SATA

串行ATA（Serial ATA，全稱：Serial Advanced Technology Attachment，又稱SATA）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。

2000年11月由國際序列式ATA組織所制定，取代舊式PATA（Parallel ATA或舊稱IDE）接口的舊式硬碟，因採用串行方式傳輸數據而得名。在數據傳輸上這一方面，SATA的速度比以往更加快捷，並支持熱插拔，使電腦運作時可以插上或拔除硬體。另一方面，SATA總線使用嵌入式時脈訊號，具備比以往更強的糾錯能力，能對傳輸指令（不僅是數據）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，提高數據傳輸的可靠性。不過，SATA和以往最明顯的分別，是使用較細的排線，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

在一些新的技術標準中，為了防止數據在高速傳輸中出錯而加入校驗碼，比如PCI-E 2.0、USB 3.0和SATA 3.0中採用的是8/10編碼，每10位編碼中只有8位是真實數據，這時單位換算就不再是1:8而是1:10，USB 3.0的5Gbps速度實際上是理論500MB/s而非理論625MB/s，SATA 6Gbps的理論速度則是600MB/s而非750MB/s。

所謂3Gb/s的演算法，3000MHz的頻率×每次發送一個數據×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×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還要小。

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，傳輸速度為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體設備功能，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

於2011年7月發布。引入改變這些功能：

- mSATA，SATA在移動計算設備的固態硬碟，外型與 Mini PCI Express 相同（但兩者並不相容）。
- 零功耗光碟機，閒置時的SATA光碟機可以不消耗電力。
- 排隊TRIM指令，提高固態硬碟的性能。
- 所需的鏈接電源管理，減少整體的電力需求。
- 硬體控制功能，使設備功能的主機標識。
- 通用存儲模塊（USM），用於無纜插件（槽）供電存儲消費電子設備的新標準。

### 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。

### 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的略稱，是為面向外接驅動器而制定的Serial ATA 1.0a的擴展規格。雖然規模比較小，但已經有相對應的產品在市面流通。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。

- 為了防止誤接，eSATA的接口形狀與SATA的接口形狀是不一樣的
- 連接線的最大長度為2m
- 支持熱插拔
- 傳輸速度可以達到現在主流的USB 2.0的傳輸速度的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

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接口多用於固態硬碟，適用於需要尺寸較小的存儲器的場合（例如Ultrabook）。

mSATA固態硬碟形似mini PCI-E擴展卡，尺寸很小，有助於節省機器內部空間。官方標準為MO-300 mSATA，也有自定長度的mSATA固態硬碟。

## SATA與其他規格的比較

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｜5 V/12 V｜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｜1 m｜否｜每條線 1 個

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

SATA revision 3.0｜6 Gbit/s｜600 MB/s｜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｜1 m｜否｜每條線 1 個

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 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 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 光纖通道｜10.52 Gbit/s｜1.195 GB/s｜2 m – 50 km｜否｜126 (16,777,216 with switches)

4GFC 光纖通道｜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 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、裝置和作業系統的支援。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。

## 外部連結

- SATA-IO Official Website*

## 基本資料

- 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
- 研發日期：2003年1月7日
- 發明者：國際序列式ATA組織
- 最多連接：1
- 取代：Parallel ATA (PATA)
- 速度：半雙工、1.5Gb/s, 3Gb/s, 6Gb/s, 16 Gb/s
- 熱插拔：支持，需要其他系統組件配合
- 外接：支持，eSATA