IDE/ATA与AHCI

IDE即Integrated DriveElectronics，它的本意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（AdvancedTechnologyAttachment）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。
IDE接口是由Western Digital与COMPAQComputer两家公司所共同发展出来的接口。因为技术不断改进，新一代EnhancedIDE(加强型IDE，简称为EIDE)最高传输速度可高达100MB／秒(Ultra ATA／100)。
IDE接口有两大优点：易于使用与价格低廉，问世后成为最为普及的磁盘接口。但是随着CPU速度的增快以及应用软件与环境的日趋复杂，IDE的缺点也开始慢慢显现出来。EnhancedIDE就是Western Digital公司针对传统IDE接口的缺点加以改进之后所推出的新接口。EnhancedIDE使用扩充CHS(Cylinder-Head-Sector)或LBA(Logical BlockAddressing)寻址的方式，突破528MB的容量限制，可以顺利地使使用容量达到数十GB等级的IDE硬盘。
在PC中，I/O设备，如硬盘驱动，不是直接与系统中央总线连接的（AT总线在AT系统，或PCI总线在之后的系统）。而I/O设备与接口芯片相连，而接口芯片与系统总线连接。
接口芯片组成了I/O设备与系统总线的桥，在系统总线协议（PCI或AT）与I/O设备协议（如IDE或SCSI）之间进行翻译。这使I/O设备可以独立于系统总线协议。
下图展示了PC工作站的基本系统结构，展示了IDE设备与系统余下部分的关系。

1.2 IDE传输模式
IDE硬盘接口的几种传输模式有明显区别。IDE接口硬盘的传输模式，经历过三个不同的技术变化，由PIO(ProgrammedI／O)模式，DMA(Direct Memory Access)模式，直至现今的UltraDMA模式(简称UDMA)。
　　PIO(ProgrammedI／O)模式的最大弊端是耗用极大量的中央处理器资源，在以前还未有DMA模式光驱的时候，光驱都是以PIO模式运行。大家可能还记得，当时用光驱播放VCD光盘，再配以软件解压，就算使用Pentium166，其流畅度也不理想，这就是处理器被长期大量占用的缘故。以PIO模式运行的IDE接口，数据传输率达3．3MB／秒(PIO mode0)至16．MB／秒(PIO mode 4)不等。后来随着FastATA／DMA模式的出现，IDE接口及装置都开始有了DMA的支持，DMA模式分为Single-Word DMA及Multi -WordDMA两种，跟PIO模式的最大区别是：DMA模式并不用过分依赖CPU的指令而运行，可达到节省处理器运行资源的效果。不过，后来由于UltraDMA模式的出现和决速普及。这两个模式也只会是昙花一现，不久即被UDMA所取代。Single-WordDMA模式的最高传输率达8．33MB／秒，Multi-Word DMA(DoubleWord)则可达16．66MB/秒。
　　由于Ultra DMA模式(Ultra ATA制式下所引用的一个标准)的普及，UDMA模式就全以16-bit Multi-WordDMA模式作为基准。UDMA其中一个优点是它除已拥有DMA模式的优点外，更应用了CRC(Cyclic RedundancyCheck)技术，加强了资料在传送过程中侦错及除错方面的效能。在最初UATA／33规格制定时，为了保留IDE系统的最高兼容性，所以在硬件的设计上并没做出太大的修改，不仅能完全向下兼容旧式ATA装置，也无需硬件生产商改变接头及讯号联接的设计。自UltraATA标准推行以来，其接口便应用了DDR(Double Data Rate 技术将传输的速度提升了一倍，目前已发展到UltraATA／100了，其传输速度高达100MB／秒。
　　Ultra DMA/66/100专用的硬盘连接线和一般的40芯连接线有所不同。Quantum在制定UltraATA／66的同时，在旧有IDE排线的规格上略作修改。除沿用40芯的IDE接头外，排线更换成80芯，在原有40芯排线的每条线芯之间，都多加一条线来相隔，并将这40条新线跟原先40芯排线之中原有的7条地线相连，把构成Crosstalk现象的电磁波滤走而增加了数据传输的稳定性(在高速的电子讯号传输时，当一大堆带着高频讯号的电线互相靠近一起的时候，讯号线上发出的电磁波便会互相干扰，这就是所谓的“Crosstalk”现象)。UltraATA／66／100排线的基本规格是徘线全长不超过18英寸。也就是说要真正发挥UltraDMA／66的高速传输是需硬盘、排线的配合的，当然如果搭配一般的40芯排线，UltraDMA／66接口的硬盘依然能够以向下兼容的方式工作，只不过无法使用UltraDMA／66罢了。
　　硬盘的传输模式进入UltraATA/100的时代。目前，硬盘的传输模式已由最早的PIO Mode 4(传输速率为16．6MB／秒)进入UltraATA/100的时代。提醒DIY朋友注意，所选购的硬盘不仅要本身支持Ultra
ATA／100，而所选购的主板的芯片组也要支持UltraATA／100，这样才能真正达到100MB/秒的传输速度。如果你现在使用的主板不支持UltraATA／1OO，只要购买一块i815E的主板或支持Ultra ATA／100的硬盘控制卡就行了。
Serial ATA：（即串行ATA），是英特尔公司在2000年IDF（Intel DeveloperForum，英特尔开发者论坛）上发布的将于下一代外设产品中采用的接口类型，就如其名所示，它以连续串行的方式传送资料，在同一时间点内只会有1位数据传输，此做法能减小接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作（第1针发出、2针接收、3针供电、4针地线）。这样做法能降低电力消耗，减小发热量。目前市面也有了部份支持此接口的硬盘，如希捷公司推出的新款硬盘就支持串行ATA，不过非常少见。

1.3小结
ATA接口优点：
<> 价格低廉
<> 兼容性非常好
ATA接口缺点：
<> 速度慢
<>只能内置使用
<> 对接口电缆的长度有很严格的限制

AHCI，全称为Serial ATA Advanced HostController Interface(串行ATA高级主控接口)。AHCI是在Intel的指导下，由多家公司(主要包括Intel、AMD、戴尔、Marvell、迈拓、微软、RedHat、希捷和StorageGear等著名企业)联合研发的接口标准。AHCI描述了一种PCI类设备，主要是在系统内存和串行ATA设备之间扮演一种接口的角色，而且它在不同的操作系统和硬件中是通用的。 AHCI通过包含的PCIBAR(基址寄存器)来实现原生SATA功能。由于AHCI统一接口的研发成功，使得支持串行ATA产品的开发工作大为简化，操作系统和设备制造商省去了单独开发接口的工作，取而代之的是直接在统一接口上进行操作，可以实现包括NCQ(Native CommandQueuing)在内的诸多功能。Intel发布的消息说，AHCI相对于IDE模式,速度可提升30%。因此，只要配置了SATA硬盘，主板BIOS有“AHCI模式”选项，就应当进行相关设置。
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IDE就是把SATA盘映射模拟成普通IDE硬盘,不支持任何SATA接口带来的新技术,也不需要额外加装SATA驱动.
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SATA硬盘比PATA硬盘更新，性能也更好。在AHCI支持下可以开启NCQ，充分发挥其性能。弄清楚“是否运行于AHCI模式”很简单：其一，主板BIOS设置是“AHCI模式”，而不是“IDE 模式”(即兼容模式)；其二，在“设备管理器”的“IDE ATA/ATAPI控制器”中，存在运行正常的“SATA”控制器驱动程序，而不是仅有“ATA”或“IDE”。以上两个要点，必须同时具备缺一不可。

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         先说说两个最常见的词：IDE和SATA。
              IDE接口标准——IDE是Integrated DeviceElectronics的简称，是一种硬盘的传输接口，它有另一个名称叫做ATA（AT Attachment），这两个名词都有厂商在用，指的是相同的东西。IDE的规格后来有所进步，而推出了EIDE（Enhanced IDE）的规格名称，而这个规格同时又被称为Fast ATA。所不同的是Fast ATA是专指硬盘接口，而EIDE还制定了连接光盘等非硬盘产品的标准。而这个连接非硬盘类的IDE标准，又称为ATAPI接口。而之后再推出更快的接口，名称都只剩下ATA的字样，像是Ultra ATA、ATA/66、ATA/100等。主板上，IDE接口方面，要特别注意的是，对ATA 66以及以上的IDE接口传输标准而言，必须使用专门的80芯IDE排线，其与普通的40芯IDE排线相比，增加了40条地线以提高信号的稳定性。  o# l9 [4 X8 ^: `: H7 P/o

             SATA接口标准——IDE是传统的并行ATA传输方式，现在又出现了串行ATA（SATA），其最大数据传输率更进一步提高到了150MB/sec，将来还会提高到300MB/sec，而且其接口非常小巧，排线也很细，有利于机箱内部空气流动从而加强散热效果，也使机箱内部显得不太凌乱。与并行ATA相比，STAT还有一大优点就是支持热插拔。其实并无必要太在意IDE接口传输标准有多快，其实在ATA 100，ATA 133以及SATA 150下硬盘性能都差不多，因为受限于硬盘的机械结构和数据存取方式，硬盘的性能瓶颈是硬盘的内部数据传输率而非外部接口标准。3dportal.cn7 _/\5 V! p0 [9 q. F
关于硬盘模式，除上面说的IDE和SATA之外，还有很多专有名词，令人眼花缭乱，如：SCSI(Small Computer SystemInterface,小型计算机系统接口)，PATA(parallel ATA,并行ATA)等等，太乱了，呵呵。其实理清脉络，让它们各自归位，再来看就清晰多了。
             SCSI，和我们手里这部4411S无关，就不说它了。要想掰开揉碎了细细地说，还得从一个最常见的词说起：ATA。三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa,{' Z  l& F( O5 s#Q' G
ATA是AT Attachment的缩写，意思是AT计算机上的附加设备。ATA可以让用户方便地在PC机上连接硬盘。ATA标准从1994年至今共经历了7代标准，现在简述如下：三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa0i+ e8 ]) X& Q/ q" x4 d* I7 E8O
            ATA-1（1994）：是最早的IDE标准。
               ATA-2（1996）：是EIDE的标准，支持PIO3,4和DMA 1,2传输方式，最大数据传输速度为16MB/s。% T0 G9 q! S8L& D
               ATA-3（1997）：引入了SMART和安全特性，没有制定新的传输标准。
   ATA-4（1998）：著名的“UDMA33”标准。引入了新的ATA命令和协议，最大数据传输速度为33MB/s。三维网技术论坛1 p3 _8 o% ?7 u$C  J; F9g
            ATA-5（2000）：增加了一些新的ATA命令。最大数据传输速度为66MB/s。
              ATA-6（2000）：UDMA100。ATA-7（2002）：UDMA133。  三维网技术论坛) P  G1 ^/ b-{- k7 p
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              PATA就是Parallel ATA，即并行ATA。Ultra ATA/133之前(包括Ultra ATA/133)都是PATA
              SATA 就是Serial ATA:点对点串行ATA，SATA的全称是Serial Advanced TechnologyAttachment，是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。——它因为有更轻薄、更灵活的的接线，支持热插拔、功耗更低、安装简便性、内部散热以及驱动器配置方面带来很多的好处、数据传输速率更快等优点，将慢慢代替PATA成为硬盘接口的主流。
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看仔细了啊，这些东西是“接口标准”。接口，就是叫硬盘和主板的接口。无论主板还是硬盘，都需要遵照这些标准才行。3dportal.cn7 d*n1 a/ H8 D- h( d
三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江$ G5 H, F% j5 {& Z(s
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              SATA硬盘，有了AHCI这座桥之后，能发挥什么优势呢？最大的一点就是可以让硬盘的NCQ优势充分发挥出来。咳！似乎越来越乱了，还得说说这个NCQ是什么东西。三维网技术论坛' P8 N4 F7 U4 u
              简单说，NCQ是一种新的硬盘技术，简单来说开启它之后从一个程序跳到另一个程序时硬盘读写的速度会更快。NCQ只是优化硬盘读写，所谓优化，就是硬盘会以最少的位移，执行尽可能多的读写命令，这不会提升硬盘速度。
              NCQ(Native CommandQueuing)是SATA规范支持的一种新功能，它是一种使硬盘内部优化工作负荷执行顺序，通过对内部队列中的命令进行重新排序实现智能数据管理，改善硬盘因机械部件而受到的各种性能制约，以发挥硬盘最高的效率、使延迟最小化的技术。NCQ技术是SATAⅡ规范中的重要组成部分，也是SATAⅡ规范唯一与硬盘性能相关的技术。三维网技术论坛6 x4 u, s/ n9 k! ^8 g1 k' u-N
             Seagate的官方文件宣称在某些应用中可以提高性能达20%，我相信这是那种数据很分散的特殊情况下，特殊测试软件得到的结果。实际的测试结果就没有那么让人信服了，在能够反映出提升的测试项目中也仅有5%左右的提升，在实际性能中更是体现不出优势。
       但是NCQ更像是超线程技术，在单任务中表现不怎么样，但是在多任务环境下可以明显体会到对性能的提升作用，而平时我们一般都是多任务操作的，不然现在也不会出现多核CPU了是吧。目前没有多少测试软件能够反映出多任务的实际性能，所以NCQ在实际操作中的确应该起到一定的作用，我们可以用对待超线程一样的态度对待NCQ，而且NCQ肯定将会是硬盘发展的方向。
      简单说吧，NCQ只是SATA硬盘上的一个附加装置而已，作用就是对取得一堆数据的时候先计算一个较好的途径再去拿而不是像IDE一样按部就班的一个一个拿。所以，打开NCQ，磁盘读写的出错机会相对会降低很多，硬盘的持续读写性能会略微下降，但随机读写性能会提高一些。通俗一点说就是拷贝一个大文件的速度会稍微较低。但是拷贝大量小文件、软件启动、系统启动的速度会加快。对硬盘的使用寿命会有好处。

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