SATA

串行ATA（Serial ATA，全称：Serial Advanced Technology Attachment，又称SATA）是一种电脑总线，负责主板和大容量储存装置（如硬盘及光驱）之间的数据传输，主要用于个人电脑。串行ATA与串列SCSI（SAS: Serial Attached SCSI）的两者排线相容，SATA硬盘可接上SAS通讯埠。

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2000年11月由国际序列式ATA组织所制定，取代旧式PATA（Parallel ATA或旧称IDE）接口的旧式硬盘，因采用串行方式传输数据而得名。在数据传输上这一方面，SATA的速度比以往更加快捷，并支持热插拔，使电脑运作时可以插上或拔除硬件。另一方面，SATA总线使用嵌入式时脉讯号，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。不过，SATA和以往最明显的分别，是使用较细的排线，有利机箱内部的空气流通，某程度上增加整个平台的稳定性。

现时，SATA分别有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gb/s和SATA 6Gb/s三种规格。2013年推出更快速的SATA Express规格。

## 特色

### 带宽速度换算

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。

所谓3Gb/s的算法，3000MHz的频率×每次发送一个数据×80%(8b/10b的编码) / 8 bits per byte = 300MBytes/s，同理1.5Gb/s也是这样可算成150MB/s，也就是一般我们在买硬盘时，有时候会看到SATA 150MB/s / 300MB/s，有时候又会看到SATA 1.5Gb/s / 3Gb/s的缘故。

以USB 3.0而言，它拥有5Gbps的带宽，每次发送一个数据×80%(8b/10b的编码) / 8 bits per byte = 500MBytes/s，所以USB 3.0的带宽比SATA 3.0的600MB/s还要小。

版本｜带宽｜理论速度｜编码

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

### 排线和电源线

Pin #｜功能

1｜Ground

2｜A+（发送）

3｜A−（发送）

4｜Ground

5｜B−（接收）

6｜B+（接收）

7｜Ground

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SATA排线

传统的Parallel ATA使用单模信号放大系统“single-end-signal-amplified-system”。在这种系统中，噪声会随着正常信号一起传输、放大，不易被抑制；在高速时尤其严重，为了有效的减少噪声的干扰，我们只好使用高达5V的电压来传送正常讯号，使大电压的正常讯号盖过小电压的噪声信号。虽然大的电压可以有效的抑制噪声，但是大的电压同时也表示驱动电路的生产成本将因此上升，大电压更不利于高速传输系统的设计和制造，高达5V的传输电压限制追求高速和低成本的可能性。

和Parallel ATA相比，新的Serial ATA使用差分信号系统（differential-signal-amplified-system）。这种系统能有效的将噪声从正常讯号中滤除，良好的噪声滤除能力使得SATA只要使用低电压操作即可，和Parallel ATA高达5V的传输电压相比，SATA只要0.5V（500mv）的峰对峰值电压即可操作于更高的速度之上。比较正确的说法是：峰对峰值‘差模电压’。

和Parallel ATA的5V驱动电压相比，0.5V的SATA系统节省电力，其驱动IC的生产成本也较为便宜。

有些排线附有小金属片可以卡住插座，比较不会发生不小心将排线拔出的问题。

### 进阶主机控制器界面

SATA支援进阶主机控制器界面功能，可让SATA储存装置启用进阶SATA功能，例如NCQ及热插拔。

## 版本

### SATA 1.0

SATA 1.0于2003年1月7日推出，为第一代SATA界面，坊间的非官方名称为SATA-1，传输速度为1.5Gbit/s。

### SATA 2.0

SATA 2.0于2004年正式推出，坊间的非官方名称为SATA-2（SATA-II），符合ATA-7规范，传输速度可达3.0Gbit/s。显示SATA的速度提升是以几何级数增长，这点和PATA的算术级数增长是不同的。

SATA 3Gb/s比SATA 1.5Gb/s进步的地方在于：

- 3.0Gb/s的高传输速度
- 支持真正的SATA指令排序（NCQ）
- SATA 3Gb/s资料线长度最多2m。SATA 1.5Gb/s只是1m，PATA更短到50cm
- 全新的围挡式接口更稳固。

### SATA 3.0

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SATA 3.0于2009年5月26日完成最终规格发布，比上一代提升一倍速率至6Gb/s，此外增加多项新技术，包含新增NCQ指令以改良传输技术，并减低传输时所需耗电量。

依据Serial ATA Revison 3.0规格白皮书，AHCI底下改善（NCQ）串行指令NCQ的指令数目、NCQ的指令优先权及算法SATA 3.0亦会增加，包括为即时性的资源提供优先处理，主要用于影像及音像传输方面。此外SATA 3.0同时会为正被系统处理中的资源作优先安排，大大提升系统的执行效率。

为了降低耗电，SATA 3.0采用全新INCITS ATA8-ACS标准，不但可相容旧有的SATA装置、改良传输讯号技术，亦大幅减低SATA2.0传输时所需功耗。

针对笔记型电脑（NB）市场对体积的需求，SATA 3.0提供较一般SATA2.0接口细小的LIF界面（Low Insertion Force Connector），专门针对1.8吋的储存装置，包括仅厚7mm光驱。

2011年7月18日SATA-IO公布SATA3.1规格，3.1版带来诸多特性，例如节电测量，TRIM性能提升和一些杂项调整。

3.1版带来一个新的mini SATA接口，主要用于为移动计算设备增强互操作性，Zero-Power Optical Disk Drive（ODD）的发明减少闲置光驱的耗电量，用新的电源管理策略降低整个系统的电力需求。TRIM改进允许SATA固态硬盘在不影响性能的前提下自行修剪，改善SSD的性能，同时还带来让主机识别设备的硬件设备功能，提升SATA的兼容性。

另一个值得注意的是SATA通用存储模块（USM）和热插拔SATA驱动器模块，它让SATA硬盘的热插拔机制更为成熟，目前希捷GoFlex部分型号的硬盘已经开始支持。

### SATA 3.1

于2011年7月发布。引入改变这些功能：

- mSATA，SATA在移动计算设备的固态硬盘，外型与 Mini PCI Express 相同（但两者并不相容）。
- 零功耗光驱，闲置时的SATA光驱可以不消耗电力。
- 排队TRIM指令，提高固态硬盘的性能。
- 所需的链接电源管理，减少整体的电力需求。
- 硬件控制功能，使设备功能的主机标识。
- 通用存储模块（USM），用于无缆插件（槽）供电存储消费电子设备的新标准。

### SATA 3.2

为解决固态硬盘的资料传送瓶颈，国际序列式ATA组织正着手制定下一代串列ATA的标准——SATA 3.2。SATA Express最大传送速率为16Gb/s，使用两条PCIe 3.0总线连接SSD。连接埠和制式向下相容前三代SATA的标准。

### SATA 3.3

于2016年2月22号提出，主要为优化SMR技术，将硬盘储存密度提升到25%，还可将SATA远程断电（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。它最大的缺点是没有电力供应，竞争对手USB, FireWire, Thunderbolt都能传输数据及电力。这使得eSATA硬盘需要连接一个独立变压器才可运作。

- 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为慢
- 提高接头的插拔耐用度

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- 官方标志

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- 左：SATA 右：eSATA

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- eSATA插座

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- eSATAp插座结合了eSATA和USB

为了解决供电问题，SATA-IO于2008年推出了eSATAp (Power over eSATA)，它结合了eSATA的七个针脚及USB 2.0的四个针脚，利用USB针脚提供5V及12V（可选）电压。此插座主要在硬盘外接盒中使用，既可以插入eSATA，也可以插入USB。

## mSATA

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mSATA (mini-SATA)是迷你版本SATA接口，外型和电子界面与mini PCI-E完全相同，但电子信号不同，两者互不相容。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。官方标准为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｜原始带宽｜传输速度｜排线最长长度｜电源｜连结的装置数量

eSATA｜6 Gbit/s｜600 MB/s｜* *2 m、with eSATA HBA (1 m with a passive adapter)｜否｜1 个 (15 with a port multiplier)

eSATAp｜3 Gbit/s｜300 MB/s｜5 V/12 V｜1 个 (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 个

SATA Express｜16 Gbit/s｜1.97 GB/s｜1 m｜否｜每条线 1 个

SATA revision 3.2｜16 Gbit/s｜1.97 GB/s｜1 m｜否｜1 个 (15 with a port multiplier)

SATA revision 3.0｜6 Gbit/s｜600 MB/s｜1 m｜否｜1 个 (15 with a port multiplier)

SATA revision 2.0｜3 Gbit/s｜300 MB/s｜1 m｜否｜1 个 (15 with a port multiplier)

SATA revision 1.0｜1.5 Gbit/s｜150 MB/s｜1 m｜否｜每条线 1 个

PATA (IDE) 133｜1.064 Gbit/s｜133.3 MB/s｜0.46 m (18 in)｜5 V (44-pin for 2.5" drives only)｜2 个

SAS-3｜12 Gbit/s｜1.2 GB/s｜10 m｜否｜1 － 8 个 (> 65k with expanders)

SAS-2｜6 Gbit/s｜600 MB/s｜10 m｜否｜1 个 (> 65k with expanders)

SAS 300｜3 Gbit/s｜300 MB/s｜10 m｜否｜1 个 (> 65k with expanders)

SAS 150｜1.5 Gbit/s｜150 MB/s｜10 m｜否｜1 个 (> 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 W, 12–25 V｜63 (with a hub)

IEEE 1394 (FireWire) 400｜393 Mbit/s｜49.13 MB/s｜4.5 m｜15 W, 12–25 V｜63 (with a hub)

USB 3.1｜10 Gbit/s｜1.21 GB/s｜3 m｜100 W, 5, 12 or 20 V｜127 (with a hub)

USB 3.0｜5 Gbit/s｜400 MB/s or more (protocol overhead, flow control, framing excluded)｜3 m｜4.5 W, 5 V｜127 (with a hub)

USB 2.0｜480 Mbit/s｜35 MB/s｜5 m｜2.5 W, 5 V｜127 (with a hub)

USB 1.1｜12 Mbit/s｜1.5 MB/s｜3 m｜是｜127 (with a hub)

SCSI Ultra-320｜2.56 Gbit/s｜320 MB/s｜12 m｜否｜15 (plus the Host Bus Adapter/Host)

10GFC 光纤通道｜10.52 Gbit/s｜1.195 GB/s｜2 m – 50 km｜否｜126 (16,777,216 with switches)

4GFC 光纤通道｜4.25 Gbit/s｜398 MB/s｜12 m｜否｜126 (16,777,216 with switches)

InfiniBandQuad Rate｜10 Gbit/s｜0.98 GB/s｜5 m (copper) 100 m (fiber)｜10 W (copper only)｜7 个

Thunderbolt 2｜20 Gbit/s｜2.44 GB/s｜3 m (copper)100 m (fiber)｜10 W (copper only)｜7 个

Thunderbolt 3｜40 Gbit/s｜4.88 GB/s｜3 m (copper)100 m (fiber)｜100 W (copper only)｜7 个

与 PATA 不同，SATA 和 eSATA 都支援热插拔，但此功能需要主机、装置和操作系统的支援。基本上所有 SATA 装置（硬盘）都支援热插拔（基于装置的需要），绝大部分的 SATA 主机适配器都支援此指令。

## 外部链接

- SATA-IO Official Website*

## 基本资料

- versions：1.0, 2.0, 3.0, 3.1, 3.2
- 英文全名：Serial Advanced Technology Attachment
- 中文全名：串行ATA
- 研发日期：2003年1月7日
- 发明者：国际序列式ATA组织
- 最多连接：1
- 取代：Parallel ATA (PATA)
- 速度：半双工、1.5Gb/s, 3Gb/s, 6Gb/s, 16 Gb/s
- 热插拔：支持，需要其他系统组件配合
- 外接：支持，eSATA