串行ATA与单碟80GB硬盘到底谁更强？

本文由《电脑高手》杂志授权PCPOP网站转载，任何个人或媒体未经许可不得使用本文文字与图片！

在喧喧嚷嚷近两年后，被誉为Parallel ATA（并行ATA，简称PATA）硬盘接班人的Serial ATA（串行ATA，简称SATA）硬盘终于来了，而不再只一是份技术资料和几张照片……2002年下旬，著名的希捷（Seagate）与迈拓（Maxtor）公司都推出了SATA产品，其中BarracudaATA V（俗称酷鱼五）无疑是最引人瞩目的。不过直到今年，SATA硬盘才真正的来到我们身边。

与此同时，单碟80GB的硬盘也已出现，它们就是迈拓最新推出的DiamondMax Plus 8/9（俗称金钻8/9代）与Fireball 3。这次《电脑高手》评测室有幸请到了BarracudaATA V与DiamondMax Plus 9，来共同展示它们的风采。

首先让我们看看这两个家族的大体情况，见表1。

表1：BarracudaATA V与DiamondMax Plus 9家族对比表

注：从单碟80GB产品开始，迈拓改用了新的编号规则，主要的变化就在于以前用于表示磁头数的字符统一为零，迈拓相关人员解释说这为了与OEM市场进行统一，希望像WD硬盘那样淡化单碟容量的区别。但是，在本次测试中，开机时所显示的硬盘型号仍带有磁头数的信息

从规格上看，BarracudaATA V比DiamondMax Plus 9差了一些，但毕竟前者是单碟60GB的产品，后者则是单碟80GB，“重量级”就不一样。事实上，与DiamondMax Plus 9针锋相对的是希捷于2002年12月2日推出的BarracudaATA 7200.7/plus（很怪的名字吧），其中PATA/8MB缓冲区的型号属于plus系列，这一家族的大体规格见表2：

表2：BarracudaATA 7200.7/plus家族大体规格

本次我们拿到的样品共有三个：BarracudaATA V家族中的ST3120024A和ST3120023AS、之所以选择这两个产品，是因此它们除了接口不同其他规格完全一致，这样我们可以去比较SATA相对PATA硬盘的性能变化。而DiamondMax Plus 9家族参测的型号是6Y160P0。很可惜的是，我们没有拿到Plus 9家族中的SATA型号，虽然它比BarracudaATA V的SATA化更为彻底（SATA产品的型号更多），但通过下文的测试与分析，我们可以大概了解到Plus 9的SATA型号的性能。<

BarracudaATA V在外形上与著名的BarracudaATA IV完全一样，显得很“酷”。BarracudaATA V于2002年6月24日发布，是最早的一批SATA硬盘。当时曾在PC EXPO大展上亮相，引起不小的轰动。

PATA接口的BarracudaATA V在本次测试中属于陪衬角色，在此不再过多介绍。下面我们着重来讲讲SATA接口的型号。有关SATA的技术介绍，已经有很多文章讲过了，这里我们不再详细重复。下面，我们将其与PATA进行简单的比较，见表3，SATA接口的发展计划见表4：

表3：SATA与PATA接口简单比较

注：所谓单端信号传输，是指在接收时判断逻辑电平的依据是将信号电压与地线相比较，差分传输是指伴随数据信号还有一路比较信号（一般是数据信号的反相），逻辑电平就是这两路信号的电压差，由于单端信号的判断容易受到地线干扰的影响，所以现在越来越多的信号传输都采用了差分的方式。

表4：SATA接口的发展计划

由表3可以看出，SATA相对于PATA有着很大的技术优势和未来发展空间，由于将一些原本需要专用物理引脚才能实现的功能，转移到逻辑控制层面，所以SATA接口的物理构造极为简单，与PATA的44pin（含电源）相比，SATA只有22pin，而且不分主从，在使用上也比PATA省心不少。

先前，笔者从部分硬盘厂商那里得到消息说，目前推出的SATA硬盘属第一代产品，基本都是从PATA硬盘演变而来，也就是说在原有硬盘的PCB上加入一块PATA-SATA的桥接芯片，从而实现接口的转换，真正的SATA硬盘要使用SATA控制器。然而，在希捷发布BarracudaATA V的新闻中则给我们带来了一个惊喜——BarracudaATA V使用的是真正的SATA硬盘控制器。但事实是怎么样呢？

上两图为ST3120023AS的正/反面（已经拆去PCB护盖）

上两图为ST3120024A的正/反面（已经拆去PCB护盖），请注意其与ST3120023AS的不同

从ST3120023AS的PCB板的构成上可以看出，它的主控制器与ST3120024A几乎是一样的，只是多了一个LSI公司的不明芯片，我们断定这仍就是桥接芯片，否则从理论上分析就说不过去了。如果主控制芯片是完完全全的SATA控制器，那么这个芯片是干什么的？从布线上看，它仍与LSI不明芯片有联系，与ST3120024A相对比，很像是数据线。而SATA的数据线在一个方向上只有一根，那么这一根给谁呢？从布线上看显然不是给主控制器的，而它又不能并联出一根分别传给LSI芯片和主芯片。所以，它的作用在于桥接是肯定的了。为了保证它能有效工作，希捷还在硬盘上安装了一枚晶振为其提供SATA接口的基准频率，并使用了一颗“双路电压线性调节器”，从5V的电源分离出2.5V和3.3V的两路电压，其中3.3V就很有可能是为LSI芯片所准备的工作电压。

但是，另外一个现象也引起了我们注意，那就是这个主控制器的编号与ST3120024A上的还不一样，这显然不合情理，如果就是使用S/P桥接，完全可以用相同的主控芯片。所以我们猜想LSI这个芯片可能是希捷定制/专用的，而ST3120023AS的主控芯片可能也在支持SATA命令集方面做了一些改动，比如重新定义一些寄存器，以供SATA命令使用（事实上，SATA的很多新命令正是用到了ATA规范中那些保留的寄存器），并与LSI桥芯片有着相关联系（按理，桥接芯片会滤掉那些PATA控制器所不支持命令，但如果是定制的，就不好说了）。下面我们就来分析一下，PATA硬盘与SATA硬盘在构造上的不同。<

目前PATA硬盘的结构组成与数据传输形式

目前SATA硬盘的结构组成与数据传输形式

就目前来看，BarracudaATA V的SATA型号仍采用了图4的形式，那么真正的SATA控制器又是如何呢？我认为，SATA控制器与PATA的最大不同就在于接口规范上，并由此引发的传输方式的根本转变。其实仔细查看SATA的规范，SATA硬盘在内部指令的定义上与PATA基本一样。事实上SATA就是建立在传统ATA规范上的一种标准，命令集与传统ATA并无多大区别（但有新增的功能/命令，要想实现这些新的功能，肯定需要新的控制器），关键就在于命令集的串行传输方式上，因此目前的桥接芯片的主要工作就是将PATA与SATA数据流进行互转，并且进行指令的转换和中继。这也就是目前PATA-SATA桥接芯片的主要作用之一。未来的SATA控制器将刨去PATA接口的逻辑/物理规范，直接使用SATA接口，也就不再涉及协议的转换（即桥接）。

目前采用Serial ATA桥接芯片的系统结构

但是，在数据传输上，虽然从磁头传来的数据是串行的，与SATA很匹配，但未来的SATA控制器仍会涉及到数据的串/并的转换，而且比现有的PATA控制器更多。为什么呢？除了数据处理的需要外，还有缓冲区的原因。PATA硬盘缓冲区所有使用的内存芯片都是16bit位宽的，这是因为PATA数据接口位宽就是16bit。显然，SATA硬盘上所用的缓冲区在理论上不会有此位宽限制，但目前内存芯片最低位宽仍有4bit，而它是数据交换的“门户”，这就从根本上不能消除串/并转换的操作。

目前PATA硬盘主控制器与相关元件的连接与组成结构（上图可点击放大）

为什么要强调串/并转换呢？因为这会影响到性能，串/并转换的操作越多，对性能的影响就越不利。串行总线对简化传输线路的物理设计是非常有用的，但数据的传输效率往往不是很高，因为要加入很多的控制信息，形成所谓的帧（Frame），逻辑控制形式与并行总线完全不同，后者往往是控制与数据信号分开。所以只有通过更高的传输频率才能获得更好的性能，如果涉及到串并转换，转换的速度则就是另一个关键。那么，对于SATA硬盘会怎么样呢？不要着急，往下看……

SATA硬盘所使用的数据线以及目前临时采用的电源转接线（里圈的短线），它从机箱电源的4针5V/12V插头取电，不能提供SATA所规定的3.3V电源电压<

DiamondMax Plus 9是在2002年9月5日发布的，值得注意的是，迈拓单碟80GB的产品在这一天共发布了4个系列，要知道迈拓可是直接跳过了单碟60GB这一档次，这与当时其他厂商纷纷推出单碟60GB硬盘形成了鲜明的对比。而除了Plus 9之外，其余三个系列的大体规格具体见表5。

表5：针对普通用户的迈拓单碟80GB产品系列

注：BB马达是指滚珠轴承马达

有人可能会觉得Plus 9的单碟容量虽然有80GB，但总容量并没有在业界拔尖，比如IBM的180GXP和WD的2000BB/JB。其实，这与迈拓的市场细分有关。迈拓认为超过160GB容量的超大硬盘的主要市场并不在个人应用领域，而更多的集中在商业存储市场。因此，在2002年9月9日，迈拓又发布另外两个系列硬盘——MaXLine Ⅱ与MaXLine Puls Ⅱ。它们可算是目前容量最大的硬盘，并且拥有比普通ATA硬盘更高的可靠性，按照迈拓的划分，它们不会在零售市场上出现。有关它们的简要规格见表6。

表6：针对商业用户的迈拓单碟80GB产品系列

本次送测的DiamondMax Plus 9比较奇特。可能是由于新出厂的样品原因，没有标签，正面就是一个光突突的顶盖，而且送测方所给的型号是6Y160L4，开机显示也是这个型号，但这应该是2MB缓冲区的产品，如果是8MB的，应该是6Y160P4，但用HITACHI（日立）的Feature Tool工具软件查看，的确是8MB的缓冲区，看来真是“样品”呀……在本文中我们斗胆自行修改型号，以免造成大家不必要的误解。

从外形上看，Plus 9是明显的迈拓风格，不再是金钻七那样的“昆腾外形”。总体上讲，Plus 9并没有新鲜的设计，但作为业界第一块单碟80GB/8MB缓冲区并采用成熟设计的7200RPM硬盘，其实力不可小看。

Plus 9的背面图，从左至右的的芯片分别为“音圈/主轴马达驱动器”、“8MB缓冲区芯片”、“硬盘主控制器”<

现在进入大家最为关心的部分，本次测试的重点有二：一是比较同等规格下，SATA与PATA硬盘的性能差异，二是一睹单碟80GB/7200RPM硬盘的风采。测试平台与测试软件见表7，测试方法同以前的硬盘专题（硬盘性能测试时进行全分区，整机性能测试时为10GB分区，文件系统均是NTFS）。

表7：测试平台和测试软件

本次测试所使用的SATA控制卡——使用的是Silicon Image的Sil3112控制器，整块卡显得非常小巧

下面就让我们看看测试的结果，见表8，每项成绩中的最高分用红色方式突出，以便大家比较。各硬盘的数据传输曲线图随表后附上。

表8：对比测试结果（BarracudaATA V的噪音管理为普通级别，DiamondMax Plus 9为取消）

ST3120024A的数据传输曲线图，共14个数据区，从中可以看出在第一与第二数据区的交接处有一个明显的凹陷，这可能是造成硬盘自身性能不太高的原因，但我们认为这应该是样品的个别现象。

ST3120023AS的数据传输曲线图，与ST3120024A几乎一样，但已经没有了那个明显的凹陷

6Y160P4的数据传输曲线图，16个数据区，相较之下显得更为工整

<

通过上面的测试，大家有何感想呢？首先SATA的表现中规中矩，由于传输频率与数据带宽高出Ultra ATA-100接口很多，所以即使是桥接的设计也没有造成对性能的影响，但是，另一方面SATA在目前也没有表现出对PATA的明显优势。比较两种接口同等规格的BarracudaATA V硬盘成绩，考虑到误差因素与ST3120024A样品的可能缺陷，我觉得它们两个旗鼓相当。然而，另有消息指在应付极端性读写操作方面，ST3120023AS较之ST3120024A要有一定的差距（大约在5%），但由于时间的关系我们无法进一步做这方面的测试。不过，我们仍可以将它们列于同一水平线上，5%的测试性能差距，在实际的操作中如果不仔细感受也不见得能体察到。

其实，SATA硬盘在现有阶段未能体现出应有的优势早在很多的人的意料之中。首先，目前这种在普通主板上通过单独的控制器构成的SATA系统，其最高带宽（150MB/s）也将受限于控制器与主板南桥之间的PCI总线带宽（133MB/s），这也是为什么直接支持SATA的新南桥更受人期待的原因（现在的南北桥之间的带宽基本都大于或等于266MB/s）。其次，就如同当初预测Ultra ATA-133的效果一样，SATA-150与ATA-133相比，也不过是百步笑五十步，真正起决定作用的还在于硬盘的内部传输率，而为了平衡内/外接口更大的带宽差异，SATA硬盘一问世就标配8MB缓冲区。另外，现在的SATA硬盘全是传输最高的7200RPM硬盘，而没有5400RPM硬盘，从这几个方面就可以看出厂商们对SATA的分析与定位基本都是一致的。因此，我们还是再三强调SATA并不是对ATA硬盘性能的保证，而是对未来ATA硬盘接口可持续发展的一种保证。硬盘内部传输率的提升才是性能真真正正提升的根本保证。不过，非常值得一提的是，SATA硬盘的连接很简便，而且电源线与数据线也非常“精干”，想象一下如果以后机箱内全改用SATA设备，将是何等的清爽。

SATA接口的组成，在插座接板上一侧有一个直角弯曲结构用来保证连线不会被插反

在测试中，这两款产品的发热要比BarracudaATA  IV有所好转，但不是很明显，一轮测试下来，仍有较为强烈的烫手感觉，噪音水平则与BarracudaATA  IV相当。

现在，我们再来谈谈BarracudaATA V这一代产品。总体上说，它是成功的，甚至是划时代的产品，必将成为硬盘历史上的经典之作。然而就性能本身来说，其相对于BarracudaATA  IV并没有多少进步，这与其单碟60GB的“身份”是不相符的。有条件的话，大家对照一下2002年硬盘专题中的测试数据，就可以看出BarracudaATA V的性能提升非常有限，最高传输率只提升了不到1MB/s（联想到IBM的180GXP，同是单碟60GB，但最高传输率达到了56MB/s），比单碟40GB的成绩优异还要低将近6MB/s，给人的感觉并不是一个精雕细琢之作，而是一个为赶在时代潮流的“抢先产品”。当然，抢先所带来的市场先机也不可忽视，而8MB缓冲区的出现也给BarracudaATA V增添了几分亮色。在国内市场上，完全可以说BarracudaATA V很好的继承了上一次我们授予BarracudaATA  IV的“非常好的性价比”的荣誉称号。期望着BarracudaATA 7200.7/Plus能给我们带来久久没有体验过的“希捷惊喜”。

最后，要轮到Plus 9这款产品了。一年前，我测试的是四碟装160GB的星钻三代（DiamondMax 540DX），一年之后又迎来了两碟装160GB的7200RPM硬盘，真正是变化神速啊。而更让人为之一震的，则是Plus 9的性能。虽然迈拓没有发布单碟60GB的产品，被希捷、三星、IBM、WD抢得先手，但单碟80GB的市场却是它最早开创的。而所交的答卷也令人比较满意，接近60MB/s的最高传输率要比2002年5月号的硬盘专题中的成绩优异提高了10MB/s，超过上一代D740X有18MB/s之多。伴之而来的则是高端磁盘性能极为抢眼，CC Winstone性能也处于明显领先的地位（商业性能由于数据零散，所以BarracudaATA V在8MB缓冲区的帮助下，能与Plus 9持平，但在对传输率敏感的测试中，就有些力不从心了），让人领略了单碟80GB的威力。虽然这个满意是在没有同级对手的情况下得出的，但对于迈拓自己来讲，进步要比BarracudaATA V明显得多。不得不说在性能方面，它是目前市场上7200RPM硬盘的一个较佳选择。

Plus 9的发热也是比较“厉害”的，和上一代D740X差不多，在噪音方面，虽然是默认取消噪音，但仍保持在较好的水平。不过值得注意的是，Plus的访问时间明显比D740X延长，落后于BarracudaATA V。这也许就是其内部不借助AAM进行寻道噪音控制的结果。

综合而论，BarracudaATA V与DiamondMax Plus 9并不是一个级别上的对手，在此也请大家不要死板的去对比，那样并不公平，我们更应该看重的是它们相对于自己以往的前辈到底有多少进步。而从厂商的运作上，似乎也体现着不同的理念与价值的追求。但最重要的是，SATA硬盘已经实实在在的来了，这也是本文所想传达的“中心思想”，希望能让大家对SATA有一个较为感性的认识。不要迷信它，也不要觉得它不切实际，从长远着想，以一颗平常心对待就足够了……<