SATA
串行ATA（英語：，全称：）是一種電腦匯流排，負責主機板和大容量儲存裝置（如硬碟及光碟機）之間的數據傳輸，主要用於個人電腦。串行ATA與串列SCSI（SAS: Serial Attached SCSI）的兩者排線相容，SATA硬碟可接上SAS通訊埠。
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| 英文全名 | Serial Advanced Technology Attachment |
|---|---|
| 中文全名 | 串行ATA |
| 發明日期 | 2003年1月7日 |
| 發明者 | 国际序列式ATA组织 |
| 最多連接 | 1 |
| 带宽 | 半雙工 1.5Gb/s, 3Gb/s, 6Gb/s, 16 Gb/s |
| 類別 | 串行 |
| 熱插拔 | 支持，需要其他系統組件配合 |
| 外置介面 | 支持，eSATA |
2000年11月由国际序列式ATA组织所制定，取代舊式PATA（Parallel ATA或舊稱IDE）接口的舊式硬盘，因采用串行方式传输数据而得名。在數據傳輸上這一方面，SATA的速度比以往更加快捷，並支持热插拔，使電腦運作時可以插上或拔除硬件。另一方面，SATA总线使用嵌入式時脈訊號，具备比以往更强的纠错能力，能对传输指令（不仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，提高数据传输的可靠性。不過，SATA和以往最明顯的分別，是使用較细的排線，有利機箱內部的空氣流通，某程度上增加整個平台的穩定性。
現時，SATA分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gb/s和SATA 6Gb/s三種規格。2013年推出更快速的SATA Express規格。
特色
頻寬速度換算
在一些新的技术标准中，为了防止数据在高速传输中出错而加入校验码，比如PCI-E 2.0、USB 3.0和SATA 3.0中采用的是8/10编码，每10位编码中只有8位是真实数据，这时单位换算就不再是1:8而是1:10，USB 3.0的5Gbps速度实际上是理论500MB/s而非理论625MB/s，SATA 6Gbps的理论速度则是600MB/s而非750MB/s。
所謂3Gb/s的算法，3000MHz的頻率x每次發送一個數據x 80%(8b/10b的編碼) / 8 bits per byte = 300MBytes/s，同理1.5Gb/s也是這樣可算成150MB/s，也就是一般我們在買硬碟時，有時候會看到SATA 150MB/s / 300MB/s，有時候又會看到SATA 1.5Gb/s / 3Gb/s的緣故。
以USB 3.0而言，它擁有5Gbps的頻寬，每次發送一個數據x 80%(8b/10b的編碼) / 8 bits per byte = 500MBytes/s，所以USB 3.0的頻寬比SATA 3.0的600MB/s還來的小。
| 版本 | 頻寬 | 理論速度 | 編碼 |
|---|---|---|---|
| SATA Express | 16Gb/s | 1969MB/s | 128b/130b |
| SATA 3.0 | 6Gb/s | 600MB/s | 8b/10b |
| SATA 2.0 | 3Gb/s | 300MB/s | 8b/10b |
| SATA 1.0 | 1.5Gb/s | 150MB/s | 8b/10b |
排線和電源線
| Pin # | 功能 |
|---|---|
| 1 | Ground |
| 2 | A+（發送） |
| 3 | A−（發送） |
| 4 | Ground |
| 5 | B−（接收） |
| 6 | B+（接收） |
| 7 | Ground |
 | |
| SATA排線 | |
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的傳輸電壓限制追求高速和低成本的可能性。
和Parallel ATA相比，新的Serial ATA使用差分信號系統（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。
有些排線附有小金屬片可以卡住插座，比較不會發生不小心將排線拔出的問題。
進階主機控制器介面
SATA支援進階主機控制器介面功能，可讓SATA儲存裝置啟用進階SATA功能，例如NCQ及熱插拔。
版本
SATA 1.0
SATA 1.0於2003年1月7日推出，為第一代SATA介面，坊間的非官方名稱為SATA-1[1]，传输速度为1.5Gbit/s。
SATA 2.0
SATA 2.0於2004年正式推出，坊間的非官方名稱為SATA-2（SATA-II），符合ATA-7規範，傳輸速度可達3.0Gbit/s。顯示SATA的速度提升是以幾何級數增長，這點和PATA的算術級數增長是不同的。
SATA 3Gb/s比SATA 1.5Gb/s進步的地方在於：
- 3.0Gb/s的高傳輸速度
- 支持真正的SATA指令排序（NCQ）
- SATA 3Gb/s資料線長度最多2m。SATA 1.5Gb/s只是1m，PATA更短到50cm
- 全新的圍擋式接口更穩固。
SATA 3.0
SATA 3.0於2009年5月26日完成最終規格發布，比上一代提升一倍速率至6Gb/s，此外增加多項新技術，包含新增NCQ指令以改良傳輸技術，並減低傳輸時所需耗電量。
依據Serial ATA Revison 3.0規格白皮書，AHCI底下改善（NCQ）串行指令NCQ的指令數目、NCQ的指令優先權及演算法SATA 3.0亦會增加，包括為即時性的資源提供優先處理，主要用於影像及音像傳輸方面。此外SATA 3.0同時會為正被系統處理中的資源作優先安排，大大提升系統的執行效率。
為了降低耗電，SATA 3.0採用全新INCITS ATA8-ACS標準，不但可相容舊有的SATA裝置、改良傳輸訊號技術，亦大幅減低SATA2.0傳輸時所需功耗。
針對筆記型電腦（NB）市場對體積的需求，SATA 3.0提供較一般SATA2.0接口細小的LIF介面（Low Insertion Force Connector），專門針對1.8吋的儲存裝置，包括僅厚7mm光碟機。
2011年7月18日SATA-IO公佈SATA3.1規格，3.1版帶來諸多特性，例如節電測量，TRIM性能提升和一些雜項調整。
3.1版帶來一個新的mini SATA接口，主要用於為移動計算設備增強互操作性，Zero-Power Optical Disk Drive（ODD）的發明減少閒置光碟機的耗電量，用新的電源管理策略降低整個系統的電力需求。TRIM改進允許SATA固態硬碟在不影響性能的前提下自行修剪，改善SSD的性能，同時還帶來讓主機識別設備的硬件設備功能，提升SATA的兼容性。
另一個值得注意的是SATA通用存儲模塊（USM）和熱插拔SATA驅動器模塊，它讓SATA硬碟的熱插拔機制更為成熟，目前希捷GoFlex部分型號的硬碟已經開始支持。
SATA 3.1
SATA 3.2
為解決固態硬碟的資料傳送瓶頸，國際序列式ATA組織正著手制定下一代串列ATA的標準——SATA 3.2。SATA Express最大傳送速率為16Gb/s，使用兩條PCIe 3.0總線連接SSD。連接埠和制式向下相容前三代SATA的標準。[7][8][9][10][11]
SATA 3.3
於2016年2月22號提出，主要為優化SMR技術，將硬碟儲存密度提升到25%，還可將SATA遠程斷電（Power Disable）。
eSATA
External Serial ATA的略称，是为面向外接驱动器而制定的Serial ATA 1.0a的扩展规格。虽然规模比较小，但已经有相对应的产品在市面流通。它最大的缺點是沒有電力供應，競爭對手USB, FireWire, Thunderbolt都能傳輸數據及電力。這使得eSATA硬碟需要連接一個獨立變壓器才可運作。
- 为了防止误接，eSATA的接口形状与SATA的接口形状是不一样的
- 连接线的最大长度为2m
- 支持热插拔
- 传输速度可以达到现在主流的USB 2.0的传输速度的2倍以上，但依然比USB 3.0為慢
- 提高接頭的插拔耐用度
官方標誌
左：SATA
右：eSATA
eSATA插座
eSATAp插座結合了eSATA和USB
為了解決供電問題，SATA-IO於2008年推出了eSATAp (Power over eSATA)，它結合了eSATA的七個針腳及USB 2.0的四個針腳，利用USB針腳提供5V及12V（可選）電壓。此插座主要在硬碟外接盒中使用，既可以插入eSATA，也可以插入USB。
mSATA
下: 2.5" SATA硬盘
mSATA (mini-SATA)是迷你版本SATA接口，外型和電子介面與mini PCI-E完全相同，但電子信號不同，兩者互不相容。mSATA接口多用于固态硬盘，适用于需要尺寸较小的存储器的场合（例如Ultrabook）。
mSATA固态硬盘形似mini PCI-E扩展卡，尺寸很小，有助于节省机器内部空间。官方標準為MO-300 mSATA，也有自定长度的mSATA固态硬盘。
SATA与其他规格的比较
| Name | 原始頻寬 | 傳輸速度 | 排線最長長度 | 電源 | 連結的裝置數量 |
|---|---|---|---|---|---|
| eSATA | 6 Gbit/s | 600 MB/s | 2 m with eSATA HBA (1 m with a passive adapter) | 否 | 1 個 (15 with a port multiplier) |
| eSATAp | 3 Gbit/s | 300 MB/s | 2 m with eSATA HBA (1 m with a passive adapter) | 5 V/12 V[12] | 1 個 (15 with a port multiplier) |
| M.2 | 最快8GB/s（PCI Express 4.0 x4） | 最快8GB/s | ? | 是 | 每插座 1 個 |
| SATA Express | 16 Gbit/s | 1.97 GB/s[lower-alpha 1] | 1 m | 否 | 每條線 1 個 |
| SATA revision 3.2 | 16 Gbit/s | 1.97 GB/s[lower-alpha 2] | 1 m | 否 | 1 個 (15 with a port multiplier) |
| SATA revision 3.0 | 6 Gbit/s | 600 MB/s[13] | 1 m | 否 | 1 個 (15 with a port multiplier) |
| SATA revision 2.0 | 3 Gbit/s | 300 MB/s | 1 m | 否 | 1 個 (15 with a port multiplier) |
| SATA revision 1.0 | 1.5 Gbit/s | 150 MB/s[14] | 1 m | 否 | 每條線 1 個 |
| PATA (IDE) 133 | 1.064 Gbit/s | 133.3 MB/s[lower-alpha 3] | 0.46 m (18 in) | 5 V (44-pin for 2.5" drives only) | 2 個 |
| SAS-3 | 12 Gbit/s | 1.2 GB/s | 10 m | 否 | 1 － 8 個 (> 65k with expanders) |
| SAS-2 | 6 Gbit/s | 600 MB/s | 10 m | 否 | 1 個 (> 65k with expanders) |
| SAS 300 | 3 Gbit/s | 300 MB/s | 10 m | 否 | 1 個 (> 65k with expanders) |
| SAS 150 | 1.5 Gbit/s | 150 MB/s | 10 m | 否 | 1 個 (> 65k with expanders) |
| IEEE 1394 (FireWire) 3200 | 3.144 Gbit/s | 393 MB/s | 100 m (more with special cables) | 15 W, 12–25 V | 63 (with a hub) |
| IEEE 1394 (FireWire) 800 | 786 Mbit/s | 98.25 MB/s | 100 m[15] | 15 W, 12–25 V | 63 (with a hub) |
| IEEE 1394 (FireWire) 400 | 393 Mbit/s | 49.13 MB/s | 4.5 m[15][16] | 15 W, 12–25 V | 63 (with a hub) |
| USB 3.1 | 10 Gbit/s | 1.21 GB/s[lower-alpha 4] | 3 m | 100 W, 5, 12 or 20 V[17] | 127 (with a hub) |
| USB 3.0[lower-alpha 5] | 5 Gbit/s | 400 MB/s or more (protocol overhead, flow control, framing excluded)[18] | 3 m[19] | 4.5 W, 5 V | 127 (with a hub)[19] |
| USB 2.0 | 480 Mbit/s | 35 MB/s | 5 m[20] | 2.5 W, 5 V | 127 (with a hub)[19] |
| USB 1.1 | 12 Mbit/s | 1.5 MB/s | 3 m | 是 | 127 (with a hub)[19] |
| SCSI Ultra-320 | 2.56 Gbit/s | 320 MB/s | 12 m | 否 | 15 (plus the Host Bus Adapter/Host) |
| 10GFC Fibre Channel | 10.52 Gbit/s | 1.195 GB/s | 2 m – 50 km | 否 | 126 (16,777,216 with switches) |
| 4GFC Fibre Channel | 4.25 Gbit/s | 398 MB/s | 12 m | 否 | 126 (16,777,216 with switches) |
| InfiniBand Quad Rate |
10 Gbit/s | 0.98 GB/s | 5 m (copper)[21][22]
<10 km (fiber) |
否 | One with point-to-point, many with switched fabric |
| Thunderbolt | 10 Gbit/s | 1.22 GB/s | 3 m (copper) 100 m (fiber) |
10 W (copper only) | 7 個 |
| Thunderbolt 2 | 20 Gbit/s | 2.44 GB/s | 3 m (copper) 100 m (fiber) |
10 W (copper only) | 7 個 |
| Thunderbolt 3 | 40 Gbit/s | 4.88 GB/s | 3 m (copper) 100 m (fiber) |
100 W (copper only) | 7 個 |
與 PATA 不同，SATA 和 eSATA 都支援熱插拔，但此功能需要主機、裝置和操作系统的支援。基本上所有 SATA 裝置（硬碟）都支援熱插拔（基於裝置的需要），絕大部分的 SATA 主機適配器都支援此指令。[23]
註解
- 16 Gbit/s raw bit rate, with 128b/130b encoding.
- 16 Gbit/s raw bit rate, with 128b/130b encoding.
- 15 ns cycles, 16-bit transfers.
- 10 Gbit/s raw bit rate, with 128b/132b encoding.
- USB 3.0 specification was released to hardware vendors on 17 November 2008.
參考資料
- . SATA-IO. [2008-12-24]. （原始内容存档于2009-01-31）.
- (PDF). SATA-IO. 2011-07-18 [2013-07-22]. （原始内容存档 (PDF)于2014-02-22）.
- Hilbert Hagedoorn. . guru3d.com. 2011-07-20 [2012-09-26]. （原始内容存档于2013-05-17）.
- . forum.notebookreview.com. [2011-10-30]. （原始内容存档于2012-02-10）.
- . sata-io.org. [2011-10-30]. （原始内容存档于2011-11-01）.
- Perenson, Melissa J. . PCWorld. [2014-02-12]. （原始内容存档于2014-02-21）.
- SATA3也落后了? SATA新接口标准将到来 （页面存档备份，存于） - zol.com.cn
- 打破传输瓶颈SATA Express接口标准即将登场 （页面存档备份，存于） - mydrivers.com
- SATA的下一代「SATA Express」 （页面存档备份，存于） - coolaler.com
- Speedy 8Gbit, 16Gbit SATA Express systems coming this year （页面存档备份，存于） - computerworld.com
- （页面存档备份，存于） - Serial ATA國際組織
- . delock.de. [2010-01-26]. （原始内容存档于2012-02-10）.
- (PDF). sata-io.org. May 27, 2009 [2011-10-25]. （原始内容存档 (PDF)于2013-05-28）.
- (PDF). sata-io.org. [2011-10-25]. （原始内容 (PDF)存档于2011-11-01）.
- . Apple Developer Connection. [2009-07-13].
- 16 cables can be daisy chained up to 72 m
- Howse, Brett. . AnandTech. September 17, 2014 [2015-01-15]. （原始内容存档于2015-01-24）.
- . 20 December 2012: 75 (4–4.11) [14 April 2011]. （原始内容存档于2011-05-14）.
- Frenzel, Louis E. . Electronic Design. September 25, 2008 [2009-07-03]. （原始内容存档于2012-05-03）.
- USB hubs can be daisy chained up to 25 m
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- Feldman, Michael. . HPCwire (Tabor Publications & Events). 17 July 2007: 1 [2008-02-11]. （原始内容存档于2012-03-29）.
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