電腦達人養成計畫 7-3：近代磁碟介面發展 (SCSI、IDE 與 ATA)

ATA/ATAPI-5 (2000, Ultra ATA/66)

• 支援傳輸模式：
  PIO Mode 0、1、2、3、4
  Multi-word DMA Mode 0、1、2
  Ultra DMA Mode 0、1、2、3、4
• 最高傳輸速率：66.7 MB/s

自第五版起 ATA 規範的歷次更新主要是以傳輸速率上的提升為主，在 ATA-5 (NCITS 340-2000) 中主要是新增了 Ultra DMA Mode 3、4 這兩個傳輸模式，將最高傳輸速率再次提高一倍，來到了 66.7 MB/s。

值得注意的是自此版本起由於傳輸速率的提升，原先由 40 條帶狀電纜所構成的 ATA 排線已經不敷使用，為了解決訊號共振雜訊干擾的問題，ATA-5 規範當中引入了由 80 條帶狀電纜所構成的新版排線。

ATA/ATAPI-6 (2002, Ultra ATA/100)

• 支援傳輸模式：
  PIO Mode 0、1、2、3、4
  Multi-word DMA Mode 0、1、2
  Ultra DMA Mode 0、1、2、3、4、5
• 最高傳輸速率：100 MB/s

ATA-6 (NCITS 361-2002) 的改進主要有三大項，首先是邏輯區塊定址能力一舉從 28-bit 大幅提升至 48-bit，因此可以定址的最大容量一口氣從 128 GB 跳升到 128 PB 之譜，其次則是加入了對自動噪音管理 (Automatic Acoustic Management, AAM) 技術的支援，可允許系統透過降低硬碟讀寫性能的方式來壓低硬碟所發出的噪音。

至於傳輸速率的部分則是增加了 Ultra DMA Mode 5 的支援，將最高傳輸速率再次推升至 100 MB/s，因此 ATA-6 規格的硬碟又被稱為 Ultra ATA/100。

ATA/ATAPI-7 (2005, Ultra ATA/133)

• 支援傳輸模式：
  PIO Mode 0、1、2、3、4
  Multi-word DMA Mode 0、1、2
  Ultra DMA Mode 0、1、2、3、4、5、6
• 最高傳輸速率：133 MB/s

2005 年定案的 ATA-7 規格 (INCITS 397-2005) 實質上是基於並列傳輸技術的 Parallel ATA 的最後一次改版，在此改版中新增了 Ultra DMA Mode 6 傳輸模式，將最高傳輸速率進一步推升到 133 MB/s，此後的開發重心便完全從 Parallel ATA 移向採用序列傳輸且可以提供更高傳輸速度的 Serial ATA 了。

高階系統的主流磁碟介面－SCSI

談完上個世代最主流的磁碟介面－IDE/ATA 之後，接下來站長想談的是在伺服器、專業工作站等領域中的主流磁碟介面－SCSI。

SCSI 的全稱為 Small Computer System Interface (小型電腦系統介面，這裡的「小型」是相對於早年一台可以佔據一間教室大小的大型電腦而言)，相較於剛剛介紹的 IDE/ATA 主要僅用於硬碟 (有了 ATAPI 規範之後支援範圍才拓展到光碟機等裝置)，SCSI 從一開始的設計就是為了規範電腦系統與各種周邊裝置之間的連結而生，用途遠比 IDE/ATA 要來得廣，舉凡硬碟、軟碟、光碟機、印表機、掃描器等裝置都在支援範圍之內，硬要說的話，其實 SCSI 在用途上有那麼那麼一點點類似 USB，但 SCSI 的可靠性與成本都遠比 USB 要來得高。

SCSI 的早期發展

SCSI 的前身其實叫做 SASI，是由 Shugart Associates (對，又是這間公司) 在 1981 年發表的，主要由 Larry Boucher 所開發 (後來他被稱為 SCSI 之父，還創辦了目前仍是主流伺服器 RAID 控制器廠商之一的 Adaptec)，最初的目的就是希望能設計出一個業界統一的磁碟介面標準。

在 1980 年代初期，Shugart Associates 將 SASI 介面的規格提交給 ANSI 進行審查，但 ANSI 考慮到不能以私人企業的名義為國家標準命名，因此在 1982 年正式將 SASI 重新命名為 SCSI，而在 1986 年第一版 SCSI 規範正式發佈之前，SCSI 介面其實已經被廣泛運用在許多伺服器系統與 Apple Macintosh 等電腦上。

SCSI-1 採用了 8-bit 的並列傳輸匯流排，支援奇偶校驗以及可以提供最高 5 MB/s 的點對點資料傳輸速率 (這在 1980 年代初期可以說是非常快的速度，前面提過的 ATA-1 規格在 1994 年定案時的最高傳輸速率也才 4.2 MB/s 而已)，每條 SCSI 匯流排可以串接八個裝置 (需另扣掉 SCSI 控制器本身因此實際上可以連結 7 個裝置) 且由於 SCSI 規格的控制器本身可以進行一部分的資料處理，因此可以大幅分攤 CPU 的負擔，使當年本來就極其有限的運算資源得以大幅提升利用效率。

隨後在 1990 年推出的 SCSI-2 (又被稱為 Fast SCSI) 則進一步透過倍增運作頻率的方式讓最高資料傳輸速率提高至 10 MB/s，而後來又推出了將匯流排寬度倍增自 16-bit 的 Fast Wide SCSI (最高資料傳輸速率為 20 MB/s)。

混亂的 SCSI 規格命名

除了高成本之外 SCSI 最為人所詬病的特性大概就是其混亂的命名了，從 1990 年 SCSI-2 世代開始便同時有基於兩種不同的匯流排寬度而生的 Fast SCSI 與 Fast Wide SCSI 同時在市面上，而在 1995 年提出的 SCSI-3 世代當中更是變本加厲的推出了運作時脈加倍但匯流排寬度縮回 8-bit 的 Ultra SCSI (最高資料傳輸速率與 Fast Wide SCSI 一樣是 20 MB/s) 以及匯流排寬度為 16-bit 而運作時脈加倍因此最高資料傳輸速率可以來到 40 MB/s 的 Ultra Wide SCSI。

覺得這些同時在市面上已經夠亂了嗎？但主導 SCSI 介面發展的 SCSI Trade Association (SCSITA) 並沒有打算就此打住，之後還繼續推出了好幾種不同的 SCSI 規格。

奠定十年基礎的 SCSI-3

在 1995 年所發佈的 SCSI-3 規範當中引入了許多重要的新功能，例如將單一 SCSI 匯流排所能支援的裝置數量翻倍為 16 個 (需另扣掉 SCSI 控制器本身因此實際上可以連結 15 個裝置)，並且引入了隨插即用 (Plug-and-Play) 以及可以大幅提升資料傳輸速率、最大傳輸線長度的低電壓差動 (LVD，Low-voltage Differential) 傳輸技術等重要特性，自 1995 年起所有的並列式 SCSI 都是以 SCSI-3 為基礎進行延伸而來，而最後一款並列式 SCSI 則是在 2002 年推出的 Ultra-320 SCSI，此後則由基於序列傳輸技術的 Serial Attached SCSI (SAS) 取而代之。

由於 SCSI-3 世代的各種 SCSI 規格命名實在過於混亂並且先後換過太多次命名方式，站長決定以表格方式呈現：

命名 A	命名 B	命名 C	匯流排寬度	運作時脈	最高傳輸速率	發展年代	連接埠
Ultra	Fast-20		8-bit	20 MHz	20 MB/s	1995	IDC-50
Ultra Wide			16-bit	20 MHz	40 MB/s	1995	SCA
Ultra2	Fast-40		8-bit	40 MHz	40 MB/s	1997	IDC-50
Ultra2 Wide			16-bit	40 MHz	80 MB/s	1997	SCA/SCA-2
Ultra3	Fast-80	Ultra-160	16-bit	40 MHz	160 MB/s	1999	SCA/SCA-2
Ultra4	Fast-160	Ultra-320	16-bit	80 MHz	320 MB/s	2002	SCA/SCA-2