SATA硬碟

SATA，即Serial ATA（串列 ATA），全稱是Serial Advanced Technology Attachment，是由Intel、IBM、Maxtor 和Seagate等公司共同提出的硬碟介面新規範。因為採用串列連接方式，所以使用 SATA 介面的硬碟又叫串口硬碟。SATA 規範將硬碟的外部傳輸速率理論值提高到了 150MB/s，比 Ultra ATA/100 高出 50%，比Ultra ATA/133 也要高出約 13%。SATAII 介面的速率可擴展到2X（300MB/s）和4X(600MB/s)。而 SATA150 與 SATAII 的區別主要是以傳輸數據的速度來劃分的。未來的 SATA 將通過提升時鐘頻率來讓硬碟也能超頻，可徹底解決硬碟介面這一數據傳輸最終瓶頸。SATA 硬碟介面需要較新的主板南橋晶元來支持，如 Intel ICH6、Intel ICH7、n Vidian Force4、VIAVT8237和Si S964等。SATA的優勢：支持熱插拔，傳輸速度快，執行效率高。

每一個 SATA 硬碟存儲結點由存儲器控制介面 MCI 和 SATA 硬碟控制器構成，如圖1所示。其中 MCI 負責按照消息幀格式生成、封裝或解封裝消息包，根據接收到消息包，提取並解析訪問存儲結點的操作命令，包括初始化，設置存儲結點的節電模式、休眠或喚醒，讀寫存儲器等。

SATA 主機和 SATA 設備間的通信採用的是 SATA 協議，按功能 SATA 協議分為物理層、鏈路層、傳輸層和命令層，協議的層次結構如圖2所示。主機和設備之間，除了物理層通過SATA 介面實際物理連接，其他各層均通過消息虛擬連接。物理層是主機與設備之間的通信基礎，主要負責碼流的收發、將高速串列差分信號轉換成并行數據以及將并行數據轉換成高速串列差分信號；鏈路層主要負責消息的無差錯傳輸，包括8B10B 編解碼、加解擾、CRC校驗等；傳輸層主要負責生成與解析幀信息結構（Frame Information Structures，FIS）；命令層主要負責生成和解析訪問 SATA 硬碟的操作命令。

傳統的 Parallel ATA 使用 單模信號放大系統“single-end-signal-amplified-system”。在這種系統中，雜訊會隨著正常信號一起傳輸、放大，不易被抑制；在高速時尤其嚴重，為了有效的減少雜訊的干擾，我們只好使用高達5V的電壓來傳送正-常訊號，使大電壓的正常訊號蓋過小電壓的雜訊信號。雖然大的電壓可以有效的抑制雜訊，但是大的電壓同時也表示驅動電路的生產成本將因此上升，大電壓更不利於高速傳輸系統的設計和製造，高達5V的傳輸電壓限制了追求高速和低成本的可能性。

和 Parallel ATA 相比，新的SATA 使用了差動信號系統“differential-signal-amplified-system”。這種系統能有效的將雜訊從正常訊號中濾除，良好的雜訊濾除能力使得SATA只要使用低電壓操作即可，和 Parallel ATA 高達5V的傳輸電壓相比，SATA 只要0.5V(500mv) 的峰對峰值電壓即可操作於更高的速度之上。“比較正確的說法是：峰對峰值‘差模電壓’”。

和 Parallel ATA 的 5V 驅動電壓相比，0.5V的SATA系統節省電力，其驅動IC的生產成本也較為便宜。

主流主板已全面支持SATA硬碟，下面介紹一下部分

1.南橋為ICH5/ICH5R的主板

先以華碩的P4C800為例，這款主板晶元組為i865PE，南橋為ICH5/ICH5R。進到BIOS后，選擇Main下的IDE Configuration Menu，在Onboard IDE Operate Mode下面可以選擇兩種IDE操作模式：兼容模式和增強模式(Compatible Mode和Enhanced Mode)。其中兼容模式Compatible Mode，可以理解為把SATA硬碟埠映射到並口IDE通道的相應埠，當你選擇這種模式時在下面的IDE Port Settings中會有三個選項：

Primary P-ATA+S-ATA：并行IDE硬碟佔據IDE0+1的主通道(Primary IDE Channel)，串列SATA硬碟佔據IDE2+3的從通道(Secondary IDE Channel)。也就是說這時主板上的第二個并行IDE介面對應的埠不可用。

Secondary P-ATA+S-ATA：與上面正相反，此時主板第一個并行IDE介面(Primary P-ATA)上對應的埠不可用，因為給SATA硬碟佔用了。

P-ATA Ports Only：屏蔽了串列SATA硬碟介面，只能使用并行介面設備。

註：前兩種模式中，主板上的SATA1介面自動對應IDE通道中的主盤位置，SATA2介面自動對應IDE通道中的從盤位置。

當選擇模式為增強模式Enhanced Mode時，其下的埠設置的字樣變為Enhanced Mode Supports On，其中也有三個選項：

P-ATA+S-ATA：并行和串列硬碟並存模式，此時SATA和PATA通道都相互獨立互不干擾，理論上4個P-ATA和2個S-ATA可同時接6個設備，實際上得根據不同主板而定，有的南橋晶元就只支持4個ATA設備。此時SATA1口硬碟對應Third IDE Master(第三IDE通道主盤)，SATA2口硬碟對應Fourth IDE Master(第四IDE通道主盤)。

S-ATA：串列硬碟增強模式，此時理論上支持4個串列硬碟，但還得看主板的支持情況(如果是ICH5R晶元組如P4P800，想組RAID模式，則必須要選擇此項，並將Configure S-ATA as RAID項設為Yes，S-ATA BOOTROM項設為Enable，設置后BIOS自動檢測的時候按“Ctrl+I”進行RAID設置)。

P-ATA：其實還是一種映射模式，SATA硬碟佔據的是第一個IDE通道，SATA1口對應第一個通道的主盤，SATA2口對應第一個通道的從盤。

當你使用的是Win98/Win NT/Win2000/MS-DOS等傳統的操作系統時，由於它們只支持4個IDE設備，所以請選擇兼容模式Compatible Mode，並根據你的實際硬碟數量和位置選擇IDE Port Settings中的對應選項；當你使用的是WinXP/Win2003等新型的操作系統時，可以選擇增強模式Enhanced Mode來支持更多的設備。當然如果你安裝Win98+Win XP雙系統的話，也只好選擇Compatible Mode了。另外，有的主板BIOS有BUG，致使在單個SATA硬碟上安裝Windows 98SE系統時不能正確安裝SATA硬碟(如：華擎P4VT8)，只需要升級BIOS版本到最新版就可以解決了。

註：雖然SATA硬碟本身並沒有主從之分，但是如果使用了埠映射的模式，當你想要并行硬碟和串列硬碟共存時，還是得注意硬碟所佔的位置不要衝突了，而且啟動順序也需要在BIOS中根據實際情況進行相應調整。

下面以GA-8KNXP Ultra為例，簡要說一下技嘉主板的BIOS中SATA的設置：

這款主板的晶元組是i875P，南橋為ICH5R，其SATA部分的設置選項在Main主菜單下的Integrated Peripherals(整合周邊設備)里，其設置功能詳見下表(只列出了有關SATA硬碟設置的部分)：

有關啟動設備的選項在Advanced BIOS Features(進階BIOS功能設定)中，詳見下表

通過上面的兩個例子可以看出ICH5/ICH5R南橋的主板，都是通過埠映射和獨立SATA通道兩種途徑來設置識別SATA硬碟的。至於應該選擇哪種模式和設置值，請參考上文並根據S-ATA硬碟和P-ATA硬碟的數量，安裝的操作系統以及哪一個作為系統啟動盤等實際情況來自行設定。

2.南橋為VIA的VT8237的主板

相對於ICH5/ICH5R晶元組，VT8237的SATA設置部分就簡單得多了。下面以碩泰克的SL-KT600系列為例，其SATA部分的設置選項也是在Main主菜單下的Integrated Peripherals(整合周邊設備)里：

Onboard PATA IDE(主板內建并行IDE口設定)

此項設定允許用戶配置主板內建并行IDE口功能。

Disabled：關閉主板的并行IDE口功能。

Enabled：允許使用并行IDE口功能(預設值)。

Onboard IDES operate mode(主板內建IDE優先設定)

PATA is Pri IDE：PATA口上的設備優先(預設值)。

SATA is Pri IDE：SATA口上的設備優先。

Onboard SATA- IDE(主板內建SATA口功能設定)

Disabled：關閉主板上SATA口。

SATA：主板上SATA口當做一般的SATA口使用。

RAID：主板上SATA口上的硬碟可以建立磁碟陣列(預設值)。

這裡你只需要根據實際情況調整一下串、并行口的優先順序就可以正常使用SATA硬碟了。(通過上面的選項能看出，在這裡S-ATA硬碟還是可以理解為映射到P-ATA埠上來識別的。)

註：RAID的組建還需要在開機時按“Tab”鍵進入VIA科技RAID控制器的BIOS設置畫面另行設置，請參見相關的說明手冊。

一般都是用Win98/Me啟動程序啟動後用FDISK、DM、PQ等工具來對硬碟進行分區的。那麼只要在BIOS中設置正確並能在啟動后識別出SATA硬碟，這時SATA硬碟的分區就和傳統的並口硬碟的分區方法完全一樣了。

如果、用的是Win2000/XP/2003等啟動光碟來啟動並分區的，如果你SATA硬碟不能識別，那麼需要在屏幕提示“Press F6 if you need to install a third party SCSI or RAID driver...”時按F6，用軟碟機載入驅動程序，當硬碟被正確識別後就和傳統的並口硬碟分區方法完全一樣了。

1.Win98/Me

不論使用的是什麼晶元組，只要在BIOS中設置正確並讓主板識別出S-ATA硬碟，那麼就可以正常地安裝使用了。(註：當然還得注意，Win98/Me等系統最大隻能支持4個設備。)

2.Win2000/XP/2003等NT核心的系統

這裡由於ICH5不需要載入RAID模塊，所以直接安裝就可(其實就是將S-ATA映射到P-ATA埠使用，自然就和並口硬碟一樣了)。而ICH5R南橋控制器則分兩種情況，一種是在BIOS中完全屏蔽了RAID模塊，那麼就和ICH5的情況一樣了，直接安裝即可；二是開啟了RAID(BIOS中默認都是開啟的)，則這時需要在啟動時按F6用軟碟機載入驅動。對於VT8237理論上應與ICH5R一樣，其大多數主板說明書上也指明只作為普通SATA硬碟使用時不需要載入驅動(如碩泰克的SL-KT600-R)，但是實際上不論使不使用RAID功能都需要載入驅動。由於筆者接觸的產品有限，不知是否都是如此，還請讀者自行嘗試。

註：除南橋自帶的S-ATA控制器以外，其它的S-ATA控制器基本都需要外加驅動，有些主板除了本身南橋支持S-ATA外，還板載Promise等第三方的S-ATA及RAID控制器，請注意區分。

當安裝完操作系統，還需要進一步安裝對應的驅動程序。

1.ICH5隻需要載入Intel提供的INF驅動。

2.ICH5R除了INF驅動，還要載入IAA3.0或以上版本驅動。

3.VT8237需要安裝VIA Hyperion 4-IN-1補丁。

如果你還使用有并行硬碟的話，最好慎用VIA獨立發布的VIA IDE Miniport Driver驅動程序，很可能會使并行硬碟的突發傳輸速率下降，但對串列硬碟性能無甚影響。

註：如果你使用的是第三方SATA控制晶元和RAID模塊，那麼你還需要添加相應的驅動程序。

總結

通過上文可看出，S-ATA硬碟的使用關鍵在於正確設置BIOS中的識別方式，而由於各家主板廠商的BIOS菜單都不相同以及主板手冊的語焉不詳，才造成了S-ATA硬碟在使用中的種種問題。由於研發能力的不同，要想讓主板廠商把這部分統一起來，現階段是不現實的，所以筆者僅希望讀者能夠通過參考本文，根據自己的實際情況來舉一反三地解決問題。

硬碟作為個人電腦和各種伺服器的外部存儲器，自從誕生以來，就在存儲領域佔有重要的地位。人類歷史上的第一塊硬碟是1956年 IBM 公司生產的，其容量僅為 5MB，而大小几乎與兩個冰箱相當。單盤容量可達幾個 TB，體積才一個小盒子大小。硬碟可以分為機械硬碟和固態硬碟，機械硬碟採用的是磁介質，固態硬碟採用的是半導體存儲介質，機械硬碟結構複雜由磁頭、碟片、電機等組成，固態硬碟內部結構相對簡單，主要是由半導體快閃記憶體晶元封裝而成。早期的硬碟都是機械硬碟，其物理結構包括磁頭、磁軌、扇區和柱面，儘管對於固態硬碟在物理上並沒有對應的結構，但其介面協議和機械硬碟相同，在描述時也會借用柱面、扇區等概念。磁頭是硬碟中最昂貴的部件，也是硬碟最重要和最關鍵部件。傳統的磁頭是讀寫合一的電磁感應式磁頭，硬碟的讀、寫是兩種不同的操作，這種二合一磁頭在設計時必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性，從而造成了硬碟設計上的局限。硬碟一般都用 MR磁頭（Magneto resistive heads，磁阻磁頭），採用的是分離式的磁頭結構：寫入磁頭仍採用傳統的磁感應磁頭，讀取磁頭則採用新型的 MR 磁頭，設計時針對兩者的不同特性分別進行優化，以得到最好的讀/寫性能。另外，MR 磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應信號幅度，讀取數據的準確性也相應提高。而且由於讀取的信號幅度與磁軌寬度無關，故磁軌可以做得很窄，從而提高了碟片密度。

當磁碟旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁碟表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁軌。磁軌是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區，磁碟上的信息便是沿著這樣的軌道存放的。相鄰磁軌之間並不是緊挨著的，因為磁化單元相隔太近時磁性會相互產生影響，為磁頭的讀寫帶來困難。

磁碟上的每個磁軌被等分為若干個弧段，這些弧段便是磁碟的扇區，每個扇區可以存放 512 個位元組的信息，向磁碟讀取和寫入數據時，要以扇區為單位。即讀寫的最小數據量為 512 個位元組。

硬碟通常由重疊的一組碟片構成，每個盤面都被劃分為數目相等的磁軌，並從外緣的“0”開始編號，具有相同編號的磁軌形成一個圓柱，稱之為磁碟的柱面。磁碟的柱面數與一個盤單面上的磁軌數是相等的。無論是雙盤面還是單盤面，由於每個盤面都有自己的磁頭，盤面數等於總的磁頭數，因此，一個硬碟的總容量為：

存儲容量=磁頭數×磁軌（柱面）數×每道扇區數×每扇區位元組數（512 B）