串行ATA與單碟80GB硬盤到底誰更強(qiáng)？
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在喧喧嚷嚷近兩年后，被譽(yù)為Parallel ATA（并行ATA，簡稱PATA）硬盤接班人的Serial ATA（串行ATA，簡稱SATA）硬盤終于來了，而不再只一是份技術(shù)資料和幾張照片……2002年下旬，著名的希捷（Seagate）與邁拓（Maxtor）公司都推出了SATA產(chǎn)品，其中BarracudaATA V（俗稱酷魚五）無疑是最引人矚目的。不過直到今年，SATA硬盤才真正的來到我們身邊。
與此同時，單碟80GB的硬盤也已出現(xiàn)，它們就是邁拓最新推出的DiamondMax Plus 8/9（俗稱金鉆8/9代）與Fireball 3。這次《電腦高手》評測室有幸請到了BarracudaATA V與DiamondMax Plus 9，來共同展示它們的風(fēng)采。
首先讓我們看看這兩個家族的大體情況，見表1。
表1：BarracudaATA V與DiamondMax Plus 9家族對比表
注：從單碟80GB產(chǎn)品開始，邁拓改用了新的編號規(guī)則，主要的變化就在于以前用于表示磁頭數(shù)的字符統(tǒng)一為零，邁拓相關(guān)人員解釋說這為了與OEM市場進(jìn)行統(tǒng)一，希望像WD硬盤那樣淡化單碟容量的區(qū)別。但是，在本次測試中，開機(jī)時所顯示的硬盤型號仍帶有磁頭數(shù)的信息
從規(guī)格上看，BarracudaATA V比DiamondMax Plus 9差了一些，但畢竟前者是單碟60GB的產(chǎn)品，后者則是單碟80GB，“重量級”就不一樣。事實(shí)上，與DiamondMax Plus 9針鋒相對的是希捷于2002年12月2日推出的BarracudaATA 7200.7/plus（很怪的名字吧），其中PATA/8MB緩沖區(qū)的型號屬于plus系列，這一家族的大體規(guī)格見表2：
表2：BarracudaATA 7200.7/plus家族大體規(guī)格
本次我們拿到的樣品共有三個：BarracudaATA V家族中的ST3120024A和ST3120023AS、之所以選擇這兩個產(chǎn)品，是因此它們除了接口不同其他規(guī)格完全一致，這樣我們可以去比較SATA相對PATA硬盤的性能變化。而DiamondMax Plus 9家族參測的型號是6Y160P0。很可惜的是，我們沒有拿到Plus 9家族中的SATA型號，雖然它比BarracudaATA V的SATA化更為徹底（SATA產(chǎn)品的型號更多），但通過下文的測試與分析，我們可以大概了解到Plus 9的SATA型號的性能。<
BarracudaATA V在外形上與著名的BarracudaATA IV完全一樣，顯得很“酷”。BarracudaATA V于2002年6月24日發(fā)布，是最早的一批SATA硬盤。當(dāng)時曾在PC EXPO大展上亮相，引起不小的轟動。
PATA接口的BarracudaATA V在本次測試中屬于陪襯角色，在此不再過多介紹。下面我們著重來講講SATA接口的型號。有關(guān)SATA的技術(shù)介紹，已經(jīng)有很多文章講過了，這里我們不再詳細(xì)重復(fù)。下面，我們將其與PATA進(jìn)行簡單的比較，見表3，SATA接口的發(fā)展計(jì)劃見表4：
表3：SATA與PATA接口簡單比較
注：所謂單端信號傳輸，是指在接收時判斷邏輯電平的依據(jù)是將信號電壓與地線相比較，差分傳輸是指伴隨數(shù)據(jù)信號還有一路比較信號（一般是數(shù)據(jù)信號的反相），邏輯電平就是這兩路信號的電壓差，由于單端信號的判斷容易受到地線干擾的影響，所以現(xiàn)在越來越多的信號傳輸都采用了差分的方式。
表4：SATA接口的發(fā)展計(jì)劃
由表3可以看出，SATA相對于PATA有著很大的技術(shù)優(yōu)勢和未來發(fā)展空間，由于將一些原本需要專用物理引腳才能實(shí)現(xiàn)的功能，轉(zhuǎn)移到邏輯控制層面，所以SATA接口的物理構(gòu)造極為簡單，與PATA的44pin（含電源）相比，SATA只有22pin，而且不分主從，在使用上也比PATA省心不少。
先前，筆者從部分硬盤廠商那里得到消息說，目前推出的SATA硬盤屬第一代產(chǎn)品，基本都是從PATA硬盤演變而來，也就是說在原有硬盤的PCB上加入一塊PATA-SATA的橋接芯片，從而實(shí)現(xiàn)接口的轉(zhuǎn)換，真正的SATA硬盤要使用SATA控制器。然而，在希捷發(fā)布BarracudaATA V的新聞中則給我們帶來了一個驚喜——BarracudaATA V使用的是真正的SATA硬盤控制器。但事實(shí)是怎么樣呢？
上兩圖為ST3120023AS的正/反面（已經(jīng)拆去PCB護(hù)蓋）
上兩圖為ST3120024A的正/反面（已經(jīng)拆去PCB護(hù)蓋），請注意其與ST3120023AS的不同
從ST3120023AS的PCB板的構(gòu)成上可以看出，它的主控制器與ST3120024A幾乎是一樣的，只是多了一個LSI公司的不明芯片，我們斷定這仍就是橋接芯片，否則從理論上分析就說不過去了。如果主控制芯片是完完全全的SATA控制器，那么這個芯片是干什么的？從布線上看，它仍與LSI不明芯片有聯(lián)系，與ST3120024A相對比，很像是數(shù)據(jù)線。而SATA的數(shù)據(jù)線在一個方向上只有一根，那么這一根給誰呢？從布線上看顯然不是給主控制器的，而它又不能并聯(lián)出一根分別傳給LSI芯片和主芯片。所以，它的作用在于橋接是肯定的了。為了保證它能有效工作，希捷還在硬盤上安裝了一枚晶振為其提供SATA接口的基準(zhǔn)頻率，并使用了一顆“雙路電壓線性調(diào)節(jié)器”，從5V的電源分離出2.5V和3.3V的兩路電壓，其中3.3V就很有可能是為LSI芯片所準(zhǔn)備的工作電壓。
但是，另外一個現(xiàn)象也引起了我們注意，那就是這個主控制器的編號與ST3120024A上的還不一樣，這顯然不合情理，如果就是使用S/P橋接，完全可以用相同的主控芯片。所以我們猜想LSI這個芯片可能是希捷定制/專用的，而ST3120023AS的主控芯片可能也在支持SATA命令集方面做了一些改動，比如重新定義一些寄存器，以供SATA命令使用（事實(shí)上，SATA的很多新命令正是用到了ATA規(guī)范中那些保留的寄存器），并與LSI橋芯片有著相關(guān)聯(lián)系（按理，橋接芯片會濾掉那些PATA控制器所不支持命令，但如果是定制的，就不好說了）。下面我們就來分析一下，PATA硬盤與SATA硬盤在構(gòu)造上的不同。<
目前PATA硬盤的結(jié)構(gòu)組成與數(shù)據(jù)傳輸形式
目前SATA硬盤的結(jié)構(gòu)組成與數(shù)據(jù)傳輸形式
就目前來看，BarracudaATA V的SATA型號仍采用了圖4的形式，那么真正的SATA控制器又是如何呢？我認(rèn)為，SATA控制器與PATA的最大不同就在于接口規(guī)范上，并由此引發(fā)的傳輸方式的根本轉(zhuǎn)變。其實(shí)仔細(xì)查看SATA的規(guī)范，SATA硬盤在內(nèi)部指令的定義上與PATA基本一樣。事實(shí)上SATA就是建立在傳統(tǒng)ATA規(guī)范上的一種標(biāo)準(zhǔn)，命令集與傳統(tǒng)ATA并無多大區(qū)別（但有新增的功能/命令，要想實(shí)現(xiàn)這些新的功能，肯定需要新的控制器），關(guān)鍵就在于命令集的串行傳輸方式上，因此目前的橋接芯片的主要工作就是將PATA與SATA數(shù)據(jù)流進(jìn)行互轉(zhuǎn)，并且進(jìn)行指令的轉(zhuǎn)換和中繼。這也就是目前PATA-SATA橋接芯片的主要作用之一。未來的SATA控制器將刨去PATA接口的邏輯/物理規(guī)范，直接使用SATA接口，也就不再涉及協(xié)議的轉(zhuǎn)換（即橋接）。
目前采用Serial ATA橋接芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
但是，在數(shù)據(jù)傳輸上，雖然從磁頭傳來的數(shù)據(jù)是串行的，與SATA很匹配，但未來的SATA控制器仍會涉及到數(shù)據(jù)的串/并的轉(zhuǎn)換，而且比現(xiàn)有的PATA控制器更多。為什么呢？除了數(shù)據(jù)處理的需要外，還有緩沖區(qū)的原因。PATA硬盤緩沖區(qū)所有使用的內(nèi)存芯片都是16bit位寬的，這是因?yàn)镻ATA數(shù)據(jù)接口位寬就是16bit。顯然，SATA硬盤上所用的緩沖區(qū)在理論上不會有此位寬限制，但目前內(nèi)存芯片最低位寬仍有4bit，而它是數(shù)據(jù)交換的“門戶”，這就從根本上不能消除串/并轉(zhuǎn)換的操作。
目前PATA硬盤主控制器與相關(guān)元件的連接與組成結(jié)構(gòu)（上圖可點(diǎn)擊放大）
為什么要強(qiáng)調(diào)串/并轉(zhuǎn)換呢？因?yàn)檫@會影響到性能，串/并轉(zhuǎn)換的操作越多，對性能的影響就越不利。串行總線對簡化傳輸線路的物理設(shè)計(jì)是非常有用的，但數(shù)據(jù)的傳輸效率往往不是很高，因?yàn)橐尤牒芏嗟目刂菩畔?，形成所謂的幀（Frame），邏輯控制形式與并行總線完全不同，后者往往是控制與數(shù)據(jù)信號分開。所以只有通過更高的傳輸頻率才能獲得更好的性能，如果涉及到串并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的速度則就是另一個關(guān)鍵。那么，對于SATA硬盤會怎么樣呢？不要著急，往下看……
SATA硬盤所使用的數(shù)據(jù)線以及目前臨時采用的電源轉(zhuǎn)接線（里圈的短線），它從機(jī)箱電源的4針5V/12V插頭取電，不能提供SATA所規(guī)定的3.3V電源電壓<
DiamondMax Plus 9是在2002年9月5日發(fā)布的，值得注意的是，邁拓單碟80GB的產(chǎn)品在這一天共發(fā)布了4個系列，要知道邁拓可是直接跳過了單碟60GB這一檔次，這與當(dāng)時其他廠商紛紛推出單碟60GB硬盤形成了鮮明的對比。而除了Plus 9之外，其余三個系列的大體規(guī)格具體見表5。
表5：針對普通用戶的邁拓單碟80GB產(chǎn)品系列
注：BB馬達(dá)是指滾珠軸承馬達(dá)
有人可能會覺得Plus 9的單碟容量雖然有80GB，但總?cè)萘坎]有在業(yè)界拔尖，比如IBM的180GXP和WD的2000BB/JB。其實(shí)，這與邁拓的市場細(xì)分有關(guān)。邁拓認(rèn)為超過160GB容量的超大硬盤的主要市場并不在個人應(yīng)用領(lǐng)域，而更多的集中在商業(yè)存儲市場。因此，在2002年9月9日，邁拓又發(fā)布另外兩個系列硬盤——MaXLine Ⅱ與MaXLine Puls Ⅱ。它們可算是目前容量最大的硬盤，并且擁有比普通ATA硬盤更高的可靠性，按照邁拓的劃分，它們不會在零售市場上出現(xiàn)。有關(guān)它們的簡要規(guī)格見表6。
表6：針對商業(yè)用戶的邁拓單碟80GB產(chǎn)品系列
本次送測的DiamondMax Plus 9比較奇特?？赡苁怯捎谛鲁鰪S的樣品原因，沒有標(biāo)簽，正面就是一個光突突的頂蓋，而且送測方所給的型號是6Y160L4，開機(jī)顯示也是這個型號，但這應(yīng)該是2MB緩沖區(qū)的產(chǎn)品，如果是8MB的，應(yīng)該是6Y160P4，但用HITACHI（日立）的Feature Tool工具軟件查看，的確是8MB的緩沖區(qū)，看來真是“樣品”呀……在本文中我們斗膽自行修改型號，以免造成大家不必要的誤解。
從外形上看，Plus 9是明顯的邁拓風(fēng)格，不再是金鉆七那樣的“昆騰外形”?？傮w上講，Plus 9并沒有新鮮的設(shè)計(jì)，但作為業(yè)界第一塊單碟80GB/8MB緩沖區(qū)并采用成熟設(shè)計(jì)的7200RPM硬盤，其實(shí)力不可小看。
Plus 9的背面圖，從左至右的的芯片分別為“音圈/主軸馬達(dá)驅(qū)動器”、“8MB緩沖區(qū)芯片”、“硬盤主控制器”<
現(xiàn)在進(jìn)入大家最為關(guān)心的部分，本次測試的重點(diǎn)有二：一是比較同等規(guī)格下，SATA與PATA硬盤的性能差異，二是一睹單碟80GB/7200RPM硬盤的風(fēng)采。測試平臺與測試軟件見表7，測試方法同以前的硬盤專題（硬盤性能測試時進(jìn)行全分區(qū)，整機(jī)性能測試時為10GB分區(qū)，文件系統(tǒng)均是NTFS）。
表7：測試平臺和測試軟件
本次測試所使用的SATA控制卡——使用的是Silicon Image的Sil3112控制器，整塊卡顯得非常小巧
下面就讓我們看看測試的結(jié)果，見表8，每項(xiàng)成績中的最高分用紅色方式突出，以便大家比較。各硬盤的數(shù)據(jù)傳輸曲線圖隨表后附上。
表8：對比測試結(jié)果（BarracudaATA V的噪音管理為普通級別，DiamondMax Plus 9為取消）
ST3120024A的數(shù)據(jù)傳輸曲線圖，共14個數(shù)據(jù)區(qū)，從中可以看出在第一與第二數(shù)據(jù)區(qū)的交接處有一個明顯的凹陷，這可能是造成硬盤自身性能不太高的原因，但我們認(rèn)為這應(yīng)該是樣品的個別現(xiàn)象。
ST3120023AS的數(shù)據(jù)傳輸曲線圖，與ST3120024A幾乎一樣，但已經(jīng)沒有了那個明顯的凹陷
6Y160P4的數(shù)據(jù)傳輸曲線圖，16個數(shù)據(jù)區(qū)，相較之下顯得更為工整
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通過上面的測試，大家有何感想呢？首先SATA的表現(xiàn)中規(guī)中矩，由于傳輸頻率與數(shù)據(jù)帶寬高出Ultra ATA-100接口很多，所以即使是橋接的設(shè)計(jì)也沒有造成對性能的影響，但是，另一方面SATA在目前也沒有表現(xiàn)出對PATA的明顯優(yōu)勢。比較兩種接口同等規(guī)格的BarracudaATA V硬盤成績，考慮到誤差因素與ST3120024A樣品的可能缺陷，我覺得它們兩個旗鼓相當(dāng)。然而，另有消息指在應(yīng)付極端性讀寫操作方面，ST3120023AS較之ST3120024A要有一定的差距（大約在5%），但由于時間的關(guān)系我們無法進(jìn)一步做這方面的測試。不過，我們?nèi)钥梢詫⑺鼈兞杏谕凰骄€上，5%的測試性能差距，在實(shí)際的操作中如果不仔細(xì)感受也不見得能體察到。
其實(shí)，SATA硬盤在現(xiàn)有階段未能體現(xiàn)出應(yīng)有的優(yōu)勢早在很多的人的意料之中。首先，目前這種在普通主板上通過單獨(dú)的控制器構(gòu)成的SATA系統(tǒng)，其最高帶寬（150MB/s）也將受限于控制器與主板南橋之間的PCI總線帶寬（133MB/s），這也是為什么直接支持SATA的新南橋更受人期待的原因（現(xiàn)在的南北橋之間的帶寬基本都大于或等于266MB/s）。其次，就如同當(dāng)初預(yù)測Ultra ATA-133的效果一樣，SATA-150與ATA-133相比，也不過是百步笑五十步，真正起決定作用的還在于硬盤的內(nèi)部傳輸率，而為了平衡內(nèi)/外接口更大的帶寬差異，SATA硬盤一問世就標(biāo)配8MB緩沖區(qū)。另外，現(xiàn)在的SATA硬盤全是傳輸最高的7200RPM硬盤，而沒有5400RPM硬盤，從這幾個方面就可以看出廠商們對SATA的分析與定位基本都是一致的。因此，我們還是再三強(qiáng)調(diào)SATA并不是對ATA硬盤性能的保證，而是對未來ATA硬盤接口可持續(xù)發(fā)展的一種保證。硬盤內(nèi)部傳輸率的提升才是性能真真正正提升的根本保證。不過，非常值得一提的是，SATA硬盤的連接很簡便，而且電源線與數(shù)據(jù)線也非常“精干”，想象一下如果以后機(jī)箱內(nèi)全改用SATA設(shè)備，將是何等的清爽。
SATA接口的組成，在插座接板上一側(cè)有一個直角彎曲結(jié)構(gòu)用來保證連線不會被插反
在測試中，這兩款產(chǎn)品的發(fā)熱要比BarracudaATA IV有所好轉(zhuǎn)，但不是很明顯，一輪測試下來，仍有較為強(qiáng)烈的燙手感覺，噪音水平則與BarracudaATA IV相當(dāng)。
現(xiàn)在，我們再來談?wù)凚arracudaATA V這一代產(chǎn)品?？傮w上說，它是成功的，甚至是劃時代的產(chǎn)品，必將成為硬盤歷史上的經(jīng)典之作。然而就性能本身來說，其相對于BarracudaATA IV并沒有多少進(jìn)步，這與其單碟60GB的“身份”是不相符的。有條件的話，大家對照一下2002年硬盤專題中的測試數(shù)據(jù)，就可以看出BarracudaATA V的性能提升非常有限，最高傳輸率只提升了不到1MB/s（聯(lián)想到IBM的180GXP，同是單碟60GB，但最高傳輸率達(dá)到了56MB/s），比單碟40GB的成績優(yōu)異還要低將近6MB/s，給人的感覺并不是一個精雕細(xì)琢之作，而是一個為趕在時代潮流的“搶先產(chǎn)品”。當(dāng)然，搶先所帶來的市場先機(jī)也不可忽視，而8MB緩沖區(qū)的出現(xiàn)也給BarracudaATA V增添了幾分亮色。在國內(nèi)市場上，完全可以說BarracudaATA V很好的繼承了上一次我們授予BarracudaATA IV的“非常好的性價比”的榮譽(yù)稱號。期望著BarracudaATA 7200.7/Plus能給我們帶來久久沒有體驗(yàn)過的“希捷驚喜”。
最后，要輪到Plus 9這款產(chǎn)品了。一年前，我測試的是四碟裝160GB的星鉆三代（DiamondMax 540DX），一年之后又迎來了兩碟裝160GB的7200RPM硬盤，真正是變化神速啊。而更讓人為之一震的，則是Plus 9的性能。雖然邁拓沒有發(fā)布單碟60GB的產(chǎn)品，被希捷、三星、IBM、WD搶得先手，但單碟80GB的市場卻是它最早開創(chuàng)的。而所交的答卷也令人比較滿意，接近60MB/s的最高傳輸率要比2002年5月號的硬盤專題中的成績優(yōu)異提高了10MB/s，超過上一代D740X有18MB/s之多。伴之而來的則是高端磁盤性能極為搶眼，CC Winstone性能也處于明顯領(lǐng)先的地位（商業(yè)性能由于數(shù)據(jù)零散，所以BarracudaATA V在8MB緩沖區(qū)的幫助下，能與Plus 9持平，但在對傳輸率敏感的測試中，就有些力不從心了），讓人領(lǐng)略了單碟80GB的威力。雖然這個滿意是在沒有同級對手的情況下得出的，但對于邁拓自己來講，進(jìn)步要比BarracudaATA V明顯得多。不得不說在性能方面，它是目前市場上7200RPM硬盤的一個較佳選擇。
Plus 9的發(fā)熱也是比較“厲害”的，和上一代D740X差不多，在噪音方面，雖然是默認(rèn)取消噪音，但仍保持在較好的水平。不過值得注意的是，Plus的訪問時間明顯比D740X延長，落后于BarracudaATA V。這也許就是其內(nèi)部不借助AAM進(jìn)行尋道噪音控制的結(jié)果。
綜合而論，BarracudaATA V與DiamondMax Plus 9并不是一個級別上的對手，在此也請大家不要死板的去對比，那樣并不公平，我們更應(yīng)該看重的是它們相對于自己以往的前輩到底有多少進(jìn)步。而從廠商的運(yùn)作上，似乎也體現(xiàn)著不同的理念與價值的追求。但最重要的是，SATA硬盤已經(jīng)實(shí)實(shí)在在的來了，這也是本文所想傳達(dá)的“中心思想”，希望能讓大家對SATA有一個較為感性的認(rèn)識。不要迷信它，也不要覺得它不切實(shí)際，從長遠(yuǎn)著想，以一顆平常心對待就足夠了……<
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