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出處：pconline 2009年11月12日 作者：里昂 責(zé)任編輯：chenxuhua 雖然硬盤性能發(fā)展的速度遠遠跟不上CPU、GPU等配件，但它在PC里的重要地位誰也無法取代，它的各項技術(shù)參數(shù)和性能還是在不斷地穩(wěn)步改進中，性能方面的進步還是能用用戶真實體會到的。最近，SATA國際組織SATA-IO發(fā)布的第三版SATA規(guī)格已經(jīng)將接口速度提升至驚人的6Gb/s。市場上多家一線主板廠商也在第一時間發(fā)布了自己支持SATA 6Gbps的主板產(chǎn)品，硬盤業(yè)界老大希捷也于11月10日發(fā)布了全球第一臺SATA 6Gb/s 2TB硬盤——Barracuda XT。SATA 6Gbps（SATA Revision 3.0）從規(guī)格制定到產(chǎn)品線都已齊備。 業(yè)界的迅速反應(yīng)，說明了對這項新技術(shù)的重視程度。自串行傳輸接口SATA取代并行傳輸接口PATA、SATA接口規(guī)格從1.5Gbps發(fā)展到現(xiàn)在的6Gbps，硬盤存儲技術(shù)從內(nèi)到外都有了明顯變化。舊有的技術(shù)不斷改進，新技術(shù)也不斷加入，使得硬盤的性能獲得長足的進步。下面，將為大家列舉一些這段時間應(yīng)用在硬盤存儲的各項影響硬盤性能、影響用戶實際使用的新技術(shù)，迎接第三代SATA——SATA 6Gbps的到來。 垂直記錄技術(shù) 筆者將將這一項技術(shù)放在首要介紹的位置，是因為它對傳統(tǒng)硬盤有著非常重要的意義。面對固態(tài)硬盤（SSD）性能上無可比擬的優(yōu)勢，機械硬盤最有利的反擊武器就是容量和每G容量的價格。從2003年開始，磁盤碟片的單碟容量的發(fā)展速度就開始緩慢下來，每年30%的低增長率預(yù)示著縱向記錄技術(shù)已經(jīng)到達了一個臨界點，單碟容量已經(jīng)很難再獲得提高，然而垂直記錄技術(shù)的應(yīng)用改變了這個窘境，也使傳統(tǒng)硬盤的統(tǒng)治地位得以延續(xù)。
垂直記錄（Perpendicular Magnetic Recording，PMR）是相對于之前的縱向記錄方式（Longitudinal Magnetic Recording，LMR）而言，如果每個記錄單元的SN方向為水平于盤片，則稱為縱向記錄方式。垂直記錄技術(shù)利用厚度很好的地克服了超順磁效應(yīng)，可以有效地增加了磁盤的密度，從而取代縱向記錄技術(shù)。
垂直記錄技術(shù)使磁盤密度得到進一步提升，其最直接的好處就是使體積有限的硬盤腔體的硬盤容量獲得明顯提高，目前市售硬盤的最高容量已達海量的2000GB。今年2月，昭和電工剛剛宣布了第四代垂直記錄技術(shù)的全線應(yīng)用，包括最大單碟容量單碟500GB 3.5寸盤片。而昭和電工的下一步計劃，就是以第五代垂直記錄技術(shù)單碟750GB的3.5寸盤片。相信屆時，四碟裝容量達到3TB桌面硬盤就將到來。
碟片密度的增加除了能有效提升硬盤的容量，也使硬盤的持續(xù)傳輸速率也獲得了質(zhì)的提升。從我們的測試結(jié)果可以看到，伴隨著每次單碟容量的提升，硬盤的讀寫速度都獲得明顯的增加，目前單碟500GB的硬盤外圈傳輸速度已超過130MB/s。
串行ATA接口：SATA 有經(jīng)驗的DIYer應(yīng)該知道，影響硬盤傳輸速度的一直是硬盤內(nèi)部的傳輸速率，而不是外部接口的傳輸速率。不過，自從垂直記錄技術(shù)得到全面應(yīng)用、磁盤記錄密度的不斷增加，主流硬盤的傳輸性能早已超過100MB/s，并行PATA已不能滿足實際需求。而在接口的物理設(shè)計上，寬大的PATA接口和線材已經(jīng)一定程度上影響到機箱內(nèi)部的散熱風(fēng)道，長度上較短的PATA線降低了理線的靈活性，加上沒有任何的熱插拔能力，PATA被淘汰已是板上釘釘?shù)氖隆?/p>
傳輸方式上，SATA是點對點的串行傳輸方式，每個SATA設(shè)備可以獨占一個SATA通道的所有帶寬，避免了PATA并行傳輸方式一個通道上兩個設(shè)備搶帶寬的問題和跳線的麻煩；傳輸速度上，SATA從1.5Gb/s（150MB/s）、3.0Gb/s（300MB/s），到最新的6.0Gb/s，比PATA最高的133MB/s要高出很多。關(guān)于傳輸速率有些朋友可能會很困惑，例如SATA 3.0Gb/s的傳輸速度為什么會是300MB/s？這是因為SATA所使用的是被稱為8b/10b的編碼，這種機制下實際為8 bits的數(shù)據(jù)按10-bit進行打包發(fā)送，8b/10b的編碼效率為80%，加上每個Byte等于8 bit，所以3.0Gbps=3000/8 x 80%=300MB/s。
在接插件上，相信不少老老家都經(jīng)歷過，費了九牛二虎之力、把手都搞痛了都無法把IDE數(shù)據(jù)線和4pin電源線從設(shè)備拔下來的尷尬。而SATA大幅減少了數(shù)據(jù)插頭和電源插頭的體積，可以輕松進行插拔操作，并帶來了熱插拔特性。在數(shù)據(jù)線的長度和體積上SATA也占盡優(yōu)勢，可達1米的長度和極小的體積，使SATA線可以在機箱內(nèi)部輕松走線，既可以美觀又能幫助機箱內(nèi)部散熱，而較短且寬大的IDE線就不能比了。 關(guān)于SATA接口的插拔次數(shù)流傳著一個誤區(qū)：SATA接口能插拔50次。其實這是不正確的，在SATA規(guī)范中有規(guī)定：內(nèi)部連接器的耐用性不得低于50個插拔循環(huán)，也就是說，遵從規(guī)范生產(chǎn)的SATA接口產(chǎn)品，其耐插拔能力是不能低于50次，而不是最多50次，是下限而不是上限。
過去我們在機箱外部連接移動硬盤等設(shè)備一般是采用USB2.0或火線1394接口，但這兩種接口的實際傳輸能力（USB 2.0約30MB/s；IEEE1394約40MB/s）已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)在硬盤（超過100MB/s）的性能需求。而eSATA的出現(xiàn)使用戶在電腦外部連接SATA設(shè)備也可以獲得和內(nèi)部連接相同的效果。對于內(nèi)部接口SATA，外部的eSATA接口僅僅是在接插件上改進了耐插拔性、插拔次數(shù)可超過2000次；而內(nèi)部的針定義是和SATA接口完全一致的。 如此看來，eSATA口可以看作是SATA接口的延伸和擴展，這樣的功能升級無需芯片轉(zhuǎn)換，也就沒有任何會產(chǎn)生損耗的轉(zhuǎn)換過程，所以eSATA接口和SATA接口的傳輸速度是完全一樣的，分別不過一個是外部接口、一個是內(nèi)部接口而已。eSATA功能的實現(xiàn)功能的成本極低，最大的缺點需要單獨提供設(shè)備的電源。因此，性能優(yōu)秀、成本低的eSATA接口也成為最新的USB 3.0技術(shù)的最大對手。
AHCI（串行ATA高級主控接口） AHCI，全稱為Serial ATA Advanced Host Controller Interface（串行ATA高級主控接口），是在Intel的指導(dǎo)下，由多家公司聯(lián)合研發(fā)的接口標(biāo)準(zhǔn)，其研發(fā)小組成員主要包括Intel、AMD、戴爾、Marvell、邁拓、微軟、Red Hat、希捷和StorageGear等著名企業(yè)。在AHCI技術(shù)里面我們最常用到的高級功能就是熱插拔功能和NCQ（全速命令排序）。
AHCI描述了一種PCI類設(shè)備，主要是在系統(tǒng)內(nèi)存和串行ATA設(shè)備之間扮演一種接口的角色，而且它在不同的操作系統(tǒng)和硬件中是通用的。對于主板來說，它是一項可選功能，只有當(dāng)用戶在BIOS設(shè)置里面啟用磁盤控制器（部分主板擁有一個以上的磁盤控制器）的AHCI后再正確安裝操作系統(tǒng)，該功能才能生效。
在前面我們提到SATA接口可以支持熱插拔，但其實在SATA 1.0具備完整的熱插拔能力，而到了SATA II這個能力才真正得到完善。在開啟了主板的磁盤控制器（部分主板擁有一個以上的磁盤控制器）的AHCI功能，正確安裝操作系統(tǒng)和驅(qū)動程序后，我們就可以對該控制器下的SATA/eSATA設(shè)備進行輕松的熱插拔操作。 NCQ（全速命令排序） 一直以來SCSI硬盤在多任務(wù)負載下的表現(xiàn)能力為人稱道，其根本的原因除了SCSI接口驚人的接口速率外，便是它的指令排序功能。以往的PATA、SATA硬盤也正是因為缺少一種指令優(yōu)化執(zhí)行功能而在性能上落后于SCSI硬盤。針對這一困境，Intel的AHCI 1.0規(guī)范首次引入的NCQ（Native Command Queuing），它的應(yīng)用能夠大幅度減少硬盤無用的尋道次數(shù)和數(shù)據(jù)查找時間，這樣就能顯著增強多任務(wù)情況下硬盤的性能。
如果沒有原生命令隊列，當(dāng)命令被發(fā)往硬盤時，會按照命令到達的順序進行處理。盡管這樣聽起來非常合理，但其實這樣的效率會比較低。假設(shè)你的硬盤收到三條從硬盤讀取數(shù)據(jù)的命令，第一條命令要求讀取最里面的磁道的數(shù)據(jù)，第二條命令要求讀最外側(cè)的磁道的數(shù)據(jù)。最后一條命令又要求讀取最內(nèi)側(cè)的數(shù)據(jù)。如果按照順序執(zhí)行命令，磁頭需要在整個硬盤上四處游走。 如果能夠先執(zhí)行兩個需要在外側(cè)磁道讀取數(shù)據(jù)的命令（第一條和第三條命令）再去執(zhí)行第二條讀取內(nèi)側(cè)磁道的命令，效率就能提高很多。這就是原生命令隊列所起到的作用。通過原生命令隊列功能，磁盤可以查看多個要求然后按照效率最高的方式進行處理。以這種方式處理命令可以提高硬盤的系統(tǒng)性能，而且由于這種方式效率較高，所以也能延長硬盤的使用壽命。 固態(tài)硬盤 固態(tài)硬盤（Solid State Disk；SSD），也稱作電子硬盤或者固態(tài)電子盤。SSD存儲介質(zhì)分為兩種，一種是采用閃存（FLASH芯片）作為存儲介質(zhì)，另外一種是采用DRAM作為存儲介質(zhì)。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與傳統(tǒng)硬盤完全相同，由于固態(tài)硬盤沒有普通硬盤的旋轉(zhuǎn)介質(zhì)，因而抗震性極佳。而由于沒有機械讀寫結(jié)構(gòu)，固態(tài)硬盤的隨機讀寫能力是傳統(tǒng)硬盤無法望其項背的一個地方。
在基于閃存的固態(tài)硬盤中，存儲單元又分為兩類：SLC和MLC。SLC的缺點是成本高、容量小，但讀寫性能高；而MLC的特點是容量大成本低，有寫入壽命限制。MLC的每個單元是2bit的，相對SLC來說整整多了一倍。不過，由于每個MLC存儲單元中存放的資料較多，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，出錯的幾率會增加，必須進行錯誤修正，這個動作導(dǎo)致其性能大幅落后于結(jié)構(gòu)簡單的SLC閃存。此外，SLC閃存的優(yōu)點是復(fù)寫次數(shù)高達100000次，比MLC閃存高10倍。
基于DRAM的固態(tài)硬盤：采用DRAM作為存儲介質(zhì)，目前應(yīng)用范圍較窄。它仿效傳統(tǒng)硬盤的設(shè)計、可被絕大部分操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)工具進行卷設(shè)置和管理，并提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI和FC接口用于連接主機或者服務(wù)器。應(yīng)用方式可分為SSD硬盤和SSD硬盤陣列兩種。它是一種高性能的存儲器，而且使用壽命很長，美中不足的是需要獨立電源來保護數(shù)據(jù)安全。 對于廠商開發(fā)、推行的新技術(shù)，消費者一直只能處于被動接受的狀態(tài)，而每項新技術(shù)都有一個接受的過程。像SATA II的300MB/s接口速度剛推出來的時候，相信大部分用戶都會覺得這么高速的外部接口速度根本用不上、因為傳統(tǒng)硬盤的內(nèi)部傳輸速度也就只有外部接口的1/3左右，但當(dāng)讀取能力高達250MB/s的固態(tài)硬盤產(chǎn)品推出時，大家又會擔(dān)心這樣的接口速度很快又會不夠用了。今天，強大的SATA 6Gbps規(guī)格也會遇到相同的情況，而我們只能靜待能充分發(fā)揮該規(guī)格的性能的產(chǎn)品出現(xiàn)。 |
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