美女胸被狂揉扒开吃奶的网站o_亚洲日韩av中文无码专区_东京热激情无码专区_久久HEZYO久综合亚洲色_欧美成人高清视频_国产精品乡下勾搭老头_欧美一级v片在线播放_成人午夜国产视频_男女猛烈无遮挡免费动态图_亚洲一区国产精品视频

光大祖業(yè) 奉子成婚——SAS與SATA-Ⅱ?qū)ｎ}

前言

2002年的7月29日，《計(jì)算機(jī)世界》報(bào)第28期B1～B11版發(fā)表了筆者的《ATA串起SCSI——存儲(chǔ)接口世紀(jì)聯(lián)姻》專題，這也是國(guó)內(nèi)媒體上第一組介紹串行連接SCSI（Serial Attached SCSI，SAS）的原創(chuàng)文章。由于當(dāng)時(shí)SAS尚處于規(guī)格制訂的早期階段，很多工作都還沒(méi)有“浮出水面”，因此該專題以ATA和SCSI的淵源入手，引出Serial ATA（SATA）的串行誘惑與并行SCSI的總線危機(jī)，最后1/3的篇幅才是討論SAS問(wèn)世背景、簡(jiǎn)要規(guī)格及市場(chǎng)定位的內(nèi)容。

隨后SAS進(jìn)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，標(biāo)準(zhǔn)制訂工作取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。2003年1月20日，SCSI商業(yè)協(xié)會(huì)（SCSI Trade Association，STA）在Server I/O 2003上宣布與Serial ATA Ⅱ工作組達(dá)成合作，共同致力于SAS與SATA硬盤(pán)的系統(tǒng)級(jí)兼容。SAS的物理接口設(shè)計(jì)已經(jīng)確定，各相關(guān)廠商陸續(xù)走上前臺(tái)。

在追蹤SAS技術(shù)動(dòng)態(tài)的同時(shí)，筆者也一直關(guān)注著Serial ATA Ⅱ。作為Serial ATA針對(duì)入門級(jí)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備需要進(jìn)行的功能擴(kuò)展，Serial ATA Ⅱ?qū)⑦M(jìn)入企業(yè)級(jí)市場(chǎng)作為Serial Attached SCSI在低端的補(bǔ)充，ATA和SCSI交匯之處不再?zèng)芪挤置鳌９P者受一位臺(tái)灣同行網(wǎng)名“疑似奉子成婚”的啟發(fā)，用“奉子成婚”來(lái)形容Serial Attached SCSI與Serial ATA Ⅱ之間的關(guān)系，出發(fā)點(diǎn)固然是Serial Attached SCSI在事實(shí)上兼容Serial ATA后才宣布達(dá)成官方合作，真正的用意卻指向雙方在企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)市場(chǎng)高低搭配的互補(bǔ)關(guān)系。通過(guò)對(duì)各種相關(guān)技術(shù)規(guī)范的發(fā)掘，筆者整理出底層接口、設(shè)備性能和子系統(tǒng)三條主線，希望這種剖析方式能夠讓大家對(duì)Serial Attached SCSI和Serial ATA Ⅱ有更為深入的了解。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:18:37 編輯過(guò)］

光大祖業(yè) 奉子成婚——SAS與SATA-Ⅱ

這是一個(gè)串行的時(shí)代

串行革命的先行者USB和IEEE 1394已經(jīng)先后取得了成功，PCI Express也正如推廣者所愿高速向黎明挺進(jìn)。如果說(shuō)接口互連技術(shù)從并行向串行的過(guò)渡要遵循自外而內(nèi)的順序，那么介于內(nèi)外之間的存儲(chǔ)設(shè)備接口應(yīng)該恰處在“串行進(jìn)行時(shí)”。

事實(shí)的確如此。低端的ATA“笨鳥(niǎo)先飛”，三年前就開(kāi)始行動(dòng)的Serial ATA已于去年“修成正果”，正在準(zhǔn)備迎接收獲季節(jié)；Serial Attached SCSI雖起步較晚，但對(duì)Serial ATA的“收編”顯著加快了標(biāo)準(zhǔn)制訂的進(jìn)度，有望在2004年成為堪與PCI Express比肩的熱點(diǎn)。

祖宗之法終須改

經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展（截止到2001年，ATA的歷史還沒(méi)有這么長(zhǎng)，詳情參見(jiàn)《ATA串起SCSI——存儲(chǔ)接口世紀(jì)聯(lián)姻》專題），SCSI和ATA在硬盤(pán)接口領(lǐng)域已占據(jù)了絕對(duì)的統(tǒng)治地位：個(gè)人存儲(chǔ)市場(chǎng)（桌面型和移動(dòng)型硬盤(pán)）完全是ATA的天下，企業(yè)級(jí)硬盤(pán)采用SCSI的比例也超過(guò)80%。

SCSI和ATA的成功書(shū)寫(xiě)了并行接口的輝煌，然而后者的總線結(jié)構(gòu)頻率提升困難、效率低下，動(dòng)輒數(shù)十根的連線也不利于設(shè)備小型化和高密度存儲(chǔ)，已經(jīng)不能適應(yīng)21世紀(jì)的要求。相比之下，大幅度減少連線的串行接口不僅有便于設(shè)計(jì)、利于機(jī)內(nèi)空氣流通的優(yōu)點(diǎn)，更可以在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的基礎(chǔ)上演變出高效且易于擴(kuò)展的交換架構(gòu)，是（至少）未來(lái)十年的發(fā)展方向。

基于上述共識(shí)，Ultra ATA/100和Ultra320 SCSI先后被定位成并行接口的收山之作。既然要轉(zhuǎn)向串行，包括連接器和線纜在內(nèi)的物理層必然會(huì)隨之改變，但一定要與原來(lái)的并行接口保持軟件兼容，這樣現(xiàn)有的操作系統(tǒng)和軟件都無(wú)需改變，保護(hù)了開(kāi)發(fā)商和用戶的投資。

當(dāng)然，軟件兼容只是幫助新一代ATA和SCSI接口完成從并行向串行平滑遷移，順利繼承“祖業(yè)”的手段，若要充分發(fā)揮串行接口的優(yōu)勢(shì)、擴(kuò)大各自原先的適用范圍，可以再陸續(xù)增加新的功能、改善性能（成為并行ATA和SCSI命令的所謂“超集”），并隨著時(shí)間的推移逐漸淘汰原有標(biāo)準(zhǔn)中過(guò)時(shí)的部分，即盡可能以漸近的方式完成變革——完全推倒重來(lái)不是開(kāi)放市場(chǎng)的風(fēng)格。

成婚妙舉獲利多

雖說(shuō)同為并行，SCSI和ATA的高下之分還是很明顯的。這也難怪，ATA接口的“始作俑者”初衷是以盡可能低的成本提供可以接受的性能，本就沒(méi)有什么長(zhǎng)遠(yuǎn)打算。經(jīng)過(guò)不斷的規(guī)格擴(kuò)充后，ATA標(biāo)準(zhǔn)不經(jīng)意中已在市場(chǎng)上活躍了十多年，然而最初的“因陋就簡(jiǎn)”限制了其進(jìn)一步發(fā)展的空間：不要說(shuō)連接距離（46厘米）和設(shè)備數(shù)目（雙通道，主/從配置）難以滿足下一個(gè)十年的要求，就連帶寬的提升也變得步履維艱——如果沒(méi)有增加40根地線這一招，真不知Ultra ATA/66該怎樣實(shí)現(xiàn)。

窮則思變。在Ultra ATA/66的熱潮尚未褪去的2000年春季，串行ATA（Serial ATA，SATA）被提上了議事日程。Serial ATA 1.0參考了ATA/ATAPI-5標(biāo)準(zhǔn)，與Ultra ATA的軟件兼容相對(duì)比較容易，難的是硬件接口要重新設(shè)計(jì)，因此最終規(guī)范直到2001年秋季才正式發(fā)布，前后歷時(shí)18個(gè)月。在此期間，并行ATA經(jīng)過(guò)Ultra ATA/100的過(guò)渡才勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)了接口帶寬的倍增（象征意義大于實(shí)用價(jià)值的Ultra ATA/133）。

與ATA相比，SCSI改走串行“未雨綢繆”的成份更大一些。在Ultra320 SCSI還未產(chǎn)品化、Ultra640 SCSI尚處制訂中的2001年冬季，Compaq、IBM、LSI Logic、Maxtor和Seagate主動(dòng)出擊，宣布要開(kāi)發(fā)Serial Attached SCSI。Serial Attached SCSI支持SCSI主要命令（SCSI Primary Commands-3，SPC-3），硬件接口則獨(dú)出心裁地“先斬后奏，偷食禁果”——采用增強(qiáng)的Serial ATA物理層（添加第二端口支持），這樣做的好處至少有二：

首先，開(kāi)發(fā)時(shí)間得到了有效的控制。如果說(shuō)Serial ATA是ATA的一場(chǎng)革命，那么Serial Attached SCSI就是SCSI“翻天覆地”的大革命——雙端口、多路物理連接和從單一總線轉(zhuǎn)至分級(jí)交換架構(gòu)，復(fù)雜程度變化之大遠(yuǎn)非Serial ATA所能比擬，如果物理層還要白手起家，就難保不會(huì)像Serial ATA一樣遭遇進(jìn)度延期(大約一年)的困擾。正是憑借對(duì)Serial ATA物理層的“拿來(lái)主義”，一年多來(lái)Serial Attached SCSI的前進(jìn)步調(diào)基本上與擬定好的時(shí)間表（見(jiàn)下圖）相吻合，曾經(jīng)有可能為其充當(dāng)“救火隊(duì)員”的Ultra640 SCSI也不再有人提起。反觀ATA一方，業(yè)內(nèi)本已達(dá)成從Ultra ATA/100直升Serial ATA的共識(shí)，難耐寂寞的Maxtor還是請(qǐng)出Ultra ATA/133“秀”了一把。

其次，SATA外圍設(shè)備（特別是硬盤(pán)）將能夠用于SAS環(huán)境中。長(zhǎng)期以來(lái)，ATA只是在功能上被視為SCSI的子集，兩者之間并不兼容。如今SAS在軟硬件層面上都涵蓋了SATA，企業(yè)級(jí)用戶可以在同一環(huán)境中混用SAS（提高性能）和SATA（降低成本）驅(qū)動(dòng)器，既提高了靈活性又可避免重復(fù)投資，無(wú)疑是一項(xiàng)創(chuàng)新之舉。

兩相比較，SAS對(duì)SATA的兼容顯然更為重要。正因如此，SAS在標(biāo)準(zhǔn)制訂過(guò)程中一直緊跟ATA方面的變化，SAS規(guī)范所參考的ATA規(guī)范從00a修訂本中的ATA/ATAPI-6和ATA/ATAPI-7前進(jìn)至05修訂本中的ATA/ATAPI-7 V1、ATA/ATAPI-7 V3（Serial ATA）及Serial ATA Ⅱ: Extensions to Serial ATA 1.0就是一例，而SCSI商業(yè)協(xié)會(huì)與Serial ATA Ⅱ工作組共同致力于SAS與SATA硬盤(pán)系統(tǒng)級(jí)兼容合作的意義更超越了簡(jiǎn)單的“名份”范疇。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:19:23 編輯過(guò)］

魔高一尺 道高一丈——ATA與SCSI再戰(zhàn)串行

從應(yīng)用的層面講，ATA與SCSI的關(guān)系是互補(bǔ)遠(yuǎn)大于競(jìng)爭(zhēng)，存在的價(jià)值不應(yīng)有高下之分；然而若深入挖掘技術(shù)細(xì)節(jié)，孰強(qiáng)孰弱、誰(shuí)先誰(shuí)后的討論卻并非全無(wú)意義。

歷史：基礎(chǔ)制勝

SCSI的問(wèn)世時(shí)間早于ATA，規(guī)格也更為完善，但并不意味著在新技術(shù)的應(yīng)用上總是SCSI走在前面。這方面比較典型的例子是雙沿傳輸（DT，原理相當(dāng)于DDR）和CRC校驗(yàn)，1996年出臺(tái)的Ultra ATA/33（又稱Ultra DMA/33）就已經(jīng)具備，比SCSI早了整整兩年（Ultra3 SCSI）。

某些功能則是難分伯仲。仍以CRC校驗(yàn)為例，最初只有數(shù)據(jù)相（Data Phase）能夠享受這個(gè)待遇，后來(lái)ATA和SCSI不約而同地將其增強(qiáng)為對(duì)包括命令和狀態(tài)在內(nèi)的全部傳輸內(nèi)容提供保護(hù)（下圖）——從標(biāo)準(zhǔn)制訂到產(chǎn)品化，Serial ATA 1.0和Ultra320 SCSI在時(shí)間上都相差無(wú)幾。

CRC范圍的變遷

然而在最基本的底層架構(gòu)上，先天不足的ATA怎么努力也無(wú)法縮小與SCSI的差距。LVD（Low Voltage Differential，低電壓差分），一項(xiàng)不算復(fù)雜但卻需要雙倍數(shù)據(jù)線（分別傳輸正、負(fù)電壓信號(hào)）的技術(shù)，成為了決定SCSI和并行ATA（Parallel ATA，PATA）發(fā)展空間的重要因素。LVD增強(qiáng)了信號(hào)的抗干擾、抗衰減能力，有助于延長(zhǎng)連接距離，保證高頻傳輸?shù)目煽啃�。站在LVD的角度來(lái)考慮問(wèn)題，就容易理解為何SCSI不急于采用雙沿傳輸和CRC校驗(yàn)了。

如果不采用雙沿傳輸，PATA要實(shí)現(xiàn)33MB/s的帶寬，運(yùn)行頻率就會(huì)達(dá)到16.6MHz，可是PATA的40根數(shù)據(jù)線在運(yùn)行頻率逼近11.1MHz的時(shí)候就已無(wú)法保證傳輸質(zhì)量，而雙沿傳輸使Ultra ATA/33無(wú)需提高運(yùn)行頻率（8.3MHz）即可達(dá)到同樣的目的，CRC校驗(yàn)的引入則有利于維護(hù)數(shù)據(jù)完整性。不過(guò)，隨著帶寬的再次翻倍（66MB/s），11.1MHz終被突破，因此Ultra ATA/66不得已搬出了增加40根地線的設(shè)計(jì)，效果雖不能與LVD相提并論，但總算能夠?qū)�壽命延長(zhǎng)至Ultra ATA/133（運(yùn)行頻率33.3MHz）。

反觀Ultra2 Wide（U2W）SCSI，80MB/s的帶寬都不需要雙沿傳輸，因?yàn)長(zhǎng)VD線纜足以應(yīng)付40MHz的運(yùn)行頻率，沒(méi)有CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量也不差。Ultra160 SCSI采用了雙沿傳輸和CRC校驗(yàn)，所以運(yùn)行頻率保持不變，線纜也不用更換；Ultra320 SCSI的運(yùn)行頻率提高到了80MHz，理論上要求用專門的線纜，但由于線纜的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性改變，因此質(zhì)量較好的LVD線纜仍然可以使用（只是連接距離可能會(huì)受到一些影響）。

從連接距離、設(shè)備數(shù)目到多任務(wù)操作能力，SCSI建筑在底層架構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)是PATA無(wú)法追趕的，LVD不過(guò)是其中一例。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:20:14 編輯過(guò)］

變法：強(qiáng)者愈強(qiáng)

PC處理能力的增強(qiáng)帶來(lái)了其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備接口的要求也水漲船高——至少，僅靠廉價(jià)是不行了。

Serial ATA（SATA）的串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接在保持廉價(jià)特色的同時(shí)突破了PATA的局限：簡(jiǎn)直是串行接口必備的LVDS（低電壓差分信號(hào)）技術(shù)將連接距離提高了一倍，1米的長(zhǎng)度完全能夠滿足PC機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的要求；每個(gè)端口可連接的設(shè)備數(shù)目雖然從2個(gè)減少為1個(gè)，但小巧的連接器卻讓同樣面積所能容納的端口數(shù)量成倍增加，結(jié)局不言自明；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接構(gòu)成相對(duì)先進(jìn)的星形拓?fù)�，可以顯著改善并發(fā)操作能力。在發(fā)展空間上，令PATA難以逾越的150MB/s（1.5Gb/s，8b/10b編碼）只是SATA的起步帶寬，后續(xù)將會(huì)提高到300MB/s和600MB/s（下圖）。

SAS和SATA的發(fā)展路線圖

盡管SATA與（并行）SCSI相比仍存在全方位的差距，但已不像PATA那么明顯，SCSI陣營(yíng)對(duì)此焉能視而不見(jiàn)？何況并行SCSI繼續(xù)發(fā)展的潛力也很有限，步ATA的后塵轉(zhuǎn)向串行是遲早的事。Serial Attached SCSI（SAS）吸納SATA的物理層設(shè)計(jì)是一大妙招，然而怎樣運(yùn)用同樣的串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接營(yíng)造出比SATA更為復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而滿足企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)性能、可靠性和可用性的要求，難度也是顯而易見(jiàn)的。

SAS不僅是在SATA的物理層上執(zhí)行SCSI命令集那么簡(jiǎn)單，它還具備FC（Fibre Channel）的某些特性，這使其超越了SATA和（并行）SCSI的范疇（表1）。 

表1：SATA、SAS和FC-AL主要特性對(duì)比

雙端口  SAS的數(shù)據(jù)幀基于FCP（FC Protocol），還對(duì)SATA的物理層進(jìn)行了增強(qiáng)——（在外圍設(shè)備端）添加第二端口支持，形成符合高可用性要求的雙端口（dual port）。

全雙工  并行ATA和SCSI都是發(fā)送和接收共用一組數(shù)據(jù)線，因此發(fā)送和接收不能同時(shí)進(jìn)行，即所謂的半雙工（half duplex）；SATA數(shù)據(jù)線由兩條傳送方向相反的差分信號(hào)對(duì)（LVDS，共4根）組成，發(fā)送（Tx）和接收（Rx）各走一路，為全雙工（full duplex）提供了物理上的可能。不過(guò)，SATA在一對(duì)信號(hào)線上傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)需要用另一對(duì)信號(hào)線返回流控(flow control）信息，所以仍然是半雙工；SAS則將一路數(shù)據(jù)所需的流控信息與反向傳送的數(shù)據(jù)混合在一起，從而能在同樣的數(shù)據(jù)線上實(shí)現(xiàn)全雙工（下圖）。

SAS的全雙工工作示意圖

寬鏈接  物理鏈接（physical link）是SAS中的一個(gè)基礎(chǔ)概念，一條物理鏈接包括兩對(duì)差分信號(hào)線（Tx和Rx，即一條SATA線纜），傳輸方向相反，在兩個(gè)物理Phy之間形成通路。兩個(gè)SAS端口之間可以建立起由多個(gè)物理鏈接構(gòu)成的wide link（圖4），相應(yīng)的端口也被稱做wide port，可以表示為N-wide link和N-wide port，N取值在1～4之間，代表物理鏈接的數(shù)量。1-wide link/port即narrow link/port，這方面的典型例子是硬盤(pán)，雙端口意味著兩個(gè)獨(dú)立的narrow port（雖然規(guī)格中并沒(méi)有將硬盤(pán)端口嚴(yán)格限定在1-wide，但單個(gè)物理鏈接所能提供的帶寬已經(jīng)明顯超出硬盤(pán)的內(nèi)部傳輸率，還可以降低成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜性），不能配置成一個(gè)2-wide port（2寬度端口）。

寬鏈接和寬端口

類似于PCI Express（×1～×32），SAS支持寬鏈接的主要出發(fā)點(diǎn)是獲得成倍的帶寬，這種并聯(lián)的方便性顯然要拜串行技術(shù)所賜。

帶寬  或許是考慮到2004年第一批SAS產(chǎn)品問(wèn)世時(shí)SATA很可能已推出3.0Gb/s的第二代規(guī)格，SAS 1.0/1.1采取了直接支持3.0Gb/s并向下兼容1.5Gb/s的策略。Marty Czekalski承認(rèn)，包括7月8日T10會(huì)議上LSI Logic與Maxtor聯(lián)合演示系統(tǒng)在內(nèi)的某些初期原型產(chǎn)品的確運(yùn)行在1.5Gb/s，但都是在FPGA和現(xiàn)貨供應(yīng)PHY（物理層）芯片基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，預(yù)計(jì)2003年年底將會(huì)有采用完全集成3Gb/s PHY芯片和ASIC設(shè)計(jì)的設(shè)備出現(xiàn)，并逐漸被業(yè)內(nèi)接受。

量產(chǎn)的SAS設(shè)備會(huì)具有每端口3Gb/s的數(shù)據(jù)速率，SAS協(xié)議還允許全雙工操作，這意味著一臺(tái)雙端口驅(qū)動(dòng)器能夠達(dá)到12Gb/s的峰值吞吐率（理論上限，持續(xù)時(shí)間取決于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和緩存帶寬），而4-wide port(4寬度端口)更可以獲得24Gb/s(合2.4GB/s)的帶寬——超過(guò)PCI-X 2.0。

連接距離  為了提高連接距離，SAS發(fā)送和接收信號(hào)的電壓范圍都比SATA大為提高（表2）。在具體的連接距離指標(biāo)上，最初宣稱是10米，新的資料則是大于6米（外部線纜），似乎與信號(hào)速率從1.5Gb/s提高到3.0Gb/s有關(guān)。需要指出的是SAS規(guī)范里面并沒(méi)有嚴(yán)格限定線纜長(zhǎng)度，而是靠發(fā)送水平和接收敏感度來(lái)考察，（制造商）通過(guò)檢測(cè)線纜特性來(lái)判定其所能達(dá)到的距離——高質(zhì)量線纜可以連接得更遠(yuǎn)，當(dāng)然成本也更高。現(xiàn)在SAS線纜連接距離的要求已經(jīng)提高到8米（制造商仍可以花費(fèi)更多，用更高質(zhì)量的線纜求得更長(zhǎng)的距離），通過(guò)3個(gè)擴(kuò)展器（Expander）之后，SAS的連接距離能夠超過(guò)32米，與Ultra160/320 SCSI的12米（15個(gè)設(shè)備）或25米（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）相比雖沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，但也足以應(yīng)付機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)設(shè)備連接和近距離DAS的要求了。

 表2：SAS和SATA物理層的兼容性

［maxxiao 在 2010-8-27 23:20:57 編輯過(guò)］

演變——SATA-Ⅱ和SAS 1.1

Serial ATA 1.0定義了Serial ATA接口的連接器、線纜、物理層和協(xié)議，桌面計(jì)算平臺(tái)是其主要應(yīng)用目標(biāo)。在2002年春季IDF上，Serial ATA 1.0的發(fā)起者APT、Dell、Intel、Maxtor和Seagate又牽頭成立了Serial ATA Ⅱ工作組，負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)具備服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備所需功能及下一代信號(hào)速率的Serial ATA Ⅱ規(guī)范，而緊隨其后的Serial Attached SCSI也沒(méi)有滿足于1.0版。

Serial ATA Ⅱ兩步走

Serial ATA Ⅱ規(guī)范分為兩個(gè)階段，第一階段是在Serial ATA 1.0的基礎(chǔ)上增加服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備所需功能，即“Serial ATA Ⅱ: Extensions to Serial ATA 1.0”（簡(jiǎn)稱Extensions to SATA 1.0），已經(jīng)于2002年10月16日完成1.0修訂本，是Serial ATA Ⅱ工作組開(kāi)發(fā)的眾多規(guī)范中第一個(gè)亮相的。Extensions to SATA 1.0的所有功能（下表）都是可選的（非強(qiáng)制性），只要具備任何一個(gè)功能都可以聲明“Supports SATA Extensions”（支持SATA擴(kuò)展），相應(yīng)的產(chǎn)品則被稱為“SATA 1.5 Gb/s product x supports SATA Extensions”或“SATA 1.5 Gb/s product x supports SATA Extensions a, b, &c”。根據(jù)Serial ATA命名規(guī)則，產(chǎn)品不能叫做“SATA 1.0”或“SATA Ⅱ”——“SATA 1.5 Gb/s”或“SATA 3.0 Gb/s”既表明了是哪一代SATA規(guī)范，還可以避免引起混淆。

第二階段的主要目標(biāo)是將信號(hào)速率翻倍為3.0Gb/s，按計(jì)劃應(yīng)該在2003年下半年定義，2004年下半年進(jìn)入產(chǎn)品研發(fā)。其他最初賦予第二階段的任務(wù)，不是已經(jīng)公布規(guī)范（“有效連接大量設(shè)備的能力”，包括Serial ATA Ⅱ: Port Multiplier和Ganged connector），就是與SAS關(guān)系密切（“拓?fù)渲С蛛p主機(jī)失效保護(hù)”），詳細(xì)介紹參見(jiàn)后文。

Serial ATA Ⅱ: Extensions to Serial ATA 1.0的新增功能

×——需要改進(jìn)以支持相應(yīng)功能

Serial Attached SCSI內(nèi)外皆修

2002年10月23日，Intel向T10委員會(huì)遞交了讓SAS支持Serial ATA Ⅱ: Extensions to Serial ATA 1.0的提議。11月7日，T10開(kāi)始考慮自己的下一代——Serial Attached SCSI - 2（SAS-2），并計(jì)劃于2004年12月對(duì)外公布草案。

然而，進(jìn)入2003年后不久，“SAS-2”的字樣就從T10網(wǎng)站的工作草案文檔區(qū)消失了——被Serial Attached SCSI-1.1（SAS-1.1）取而代之。對(duì)此STA(SCSI商業(yè)協(xié)會(huì))常務(wù)董事Michael T. LoBue的解釋是，那個(gè)“SAS-2”與SAS 1.0相比變化不是很大，用“SAS-1.1”表達(dá)更符合實(shí)際。

2003年7月10日，T10公布了SAS 1.1工作草案的第一個(gè)版本（00修訂本），它的絕大部分內(nèi)容與SAS 1.0的05修訂本相同，只有少量改進(jìn)，信號(hào)速率不變。改進(jìn)之處包括：

1.增加4-wide內(nèi)部連接器（對(duì)應(yīng)SATA Ⅱ的Ganged connector）；

2.簡(jiǎn)化的第一次突發(fā)（可選功能，不利用它對(duì)硬盤(pán)和磁帶機(jī)等設(shè)備沒(méi)有影響）；

3.鏈路/傳輸層重試：在SAS 1.0中，如果傳輸數(shù)據(jù)到設(shè)備的過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，將導(dǎo)致整個(gè)傳輸終止，傳輸重試，這種機(jī)制與硬盤(pán)的行為相匹配，很少甚至根本不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。然而，對(duì)流式磁帶驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)，重發(fā)數(shù)據(jù)卻會(huì)因磁帶回卷而造成性能顯著下降。為了獲得一個(gè)基本穩(wěn)定的規(guī)范并加快SAS系統(tǒng)推向市場(chǎng)的速度，制訂SAS 1.0時(shí)沒(méi)有過(guò)多考慮這個(gè)問(wèn)題。SAS 1.1增加了鏈路/傳輸層重試，可以改善使用磁帶驅(qū)動(dòng)器時(shí)的性能。

4.改正了在SAS 1.0中發(fā)現(xiàn)的所有錯(cuò)誤。

預(yù)計(jì)SAS 1.1將在SAS 1.0之后9個(gè)月左右通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)審查，SAS 2.0的時(shí)間表目前還不清楚，惟一確定的是其數(shù)據(jù)速率將達(dá)到6Gb/s。Marty Czekalski估計(jì)大約還要等上兩年，不會(huì)早于SAS 1.1。

也許作為SAS象征的標(biāo)志（logo）改變更為顯著。最初的標(biāo)志(上圖)是在工作組初期設(shè)計(jì)的，描繪了一個(gè)連接著多個(gè)設(shè)備的擴(kuò)展器（Expander），當(dāng)時(shí)工作組只有5個(gè)成員，主要精力都放在開(kāi)發(fā)技術(shù)規(guī)范上，標(biāo)志的挑選程序沒(méi)有過(guò)多考慮市場(chǎng)宣傳的要求。在2002年5月規(guī)范草案轉(zhuǎn)交T10開(kāi)發(fā)之后，代替工作組推廣SAS的STA認(rèn)為,最初的標(biāo)志在顏色和風(fēng)格上不能與STA或SATA的標(biāo)志形成互補(bǔ)，有必要改用一種與所有標(biāo)志同時(shí)在介紹材料中出現(xiàn)時(shí)仍清晰可見(jiàn)的風(fēng)格。于是，經(jīng)過(guò)更換顏色和部分變形之后，SAS標(biāo)志就成了今天這個(gè)樣子(見(jiàn)下圖)。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:21:37 編輯過(guò)］

包容有道——SAS環(huán)境中的SATA設(shè)備

SAS兼容SATA的能力非常重要，系統(tǒng)集成商和用戶可以根據(jù)實(shí)際需要在大容量/高性價(jià)比的SATA硬盤(pán)與高性能/高可用性的SAS硬盤(pán)之間自由選擇。不過(guò)，串行互連技術(shù)促進(jìn)存儲(chǔ)接口融合說(shuō)起來(lái)容易，但真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)要解決的問(wèn)題還是很多的。

SAS對(duì)SATA的支持可以從軟件和硬件兩個(gè)層面來(lái)討論，其中雙端口格外值得我們關(guān)注。

STP鋪路 OOB識(shí)別

SAS定義了3個(gè)協(xié)議：串行SCSI協(xié)議（Serial SCSI Protocol，SSP），全雙工，讓SCSI運(yùn)行在增強(qiáng)的SATA物理層上；串行ATA隧道協(xié)議（Serial ATA Tunneled Protocol，STP），為SATA增加多目標(biāo)尋址和多發(fā)起者訪問(wèn)，以適應(yīng)SAS環(huán)境的需要；串行管理協(xié)議（Serial Management Protocol，SMP），用于發(fā)現(xiàn)和管理擴(kuò)展器（Expander）。

擴(kuò)展器把SATA的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接擴(kuò)展至SAS的多發(fā)起者/多目標(biāo)，然而SATA協(xié)議僅支持單發(fā)起者/單目標(biāo)，STP的任務(wù)就是讓發(fā)起者能夠通過(guò)擴(kuò)展器訪問(wèn)SATA目標(biāo)。STP在發(fā)起者與最遠(yuǎn)的、也就是連接SATA設(shè)備的擴(kuò)展器端口(STP目標(biāo)端口)之間建立起一條通路（隧道），傳輸標(biāo)準(zhǔn)的SATA 1.0幀，因此在SATA設(shè)備看來(lái)，自己連接的就是SATA主機(jī)適配器。如果發(fā)起者端口識(shí)別出與其直接相連的是一臺(tái)SATA設(shè)備，則只使用SATA協(xié)議通信。

發(fā)起者端口怎么知道自己連接的是SATA設(shè)備或SAS設(shè)備呢？在連接初始化時(shí)，發(fā)起者送出OOB（Out of band）慢速脈沖信號(hào)，檢測(cè)目標(biāo)對(duì)COMSAS脈沖的響應(yīng)情況——如果目標(biāo)也返回COMSAS脈沖，就是SAS設(shè)備，反之即為SATA設(shè)備。需要注意的是，由于在SAS協(xié)議中發(fā)起者和目標(biāo)是對(duì)等的，外圍設(shè)備（如硬盤(pán)）也可以作為發(fā)起者，主動(dòng)送出COMSAS脈沖，向目標(biāo)（主機(jī)適配器）表明自己的身份。以硬盤(pán)為例，能否生成COMSAS脈沖即辨別SAS與SATA的依據(jù)。

STP發(fā)起者端口經(jīng)過(guò)OOB協(xié)商確認(rèn)與自己相連的是SATA設(shè)備后即進(jìn)入SATA模式，嚴(yán)格遵循SATA主機(jī)適配器的行為規(guī)范。STP并不關(guān)心SATA FIS（Frame Information Structure，幀信息結(jié)構(gòu)）的內(nèi)容，SATA命令排隊(duì)可以在FIS中傳輸——前提當(dāng)然是STP發(fā)起者端口和SATA設(shè)備必須支持命令排隊(duì)功能。不過(guò)，SATA Ⅱ中的其他擴(kuò)展功能不是被STP排除在外，就是以另外的方式實(shí)現(xiàn)。

傳輸完成后由SAS主機(jī)適配器或擴(kuò)展器決定是否用STP斷開(kāi)與SATA設(shè)備的連接，以后需要時(shí)再重新連接。整個(gè)過(guò)程中該SATA設(shè)備始終以為自己通過(guò)正常的流控機(jī)制直接連在某個(gè)SATA主機(jī)適配器上，實(shí)際情況卻是SAS主機(jī)適配器進(jìn)行了SATA“翻譯”工作。在Windows操作系統(tǒng)中，這個(gè)SAS主機(jī)適配器將與使用Miniport驅(qū)動(dòng)程序的SATA主機(jī)適配器一樣被歸類為SCSI控制器。

背側(cè)添丁 雙口防患

從時(shí)間上看，SAS連接器（包括設(shè)備端插頭及背板和內(nèi)部線纜插座）的設(shè)計(jì)方案要滯后于線纜——第二端口的安放位置似乎比并聯(lián)數(shù)據(jù)線更費(fèi)思量。

SAS與SATA連接器示意圖

難者不會(huì)，會(huì)者不難。SFF-8482內(nèi)部附屬連接器規(guī)范將原本分離的SATA端口和電源插頭相連，SAS第二端口位于連接處的背側(cè)（插座則是對(duì)側(cè)，見(jiàn)上圖）。第二端口比這塊跨接區(qū)域略寬，但也只有SATA端口（也即SAS第一端口）的2/3，因此其7個(gè)接腳及間距均明顯變窄（下圖）。與SAS插頭的“鐵板一塊”相對(duì)應(yīng)，SAS插座也“全線貫通”（SATA插座在SAS第二端口的位置有一突起），這樣既可以保證SATA設(shè)備插入SAS插座，又能避免誤將SAS設(shè)備插入SATA插座。

SAS連接器就是SATA連接器背面加上第二端口

由于單端口的帶寬（3.0Gb/s，甚至1.5Gb/s）已經(jīng)能夠滿足硬盤(pán)的要求，SAS硬盤(pán)增加第二端口并不是為了支持寬鏈接（2-wide），而是通過(guò)給它們賦予不同的SAS地址（WWN），讓雙端口分屬兩個(gè)（冗余的）域以防系統(tǒng)出現(xiàn)單點(diǎn)故障，從而提高可用性。

在SAS環(huán)境中，SATA設(shè)備同樣有高可用性需求，即允許兩個(gè)主機(jī)適配器連接到一臺(tái)SATA硬盤(pán)上，避免主機(jī)適配器成為單點(diǎn)故障源（圖3）。與SAS的雙端口不同，在任何時(shí)刻都只能由一個(gè)主機(jī)適配器獨(dú)享此SATA硬盤(pán)的控制權(quán)（由系統(tǒng)軟件檢測(cè)哪個(gè)主機(jī)適配器處于“活動(dòng)”狀態(tài)）。這種通路切換機(jī)制由兩端口到單端口的適配器——端口選擇器（Port Selector，PS）——實(shí)現(xiàn)，SATA Ⅱ工作組負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)規(guī)范，工作草案已經(jīng)遞交T10網(wǎng)站供參考。在任何時(shí)刻只有一個(gè)端口處于活動(dòng)狀態(tài)，在切換端口之前硬盤(pán)的所有行為都必須停止（隊(duì)列中無(wú)請(qǐng)求）。端口選擇器的設(shè)計(jì)取決于子系統(tǒng)廠商，可以兩邊分別是SAS（雙端口）和SATA連接器，也有可能把端口選擇器放在背板上，或者干脆將其集成到硬盤(pán)上配合統(tǒng)一的背板連接器使用。SATA Ⅱ工作組還有意將端口選擇器用于靜態(tài)負(fù)載均衡。不過(guò)，這樣一來(lái)也對(duì)該SATA硬盤(pán)的工作周期(7×24)和平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)提出了更高的要求。

防止單點(diǎn)失效的典型SAS配置

為了更好地兼容SATA，SAS的物理層也提供了對(duì)時(shí)鐘頻譜擴(kuò)展（Spread Spectrum Clocking）的支持。時(shí)鐘頻譜擴(kuò)展通過(guò)將時(shí)鐘發(fā)生器脈沖波的尖峰衰減為相對(duì)平滑的曲線來(lái)降低EMI（ElectroMagnetic Interference，電磁干擾），SATA加入這項(xiàng)功能是為了滿足PC對(duì)電磁輻射的嚴(yán)格要求；SAS所面向的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備輻射標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有那么苛刻，SAS設(shè)備并不需要它，但SAS系統(tǒng)卻必須能接收來(lái)自SATA設(shè)備的時(shí)鐘頻譜擴(kuò)展信號(hào)。

發(fā)起者和目標(biāo)

對(duì)SATA來(lái)說(shuō)，發(fā)起者（initiator）必須是主機(jī)控制器，目標(biāo)（target）只能是外圍（存儲(chǔ)）設(shè)備；SAS卻靈活許多，外圍設(shè)備同樣能夠成為發(fā)起者，主機(jī)控制器也可以當(dāng)做目標(biāo)。

造成這種差別的根源在于SAS繼承了SCSI對(duì)等（peer-to-peer）的傳統(tǒng)，即發(fā)起者和目標(biāo)地位平等，在建立連接和傳輸數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)有主從之分。對(duì)等是SAS很容易地就能在單個(gè)物理鏈接上實(shí)現(xiàn)全雙工的主要原因，但它的優(yōu)點(diǎn)并不限于此。

SAS硬盤(pán)執(zhí)行SCSI擴(kuò)展拷貝命令時(shí)，（SSP）協(xié)議允許一塊硬盤(pán)直接與其他硬盤(pán)建立連接，在沒(méi)有主機(jī)參與的情況下發(fā)送SCSI命令并傳輸數(shù)據(jù)。

另一個(gè)對(duì)等的例子是RAID卡。SAS允許兩塊（冗余的）RAID卡連接到同一SAS域中互相通信，這個(gè)通信路徑將兩塊RAID卡聯(lián)系在一起，如果其中一塊RAID卡發(fā)生故障，另一塊就會(huì)接替它的動(dòng)作而不用擔(dān)心數(shù)據(jù)損壞。

相比之下，SATA和PATA一樣由主機(jī)起控制作用，外圍設(shè)備只是被動(dòng)地響應(yīng)請(qǐng)求，即所謂“非對(duì)等”。也就是說(shuō)，SATA協(xié)議沒(méi)有允許兩塊主機(jī)適配器相互溝通或在兩塊硬盤(pán)間建立直接通信路徑的機(jī)制。

SAS規(guī)范并沒(méi)有限制SAS硬盤(pán)作為發(fā)起者與SATA硬盤(pán)通信的能力，然而實(shí)際設(shè)計(jì)中不會(huì)出現(xiàn)這種情況，因?yàn)镾AS硬盤(pán)要為此提供對(duì)STP和SATA發(fā)起者協(xié)議的支持，從而提高復(fù)雜性和成本。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:22:22 編輯過(guò)］

把排隊(duì)落到實(shí)處——SATA-Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)

在Serial ATA Ⅱ?qū)�Serial ATA 1.0所做的諸多功能擴(kuò)展中，只有一項(xiàng)是與性能密切相關(guān)的，它就是本機(jī)命令排隊(duì)（Native Command queuing，也稱全速命令排隊(duì)，簡(jiǎn)寫(xiě)為NCQ）。借助SATA 1.0改進(jìn)的DMA機(jī)制，SATA Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)結(jié)束了PATA命令排隊(duì)可有可無(wú)的尷尬歷史，能夠更好地滿足入門級(jí)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備的要求，也順應(yīng)了PC應(yīng)用環(huán)境向多線程發(fā)展的趨勢(shì)。

并行ATA（PATA）命令排隊(duì)協(xié)議1997年就被加入ATA/ATAPI-4規(guī)范，可直到現(xiàn)在仍僅有一家硬盤(pán)廠商（HGST，原來(lái)的IBM）提供支持該協(xié)議的產(chǎn)品。難道是PATA命令排隊(duì)實(shí)現(xiàn)起來(lái)太過(guò)復(fù)雜？答案當(dāng)然是——非也。

PATA排隊(duì)難有作為

在這個(gè)即將被拋棄的時(shí)刻，PATA的“罪惡”自然是罄竹難書(shū)。如此說(shuō)來(lái)，再多拎出一條似乎也不能算落井下石。

組成PATA排隊(duì)協(xié)議的命令包括Read DMA Queued(Ext)、Write DMA Queued(Ext)和Service，其中后者是出于PATA DMA的總線從屬性需要。前面我們已經(jīng)介紹過(guò)，PATA是非對(duì)等的協(xié)議，也即硬盤(pán)不能主動(dòng)與主機(jī)通信，必須由主機(jī)定期交替輪詢（同一通道內(nèi)的）主盤(pán)和從盤(pán)。這樣一來(lái)，硬盤(pán)在接收到來(lái)自主機(jī)的命令后，要么立即執(zhí)行，要么必須通過(guò)設(shè)置注意標(biāo)志和Service位來(lái)通知主機(jī)何時(shí)準(zhǔn)備就緒執(zhí)行命令。主機(jī)發(fā)現(xiàn)Service位后，會(huì)發(fā)出一條Service命令，以便從硬盤(pán)得到將執(zhí)行哪一條待執(zhí)行命令的信息。

由于隊(duì)列的客觀屬性決定了其中至多有一條命令能夠立即執(zhí)行，因此在深度大于1的隊(duì)列中Service命令不可避免。由于Service位不包含任何對(duì)即將執(zhí)行命令的識(shí)別信息，所必需的命令識(shí)別信息要以標(biāo)記值的形式與數(shù)據(jù)請(qǐng)求一同傳輸，而且僅供主機(jī)用以設(shè)置DMA引擎和接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，主機(jī)不能預(yù)先掌握硬盤(pán)所設(shè)置的輔助位來(lái)自哪條命令，數(shù)據(jù)傳輸周期開(kāi)始前也無(wú)法設(shè)置DMA引擎。本來(lái)最清楚數(shù)據(jù)存放在何處和怎樣訪問(wèn)的硬盤(pán)，現(xiàn)在反倒被置于完全被動(dòng)的地位，有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃�有�?zhǔn)備工作和決策都是由主機(jī)做出的，自己只剩下設(shè)置Service位，等待主機(jī)下一次查詢的份兒。最終的結(jié)果是，受PATA DMA的總線從屬性限制，PATA命令排隊(duì)帶來(lái)的性能改善，很輕易地就被協(xié)議開(kāi)銷抹殺了。在隊(duì)列深度較淺的時(shí)候，性能甚至還比不排隊(duì)的情況有所下降——連“聊勝于無(wú)”都算不上。

所以，盡管接收到來(lái)自主機(jī)的命令就執(zhí)行（而不是排隊(duì)）看起來(lái)很傻，可是PATA硬盤(pán)的設(shè)計(jì)者們基本上別無(wú)選擇。沒(méi)有命令排隊(duì)（有也發(fā)揮不了多大作用）的后果就是，隨著并發(fā)訪問(wèn)程度的提高，PATA硬盤(pán)與SCSI硬盤(pán)之間的性能差距被越拉越大（見(jiàn)圖）。

PATA硬盤(pán)的IOPS性能隨隊(duì)列深度提高的幅度明顯不及SCSI硬盤(pán)

在傳統(tǒng)的PC單線程應(yīng)用中，PATA硬盤(pán)可以按照主機(jī)軟件安排的順序執(zhí)行命令，因此沒(méi)有命令排隊(duì)還不是很嚴(yán)重的問(wèn)題。但是，隨著超線程技術(shù)的出現(xiàn)，多線程應(yīng)用將逐漸在PC領(lǐng)域普及，對(duì)硬盤(pán)端排隊(duì)能力的需求漸趨迫切，SATA Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)可謂生逢其時(shí)。

FPDMA反客為主

既然PATA DMA的總線從屬性是命令排隊(duì)有名無(wú)實(shí)的“元兇”，SATA Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)就通過(guò)單方DMA（First Party DMA，F(xiàn)PDMA）的機(jī)制來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。雖然繼承了PATA的非對(duì)等“傳統(tǒng)”，但SATA利用FPDMA促成主機(jī)控制器為排隊(duì)命令的數(shù)據(jù)傳輸選擇適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)或源物理內(nèi)存區(qū)域（允許硬盤(pán)經(jīng)由Scatter/Gather列表直接尋址）并初始化DMA引擎，進(jìn)而可以自己安排傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間和順序。

為了實(shí)現(xiàn)硬盤(pán)與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)和狀態(tài)通信，SATA 1.0定義了三種類型的幀信息結(jié)構(gòu)（FIS），分別是FPDMA Setup、DMA Active和Set Device Bits，SATA Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)直接使用它們而無(wú)需修改現(xiàn)有SATA協(xié)議，不過(guò)增加了Read FPDMA Queued和Write FPDMA Queued這兩條命令。

SATA Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)允許支持和不支持該協(xié)議的硬盤(pán)連接在一個(gè)主機(jī)控制器上，當(dāng)然更能夠共存于同一磁盤(pán)子系統(tǒng)中。主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)識(shí)別設(shè)備（Identify Device）功能檢測(cè)硬盤(pán)是否支持SATA Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)，本身還要支持Read FPDMA Queued和Write FPDMA Queued，因此必須做出相應(yīng)的改動(dòng)。

5月7日，Intel在WinHEC 2003會(huì)議上發(fā)布了高級(jí)主機(jī)控制器接口0.95版規(guī)范（Advanced Host Controller Interface，AHCI），為驅(qū)動(dòng)程序和系統(tǒng)軟件提供了發(fā)現(xiàn)并實(shí)施命令隊(duì)列、熱插及電源管理等高級(jí)SATA功能的標(biāo)準(zhǔn)接口。AHCI最終規(guī)范預(yù)計(jì)在2004年早期推出，而基于0.95版規(guī)范的AHCI SATA獨(dú)立主機(jī)控制器則力爭(zhēng)于2003年年底上市。

SATA在DMA方式上的改進(jìn)，不僅避免了PATA命令排隊(duì)的協(xié)議開(kāi)銷，還提高了無(wú)序數(shù)據(jù)傳送的效率。由于PATA DMA的總線從屬性和輪詢間隔造成的等待，PATA硬盤(pán)只有在收到Service命令后，才能將數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩存，然后整塊傳輸；在SATA中，硬盤(pán)決定何時(shí)開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)，從盤(pán)片中讀取數(shù)據(jù)后，不等主機(jī)完成讀時(shí)序和置Service位啟動(dòng)DMA設(shè)置，立刻就可以利用非零偏移（no-zero offset）數(shù)據(jù)傳輸。以磁頭錯(cuò)過(guò)起始LBA的32扇區(qū)數(shù)據(jù)傳輸為例，SATA硬盤(pán)不是以無(wú)序數(shù)據(jù)傳送方式將數(shù)據(jù)寫(xiě)入高速緩存，然后再啟動(dòng)32扇區(qū)DMA傳輸，而是建立一個(gè)部分DMA傳輸——譬如后16個(gè)扇區(qū)的DMA傳輸，等起始LBA旋轉(zhuǎn)到磁頭下方，硬盤(pán)立刻發(fā)出針對(duì)前16個(gè)扇區(qū)的新一條Read FPDMA Queued命令。

由于FPDMA可以充分利用無(wú)序數(shù)據(jù)傳送，即使隊(duì)列深度為1，SATA也可以提高性能。利用明顯高于硬盤(pán)持續(xù)傳輸率的接口帶寬，SATA能通過(guò)非零偏移FPDMA Setup先傳輸?shù)谝慌鷶?shù)據(jù)扇區(qū)的數(shù)據(jù)，然后斷開(kāi)與主機(jī)控制器的連接避免無(wú)謂地占用帶寬，待起始LBA到達(dá)磁頭下方再啟動(dòng)第二個(gè)FPDMA Setup傳輸其余數(shù)據(jù)。這實(shí)質(zhì)上就是利用了命令排隊(duì)的功能，而且在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中主機(jī)控制器也的確可以插入其他命令。

小結(jié):（硬盤(pán)內(nèi)部）命令排隊(duì)的本質(zhì)是什么？就是讓硬盤(pán)來(lái)決定何時(shí)及以怎樣的形式執(zhí)行每一條命令以達(dá)到節(jié)省時(shí)間、提高效率的目的�？墒窃赑ATA中，硬盤(pán)只有排列命令順序的能力，最關(guān)鍵的時(shí)間因素卻掌握在主機(jī)（控制器）手里，硬盤(pán)準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)（往往）不能立即傳輸給主機(jī)，由此產(chǎn)生的無(wú)謂等待和命令開(kāi)銷很輕易地就將命令排隊(duì)所能帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)化解為無(wú)形，接到命令立即執(zhí)行成為了PATA硬盤(pán)的主旋律。SATA的FPDMA方式幫助硬盤(pán)“奪回”對(duì)時(shí)間因素的控制權(quán)，真正可以自主決定何時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，是本機(jī)命令排隊(duì)得以發(fā)揮作用的必要保障。

差距源于定位

雖說(shuō)看起來(lái)SATA Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)比PATA要簡(jiǎn)潔高效許多，但那主要應(yīng)歸功于DMA方式的改變，命令排隊(duì)本身的功能仍然受到了PATA“遺傳”的局限，譬如排隊(duì)命令與非排隊(duì)命令不能混合使用、發(fā)生錯(cuò)誤將導(dǎo)致硬盤(pán)放棄隊(duì)列中的全部命令（主機(jī)必須管理恢復(fù)過(guò)程），不過(guò)與SCSI命令排隊(duì)最大的區(qū)別還是隊(duì)列類型及深度。

SCSI命令排隊(duì)支持三種隊(duì)列類型，分別是簡(jiǎn)單隊(duì)列（Simple Queue）、有序隊(duì)列（Ordered Queue）和隊(duì)列頭（Head of Queue）。ATA命令排隊(duì)只是簡(jiǎn)單隊(duì)列，即硬盤(pán)享有以任意順序排列和優(yōu)化命令的完全自主權(quán)。

隊(duì)列頭屬性賦予某一命令以優(yōu)先權(quán)，讓它排在某個(gè)現(xiàn)有隊(duì)列的前頭，以優(yōu)先響應(yīng)緊急的I/O請(qǐng)求。如果出現(xiàn)了新的更為緊急的I/O請(qǐng)求，只需發(fā)出相應(yīng)的命令并賦予隊(duì)列頭屬性即可，后進(jìn)先出（LIFO）排序方案隨后就會(huì)限定優(yōu)先執(zhí)行這一新的命令。不過(guò)，SATA Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)雖然不能對(duì)隊(duì)列排定優(yōu)先級(jí)，但卻可以發(fā)出一條虛擬的隊(duì)列頭命令來(lái)打亂現(xiàn)有隊(duì)列，給新的命令讓路——代價(jià)是隊(duì)列中未完成的命令必須重新發(fā)送。

有序隊(duì)列要求以命令的接收順序執(zhí)行命令，杜絕了在硬盤(pán)內(nèi)部調(diào)整執(zhí)行時(shí)間和進(jìn)行優(yōu)化的可能性。作為SCSI命令排隊(duì)中的特例，有序隊(duì)列用于多啟動(dòng)程序（發(fā)起者）/多目標(biāo)環(huán)境，啟動(dòng)程序突然將必須嚴(yán)格遵守的命令排序方案發(fā)送給硬盤(pán)，隨后就釋放總線，直到滿足該I/O請(qǐng)求為止。通過(guò)發(fā)送一個(gè)由上述三種類型隊(duì)列組成的混合隊(duì)列，SCSI命令排隊(duì)可以提供比SATA Ⅱ本機(jī)命令排隊(duì)更為強(qiáng)大的功能。

至于隊(duì)列深度的規(guī)定，ATA最大為32級(jí)，SCSI為256級(jí)，兩種新興的串行接口（SATA和SAS）也不例外。對(duì)于PC和入門級(jí)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備，SATA的32級(jí)深度已經(jīng)足夠，而SCSI面向的多主機(jī)/多設(shè)備應(yīng)用環(huán)境則要求更深的隊(duì)列深度。不過(guò)，由于隊(duì)列越深(實(shí)現(xiàn))成本也就越高，并且滿深度利用隊(duì)列時(shí)大量的待處理命令反倒可能成為性能瓶頸，因此并行SCSI硬盤(pán)通�！爸荒堋边_(dá)到64級(jí)深度。Marty Czekalski認(rèn)為，多數(shù)SAS硬盤(pán)將采用支持128級(jí)深度的設(shè)計(jì)，從而與FC-AL硬盤(pán)相當(dāng)。

在單主機(jī)/單硬盤(pán)配置中，由于單主機(jī)產(chǎn)生不了足夠的待處理請(qǐng)求，SCSI的隊(duì)列深度得不到充分利用，只能靠主軸轉(zhuǎn)速的優(yōu)勢(shì)提高性能。隨著作業(yè)的復(fù)雜程度不斷提高，SCSI的優(yōu)勢(shì)才愈加明顯。雖然SAS 1.0的命令排隊(duì)功能與并行SCSI相比沒(méi)有什么變化，但是它卻具有無(wú)需經(jīng)過(guò)共享總線仲裁的優(yōu)點(diǎn)，并可以利用串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接賦予的全雙工能力在突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)反向接受命令，為命令排隊(duì)功能提供了更為廣闊的發(fā)展空間。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:23:17 編輯過(guò)］

為什么要排隊(duì)？

所謂命令排隊(duì)（Command Queuing），通常包括兩個(gè)層次的含義：首先，硬盤(pán)（緩沖區(qū)）內(nèi)部能夠容納來(lái)自主機(jī)控制器的多條命令，待處理命令的數(shù)目即隊(duì)列深度；其次，硬盤(pán)控制器可以重新安排這些命令的執(zhí)行順序，從而獲得最大的輸出。

我們知道，硬盤(pán)是機(jī)、電、磁一體化的設(shè)備，其中動(dòng)作最慢的機(jī)械部分是硬盤(pán)性能提升的瓶頸所在。硬盤(pán)的磁道是以主軸為圓心的一個(gè)個(gè)同心圓，當(dāng)磁頭懸停在磁道上方拾取數(shù)據(jù)的時(shí)候，機(jī)械動(dòng)作的影響降至最低點(diǎn)（總不能讓主軸不轉(zhuǎn)吧？），相應(yīng)地硬盤(pán)可以向外輸出數(shù)據(jù)的流量也達(dá)到了最高的水平，即持續(xù)傳輸率（為簡(jiǎn)化問(wèn)題起見(jiàn)，忽略磁道間切換的開(kāi)銷）。當(dāng)然，由于外圈磁道長(zhǎng)度占優(yōu)，其傳輸率的數(shù)值也更高。

高轉(zhuǎn)速的硬盤(pán)通常在持續(xù)傳輸率上領(lǐng)先，譬如目前主流15000RPM SCSI能達(dá)到75MB/s～56MB/s（見(jiàn)表）；7200RPM ATA由于盤(pán)片直徑較大，外圈傳輸率也有61MB/s。這樣的指標(biāo)雖然比內(nèi)存低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但也還算說(shuō)得過(guò)去。

然而在實(shí)際應(yīng)用中持續(xù)傳輸很少出現(xiàn)，高端企業(yè)級(jí)計(jì)算更是如此。以數(shù)據(jù)庫(kù)索引操作為例，對(duì)象在盤(pán)片上的分布位置并不連續(xù)，迫使磁頭移動(dòng)去讀寫(xiě)一次只有幾KB的小數(shù)據(jù)塊，是典型的隨機(jī)訪問(wèn)。磁頭要先移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在磁道（尋道），然后再等待要讀取的區(qū)塊旋轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)（延遲），即使按照平均值（即平均訪問(wèn)時(shí)間，等于平均尋道時(shí)間與平均延遲時(shí)間之和）來(lái)計(jì)算，也要花費(fèi)10ms左右的時(shí)間（以附表為例，SCSI讀5.2ms，ATA讀12.7ms），相比之下真正讀取數(shù)據(jù)的時(shí)間幾乎可以忽略不計(jì)（512字節(jié)只需幾十μs）。如果是每次僅讀取512字節(jié)的完全隨機(jī)訪問(wèn)，硬盤(pán)輸出數(shù)據(jù)的流量將驟降至0.1MB/s以下！

事實(shí)上，每秒（隨機(jī)）I/O操作的次數(shù)，即IOPS（I/O per second），早已成為衡量企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備性能的標(biāo)準(zhǔn)，這也是最高轉(zhuǎn)速總是來(lái)自于SCSI硬盤(pán)的主要原因。毫秒級(jí)對(duì)微秒級(jí)，千倍左右的差距，無(wú)疑使優(yōu)化機(jī)械部件的移動(dòng)次序（隨機(jī)訪問(wèn)操作）比提高電磁器件的響應(yīng)速率（單純拾取數(shù)據(jù)）更為重要，所以一定要對(duì)命令進(jìn)行排隊(duì)。

典型ATA和SCSI硬盤(pán)的性能指標(biāo)

尋道靠排隊(duì)

命令排隊(duì)主要解決的是尋道順序，不妨以電梯為例幫助我們理解這個(gè)問(wèn)題。設(shè)想一座電梯停在7層，進(jìn)入的人按照1、6、2、5層的順序按下按鈕，電梯是應(yīng)當(dāng)遵循這個(gè)7→1→6→2→5（走過(guò)16層、折返3次），還是將其調(diào)整為7→6→5→2→1（走過(guò)6層、減速4次）呢？相信大家都會(huì)選擇后一種方案，因?yàn)樗�不僅大大節(jié)省了時(shí)間，還避免了不必要的折返操作，非常有利于延長(zhǎng)電梯的壽命。此外，我們還希望電梯在運(yùn)行過(guò)程中能夠?qū)π掳聪碌陌粹o（假設(shè)為3）做出判斷，決定是否重新排序：如果此時(shí)電梯在6或5層，就把3插在2的前面；但若電梯已到3層，就按原順序走向2層——突然急停對(duì)乘客和電梯都會(huì)造成很大的傷害。

以上下的電梯來(lái)比喻在磁道間搖擺運(yùn)動(dòng)的磁頭非常形象——取出隊(duì)列中的命令（按下的樓層按鈕），然后重新排序（見(jiàn)下圖），縮減硬盤(pán)的機(jī)械開(kāi)銷，以便有效地獲取和發(fā)送主機(jī)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，命令排隊(duì)真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)需要考慮的問(wèn)題要復(fù)雜得多，譬如是否切換磁頭、針對(duì)不同磁道的尋道時(shí)間、不同的運(yùn)行模式（靜音尋道），涉及的參數(shù)更包括尋道長(zhǎng)度、起始位置和方向、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的加速分布、旋轉(zhuǎn)定位（讀寫(xiě)定位時(shí)間差）、讀緩存命中率、寫(xiě)緩存的啟用與禁用、處理相同LBA的I/O進(jìn)程，以及算法的公正性（消滅命令“餓死”現(xiàn)象），甚至旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間�？傊�，一個(gè)好的命令排隊(duì)算法可不那么簡(jiǎn)單。

等待有無(wú)序

僅僅把磁頭移動(dòng)到目標(biāo)磁道上方是不夠的，還必須把等待要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊旋轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，這就是旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間（延遲）。最好的情況自然是起始LBA就在磁頭下方，最糟糕的則是起始LBA剛好過(guò)去——意味著要損失旋轉(zhuǎn)一整圈的時(shí)間（取旋轉(zhuǎn)半圈的時(shí)間為平均延遲），也就是4ms（15000RPM）～8.3ms（7200RPM），簡(jiǎn)直與平均尋道時(shí)間不相上下，同樣不能忽略。

提高主軸轉(zhuǎn)速當(dāng)然可以縮短旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間，但未必是最好的辦法。無(wú)序數(shù)據(jù)傳送（Out of order data delivery）不需要磁頭從起始LBA開(kāi)始讀取，而是可以從目前LBA中的任何位置開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，只要磁頭定位在目標(biāo)磁道上方，就立刻開(kāi)始讀取所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)塊，錯(cuò)過(guò)的數(shù)據(jù)待盤(pán)片旋轉(zhuǎn)回來(lái)后再補(bǔ)上即可。如果所請(qǐng)求的恰好是整條磁道的數(shù)據(jù)，那么就沒(méi)有在旋轉(zhuǎn)等待上損失任何時(shí)間（就這條磁道而言相當(dāng)于持續(xù)傳輸），此時(shí)無(wú)序數(shù)據(jù)傳送顯然比任何機(jī)械方法都更為有效；如果所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)塊非常小，無(wú)序數(shù)據(jù)傳送的作用就大打折扣了，不像提高主軸轉(zhuǎn)速那般始終如一。從客觀情況出發(fā)，無(wú)序數(shù)據(jù)傳送更受在提高轉(zhuǎn)速上受到諸多限制的ATA硬盤(pán)青睞。

除了提高硬盤(pán)本身的性能，命令排隊(duì)功能還可以使主機(jī)在設(shè)備對(duì)命令進(jìn)行排隊(duì)的時(shí)候，斷開(kāi)與硬盤(pán)間的連接以釋放總線，一旦硬盤(pán)準(zhǔn)備就緒，就重新連接到主機(jī)，盡可能以最快的速率傳輸數(shù)據(jù)，從而消除占用總線的現(xiàn)象，改善整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:24:09 編輯過(guò)］

在模仿中超越——SATA-Ⅱ與SAS的子系統(tǒng)級(jí)技術(shù)

Serial ATA要用于服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備，就必須支持背板、箱體服務(wù)、交錯(cuò)旋轉(zhuǎn)預(yù)備等子系統(tǒng)（subsystem）級(jí)技術(shù)，這些Serial ATA Ⅱ都不能通過(guò)繼承（自PATA）的手段獲得，只好向老大哥SCSI學(xué)習(xí)；Serial Attached SCSI當(dāng)然不用再為上述那些小兒科勞神，它的目標(biāo)是滿足高端服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的需求，因此從FC（Fibre Channel，光纖通道）“偷師”了雙端口、多級(jí)交換、WWN等用于組建復(fù)雜拓?fù)浼軜?gòu)的技術(shù)。與其說(shuō)SATA Ⅱ追趕SCSI、SAS挑戰(zhàn)FC，不如來(lái)欣賞兩者如何實(shí)現(xiàn)超越自我的雄心。

SATA Ⅱ在SATA 1.0基礎(chǔ)上進(jìn)行的諸多擴(kuò)展中，除本機(jī)命令隊(duì)列和識(shí)別設(shè)備/設(shè)置功能外，都是專門為子系統(tǒng)服務(wù)的。由于類似的技術(shù)并行SCSI早已采用，所以本文只對(duì)它們做一簡(jiǎn)單介紹，而把主要的關(guān)注點(diǎn)放在SATA Ⅱ與SAS對(duì)SATA 1.0簡(jiǎn)單點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接所做的擴(kuò)充上。

SATA子系統(tǒng)：學(xué)習(xí)與完善

背板互連、箱體服務(wù)/管理、交錯(cuò)旋轉(zhuǎn)預(yù)備、硬盤(pán)活動(dòng)指示和熱插/到位檢測(cè)這五大功能在B9版都有簡(jiǎn)要的解釋，以下將視具體情況做進(jìn)一步的介紹。

背板互連  針對(duì)在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架（存儲(chǔ)陣列）內(nèi)部，最遠(yuǎn)端的硬盤(pán)與背板間的距離小于18英寸的情況�？紤]到背板端接口往往不會(huì)直接與（SATA）主控芯片相連，主控芯片PHY發(fā)送信號(hào)電壓差底限從（SATA 1.0規(guī)定的）400mV提高到500mV，接收信號(hào)電壓差底限從325mV降低至240mV。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，背板互連屬于物理層功能，其他四項(xiàng)才被Serial ATA Ⅱ: Extensions to Serial ATA 1.0規(guī)范明確地劃在Subsystem（子系統(tǒng)）一節(jié)中。

箱體服務(wù)/管理  提供對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SAF-TE（SCSI Accessed Fault-Tolerant Enclosures，SCSI接口容錯(cuò)箱體）和SES（SCSI Enclosure Services，SCSI箱體服務(wù)）的支持以增強(qiáng)SATA存儲(chǔ)子系統(tǒng)的功能，與背板互連一樣無(wú)需硬盤(pán)做出改變。不用說(shuō)，這是個(gè)向SCSI學(xué)習(xí)的成果。

交錯(cuò)旋轉(zhuǎn)預(yù)備  聽(tīng)起來(lái)挺拗口，實(shí)際上就是讓子系統(tǒng)控制器按順序（以一定時(shí)間間隔）先后初始化硬盤(pán)、使其主軸加電旋轉(zhuǎn)的方法。磁盤(pán)陣列等存儲(chǔ)子系統(tǒng)中通常會(huì)有多塊硬盤(pán)，如果它們一起加電啟動(dòng)主軸馬達(dá)，所需要的瞬間電流很可能會(huì)讓系統(tǒng)電源吃不消。

熱插/到位檢測(cè)  這里首先需要澄清“熱插拔”這個(gè)概念。最初宣傳SATA的時(shí)候，支持熱插拔是其一大熱點(diǎn)；等到第一批本機(jī)SATA硬盤(pán)上市，又有人說(shuō)SATA 1.0并不支持熱插拔，要SATA Ⅱ才行。真相是SATA 1.0提供了實(shí)現(xiàn)熱插拔所需要的能力，但卻沒(méi)有為生成一個(gè)完整的方案加以必要的指導(dǎo)。SATA Ⅱ要求設(shè)備具有能夠限制熱插涌入電流的預(yù)先加電（precharge）功能，并支持在熱插入之后使用OOB（out of band）序列信號(hào)檢測(cè)硬盤(pán)是否到位，從而實(shí)現(xiàn)了完整的熱插拔支持。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:24:46 編輯過(guò)］

Port Multiplier：量比質(zhì)優(yōu)先

2003年4月29日，SATA Ⅱ工作組在WinHEC會(huì)議上公布了Serial ATA Ⅱ: Port Multiplier 1.0規(guī)范。Port Multiplier（端口增加器）的作用是把一個(gè)活動(dòng)主機(jī)連接多路復(fù)用（multiplexed）至多個(gè)設(shè)備連接，相當(dāng)于一個(gè)SATA的Hub。

Port Multiplier的鏈路層與物理層兼具SATA 1.0主機(jī)和(外圍)設(shè)備的能力，連接到其上的SATA 1.0設(shè)備無(wú)需做出改變，也不用增加新的FIS類型。Port Multiplier采用4位（bit）寬度的PM端口字段，其控制端口占用一個(gè)地址，因此最多能輸出15個(gè)設(shè)備連接——與并行SCSI相當(dāng)。

Port Multiplier不允許級(jí)聯(lián)，而且只能有一個(gè)活動(dòng)的主機(jī)連接，這就限制了其上行帶寬，主要用于為端口不足的系統(tǒng)增加可連接設(shè)備的數(shù)量。Port Multiplier 1.0規(guī)范列舉了以下幾種典型應(yīng)用：

1.采用SATA外部接口的驅(qū)動(dòng)器箱體（下圖）。SATA外部線纜可以包括多路SATA鏈接，但它們不能合并為一個(gè)（寬）鏈接，每路SATA鏈接對(duì)應(yīng)一個(gè)Port Multiplier（的上行端口）。

采用SATA外部接口的Port Multiplier示例

2.采用FC-AL、GbE、SAS等其他外部接口的驅(qū)動(dòng)器箱體（下圖）。箱體內(nèi)部有一個(gè)將外部接口轉(zhuǎn)為SATA接口的主機(jī)控制器，它的每個(gè)SATA端口連接一個(gè)Port Multiplier或其他SATA設(shè)備。

采用其他外部接口的Port Multiplier示例

3.筆記本電腦的移動(dòng)塢站（docking station，見(jiàn)下圖）。塢站中的Port Multiplier上行端口與主機(jī)相連，下行端口用來(lái)接外部硬盤(pán)、光驅(qū)或其他SATA外圍設(shè)備。

用于塢站的Port Multiplier示例

Port Multiplier的上行和（所有）下行端口帶寬均為150MB/s（信號(hào)速率1.5Gb/s），明顯領(lǐng)先于任何SATA設(shè)備（包括硬盤(pán)）的實(shí)際速度，因此在下行連接設(shè)備較少（或速度較慢，如光驅(qū)）的情況下上行接口未必會(huì)成為性能瓶頸——何況將來(lái)可以把上行端口的帶寬先行提高到300MB/s（信號(hào)速率3.0Gb/s）。但不管怎么說(shuō)，現(xiàn)在的Port Multiplier仍只是一個(gè)功能受限（不能級(jí)聯(lián)）的SATA Hub而已。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:25:25 編輯過(guò)］

SAS：復(fù)雜奠定優(yōu)勢(shì)

如果把SATA的Port Multiplier比做Hub，那么將SAS的擴(kuò)展器形容為交換機(jī)（Edge Expander，邊沿?cái)U(kuò)展器）和路由器（Fanout Expander，扇出擴(kuò)展器）就再合適不過(guò)了。

擴(kuò)展器利用可多達(dá)128個(gè)的Phy（發(fā)送器和接收器各一、能夠接受1個(gè)物理鏈接的最小單元，譬如1個(gè)4寬度端口即由4個(gè)Phy組成）連接發(fā)起者/目標(biāo)設(shè)備或其他擴(kuò)展器，組成星形拓?fù)浼軜?gòu)。扇出擴(kuò)展器是SAS域的核心，一個(gè)SAS域只能有一個(gè)扇出擴(kuò)展器，它可以隨意連接邊沿?cái)U(kuò)展器（只要不超過(guò)Phy數(shù)目上限）；一個(gè)邊沿?cái)U(kuò)展器只能連接到一個(gè)扇出擴(kuò)展器上，而在沒(méi)有扇出擴(kuò)展器的情況下最多僅允許兩個(gè)邊沿?cái)U(kuò)展器互連；在不超過(guò)Phy數(shù)目上限的前提下，擴(kuò)展器可以隨意連接發(fā)起者/目標(biāo)設(shè)備。也就是說(shuō)，在一個(gè)SAS域中，任意兩個(gè)設(shè)備（發(fā)起者或目標(biāo)）之間最多可以有3個(gè)擴(kuò)展器（邊沿－扇出－邊沿，下圖）。此外，一個(gè)具有多個(gè)端口的設(shè)備還能跨越不同的SAS域。

擴(kuò)展器與設(shè)備的關(guān)系

SAS制訂初期的目標(biāo)是每個(gè)擴(kuò)展器可連接64個(gè)設(shè)備，一個(gè)SAS域最多4096個(gè)（64×64）設(shè)備；后來(lái)規(guī)范制訂者們意識(shí)到?jīng)]有必要把擴(kuò)展器的端口數(shù)目限制在64個(gè)，于是便改為每個(gè)擴(kuò)展器能夠?qū)ぶ?28個(gè)Phy，整個(gè)SAS域形成一個(gè)物理連接數(shù)目可達(dá)16k（128×128＝16384）的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交換式拓?fù)浼軜?gòu)。這種從基于路徑向基于尋址的轉(zhuǎn)變?cè)试S在不使用扇出擴(kuò)展器的情況下獲得更大規(guī)模的配置——通過(guò)多個(gè)邊沿?cái)U(kuò)展器組成“邊沿?cái)U(kuò)展器集”的方法，將能夠以Phy數(shù)目較少但卻廉價(jià)的芯片構(gòu)建起一個(gè)大型的邏輯擴(kuò)展器。

SAS連接器類型對(duì)比表

擴(kuò)展器強(qiáng)大的連接能力不僅是為設(shè)備數(shù)量服務(wù)的，它還可以用多達(dá)4個(gè)的物理鏈接（消耗的Phy數(shù)目也隨之上升）組成寬鏈接來(lái)獲得成倍的帶寬（見(jiàn)上表）。以4寬度內(nèi)部串行附屬連接器（下圖）為例，SATA只能通過(guò)4根相互間沒(méi)有邏輯聯(lián)系的線纜獲得4個(gè)獨(dú)立的SATA鏈接，SAS卻可以得到一個(gè)4寬度鏈接（在一個(gè)擴(kuò)展器上）、兩個(gè)2寬度鏈接（在兩個(gè)擴(kuò)展器上）、四個(gè)1寬度鏈接（在四個(gè)獨(dú)立的擴(kuò)展器或設(shè)備上），甚至還能夠是一個(gè)3寬度鏈接和一個(gè)1寬度鏈接……性能與靈活度都遠(yuǎn)勝于SATA。

SAS 1.1和SATA Ⅱ共同增加的4寬度內(nèi)部連接器

當(dāng)然，擴(kuò)展器引入的復(fù)雜度也不盡是優(yōu)點(diǎn)，譬如它將原本直接相連的兩個(gè)設(shè)備分隔開(kāi)就隱藏著潛在的風(fēng)險(xiǎn)。假想有兩個(gè)設(shè)備，支持的最高速率分別是1.5Gb/s和3.0Gb/s，當(dāng)它們直接相連的時(shí)候，會(huì)在經(jīng)過(guò)協(xié)商后以1.5Gb/s的速率通信，沒(méi)有什么不妥。若斷開(kāi)這個(gè)連接，在中間插入一個(gè)3.0Gb/s的擴(kuò)展器，情況會(huì)怎樣呢？問(wèn)題來(lái)了——兩個(gè)設(shè)備分別與擴(kuò)展器（上的相應(yīng)端口）協(xié)商后以各自的最高速率連接，即3.0Gb/s對(duì)1.5Gb/s，（當(dāng)各自處于接收狀態(tài)時(shí)）快的吃不飽，慢的吃不消。為此，SAS在鏈路層引入了速率匹配（rate matching）的概念，即在高速連接一側(cè)（視需要）插入ALIGN，降低其實(shí)際數(shù)據(jù)速率，維持?jǐn)U展器吞吐量的平衡。這一功能對(duì)SAS主機(jī)控制器(3.0Gb/s)通過(guò)擴(kuò)展器連接SATA外圍設(shè)備(1.5Gb/s)的應(yīng)用顯得尤為重要（下圖）。

速率匹配示意圖

要讓一個(gè)可能多達(dá)16k個(gè)Phy的域順利地運(yùn)作，必須有一個(gè)足夠大的地址分配空間。通過(guò)為每個(gè)SAS端口分配一個(gè)8字節(jié)的WWN（World Wide Name，全局名）作為SAS地址，這個(gè)問(wèn)題得到了解決。WWN包括24位的IEEE公司ID和36位制造商標(biāo)識(shí)符，可以保證其惟一性。

在SAS環(huán)境中，SAS主機(jī)控制器使用自己和SAS硬盤(pán)的WWN來(lái)建立SSP通路，可是對(duì)于并不支持WWN的SATA硬盤(pán)該怎么辦呢？解決辦法是用（與SATA硬盤(pán)直接相連的）STP目標(biāo)端口的WWN來(lái)代替。STP目標(biāo)端口不僅能夠讓多個(gè)STP發(fā)起者（主機(jī)控制器）通過(guò)它訪問(wèn)同一SATA硬盤(pán)，還應(yīng)具備追蹤每一個(gè)STP發(fā)起者SAS地址的能力，否則訪問(wèn)該STP目標(biāo)端口的STP發(fā)起者必須在命令完成之前保持連接——因?yàn)镾ATA硬盤(pán)本身并不支持多主機(jī)，若STP發(fā)起者送出命令后即斷開(kāi)連接，而STP目標(biāo)端口又不能追蹤其地址的話，那么SATA硬盤(pán)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后將不知道該傳輸給誰(shuí)。雖說(shuō)讓STP發(fā)起者在命令執(zhí)行過(guò)程中始終保持連接也不失為一種解決之道，但這無(wú)疑將導(dǎo)致SATA硬盤(pán)的命令排隊(duì)能力得不到充分利用

［maxxiao 在 2010-8-27 23:26:07 編輯過(guò)］

融合亦有界

毫無(wú)疑問(wèn)，SAS的多級(jí)交換架構(gòu)明顯地優(yōu)于并行SCSI、SATA和FC-AL，但另一方面，它的應(yīng)用范圍又被嚴(yán)格限定在機(jī)內(nèi)（In-box）和短距離DAS。也就是說(shuō)，SAS可以在機(jī)內(nèi)（硬盤(pán)級(jí)）接口的較量中擊敗FC-AL，但在外部（子系統(tǒng)間）接口的層面上卻只有給FC和iSCSI打下手的份兒。

在SAS面前，SATA的功能的確顯得有些小兒科，可這并不妨礙它打入傳統(tǒng)SCSI市場(chǎng)的低端。Adaptec和LSI Logic這兩家傳統(tǒng)意義上的SCSI控制器供應(yīng)商都相當(dāng)關(guān)注SATA技術(shù)， Adaptec中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理吳剛先生就認(rèn)為SATA將擠壓Ultra160 SCSI的市場(chǎng)空間，迫使后者加快向Ultra320 SCSI升級(jí)的速度。此外，Adaptec還計(jì)劃在一年之內(nèi)推出4/8端口的SATA RoC（RAID on Chip）和8/12端口的SATA卡，進(jìn)一步迫近并行SCSI。

不過(guò)，就主機(jī)控制器而言，SATA也只能在SAS無(wú)暇顧及的低端生存。為SATA主機(jī)控制器服務(wù)的Port Multiplier能力無(wú)法與SAS的擴(kuò)展器相提并論固然是一個(gè)重要原因，SAS兼容SATA的單向性也不容忽視。換句話說(shuō)，SAS主機(jī)控制器能夠使用SATA硬盤(pán)，SATA主機(jī)控制器卻不能使用SAS硬盤(pán)，這意味著前者具有豐富的設(shè)備資源，簡(jiǎn)直是如虎添翼；而后者除了價(jià)格優(yōu)勢(shì)外，就僅剩下（相對(duì)）可憐的擴(kuò)展能力和平平的性能。

硬盤(pán)端的情況似乎不太一樣。雖然總的趨勢(shì)仍將是SAS硬盤(pán)以性能和功能領(lǐng)先，SATA硬盤(pán)的容量和性價(jià)比占優(yōu)，但后者可以在SAS主機(jī)控制器的幫助下進(jìn)入一些以前不敢奢望的領(lǐng)域。事實(shí)上，高端應(yīng)用環(huán)境中也未必處處都需要無(wú)與倫比的性能和極高的可用性，相對(duì)廉價(jià)且大容量的硬盤(pán)同樣會(huì)有用武之地（如盤(pán)基備份）。以前，由于并行SCSI主機(jī)控制器不兼容PATA硬盤(pán)，而PATA控制器的能力又實(shí)在不能令人滿意，限制了ATA硬盤(pán)的應(yīng)用范圍�，F(xiàn)在有了SAS主機(jī)控制器對(duì)SATA硬盤(pán)的兼容，情況可望改觀（下圖）。

SAS與SATA在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)共存示例

具有低端SCSI產(chǎn)品特征的SATA硬盤(pán)可能會(huì)成為一個(gè)例子。有些企業(yè)級(jí)應(yīng)用并不一定在乎雙端口或大容量，但主流SATA硬盤(pán)的性能又滿足不了需要，這時(shí)“采用SATA接口的中低端SCSI（或SAS）硬盤(pán)”也許倒很適合。本報(bào)2002年6月23日B10版介紹過(guò)的WD Raptor硬盤(pán)（10000RPM，36.7GB，“ESATA”接口）算是這方面的先行者，2003年春季IDF上對(duì)比未來(lái)兩年各類硬盤(pán)產(chǎn)品的規(guī)格時(shí)，也專門列出了SATA-Enterprise（企業(yè)級(jí)SATA，10000RPM/100萬(wàn)小時(shí)MTBF），以與SATA-Desktop（桌面級(jí)SATA，7200RPM/50萬(wàn)小時(shí)MTBF）相區(qū)別。

另一個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)自于一些高端存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)參考數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求。所謂參考數(shù)據(jù)，是指重要但不頻繁訪問(wèn)的歸檔/備份等數(shù)據(jù)，這種應(yīng)用強(qiáng)調(diào)每兆字節(jié)最低（購(gòu)置）成本和可擴(kuò)展性，性能不是最關(guān)鍵的因素，按說(shuō)正適合ATA硬盤(pán)。然而多數(shù)高端存儲(chǔ)系統(tǒng)都會(huì)對(duì)扇區(qū)添加用于數(shù)據(jù)完整性檢查的元數(shù)據(jù)，這就要求扇區(qū)尺寸大于512字節(jié)（通常會(huì)是520字節(jié)或528字節(jié)），可是PATA偏偏不支持非512字節(jié)的扇區(qū)尺寸……現(xiàn)在SATA提供了對(duì)非512字節(jié)扇區(qū)尺寸的支持，配合SAS超強(qiáng)的擴(kuò)展能力，在參考數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域取得成功的把握大增。不過(guò)，SCSI/FC硬盤(pán)的扇區(qū)尺寸能夠在格式化時(shí)指定，非512字節(jié)扇區(qū)尺寸的SATA硬盤(pán)則很可能需要特別定制。

以上我們討論了SAS與SATA在企業(yè)級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域可能的一些動(dòng)態(tài)，SATA在PC市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)不是本專題所關(guān)心的。有一點(diǎn)是肯定的，那就是對(duì)SAS(系統(tǒng))兼容SATA(外圍設(shè)備)的重大意義怎么強(qiáng)調(diào)都不算過(guò)分。身為SATA始作俑者之一的Intel，從去年秋季IDF公開(kāi)把SAS與SATA相提并論，到2003年春季IDF上將SAS作為串行存儲(chǔ)接口講座的核心，也許就是機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)設(shè)備接口在串行時(shí)代走向融合大勢(shì)的一個(gè)縮影。

［maxxiao 在 2010-8-27 23:26:41 編輯過(guò)］