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发信人: xhc (再见理想), 信区: Hardware
标  题: 2001年Ultra ATA/100全攻略
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年03月02日09:36:35 星期五), 站内信件

在电脑技术的演变史上，从最早出现专用显示卡开始，显示卡已经由2D的256色VGA进化
升级至现在的3D 32-bit全彩色；而内存也由最早的8bit FPM芯片演变到今日的DDR－SD
RAM甚至是Rambus的芯片技术。储存设备一直是电脑配件中成长最缓慢的部分之一。如W
inchester硬盘技术，仅仅在转速上提升了2到3倍，但是硬盘的传输界面却已由最早的每
秒3.33MB迈进了100MB/秒的新时代。本文所介绍的就是Ultra ATA/100这一全新技术。
　　Ultra ATA
　　IDE（Integrated Device Electronics）传输接口模式经历了３个不同时期的技术
变化，由最早的PIO（Programmed I/O）传输方式升级到先进的DMA（Direct Memory Ac
cess）传输方式，直至现今最新的Ultra DMA（Ultra Direct Memory Access）传输方式
。PIO传输方式的最大弊端是耗用了极大的中央处理器资源，并且速度也并不理想。以P
IO传输方式工作的IDE接口设备，突发传输率分别为3.3MB（PIO Mode 0）至16.6MB（PI
O Mode 4）不等。当还没有DMA传输模式的光驱之前，所有的光驱都是在PIO传输方式下
工作的，所以当时用光驱配以软件解压播放VCD光碟，就算以Pentium 166MHz加上64MB内
存（这是当时最高档的处理器和非常大的内存配置了），其流畅度也并不理想。这就是
处理器资源被PIO传输方式长期大量占用的缘故。
　　
　　后来出现了Fast ATA/DMA传输模式，IDE接口及装置都开始有了DMA的支援。DMA模式
分为
　　Single－Word DMA及Multi－Word DMA两种，Single-Word DMA模式的最高传输率达
8.33MB/s（8－bit数据位宽），Multi-Word DMA（Double Word）则可达16.66MB/s（16
－bit数据位宽）。DMA传输模式跟PIO传输模式的最大区别是DMA传输模式并不过分依赖
CPU的指令而运作，可达到节省处理器资源的效果。不过，后来由于Ultra DMA传输模式
的出现及快速普及，Single－Word DMA及Multi－Word DMA这两个传输模式亦只是昙花一
现，不久就被Ultra DMA传输模式完全取代。
　　Ultra DMA传输模式是由IDE控制器发出使用PCI接口要求，当得到芯片同意后，IDE
控制器会从硬盘取到资料，经由系统芯片直接写入内存里，完成读取资料的动作，不需
要CPU的干预。采用DMA方式的硬盘可以大大减轻对CPU资源的占用，达到提高系统整体性
能的目的。
　　不过由于Ultra DMA传输模式的普及，Ultra DMA传输模式就全以16－bit的Multi-W
ord DMA模式作为基准了。Ultra DMA除了拥有DMA模式的所有优点以外，还具有一个非常
重要的优点，就是应用了CRC（Cyclic Redundancy Check）技术。CRC技术加强了资料在
传送过程中侦错及除错方面的性能。在最初Ultra ATA/33规格制定时，为保留IDE系统的
最高兼容性，在硬件的设计上并没作出太大的修改，所以Ultra ATA/33不单能完全向下
兼容于旧式ATA装置，亦无需硬件生产商改变接口及传输连线方面的设计。
　　各Ultra DMA模式频宽一览
　　Ultra ATA/66与Ultra ATA/100
　　在Ultra ATA/33面世之后，由于硬盘技术的急速进步，包括GMR（Giant Magneto R
esistive）巨量磁阻磁头、玻璃盘片的发明，以及不断提高的盘面记录密度，硬盘的传
输率亦随之大幅提高。大约在1999年的时候，Quantum公司将其Ultra ATA/33规格改良，
以2倍的运作时钟频率配合特别的IDE专用排线，推出了Ultra ATA/66传输标准。
　　自从Ultra ATA/33标准推行以来，Ultra ATA/33界面便应用了DDR（Double Data R
ate）技术将峰值传输速度提升了1倍，由旧技术的16.66MB/s传输率提升至双倍33.33MB
/s。但是因为都是Ultra ATA/33标准，所以在原则上系统的平均传输率应该并没有改变
，速度的提升只是反映了技术上的改良。不过，在Ultra ATA/66的标准下，由于已是DD
R模式的数据交换方法，所以如果要达到更高的数据传输率，便不得不选择将IDE的工作
频率加倍。不过在这个8-bit的总线上，要以66MB/s的频宽运作，便要解决不少的问题，
而其中最重要的，就是那已有10多年历史的IDE传输线，究竟是否能以高达33MHz的速度
传送资料。要知道，在高速的电子信号传输上，当一大堆带着高频信号的电线互相靠近
的时候，信号线上发出的电磁波便会互相干扰，这亦是所谓的Cross Talk现象。Cross 
Talk现象令信号传输失真、不清晰、信号不完整，大大加重系统的除错工作量。就算能
有效地除错，也会严重影响资料输送的性能，更甚者会令资料流失无法恢复。
　　Ultra ATA/66已是如此，更别说Ultra ATA/100将以3倍于Ultra ATA/33的频率来运
行了，以10多年前的IDE传输线的设计标准，要应付高达50MHz的传输速度更是为难。于
是，Quantum在制定Ultra ATA/66的同时，在旧有IDE传输线的规格上略作修改，除沿用
40-pin的IDE接头外，传输线更换成了80线。即在原有40-pin传输线的每两根线芯之间，
都多加一根接线来相隔，并将这40根接线跟40根传输线之中原有的7根地线相连，将可能
构成Cross Talk现象的电池波滤走。
　　除此之外，Ultra ATA/66及Ultra ATA/100也为硬盘的设定方式正式地使用了Cable
 Select作为设定Master及Slave硬盘的方法，使用者可以根据Ultra ATA连接线接头的颜
色和位置来装置及设定硬盘，无须再为每一个不同牌子的硬盘上Jumper的不同设定方法
而查找资料了。其它如接口的位置、颜色，接口之间的距离等，也有独特的设定。这令
人联想到以前用在SCSI 50-pin规格上的严谨标准，现在也被应用到了IDE接口之上。
　　Ultra ATA/66、Ultra ATA/100连接线基本规格如下：连接线全长不超过18英寸，7
根另加40根GND线支持Cable Select，连接主板的接头为蓝色，连接Slave硬盘的接头为
灰色，而黑色接头连接Master硬盘。
　　目前，Ultra ATA/33模式的硬盘已经完全可以达到33MB/s的传输率，Ultra ATA/66
模式的硬盘和Ultra ATA/100模式的硬盘理论上可以达到66MB/s和100MB/s。但是我们在
使用中发现Ultra ATA/66和Ultra ATA/100模式的硬盘并不比Ultra ATA/33硬盘的速度快
多少，这主要是因为受到硬盘的内部传输率的影响。尽管硬盘的内部传输率也正在不断
提高，但目前最高也只能达到40MB/s，还远远低于Ultra ATA/66的66MB/s的速率，更不
要说是Ultra ATA/100的要求了。这就好像是一条很宽的公路，它可以并排开6辆小汽车
，但它的入口只有3辆小汽车的宽度，小汽车只能一辆一辆地进入，这条公路的瓶颈就在
这个入口处。和公路的道理一样，硬盘的内部传输率是影响硬盘性能大幅提高的瓶颈所
在。
　　所以我们认为Ultra ATA/100模式的硬盘不会带来很大的性能提高！目前Ultra ATA
/100模式的硬盘还不能发挥很大的作用，至少是现在，它并不会动摇Ultra ATA/66和Ul
tra ATA/33标准的主体地位。
　　Ultra ATA/100硬件一览
　　目前支持Ultra ATA/100规范的主板芯片组产品只有Intel的i815E和i820E两款，支
持该接口的硬盘控制卡却出了不少，很多主板上也集成了支持Ultra ATA/66和Ultra AT
A/100的硬盘控制芯片，所以就算是使用BX芯片组的主板也得以继续跟上形势，使用最新
的传输模式。
　　下面我们就市面上所能见到的包括主板芯片组在内的Ultra ATA/66、Ultra ATA/10
0控制器的规格和性能做一个横向的对比，希望能加深大家对ATA/100规范的了解。
　　Intel 820（ICH1）
　　在该芯片组中集成了对Ultra ATA/66的支持，整个芯片组其实是由3部分组成的：8
2820内存管理模块（MCH）、82801AA输入/输出管理模块（ICH1）和82802固件管理模块
（FWH）。其中ICH1负责硬盘子系统的管理。它具体的规格如下：
　　支持PCI 2.2标准；
　　支持双通道IDE接口，最多可以连接4个IDE设备；
　　支持EIDE（DMA和Multi－Word DMA方式，包括DMA Mode 3和DMA Mode 4）；
　　支持Bus－Master DMA。
　　i815（i815E，i815EP）（ICH1）
　　该芯片组同样提供了对Ultra ATA/66的支持。最新的i815E、i815EP还提供了对Ult
ra ATA/100的支持。具体的规格如下：
　　支持PCI 2.2标准；
　　支持双通道IDE接口，最多可以连接4个IDE设备；
　　支持EIDE（DMA和Multi－Word DMA方式，包括DMA Mode 3和DMA Mode 4）；
　　支持Bus－Master DMA。
　　VIA Apollo Pro133A686A南桥芯片支持Ultra ATA/66接口，686B南桥芯片支持Ultr
a ATA/100接口。
　　它的具体性能参数如下：
　　支持PCI 2.1（686B支持PCI 2.2标准）；
　　支持PCI总线最大133MB/s的数据传输速率；
　　支持双通道IDE接口，最多可以支持4个IDE设备；
　　支持DMA 和Multi－Word DMA 2方式，向下兼容Ultra DMA33；
　　支持Bus－Master DMA；
　　兼容所有操作系统；
　　支持所有ATAPI设备，包括DVD驱动器。
　　下面介绍的是一些硬盘控制芯片的产品：
　　Promise系列
　　Promise Ultra66
　　该PCI界面的硬盘控制卡的规格如下：
　　提供两个IDE通道（最多支持4个EIDE设备）；
　　支持Ultra DMA 1-4，DMA 0-2，PIO 0-4等模式；
　　在Ultra ATA/66 模式提供最大66MB/s的传输速率；
　　可以自动检测硬盘类型；
　　支持最大128GB的硬盘容量；
　　支持所有的ATAPI设备，包括DVD驱动器。
　　Promise Ultra100
　　这款PCI接口控制卡可以说是前一个产品的升级产品，性能如下：
　　在Ultra ATA/100的驱动下可以达到100MB/s的峰值传输速率；
　　向下兼容Ultra ATA/66、Ultra ATA/33、EIDE、Fast ATA-2等标准，支持ATAPI设备
；
　　独立的设备分时保证所有连接设备都可以工作在最高速率。
　　Promise FastTrak66
　　该PCI界面的硬盘控制卡的规格如下：
　　支持Ultra ATA/66和Ultra ATA/33；
　　支持最大128GB的硬盘容量；
　　支持磁盘镜像；
　　支持热插拔硬盘（需要3块硬盘）；
　　自动数据恢复功能。
　　Promise FastTrak100
　　除了支持ATA/100标准，可以提供更大数据传输速率外，与前面没有区别
　　HPT系列
　　HPT366
　　这是HighPoint公司的产品，规格如下：支持PCI 2.1 标准；
　　支持PCI总线最大133MB/s的数据传输速率；
　　支持双通道IDE接口，最多可以支持4个IDE设备；
　　支持EIDE （DMA和Multi-Word DMA，包括DMA Mode 3 和DMA Mode 4）；
　　由外部BIOS引导启动；
　　支持Bus-Master DMA；
　　兼容Windows 95/98，Windows NT 4.0，Windows2000，DOS，Linux；
　　支持ATAPI设备（包括CD-ROM，DVD-ROM，CD-R，CD-RW，LS-120，磁带机，Zip）；

　　支持8.4GB以上大硬盘。
　　HPT370
　　这是另外一款HighPoint公司的产品：
　　支持双通道IDE接口，最多可以支持4个IDE设备；
　　UDMA 1-4， DMA 0-2，PIO 0-4；
　　在Ultra ATA/100模式下支持100MB/s的数据传输率；
　　可自动检测硬盘类型；
　　支持最大128GB硬盘；
　　内建先入先出缓冲：256Byte/每通道。
　　CMD系列
　　CMD648
　　这是CMD公司生产的第一款IDE控制芯片，在此之前，CMD专注的是SCSI接口设备方面
的生产，该控制芯片的性能如下：
　　支持双通道IDE接口，最多可以支持4个IDE设备；
　　提供EIDE支持（DMA 和Multi-Word DMA，包括DMA Mode 3 和DMA Mode 4）；
　　支持所有的PIO模式；
　　自动检测硬盘数据线烈性；
　　支持Bus－Master DMA 方式；
　　支持外部BIOS 。
　　硬盘
　　各大硬盘生产商早在2000年7月前就已开始投产Ultra ATA/100兼容的硬盘产品，其
中包括Maxtor号称可升级的Diamond Max60系列、IBM号称Ultra ATA/66+的75GXP系列等
。下面我们分别向大家介绍这几款产品。
　　Maxtor
　　其中Maxtor在生产Diamond Max60系列时已选用了可完全支持Ultra ATA/100标准的
“Dual Wave”芯片设计，用户如在7月以前选购该系列产品， Firmware是会自动锁定让
硬盘以Ultra DMA Mode4模式工作的，不过现在只需从Maxtor网站上下载Ultra DMA Mod
e5的升级文件，解包运行以后Diamond Max60系列便可以被Ultra ATA/100控制芯片正确
辨认。
　　另外Maxtor早期曾经推出过Diamond Max40Plus高端（7200rpm）系列的Ultra ATA/
66硬盘产品，现在Maxtor亦将其新推出的同系列硬盘升级，支持了Ultra ATA/100接口标
准，型号亦由5nnnnU8改为5nnnnH4，以方便大家识别。
　　IBM
　　IBM 75GXP属于最高端的IBM IDE硬盘产品，采用单碟容量高达15GB的高密度强化玻
璃作盘片的基材，配以GMR磁头来进行精准的读写工作。75GXP在最早推出时自称为Ultr
a ATA/66+产品，此举无非为在Quantum及Intel等主要Ultra ATA/100支持商正式发布Ul
tra ATA/100前能及早推出面市。不过其实Ultra ATA/66+实际上就是Ultra ATA/100，在
传输速度测试上也取得了超越80MB/s的好成绩。
　　Seagate
　　最后一家及时推出7200rpm Ultra ATA/100硬盘产品的就是Seagate公司。本来Seag
ate已在Ultra ATA/100规格正式发布时宣布了其低阶的U5系列5400rpm Ultra ATA/100硬
盘产品。不过另一方面，高端系列的Barracuda-ⅡATA100（酷鱼Ⅱ代）却已悄悄制成了
测试样本，情况跟Maxtor推出H4系列一样，新的Barracuda-ⅡATA 100 20.4GB型号为ST
320424A。
　　硬盘性能比拼
　　我们收集了市场上各款高端Ultra ATA/100硬盘，包括IBM 75GXP系列、Seagate Ba
rracuda-ⅡATA100系列及Maxtor Diamond Max plus40（H4）系列，进行一次性能方面的
比较。另外还同时使用了一块Ultra ATA/66接口的Maxtor同型号硬盘以及一块IBM 5400
rpm的40GV系列Ultra ATA/100硬盘作为测试对比。
　　测试硬件平台：
　　Intel PⅢ Coppermine 667EB
　　微星815E Pro主板（on board ICH2 Ultra ATA/100硬盘控制器）
　　128MB PC-150内存（CL＝3）
　　GeForce2GTS 32M
　　测试软件平台：
　　Windows 98 SE
　　ZD Labs Winstone99
　　ZD Content Creation Winstone2000
　　结论
　　综合各项结果，我们可以得出以下结论：
　　IBM 75GXP系列拥有单碟高达15GB的高储存密度，在传送及寻道速度上亦有最佳成绩
，高端的模拟应用程序测试下获得近20MB/s的优良成绩。相反，由于Barracuda-ⅡATA1
00的记录密度最低（单碟容量为6.8GB），所以在很多方面，例如涉及大量读写工作的C
ontent Creation Winbench测试中，成绩便明显偏低。
　　主轴转速为5400rpm的硬盘在任何一个方面的时间都会明显比7200rpm的长。虽然在
传输上可能因为总线及Ultra DMA的应用而显得比较快，但在普通的Disk Winmark测试下
则较为逊色。
　　将Ultra ATA/66及Ultra ATA/100的Diamond Max Plus40作比较，发现两者之间性能
相差并不太明显。唯一不同的是，新的Ultra ATA/100型号在寻道速度上比较低，在反复
测试下虽找不到原因，但却不影响其性能的实际表现，尤以Content Creation Winston
e的良好表现可以说明。
　　再比较硬盘在使用中所占用的CPU资源。由于全部硬盘均在Ultra DMA Mode4及Ultr
a DMA Mode5模式下工作，所以得出的成绩非常平均，可以证明不管硬盘的数据传输率有
多高，对系统的负担并没有明显的差别。
　　当然，作为一种最新的技术，Ultra ATA/100具有更快的传输速率、更高的稳定性、
更小的资源占用率等优点，而且作为下一代硬盘接口类型的标准，我们不论早晚都会使
用上这种硬盘。但同时我们都知道，享受最新的技术是要付出巨大的代价的（许多许多
的RMB），因此，有必要了解我们付出这么多的钱与所得到的性能提高、心理满足是否相
当。Ultra ATA/33 和Ultra ATA/66 之间的区别相当明显，这时硬盘确实变得更快，性
能也更好。但是，Ultra ATA/66 升级到Ultra ATA/100 后的性能提升就相当有限了，甚
至根本就看不出来。而且不光在这一个测试中可得到此结论，在其它许多测试中都可得
到类似的结论，看来，Ultra ATA/100比Ultra ATA/66刚面世时的处境好不了多少。
　　不过可以肯定的是，Ultra ATA/100是有其优势的。但至少在目前来说，这个优势还
很不明显。这也是由于现在的软硬件技术还无法发挥Ultra ATA/100的性能优势，相信在
相应的技术都成熟之后，Ultra ATA/100会体现出其应有的性能。但这就有一个问题，现
在我们应不应该升级到Ultra ATA/100呢？我想看了上面的文章，大家应该都比较清楚了
，在现在的状况下你必须要花费一笔不小的开支（因为不仅仅需要更换硬盘，主板也要
随着一起更换，只换一样就相当于什么都没换），才能去追求一种尚未体现出什么优势
的所谓更高性能的新技术，而且它对于大多数普通用户来说是没有任何意义的（当然，
不包括那些月收入几K美元的老外和专门的测试人员）。
　　从另一方面来说，评价硬盘整体性能的因素也不光是接口技术指标。单碟容量（容
量越大越好）、碟片数量（数量越少越好）、主轴转速（5400rpm、7200rpm、10000rpm
，越快越好）、缓存大小（越大越好）、平均寻道时间、平均访问时间、平均潜伏时间
（以上3个都是越小越好）都是可以影响硬盘整体性能的因素。另外还有MTBF（连续无故
障时间）、噪音、防震技术、数据保护系统等品质指标也是需要注意的。只论接口技术
，Ultra ATA/33、Ultra ATA /66包括Ultra ATA /100也都只是EIDE接口界面下的技术，
真正追求性能的发烧友和商业用户都会使用SCSI接口的存储设备。SCSI接口存储设备的
优势是EIDE接口无法比拟的，此外还有IEEE 1394、USB等新兴的接口技术也正在逐渐流
行开来。同时需要澄清的一点是，所谓Ultra DMA强调的数据传输率就是我们平常说的外
部传输率（上文也请读者注意了），是指从硬盘的缓存中向外输出数据的速度。而内部
传输率（也称最大或最小数据传输率）是指硬盘在盘片上读写数据的速度。现在主流硬
盘的内部传输率大多在20MB/s到30MB/s之间。由于硬盘的内部传输率要小于外部传输率
，所以内部传输率的高低往往才是评价一个硬盘整体性能的决定性因素，只有内部传输
率快了硬盘的整体性能才会更高。从这一点来说，现在的厂商和媒体似乎有误导的嫌疑
。再有就是系统数据的传输受制于系统的总线速度。这么多年来，虽然CPU的主频以及各
种硬件的传输速率不断增加，但外部总线的频率却只是提高到了133MHz（Intel PⅢ），
至于显卡的AGP总线只有66MHz。而关系到EIDE硬盘传输速率的PCI总线，这么多年来还一
直保持在33MHz的水平。当然，新的总线技术的发展不是一、两个厂商所能完成的，这需
要整个行业的努力才能得到成功。
　　在文章的最后，我们还是坚持电脑业界的那句老话——“够用就是最好的”。最后
，祝愿大家都能买到一块称心如意的硬盘。

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    没有一种技术是完美的，但无论你给我一个多么小的ξ,
我肯定能够找到一个技术的某个部分，使得这个部分离开完美
的距离小于ξ，无限接近但永不相交，这才是完美的真谛!

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