硬盘发展史SATA 1/SATA 2/SATA 3代

2017-03-18

SATA3.0和SATA1 2区别及对比

硬盘在外部传输方面,主要通过接口来展现。从2002年到现在,接口实现了从PATASATA的转变,但速度依然没有得到很好的改观。在SATA未能给速度带来多大提升的时候,SATA2应运而生,并带来了新的技术NCQ以及300MB/s的峰值带宽。到了2009年末,SATA3终于来了。作为新接口标准的SATA3.0,它的到来能否为硬盘带来新动向,压制日益发展的固态硬盘产品呢?首先我们了解一下目前温彻斯特硬盘的构造。

硬盘(英文名:Hard Disc Drive,简称HDD,全名温彻斯特式硬盘)是电脑中必不可少的存储媒介之一。硬盘的组成是由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘,被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

硬盘基本参数详解:

                                                                

硬盘内部结构详解

转速:硬盘通常是按每分钟转速(RPMRevolutions Per Minute)计算:该指标代表了硬盘主轴马达(带动磁盘)的转速,比如5400 RPM就代表该硬盘中主轴转速为每分钟5400转。目前主流笔记本硬盘转速为5400RPM;台式机硬盘则为7200RPM。但随着技术的不断进步,笔记本和台式机均有万转产品问世,但多用用于企业用户。

单碟容量:单碟容量是硬盘相当重要的参数之一。硬盘是由多个存储碟片组合而成,而单碟容量就是指一个存储碟所能存储的最大数据量。目前在垂直记录技术的帮助下,单碟容量从之前80GB升级到500GB或者640GB,发展速度相当快。硬盘单碟容量提高不仅仅可以带来总容量提升,有利于降低生产成,提高工作稳定性;而且单碟容量越大其内部数据传输速率就越快。

                                                                

硬盘结构示意图

平均寻道时间:平均寻道时间指硬盘在盘面上移动读写磁头到指定磁道寻找相应目标数据所用的时间,单位为毫秒。当单碟容量增大时,磁头的寻道动作和移动距离减少,从而使平均寻道时间减少,加快硬盘访问速度。

                                                                

硬盘背面PCB详解

缓存:缓存是硬盘与外部交换数据的临时场所。硬盘读/写数据时,通过缓存一次次地填充与清空,再填充,再清空,就像一个中转仓库一样。目前大多数硬盘缓存已经达到32MB,而对于大容量产品则均为64MB容量。

内部数据传输率:内部传输率是指硬盘磁头与缓存之间的数据传输率,简单说就是硬盘将数据从盘片上读取出来,然后存储在缓存上的速度。内部传输率可以明确表现出硬盘的读写速度,它的高低才是评价一个硬盘整体性能的决定性因素。目前大多数桌面级硬盘基本都在70-90MB/S之间,笔记本硬盘则在55MB/S左右。

上面几个参数都是直接影响硬盘性能的因素,其中转速是最直接提升硬盘性能的一个条件,但是过高的转速又会导致产品发热量猛增,不利于长期使用。而提升单碟容量确实改变了硬盘性能,但是提升幅度甚微。那么这次让硬盘配备SATA3.0接口能否让机械硬盘性能大幅提升呢?下面我们了解一下SATA3.0的主要特性。

● SATA Revision 3.0规范主要新特性:

1、可在存储单元、磁盘驱动器、光学和磁带驱动器、主机总线适配器(HBA)之间提供6Gbps速度的链路速度,并保证新的网络性能水平。当然,6Gbps(750MB/s)只是理论值,事实上SATA接口发送信息的速度为600MB/s,而受制于系统各部件的影响,实际速度会更低一些,而且不同环境差异会很大。

                                                                

2、新的原生指令排序(NCQ)串行指令,面向需要大量带宽的音频、视频应用,可保证数据传输的同步。

3NCQ管理功能,通过对未执行的NCQ指令进行主机处理和管理来优化性能。

4、改进电源管理功能。

5、适合紧凑型1.8寸存储设备的小型低插力(LIF)接头。

6、旨在让更轻、更薄笔记本容纳7毫米光驱的接头。

7、符合INCITS ATA8-ACS标准。

8、完全向下兼容,新规范产品与旧规范产品相连时速度会自动将至3Gbps1.5Gbps

                                                                

SATA3 6Gb/s主板接口

SATA-IO组织还表示,现在的第三版规范仅用于内部SATA接口,而已在研发之中的更新版本“SATA Revision 3.1”会重点把eSATA外置接口的速度也提高到6Gbps,并解决外置接口耐用性(插拔次数)、更长数据线下的稳定性和扩展性等问题。从规格和参数上来看,SATA 6Gbps比现在SATA 3Gbps要强上一些。以上这么美好的理论背后,是否真的有现实的数据支持呢?下面笔者就通过测试对比带大家探个究竟。

底层测试:HD Tach对比

HD Tach读速度测试不依赖于文件系统,曲线成绩基本相当于硬盘内部传输速率测试。体现的是很理想化的硬盘速度,其外延部分大约是磁盘性能表中buffer to disk项目的反映,而真实应用中,极少有机会达到这样的高度。

                                                                

HD Tach平均读取速度测试

HD Tach测试中看,在平均速度测试中,希捷SATA3.0硬盘同SATA2.0硬盘性能相同,并且还领先西部数据10000万转猛禽硬盘。可见在传统硬盘中,SATA2.0SATA3.0的性能差距较小。

                                                                

HD Tach突发速率速度

在固态硬盘组测试中,SATA3.0接口SSD性能已经突破SATA2.0300MB/S性能极限,也就是说开始发挥SATA3.0的理论传输速率。而SATA2.0SSD硬盘凭借自身的构造优势,在读取方面也领先传统硬盘很多。

突发速率方面,首款SATA3.0固态硬盘则达到350MB/S,表现惊人。而受到SATA2.0接口的限制,英特尔的V系列固态硬盘仅能达到260MB/S

底层测试:HD Tune Pro v3.50

HD Tune Pro是一款磁盘性能诊断测试工具。它能检测磁盘的传输率、突发数据传输率、数据访问时间、CPU使用率、健康状态,温度及扫描磁盘表面等。

                                                                

HD Tune平均读取速度测试

HD Tune平均读取速度测试中看出,几组数据的反应和HD Tach如出一辙,机械硬盘方面SATA3.0SATA2.0并没有实质却别,反而是固态硬盘组表现差异明显,SATA3.0让美光C300固态硬盘速度接近300MB/S,已经接近SATA2.0的接口规范。

应用性能测试:FastCopy

FastCopy是个小巧的文件/目录拷贝工具,其功能强大,性能优越,能充分挖掘文件系统和硬盘驱动器的能力,并且支持计数和计时。这里使用两个目录来进行测试:第一个是包含12645个文件总计容量为4998MB“Drivers”目录;第二个是包含2个文件总计容量为3620.9MB“HDVideos”目录,分别考察文件硬盘应付大量小文件和大容量文件拷贝的能力。

                                 

FastCopy拷贝时间对比

该项目主要体现传统硬盘在SATA3.0SATA2.0方面的差异,毕竟SSD固态硬盘写入方面不是非常稳定,所以测试出的数据差异较大。从测试中看出,希捷的SATA3.0 2TB硬盘同SATA2.0 1TB硬盘在文件拷贝方面成绩相仿,也可以直观看出SATA3.0的优势并没有体现出来。

全文总结

其实从PATA转型到SATA接口后,SATA1.0SATA2.0并没有本质区别,仅仅是SATA2.0加入了NCQ原生命令队列功能——该功能通过对读写指令顺序的优化来提升磁盘性能,不过由于SSD的存储机制与传统硬盘完全不同,NCQ功能是完全派不上什么用场的。从理论值分析,SATA 1.0定义的数据传输率为1.5Gb/s,这样理论传输率就能达到150MB/S;而到了SATA2.0时代,这个理论值就翻倍到300MB/S。不过拿现在主流硬盘的实际速度来判断,都还没有达到SATA1.0的峰值,就更别提SATA3.0了。

                                     

SATA接口特写

通过测试可以看出,SATA3.0的传统硬盘表现令人非常失望,在实际过程中甚至比普通SATA2.0硬盘还慢。无论是底层的速度测试,还是实际的文件拷贝测试,SATA3.0硬盘都没有发挥出双倍带宽的优势,反而速度和SATA2.0硬盘相近,有的项目还不如SATA2.0硬盘成绩好。那么SATA3.0就真的一无是处了么?

其实不然,从评测数据上看,SSD硬盘在搭载SATA3.0接口后,无论是平均读取速度还是突发速率,都有了长足的进步。拿美光C300固态硬盘为例,在HD Tach测试中,速度均已经达到SATA2.0的峰值300MB/S,表现突出。而且相对于SATA2.0接口固态硬盘也有大幅提升,可见SATA3.0接口更适合SSD固态硬盘。

笔者认为,传统机械硬盘在传输率方面,受限于物理因素,不可能很快,接口带宽即使是SATA150MB/s)接口也能在很长一段时间内满足其要求,所以用户大可不必花过多的金钱来购买不实际的东西。

                                               

美光全球首款SATA 3.0接口固态硬盘

而对于SATA3.0接口的憧憬,笔者认为会在笔记本市场大放异彩,毕竟现在传统台式机硬盘的保有量过大,想要全部转换成SATA3.0并非易事。而笔记本销量已经超过台式机电脑,所以想要推动SATA3.0接口SSD并非难事,现在一些持续读取速度在250MB/SSSD价格并不是贵的离谱,并且随着工艺的改进,SSD的性能依然会成倍增长,价格也会达到一个合理的水平。

 


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