SAS驱动器和SATA驱动器可以同时存在于一个存储系统之中。
由于SAS系统的兼容性,使用户能够运用不同接口的硬盘来满足各类应用在容量或效能上的需求,因此在扩充存储系统时拥有更多的弹性,让存储设备发挥最大的投资效益。
在系统中,每一个SAS端口最多可以连接16256个外部设备,并且SAS采取直接的点到点的串行传输方式,传输的速率高达3Gb/s,估计以后会有6Gb/s乃至12Gb/s的高速接口 出现。
SAS的接口也做了较大的改进,它同时提供了3.5英寸和2.5英寸的接口,因此能够适合不同服务器环境的需求。SAS依靠SAS扩展器来连接更多的设备,目前的扩展器以12端口居多,不过根据板卡厂商产品研发计划显示,未来会有28、36端口的扩展器引入,来连接SAS设备、主机设备或者其他的SAS扩展器。
和传统并行SCSI接口比较起来,SAS不仅在接口速度上得到显著提升(现在主流Ultra 320 SCSI速度为320MB/s,而SAS才刚起步速度就达到300MB/s,未来会达到600MB/s甚至更高),而且由于采用了串行线缆,不仅可以实现更长的连接距离,还能够提高抗干扰能力,并且这种细细的线缆还可以显著改善机箱内部的散热情况。
5.IEEE 1394接口
IEEE 1394并不是硬盘专用接口,但它却可以方便地连接包括硬盘在内的63个不同设备,并支持即插即用和热插拔。在数据传输率方面,IEEE 1394可以提供100MB/s、400MB/s、1.2GB/s三档高速传输率,是现在所有硬盘望尘莫及的。
 
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