从SASI到SAS：SCSI走过25年

SCSI vs. ATA：不平等的较量

在硬盘接口的层面上，SCSI与ATA孰优孰劣多年来一直是各自的拥护者热衷讨论的话题。虽然两种技术具有很强的互补性，彼此不能完全替代，但在二者重叠的中间区域（譬如低端SCSI硬盘与高端IDE硬盘），还是经常会有究竟哪个更好的疑问。

最早的SASI规格书只有短短20页，以现在的标准来看当然是非常简陋，但与几年后AT接口问世时的“偷工减料”（据说当初WD仅用三天时间就完成了接口规范的设计）相比还是显得完善许多。从缔造者的初衷来看这并不难理解——前者定位于高性能的系统级接口，后者则以降低硬盘系统成本为首要目标。

SCSI从一开始就采用了独立的总线设计，而不仅是硬盘的接口；最初的ATA则仅有基本的总线逻辑——简单的取自ISA总线，直到更为复杂的PCI总线出现之后才逐渐丰富起来，但其接口特性仍无法与同期的SCSI相提并论——尤其是SCSI在SCSI-3推出后更上层楼，所涉及的范围已远非ATA能够比拟。不过，如果将讨论范围限制在机内（In-box）存储的硬盘级接口，Ultra ATA与并行SCSI（SPI）还是具有一定可比性的。

接口

在接口的层面上SCSI可谓占尽优势。

• 连接能力 进入Ultra3时代之后，作为硬盘接口的SCSI总线宽度固定为16位，单一通道所能连接的设备数量也达到了15个；而ATA接口的位宽虽然从一开始就是16位，但每通道所能连接的设备只有2个——这意味着即便是双通道的ATA也无法与单通道的SCSI相提并论，双通道SCSI的30个设备更是想也不敢想的。 此外，ATA的连接距离不足半米，尚不及SCSI的十分之一。
• 适配器 最初的ATA采用PIO（Programmed Input Output，可编程输入输出）传输模式，每一个I/O操作都要在CPU控制下进行，CPU占用率极高——在硬盘读写数据时整个系统几乎停止响应；而Ultra ATA的出现不仅提高了接口传输率，还标志着DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）模式一统天下——系统通过DMA控制器与接口设备沟通，从而大幅度降低了对CPU的占用。相比之下SCSI得益于总线控制能力较强的适配器，对CPU的依赖程度始终很小。
• 线缆 很多技术都是SCSI首先采用，但ATA也有走在前面的时候，双沿传输和CRC校验就是一例——1997年的Ultra ATA/33比1998年的Ultra160 SCSI整整早了一年。不过，后来的事实表明如果不使用双沿传输，在传统的40线ATA电缆上基本上得不到33MB/s的传输速率，而最终运行频率提高至16.6MHz的Ultra ATA/66还是改用了增加40根地线的设计；反观SCSI，运行频率很轻易地就能达到40MHz，应付80MB/s的传输速率根本无需双沿传输，归根结底还是LVD线缆的潜力更大。至于CRC校验，也是出于保证数据传输完整性考虑的设计 （Ultra ATA出错的风险较大，所以先采用）。

硬盘

对硬盘而言，SCSI和ATA不过是两种接口逻辑而已，与决定其性能表现的HDA（磁头/盘片组件）和控制器设计没有必然联系。

在1998年以前，很多硬盘产品都有ATA和SCSI两个版本——HDA和控制器是一样的，只是接口逻辑（电路）不同而已。由于ATA的接口逻辑明显比SCSI来得简单，因此就单个硬盘的性能表现而言，ATA版本通常要好过SCSI版本。

不过，性能最高的硬盘始终出自SCSI一方，再好的ATA硬盘也只能在低端SCSI硬盘面前耍耍威风，这是因为SCSI硬盘（整体上）总是拥有更高的主轴转速、更短的寻道时间和更大容量的缓存，也就是说优势仍然来自于HDA和控制器。而之所以会出现这样的情况，根源仍然在于SCSI是以性能为主要导向，高端用户愿意为一流的性能付出相应的代价；比较而言，ATA首要考虑的则是成本，即以尽可能低的价格获得够用的性能。从这个层面上说，就算我们把最快的硬盘（目前是15000RPM）改造成ATA接口并证明这样做能获得更好的单机性能，也不会有多少人买账（因为顶级转速对应的顶级价格与ATA接口的低成本特性是相背离的）。

多工能力

在DMA传输模式得到广泛应用之后，SCSI设备在CPU占用率上的优势基本不复存在，但ATA设备在很多情况下仍然表现出对系统性能的拖累，而且与存储设备本身的速度没有太大关系。

这就涉及到接口的多工操作能力。顾名思义，多工操作能力就是多个（至少2个）设备共同工作的能力。虽说PC这样的个人系统对多工操作能力的要求不算苛刻，但在光驱早已必不可少的前提下，硬盘和光驱各一台显然是存储子系统的最小配置，而在中高级用户中拥有第二光驱（譬如刻录机）或硬盘者也不在少数——如果这3或4个设备都采用ATA接口且系统中仅有一个标准的双通道控制器（通常都是如此），那就必然要面对单通道容纳2个设备的情况。

问题在于ATA通道是独占式的，一条通道内主（Primary）设备具有优先使用权，但不论哪个设备占据通道，在其完成操作并释放通道控制权之前，另一个设备都不能访问——如果你希望一个ATA设备处于随时可投入使用的状态，那么它所在的通道就不要有其他设备（这也是我们一再强调ATA设备所在的是“通道”而非“总线”的原因）。

让我们举一个例子来说明SCSI和ATA在多工操作时的区别。上图左侧是连接到主机上的一条并行数据线，这条总线（SCSI）或通道（ATA）串联着两块硬盘，在主机的控制下从其中一块读取数据，再写入到另一块。数据从源盘的盘片上读入缓存，沿总线或通道传输至主机的内存，然后再沿总线或通道传输至目标盘的缓存并写入其盘片。

由于盘片到缓存的速度明显低于缓存（沿总线或通道）至主机的速度，因此这两个设备都不可能在总线上形成持续的数据流。就SCSI而言，源盘把缓存中的数据一次性传送至主机后，总线就被释放出来，在源盘等待缓存被填满的时候，已被读入主机内存的数据就可以通过总线进入目标盘的缓存，而当目标盘将这些数据写入盘片的时候，总线又被释放出来供源盘使用。因为有了这种调度功能，基本上杜绝了总线空闲但其他设备又不能使用的浪费现象。

ATA就不同了：源盘一旦接到传输一批数据的指令，就会完全占有通道直至将这批数据全部读入至主机内存，即使通道因缓存正等待填满而空闲，也不能释放出来供目标盘使用；而到了向目标盘写入数据时，通道也被独占，源盘虽然无所事事但却无法响应主机的其他请求。这种低效率使用公共资源的方式不仅延长了整个传输的时间，也使主机在此期间表现迟缓（目前的操作系统对硬盘的依赖程度很高），也就是在很多情况下性能指标较低的SCSI硬盘在实际使用中表现好过ATA硬盘的主要原因。

当两块硬盘各自占有一条总线或通道时，就形成了附图右侧的星形点对点连接模型，这种拓扑方式显然要优于共享总线或通道，因为读和写可以同时进行。不过纵然如此，也还是SCSI的表现更好——ATA硬盘在传输数据时，即使通道暂时处于空闲状态，主机仍然不能向其发送请求。