硬盘的秘密－－技术篇

  　二、硬盘接口技术的发展

　　1、ST－506接口

  　最早的IBMPC并不带有硬盘，它的BIOS及DOS1.0操作系统也不支持任何硬盘，后来DOS2引入了子目录系统，并添加了对“大容量”存储设备的 支持，于是一些公司开始出售供IBMPC使用的硬盘系统，这些硬盘与一块控制卡、一个独立的电源(IBMPC的电源只有63.5W，无法向硬盘供电)被一 起装在一个外置的盒子里，并通过一条电缆与插在扩展槽中的一块适配器相连，为了使用这样的硬盘，必须从软驱启动，并加载一个专用设备驱动程序。
1983年，IBM推出了IBMPC的后继产品PC/XT，虽然XT仍然使用8088CPU，但配置却要高得多，加上了一个10MB(随后的XTS机型 为20MB)的内置硬盘，IBM把原本放在盒子里的控制卡的功能集成到一块接口控制卡上，构成了我们常说的硬盘控制器。但是XT的BIOS中仍然不带有硬 盘读写例程，为此接口控制卡上有一块ROM芯片，其中存有硬盘读写例程，这种现象一直持续到基于80286处理器的PC/AT的推出，硬盘接口控制例程终 于被加入到了主板的BIOS中。

　  PC/XT和PC/AT机器使用的硬盘被称为MFM硬盘或ST－506/412硬盘，MFM(Modified Frequency Modulation)是指一种编码方案，而ST－506/412则是希捷开发的一种硬盘接口，首先使用这种接口的硬盘为希捷的ST－506及 ST－412。ST－506接口使用起来相当简便，它不需要任何特殊的电缆及接头，但是它支持的传输速度很低，因此到了1987年左右这种接口就基本上被 淘汰了，采用该接口的老硬盘容量多数都低于200MB。

　　2、ESDI接口

　　鉴于ST－506接口的低速度，迈拓于1983年开发了ESDI(Enhanced Small Drive Interface)接口。这种接口把编解码器放在了硬盘本身之中，而不是控制卡上，它的理论传输速度是ST－506的2～4倍，一般可达10Mbps。

　　ESDI接口并没有得到广泛应用，原因之一是它的成本比较高，经过了几个版本之 后，它与后出现的低成本高性能的IDE接口相比已没有优势可言，因此在进入九十年代后就逐步被淘汰掉了。Windows9x操作系统中有一个设备驱动程序 叫ESDI_506.pdr，显然这个文件的名字来源于古老的ESDI和ST－506接口，但ESDI_506.pdr却是一个IDE接口的驱动程序！

　　3、IDE与EIDE接口

　　IDE(Integrated Drive Electronics)的本意实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，我们常说的IDE接口，也叫ATA(Advanced Technology Attachment)接口，现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的，只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。
把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为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，对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。
ATA接口最初是在1986年由CDC、康柏和西部数据共同开发的，他们决定使用40芯的电缆，最早的IDE硬盘大小为5英寸，容量为40MB，康柏早 期的386系统使用了由西部数据制造的IDE硬盘，后来康柏创办了Conner来为自己生产硬盘，但很快又把Conner出售了。ATA接口的一大特点是 成本低廉，非常符合PC机的发展特点，因此很快得到大家的认同，从80年代末期开始逐渐取代了其它老式接口，ANSI也专门制定了ATA－1标 准，1990年后生产的PC机已经普遍采用ATA接口了。
就在ATA－2成为标准之时，西部数据与希捷掀起了一场接口名称之争。西部数据提出 了EIDE(Enhanced IDE)的概念，EIDE实际上包含了ATA－2和ATAPI(ATA Packet Interface)两种标准，后者是为了让CDROM、磁带机等其它设备使用ATA接口而制订的标准，因为ATA－1和ATA－2标准都只考虑了硬盘。 希捷为了对付WD的市场策略，也提出了一个Fast－ATA的概念，并得到了昆腾的支持。Fast－ATA实际上就是ATA－2，相对而 言，Fast－ATA比EIDE在概念上要更为清晰一些，但是由于CD－ROM驱动器的迅速发展，ATAPI标准得到了普遍应用，Fast－ATA和 EIDE两种称呼都经常出现在各种场合，反而产生了很多混淆。ATA接口的最新标准是ATA－3，与ATA－2相比，ATA－3没有增加更高速率的工作模 式，但改进了数据传输的可靠性，加入了一个简单的密码保护的安全方案，对电源管理方案进行了修改，并引入了S.M.A.R.T.技术，让硬盘在出错时能够 向系统报告。

　　4、DMA 33/66

　　DMA 33/66并不是新的接口规范，它们只是对EIDE接口的增强。最新的UltraDMA66是指一种由Intel及Quantum公司设计的同步DMA协 议。Intel810以后的芯片组(及大多数较新的非INELE芯片组)都支持此协议。传统的IDE数据传输仅仅利用了单边带的数据脉冲。DMA/66则 在数据传输时使用了双边带的数据脉冲。因此，使用该技术的硬盘并配合相应的芯片组，最大传输速度可以由16MB/s提高到66MS/s。它们最大的优点在 于把CPU从大量的数据传输中解放出来了，可以把数据从HDD直接传输到主存而不占用更多的CPU资源，从而在一定程度上提高了整个系统的性能。 DMA/66已成为目前E-IDE硬盘接口事实上的标准。

　　5、SCSI接口

　　SCSI(Small Computer System Interface)是一种与ATA完全不同的接口，它不是专门为硬盘设计的，而是一种总线型的系统接口，每个SCSI总线上可以连接包括SCSI控制卡 在内的8个SCSI设备。早期PC机的BIOS不支持SCSI，各个厂商都按照自己对SCSI的理解来制造产品，造成了一个厂商生产的SCSI设备很难与 其它厂商生产的SCSI控制卡共同工作，加上SCSI的生产成本比较高，因此没有像ATA接口那样迅速得到普及。SCSI接口的优势在于它支持多种设备， 传输速率比ATA接口高，独立的总线使得SCSI设备的CPU占用率很低，所以SCSI更多地被用于服务器等高端应用场合。
ANSI分别于 1986年和1994年制订了SCSI－1和SCSI－2标准，一些厂商在这些标准的基础上开发了FastSCSI、UltraSCSI、 Ultra2SCSI(LVD)和Ultra160/m等事实上的标准。与UltraATA相似，UltraSCSI、Ultra2SCSI和 Ultra160/m也是处于SCSI－2和SCSI－3(仍然还未正式确定)两种标准之间的产物。昆腾、希捷、IBM等厂商都有自己的SCSI硬盘系列 产品，由于目标市场不同，这些SCSI硬盘的转速、缓存大小等指标要比同时期的IDE硬盘高得多。
EIDE硬盘的接口技术在不断进步 时，SCSI硬盘的接口技术也在迅速发展。目前开始普遍采用Ultra2SCSI(LVD)传输模式。LVD代表低电压差分技术，16位 Ultra2SCSI(LVD)接口的最高传输速率可达80MB/s，除了速度上的提升外，Ultra2SCSI(LVD)允许接口电缆的最大长度为12 米，比起UltraSCSI的1.5米限制有了极大的进步，大大增强了设备配置的灵活性。Ultra160/mSCSI也被引入硬盘界，对硬盘在高计算量 应用领域的性能扩展极有裨益，处理关键任务的服务器、图形工作站、冗余磁盘阵列(RAID)等设备将因此得到性能提升。而目前的硬盘厂商为使产品适应不同 领域的需求，将Ultra160/mSCSI技术与光纤界面技术集成在一块硬盘上，使硬盘的应用领域更加广阔，不但可以支持服务器、图形工作站、冗余磁盘 阵列应用，还可以支持SAN等新型应用，比如昆腾(Quantum)公司新推出的Atlas10K硬盘和AtlasⅣ硬盘就是这样的产品。

　　6、光纤通道

　　光纤通道技术具有数据传输速率高、数据传输距离远以及可简化大型存储系统设计的 优点。目前，光纤通道支持每秒200MB的数据传输速率，可以在一个环路上容纳多达127个驱动器，局域电缆可在25米范围内运行，远程电缆可在10公里 范围内运行。某些专门的存储应用领域，例如小型存储区域网络(SAN)以及数码视像应用，往往需要高达每秒200MB的数据传输速率和强劲的联网能力，光 纤通道技术的推出正适应了这一需求。同时，其超长的数据传输距离，大大方便了远程通信的技术实施。由于光纤通道技术的优越性，支持光纤界面的硬盘产品开始 在市场上出现。这些产品一般是大容量硬盘，平均寻道时间短，适应于高速、高数据量的应用需求，将为中高端存储应用提供良好保证。从技术发展 看，Ultra160/mSCSI仅仅是硬盘接口发展道路上的一环而已，200MB的光纤技术也远未达到止境，未来的接口技术必将令今天的用户瞠目结舌， 不妨拭目以待。

　　7、IEEE1394、USB

IEEE1394又称为 Firewire(火线)或P1394，它是一种高速串行总线，现有的IEEE1394标准支持100Mbps、200Mbps和400Mbps的传输速 率，将来会达到800Mbps、1600Mbps、3200Mbps甚至更高，如此高的速率使得它可以作为硬盘、DVD、CD－ROM等大容量存储设备的 接口。IEEE1394将来有望取代现有的SCSI总线和IDE接口，但是由于成本较高和技术上还不够成熟等原因，目前仍然只有少量使用IEEE1394 接口的产品，硬盘就更少了。此外基于USB接口的硬盘也问世了，只是目前还处在试验探索的阶段，产量极小。IBM生产了一种6.4G的USB硬盘，型号是 DTTA350640，它的价格要比相同指标的IDE硬盘贵一倍，其优势在于支持即插即用和热插拔，会在活动硬盘等领域得到发展。

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