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Ultra ATA

　　IDE〔Integrated Device Electronics〕傳輸接口模式經歷了３個不同時期的技朮變化﹐由最早的PIO〔Programmed I/O〕傳輸方式升級到先進的DMA〔Direct Memory Access〕傳輸方式﹐直至現今最新的Ultra DMA〔Ultra Direct Memory Access〕傳輸方式。PIO傳輸方式的最大弊端是耗用了極大的中央處理器資源﹐并且速度也并不理想。以PIO傳輸方式工作的IDE接口設備﹐突發傳輸率分別為3.3MB〔PIO Mode 0〕至16.6MB〔PIO Mode 4〕不等。當還沒有DMA傳輸模式的光驅之前﹐所有的光驅都是在PIO傳輸方式下工作的﹐所以當時用光驅配以軟件解壓播放VCD光碟﹐就算以Pentium 166MHz加上64MB內存〔這是當時最高檔的處理器和非常大的內存配置了〕﹐其流暢度也并不理想。這就是處理器資源被PIO傳輸方式長期大量占用的緣故。

　　后來出現了Fast ATA/DMA傳輸模式﹐IDE接口及裝置都開始有了DMA的支援。DMA模式分為
　　Single－Word DMA及Multi－Word DMA兩種﹐Single-Word DMA模式的最高傳輸率達8.33MB/s〔8－bit數據位寬〕﹐Multi-Word DMA〔Double Word〕則可達16.66MB/s〔16－bit數據位寬〕。DMA傳輸模式跟PIO傳輸模式的最大區別是DMA傳輸模式并不過分依賴CPU的指令而運作﹐可達到節省處理器資源的效果。不過﹐后來由于Ultra DMA傳輸模式的出現及快速普及﹐Single－Word DMA及Multi－Word DMA這兩個傳輸模式亦只是曇花一現﹐不久就被Ultra DMA傳輸模式完全取代。

　　Ultra DMA傳輸模式是由IDE控制器發出使用PCI接口要求﹐當得到芯片同意后﹐IDE控制器會從硬盤取到資料﹐經由系統芯片直接寫入內存里﹐完成讀取資料的動作﹐不需要CPU的干預。采用DMA方式的硬盤可以大大減輕對CPU資源的占用﹐達到提高系統整體性能的目的。

　　不過由于Ultra DMA傳輸模式的普及﹐Ultra DMA傳輸模式就全以16－bit的Multi-Word DMA模式作為基准了。Ultra DMA除了擁有DMA模式的所有優點以外﹐還具有一個非常重要的優點﹐就是應用了CRC〔Cyclic Redundancy Check〕技朮。CRC技朮加強了資料在傳送過程中偵錯及除錯方面的性能。在最初Ultra ATA/33規格制定時﹐為保留IDE系統的最高兼容性﹐在硬件的設計上并沒作出太大的修改﹐所以Ultra ATA/33不單能完全向下兼容于舊式ATA裝置﹐亦無需硬件生產商改變接口及傳輸連線方面的設計。

Ultra ATA/66與Ultra ATA/100

　　在Ultra ATA/33面世之后﹐由于硬盤技朮的急速進步﹐包括GMR〔Giant Magneto Resistive〕巨量磁阻磁頭､玻璃盤片的發明﹐以及不斷提高的盤面記錄密度﹐硬盤的傳輸率亦隨之大幅提高。大約在1999年的時候﹐Quantum公司將其Ultra ATA/33規格改良﹐以2倍的運作時鐘頻率配合特別的IDE專用排線﹐推出了Ultra ATA/66傳輸標准。

　　自從Ultra ATA/33標准推行以來﹐Ultra ATA/33界面便應用了DDR〔Double Data Rate〕技朮將峰值傳輸速度提升了1倍﹐由舊技朮的16.66MB/s傳輸率提升至雙倍33.33MB/s。但是因為都是Ultra ATA/33標准﹐所以在原則上系統的平均傳輸率應該并沒有改變﹐速度的提升只是反映了技朮上的改良。不過﹐在Ultra ATA/66的標准下﹐由于已是DDR模式的數據交換方法﹐所以如果要達到更高的數據傳輸率﹐便不得不選擇將IDE的工作頻率加倍。不過在這個8-bit的總線上﹐要以66MB/s的頻寬運作﹐便要解決不少的問題﹐而其中最重要的﹐就是那已有10多年歷史的IDE傳輸線﹐究竟是否能以高達33MHz的速度傳送資料。要知道﹐在高速的電子信號傳輸上﹐當一大堆帶著高頻信號的電線互相靠近的時候﹐信號線上發出的電磁波便會互相干擾﹐這亦是所謂的Cross Talk現象。Cross Talk現象令信號傳輸失真､不清晰､信號不完整﹐大大加重系統的除錯工作量。就算能有效地除錯﹐也會嚴重影響資料輸送的性能﹐更甚者會令資料流失無法恢複。

　　Ultra ATA/66已是如此﹐更別說Ultra ATA/100將以3倍于Ultra ATA/33的頻率來運行了﹐以10多年前的IDE傳輸線的設計標准﹐要應付高達50MHz的傳輸速度更是為難。于是﹐Quantum在制定Ultra ATA/66的同時﹐在舊有IDE傳輸線的規格上略作修改﹐除沿用40-pin的IDE接頭外﹐傳輸線更換成了80線。即在原有40-pin傳輸線的每兩根線芯之間﹐都多加一根接線來相隔﹐并將這40根接線跟40根傳輸線之中原有的7根地線相連﹐將可能構成Cross Talk現象的電池波濾走。

　　除此之外﹐Ultra ATA/66及Ultra ATA/100也為硬盤的設定方式正式地使用了Cable Select作為設定Master及Slave硬盤的方法﹐使用者可以根據Ultra ATA連接線接頭的顏色和位置來裝置及設定硬盤﹐無須再為每一個不同牌子的硬盤上Jumper的不同設定方法而查找資料了。其它如接口的位置､顏色﹐接口之間的距離等﹐也有獨特的設定。這令人聯想到以前用在SCSI 50-pin規格上的嚴謹標准﹐現在也被應用到了IDE接口之上。

　　Ultra ATA/66､Ultra ATA/100連接線基本規格如下﹕連接線全長不超過18英寸﹐7根另加40根GND線支持Cable Select﹐連接主板的接頭為藍色﹐連接Slave硬盤的接頭為灰色﹐而黑色接頭連接Master硬盤。

　　目前﹐Ultra ATA/33模式的硬盤已經完全可以達到33MB/s的傳輸率﹐Ultra ATA/66模式的硬盤和Ultra ATA/100模式的硬盤理論上可以達到66MB/s和100MB/s。但是我們在使用中發現Ultra ATA/66和Ultra ATA/100模式的硬盤并不比Ultra ATA/33硬盤的速度快多少﹐這主要是因為受到硬盤的內部傳輸率的影響。盡管硬盤的內部傳輸率也正在不斷提高﹐但目前最高也只能達到40MB/s﹐還遠遠低于Ultra ATA/66的66MB/s的速率﹐更不要說是Ultra ATA/100的要求了。這就好像是一條很寬的公路﹐它可以并排開6輛小汽車﹐但它的入口只有3輛小汽車的寬度﹐小汽車只能一輛一輛地進入﹐這條公路的瓶頸就在這個入口處。和公路的道理一樣﹐硬盤的內部傳輸率是影響硬盤性能大幅提高的瓶頸所在。

　　所以我們認為Ultra ATA/100模式的硬盤不會帶來很大的性能提高﹗目前Ultra ATA/100模式的硬盤還不能發揮很大的作用﹐至少是現在﹐它并不會動搖Ultra ATA/66和Ultra ATA/33標准的主體地位。