硬盘接口技术大观详解.docx

硬盘接口技术大观园 ? 目录 古老的磁盘接口...?1 IDE接口...?1 SCSI接口...?3 FC接口...?4 串行ATA接口...?5 SATA接口...?6 mSATA接口...?8 SATA Express.?10 串行SCSI接口...?10 SAS接口...?10 SAS内部连接线缆...?13 SAS外部互连线缆...?17 NVMe SSD接口...?21 SFF-8639.?21 M.2接口...?22 ?? 硬盘技术发展至今，历经了多次接口技术的发展和变革，存储老吴带领大家一起走进硬盘接口大观园，去一睹硬盘接口的往昔和未来。 古老的磁盘接口 IDE接口 IDE（Integrated DriveElectronics）接口是一种在个人电脑中曾经广泛使用的磁盘接口。其采用并行数据传输的方式，接口体积比较大，如下图所示： IDE总线是一条共享总线，为了增加一条IDE总线上的设备数量，每个IDE总线可以支持两个设备，分别为主设备和从设备。连接主机和IDE设备的连接线缆如下图所示，其中蓝色接口接到主机；白色接口为从设备接口；黑色接口为主设备接口。 IDE接口有两种数据传输模式，一种为PIO（ProgrammingIO）；另一种为DMA模式。在数据传输量不是很大的年代，DMA由于需要不断的对DMA控制器进行配置操作，效率反而不如PIO。但是在大量高性能数据传输需求的拉动下，DMA终于发挥出了应有的性能。起初IDE的DMA数据传输模式是采用简单单倍率的工作方式，即在一个时钟周期内，只发生一次总线数据传输操作。后来IDE总线引入了UDMA（Ultra DMA）的数据传输方式，在这种传输方式下，一个时钟周期内的上升沿和下降沿都会进行数据传输操作，从而使得传输效率提高了一倍。这种数据传输方式也被称之为双沿数据传输方式。这种思路和内存中的DDR是相似的。 ? 在IDE接口之上会运行ATA磁盘控制协议，因此这种接口通常也被称之为PATA（并行ATA）。对于不同的访问性能和特性，PATA拥有多种接口标准ATA1至ATA7。其中ATA7性能达到了将近133MB/s的带宽。由于受限于并行信号传输之间的干扰，并行信号的采样会出现非常大的相位误差，从而导致IDE接口性能提升遇到了严重的瓶颈。因此，目前没有硬盘会采用这种古老的IDE接口，全部被串行ATA接口技术所取代。 ? IDE采用40Pin的接口形式，接口信号定义如下： 2000年初自己组装的第一台电脑采用了当时容量最大???迈拓30GB硬盘，就是这种IDE接口的硬盘。组装的时候硬盘做主设备；光驱做从设备。目前IDE已经无法支撑硬盘数据传输的业务，已经被淘汰。但是在IDE上所发展起来的ATA协议（命令集）被SATA所传承，继续得以延续。 ? SCSI接口 SCSI（Small ComputerSystem Interface）为小型计算机系统接口，是一种连接主机和外围设备的接口。采用SCSI接口的硬盘如下图所示： 和IDE相比，SCSI接口具有更好的传输性能，因此通常应用在服务器硬盘中。采用这种接口的硬盘具有更好的稳定性、更快的性能。但是价格也会比IDE硬盘贵很多。SCSI的连接器接口和规范有很多种，常用的几种连接器接口如下图所示： SCSI硬盘和IDE硬盘相比，最核心的区别不是在于接口。作为企业级应用的磁盘，其需要具备较高的数据访问性能，因此在盘片转速方面，SCSI硬盘具有更高的转速。一旦转速提升，盘片的温度就会升高，与此同时寻道的定位难度也会提升。因此，SCSI等企业级盘在盘片的材料、磁盘的控制、数据的纠错等方面都和普通的硬盘存在非常大的差别，从而导致企业级硬盘具有更高的稳定性和性能。 ? SCSI物理总线接口在硬盘上已经不再使用了，但是在SCSI总线技术上发展起来的应用层协议（SCSI命令集）还一直保留，并被SAS互连网络所一直传承。 FC接口 FC硬盘是指采用FC-AL（FiberChannel Arbitrated Loop，光纤通道仲裁环）接口模式的磁盘。这种接口采用40针的信号定义。这种串行硬盘接口如下所示： FC硬盘采用FC-AL的总线协议，在实际应用过程中，所有硬盘都串联起来形成一个仲裁环，如下图所示： 这种连接方式可以扩展容量，但是缺点也非常的明显，一个环路中如果存在一个故障连接，那么整个链路的访问将会受到影响。在EMC的高端存储Vmax产品中曾经采用了FC盘，直到2014年发布Vmax3的时候，才将这种FC盘换成SAS盘。采用SAS盘之后，可以通过SAS Expander将所有的SAS或者SATA盘形成一个后端磁盘存储网络，如下图所示： 当年在高端存储系统中，为了提高磁盘性能、扩展存储容量，导致FC盘在后端存储网络中大量使用。随着SAS技术的不断推进、发展，