Serial_ATA

**序列 ATA**（英語：Serial ATA，全稱：Serial Advanced Technology Attachment）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。序列 ATA 與序列 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）介面的舊式硬碟，因採用序列方式傳輸資料而得名。在數據傳輸上這一方面，SATA 的速度比以往更加快捷，並支援熱插拔，使電腦運作時可以插上或拔除硬體。另一方面，SATA 匯流排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（不僅是資料）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，提高資料傳輸的可靠性。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

需要的是，在一些新的技術標準中，為了防止資料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 位元是真實資料，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 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。

### 排線和電源線

傳統的 Parallel ATA 使用單模訊號放大系統「single-end-signal-amplified-system」。在這種系統中，雜訊會隨著正常訊號一起傳輸、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訊號。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 使用差分訊號系統（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
* 支援真正的 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
* 全新的圍擋式介面更穩固。

### 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）序列指令 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 介面細小的 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 效能提升和一些雜項調整。

3.1 版帶來一個新的 mini SATA 介面，主要用於為移動計算裝置增強互操作性，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 固態硬碟在不影響效能的前提下自行修剪，改善 SSD 的效能，同時還帶來讓主機識別裝置的硬體裝置功能，提升 SATA 的相容性。

另一個值得注意的是 SATA 通用儲存模組（USM）和熱插拔 SATA 驅動器模組，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援。

### SATA 3.1

於 2011 年 7 月發布。引入改變這些功能：

* mSATA，SATA 在移動計算裝置的固態硬碟，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，提高固態硬碟的效能。
* 所需的鏈結電源管理，減少整體的電力需求。
* 硬體控制功能，使裝置功能的主機標識。
* 通用儲存模組（USM），用於無纜外掛程式（槽）供電儲存消費電子裝置的新標準。

### 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序列 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。連接埠和格式向下相容前三代 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）。

### SATA 3.4

### SATA 3.5

## eSATA

External Serial ATA 的略稱，是為面向外接驅動器而制定的 Serial ATA 1.0a 的擴充規格。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 的介面形狀與 SATA 的介面形狀是不一樣的
* 連接線的最大長度為 2m
* 支援熱插拔
* 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
* * * *

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 介面，外型和電子介面與 mini PCI-E 完全相同，但電子訊號不同，兩者互不相容。mSATA 介面多用於固態硬碟，適用於需要尺寸較小的記憶體的場合（例如超極致筆電）。

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

## SATA 與其他規格的比較

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。

## 註解

## 參考資料

## 外部連結

* SATA-IO Official Website\* （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 相關條目

* ATA
* 序列 SCSI
* 進階主機控制器介面
* 原生指令排序
* 電腦裝置頻寬列表
* M.2
* NVMe
* SATA Express