什麼是SATA, SATA介面簡介－Kingsman的部落格

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SATA歷史:

ATA(英語:Advanced Technology Attachment，簡稱「ATA」）是一個控制器技術，是用傳統的40-pin並列資料線連接主機板與硬碟的, 是 Compaq 與 Western Digital 等公司在 1986 年針對 IBM 在 1984 年發佈的新一代個人電腦 PC/AT (前面提過的 PC/XT 的後繼機種) 所設計的磁碟介面，並隨後在很長的一段時間裡成為了個人電腦的標準配備，隨後在 1990 年被提交至美國國家標準協會 (ANSI) 審查，並於 1994 年正式被批准為美國國家標準 (X3T10－Advanced Technology Attachment)。

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IDE 歷史:

IDE（Integrated Drive Electronics）是一種電腦系統介面，主要用於硬碟和CD-ROM，本意為「把控制器與盤體整合在一起的硬碟」。

Western Digital分別在1982年和1984年，推出首款單晶片硬碟控制器 “WD1010” 與首張IBM PC/AT硬碟介面卡

Western Digital並進一步整併整個磁碟機控制器到硬碟機上，將硬碟與控制器整合成一個傳輸介面，降低介面卡的成本，IDE的全名 “Integrated Drive Electronics” 由此而來，IDE也在很長的一段時間成為ATA的代名詞

IDE 進一步將控制器上的其他與控制硬碟相關的晶片整合到硬碟本體上的電路板中，使控制器不再需要扮演控制讀寫頭與磁盤運作進行資料讀寫的角色，而是僅負責扮演硬碟與電腦系統之間的溝通橋樑 (嚴格說起來已經幾乎沒有 Controller 的功能，更精確的說法應是 Host Bus Adapter)，從而使控制器的成本大幅下降，IDE 硬碟首見於 1986 年的 Compaq 電腦中，並且在 1987 年正式進入零售市場。

得益於 IDE 設計使硬碟控制器的製造成本大為下降，因此後來的電腦大多都直接將具有兩條 ATA 通道的磁碟控制器整合到晶片組的南橋 (Southbridge) 晶片中，而不再需要安裝獨立的硬碟控制器擴充卡。

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ATA 因為並列線的抗干擾性太差，且排線佔空間，不利電腦散熱，而逐漸被SATA（Serial ATA）所取代。

SATA於2002年推出後，原有的ATA改名為PATA（並列高技術組態，Parallel ATA）。2013年12月29日，威騰電子正式停止PATA硬碟供應，而希捷科技則已停售產多年，這意味著1986年設計的PATA介面在經歷27年後正式退出歷史舞台。

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SATA歷史:

串行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）之間的資料傳輸，主要用於個人電腦。

2000年11月由「Serial ATA Working Group」團體所制定，取代舊式PATA（Parallel ATA或舊稱IDE）介面的舊式硬碟，因採用串行方式傳輸資料而得名。

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』。

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SATA（SATA 3, SATA2, SATA1）
SATA傳輸頻寬：600、300、150MB/秒（三種版本）
支援性：現在一般電腦幾乎都有。3.5吋中又分一般與企業使用。2.5吋又分傳統硬碟與SSD

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在 BIOS 可以設定, SATA硬碟設定為IDE模式或是 AHCI模式

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AHCI（英文全稱：Advanced Host Controller Interface），中文名為進階主機控制器介面，是由英特爾制定的技術標準，允許軟體與SATA儲存裝置溝通的硬體機制，可讓SATA儲存裝置啟用進階SATA功能，例如原生指令佇列及熱插拔。AHCI為硬體製造商詳細定義了記憶體架構規範，規範如何在系統記憶體與SATA儲存裝置間傳輸資料，

目前（2014年3月）最新AHCI規範為1.3.1版。AHCI通過ALPM協定進行電源管理。原生指令佇列 (NCQ) 是進階主機控制器介面 (AHCI) 的一種功能，可以讓 ATA 磁碟機一次接受多個指令並動態重新排列指令，以達到最高的效率。NCQ 若搭配支援 NCQ 的硬碟機共同使用，可以提高隨機工作負載的儲存效能。

IDE(Integrated Device Electronics)整合驅動電子裝置，一般會作為ATA硬體的埠，它的本意是指把“硬碟控制器”與“盤體”整合在一起的硬碟驅動器。 IDE模式可以將SATA盤映射類比成普通IDE硬碟，無需額外載入SATA驅動。但不支援任何SATA介面的新特性。

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SATA 應該是大多數人最為熟悉的介面，由以前的 IDE/PATA 介面發展而來，且一直都是電腦系統中專門用於連接硬碟、光碟機等設備的傳輸介面，現行普遍採用的 SATA 6Gb/s 規格（或稱 SATA III），自2009年頒布以來已將近10年，因此採用此介面的 SSD 的數量也是最多的，其後雖然也有支援更高傳輸速度的 SATA Express及 U.2介面的推出，但支援的產品實在太少。

mSATA介紹:

而 mSATA 可算是 SATA 的衍生介面，其主要差異在於採用嵌入式設計，縮減了安裝的尺寸，因此通常在筆電上比較常見。mSATA 在傳輸速率上並無特別升級之處，同樣為6Gb/s，對於傳統機械式硬碟來說，SATA 的6Gb/s 頻寬足矣，然而對於講求高速的 SSD 來說，6Gb/s 反而成為了一種限制，乃致於 SATA 規格的 SSD 極速，天生就無法突破600MB/s 的門檻，也因此 mSATA SSD 的地位不上不下，除了舊型筆電之外，有逐漸淘汰的趨勢。

mSATA（SATA 3, SATA2, SATA1）
SATA傳輸頻寬：600、300、150MB/s （三種版本）

mSATA接口是標準SATA的迷你版本, 其實mSATA即mini-SATA，由於mSATA SSD占用體積比2.5寸標準更小，，2009年提出時雖獲Toshiba表態支援，但相關產品多見於工控電腦應用，直到Apple MacBook Air採行mSATA才逐漸受到重視...。同時mSATA接口的SSD可以方便固定在主板上成為一體
mSATA接口在標配固態硬碟的一體機帶有，它的形狀和mini PCI-E接口完全一致，並且物理引腳相容都是54Pin針腳，但並不能直接互通使用，因此非常容易混淆

既然 SATA 的頻寬無法滿足SSD，就得另尋解決之道，可分別以 PCIe 和M.2作代表，目前主流是 PCIe 3.0，頻寬則依通道數而有所不同，如x1、x4、x8、x16等等，以3.0版的規格來說，即使是最低的x1，其頻寬也將近有1000MB/s，比 SATA 自然是快上不少，所以廠商將 SSD 改由 PCIe 介面進行傳輸以求提高效率，也是可以理解的，但 PCIe SSD 同樣會面臨到體積的問題，所以 Intel 力推新一代的M.2介面，不但足以整合上述所有介面的優點，卻也同時讓它成為 SSD 有史以來最複雜的混合型介面。

M.2前身為 NGFF（Next Generation Form Factor），是由 Intel 所主推的一種全新介面規範，用以取代 mSATA，並首先導入到筆電平台，目的同樣是為了推動小型化系統的發展

M.2（SATA 3, SATA2, SATA1）
SATA傳輸頻寬：600、300、150MB/秒（三種版本）
PCIe傳輸頻寬：2、1GB/s

M.2 原先被稱為 NGFF（Next Generation Form Factor，字面意義為次世代硬體規範）。而 NGFF 於其原生定義中，廣泛涵蓋了 PCIe、SATA 以及 USB 等硬體介面之各類裝置。亦即，一件原本為標準 PCIe 或 SATA 或 USB 介面之裝置，可依循 NGFF 之外型尺寸規範及腳位定義，來加以重行設計，以此化身為一 M.2

考量到 PCIe/SATA/USB 等不同介面之裝置，各自之腳位訊號與電氣特性皆存在著極大差異。M.2/NGFF 為此定義了多組的插槽防呆位置（或稱防呆鍵位，目前存在於實體產品之型式計有 A/B/E/M key），來避免不同硬體介面裝置因位腳座尺寸相近，而產生混插或誤插之情事，最後導致不正常運作或損壞之困擾。

M.2 SSD之兩種主要插槽類型：B key 及 M key

目前普及在市的各類 3C 產品中，支援 M.2 SSD 之插槽共計有兩種類型：B key（另稱socket 2）以及 M key（另稱socket 3）。如下圖所示，B key 之防呆鍵位位於面對插槽方面之左方，M key 則偏於右方。不同類型之插槽其短邊接腳數量有所差異（B key 短邊為 6 pin，M key 為 5 pin），以此若使用者翻面插入時，將會有所阻礙。

B key（另稱socket 2）插槽可以支援走 SATA 或 PCIe x2通道的M.2 SSD，所對應的鍵位為 B Key，而 M key（另稱socket 3）插槽則支援走 PCIe x4通道的M.2 SSD，對應的鍵位為 M Key

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不過市面上有些 M.2 SSD 產品為了能同時兼容於兩種插槽，便把金手指的部分設計成 B+M Key 的形式，但是…能夠插得進去，不代表就能夠正常使用，因為某些主機板上的M.2插槽僅能支援 PCIe 通道，如果你插入 SATA 的M.2 SSD，那麼就會無法偵測到，除非廠商在設計時，就已經加入 SATA 及 PCIe 的控制器，使它能夠兼容於兩者，這部分各家不一，只能從主機板規格表上自行查詢。

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NVMe 是 NVM Express（Non-Volatile Memory Express）的簡寫，意即為非揮發性記憶體儲存裝置，是由 Intel 所主導開發與制定規範。

要講 NVMe 就得先從 AHCI 說起，AHCI（Advanced Host Controller Interface，進階主機控制器介面），是一種儲存裝置的傳輸控制標準，從 SATA 3Gb/s（SATA II）時代便開始普遍應用，而當初在訂定 AHCI 標準時，並未預料到有 SSD 的誕生，於是初期許多 SATA 和 PCIe 的消費型 SSD，也就直接採行此一標準，但由於 AHCI 標準並非針對 SSD 的特性所打造，所以 Intel 又另外製訂了新一代的 NVMe（Non-Volatile Memory Express）標準，並鎖定 PCIe 匯流排介面的 SSD 來進行最佳化，這也是你不會在SATA的SSD上看到支援 NVMe 標準的原因，畢竟 SATA 有著頻寬的先天限制。

採用 NVMe 標準的 SSD，擁有較低的延遲以及更高的 IOPS 表現，甚至在功耗的需求上也比較低。目前 NVMe 標準正持續發展中，例如最新的 NVMe 1.3版就是去年推出的，目前市面上也有許多支援的產品，相信最快在明年，NVMe SSD 就會成為市場上的主流產品。