详解硬盘接口类型与工作特性-菜鸟进阶篇

甜橙 · 发表于 2012-7-2 23:48:44

随着大数据时代的到来，数据存储得到更多企业的重视，各种存储技术不断出现，RAID保护、灾难恢复和重复数据删除技术都应用非常广泛。人们在重视这些时候的时候，往往忽视了一些存储中的细节，导致存储技术在应用过程中事倍功半。硬盘接口是最基础的应用技术部分，它影响着整个存储系统的存储速度，更直接决定存储性能的好坏。

从整体的角度上，硬盘接口类型可分为IDE、SATA、SCSI 、SAS和光纤通道五种，IDE接口硬盘多用于家用产品中，也有部分应用于服务器，SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场，而光纤通道只在高端服务器上，价格昂贵。SATA是种新生的硬盘接口类型，还正处于市场普及阶段，在家用市场中有着广泛的前景。

在IDE和SCSI的大类别下，又可以分出多种具体的接口类型，又各自拥有不同的技术规范，具备不同的传输速度，比如ATA100和 SATA;Ultra160 SCSI和Ultra320 SCSI都代表着一种具体的硬盘接口，各自的速度差异也较大。这里我们跟大家分享一下不同接口硬盘的特点，可以帮助我们在选购硬盘的时候找到最适合我们的接口。

IDE接口类型：
IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，可以译成“电子集成驱动器”，常见的2.5英寸IDE硬盘接口它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。

IDE接口类型
把盘体与控制器集成在一起的做法是为了减少了硬盘接口的电缆数目与长度，增加数据传输的可靠性，使硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。而对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。

IDE代表着硬盘的一种类型，但在实际的应用中，人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1，这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了，而其后发展分支出更多类型的硬盘接口，比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。下面我们来看看IDE接口的优缺点：

IDE接口优点：该接口的硬盘价格低廉、兼容性强、性价比高。

IDE接口缺点：数据传输速度慢、线缆长度过短、连接设备少、不支持热插拔、不够完善的错误检验技术、接口速度的可升级性差。

SCSI接口类型：
SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”(小型计算机系统接口)，是同IDE(ATA)完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。

SCSI接口类型
SCSI(Small Computer System Interface，小型计算机系统接口)，速度、性能和稳定性都比IDE要好，价格当然也要贵得多，主要面向服务器和工作站市场。在过去的几年间，IDE进步得很快，Ultra DMA 33推出不到两年，Ultra DMA 66就上市了。其实，SCSI的发展一点也不比IDE慢，只不过我们较少接触，对其了解不深而己。SCSI的标准从1980年开始实行，但到现在还未统一，各厂商对它的命名不相同，容易令人混淆是最主要的原因。

说到SCSI硬盘必须提到SCSI接口，SCSI是Small Computer System Interface(小型计算机系统接口)的缩写，使用50针接口，外观和普通硬盘接口有些相似。SCSI硬盘和普通IDE硬盘相比有很多优点：接口速度快，并且由于主要用于服务器，因此硬盘本身的性能也比较高，硬盘转速快，缓存容量大，CPU占用率低，扩展性远优于IDE硬盘，并且支持热插拔。

现在生产SCSI硬盘的厂商主要为：seagate(希捷)、Quantum(昆腾)、IBM及WD(西部数据)。SCSI硬盘的价格较贵，同样容量的SCSI硬盘价格会比IDE硬盘贵80%以上，所以SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站。

SCSI硬盘一向认为是昂贵且高不可攀的存储设备，不仅本身价位高于IDE硬盘很多，而且想要使用SCSI硬盘，就必须另外选择SCSI接口卡。因此在这样的条件下，一般计算机用户便倾向于使用IDE接口的硬盘。IDE硬盘虽然具有低价的优势，但始终敌不过SCSI硬盘的强悍速度;再加上SCSI接口为进行"多任务"的最佳利器，许多追求稳定、速度的玩家还是钟情与SCSI硬盘。

很多人认为安装SCSI硬盘简直是大工程，不像IDE硬盘那样，只要设置先后(Master或是Slave)就可以是使用了。其实他也没有想象中那么复杂，毕竟愈严谨的安装与设置，愈能提供我们稳定的使用环境。下面来看一下SCSI接口的优缺点

SCSI接口类型优点：传输速率高、读写性能好、可连接多个设备、可支持热插拔。

SCSI接口类型缺点：SCSI接口磁盘的最大不足就是价格比较贵。

SATA接口类型：
SATA全称是Serial Advanced Technology Attachment(串行高级技术附件，一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口)，是由Intel、IBM、Dell、APT、MAXTOR和 Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范，在当年的IDF Fall 大会上，Seagate宣布了Serial ATA 1.0标准，正式宣告了SATA规范的确立。

SATA接口类型
使用SATA(Serial ATA)口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说，就具有非常多的优势。

首先，Serial ATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。

其次，Serial ATA的起点更高、发展潜力更大，Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比目前最新的并行ATA(即ATA/133)所能达到133MB/s的最高数据传输率还高，而在 Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。下面我们来看一下ATA硬盘接口优缺点

SATA接口类型优点：数据传输更加可靠支持热拔插带宽升级潜力大低电压信号

SATA接口类型缺点：数据线容易松动你懂得。

SAS接口类型：
SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，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更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。

SAS接口类型
SAS的接口技术可以向下兼容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，SATA是SAS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，SAS由3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。其中串行SCSI协议(SSP)用于传输SCSI命令;SCSI管理协议(SMP)用于对连接设备的维护和管理;SATA通道协议(STP)用于SAS和SATA之间数据的传输。因此在这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。但需要注意的是，SATA系统并不兼容SAS，所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。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上或效能上的需求，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端口可以最多可以连接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3Gbps，估计以后会有6Gbps乃至12Gbps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/sec，而SAS刚起步速度就达到300MB/sec，未来会达到600MB/sec甚至更多)，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。下面我们来看一下优缺点：

SAS接口类型优点：传输速度快，可热插拔，更稳定。

SAS接口类型缺点：硬盘、控制芯片种类少硬盘价格太贵实际传输速度变化不大用户追求成熟、稳定的产品。

光纤通道：
光纤通道的英文拼写是Fibre Channel，和SCIS接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。

光纤通道

光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。

光纤通道可以采用铜轴电缆和光导纤维作为连接设备，大多采用光纤媒介，而传统的铜轴电缆如双绞线等则可以用于小规模的网络连接部署。但采用铜轴电缆的光纤通道有着铜媒介一样的老毛病，如传输距离短(30米，取决于具体的线缆)以及易受电磁干扰(EMI)影响等。

虽然铜媒介也适用于某些环境，但是对于利用光纤通道部署的较大规模存储网络来说，光缆是最佳的选择。光缆按其直径和“模式”分类，直径以微米为计量单位。电缆模式有两种：单模是一次传送一个单一的信号，而多模则能够通过将信号在光缆玻璃内核壁上不断反射而传送多个信号。现在认可的光缆光纤通道标准和等级有：直径62.5微米多模光缆175米，直径50微米多模光缆500米，以及直径9微米单模光缆10公里。

光纤现在能提供100MBps的实际带宽，而它的理论极限值为1.06GBps。不过现在有一些公司开始推出2.12Gbps 的产品，它支持下一代的光纤通道(即Fibre Channel II)。不过为了能得到更高的数据传输率，市面的光纤产品有时是使用多光纤通道来达到更高的带宽。下面我们来看一下优缺点：

光纤通道优点：最多可连接126个设备、低CPU占用率、支持热插拔、在主机系统运行时就可安装、通用性强、连接距离大。

光纤通道缺点：产品价格昂贵、组建复杂。