从SASI到SAS：SCSI走过25年

ATA——集成出来的标准

在硬盘驱动器与其控制器相分离的20世纪80年代初，ST-506/412的出现确立了两者互连的标准，即任何ST-506/412驱动器可用任何ST-506/412控制器工作。不过，PC/XT系统对硬盘接口的支持是由控制器上的BIOS芯片提供的，AT系统才开始在主板BIOS中集成ST-506/412接口支持。

由于驱动器与控制器之间需要电缆连接，所带来的定时和噪声问题限制了硬盘所能达到的性能、容量及可靠性，1983年Maxtor（迈拓）带头推出了ESDI（Enhanced Small Device Interface，增强的小型设备接口），通过将原本位于控制器上的编解码器（endec，负责数/模转换）内建在驱动器一侧，性能与可靠性明显增强，作为继承ST-506/412的高性能标准。80年代末，ESDI曾在高端系统中得到普遍应用——直至SCSI入主。

1985年，出于对驱动器与控制卡相分离的高成本不满，Compaq试图以IBM PC/AT兼容系统为基本架构开发一个既经济又有相当性能保障的硬盘驱动器解决方案，便委托当时PC硬盘驱动器控制卡的领导厂商Western Digital（WD，西部数据）为硬盘驱动器控制器设计一个接口控制芯片，然后将其交给CDC生产高容量硬盘著称的子公司MPI（后更名为Imprimis Technology，1989年被Seagate收购），在原CDC的Wren Ⅱ半高型5.25英寸硬盘驱动器基础上推出了世界第一台AT接口硬盘驱动器CDC-94204-74，于1986年随首台Compaq 386系统销售。

IDE与ATA

不过，真正让AT接口迅速攻占市场并被广泛接受的却是Miniscribe（1991年被Maxtor并购）和Conner Peripheral分别出品的3.5英寸40MB硬盘驱动器。因为采用了不同于ST-506/412和ESDI的硬盘驱动器电路板集成控制器设计，这些AT接口硬盘驱动器也被称为IDE（Integrated Drive Electronics，集成驱动器电子）设备。随着AT接口取代ST-506/412和ESDI的趋势逐渐显露，制订业界统一的规格标准势在必行。

1988年10月，成立的最初目的是将SCSI用最简单的软件接口（驱动程序）移植到IBM PC兼容系统上的CAM（Common Access Method，公共访问方法）委员会开始制订后来为人熟知的CAM规格，在被ANSI X3T9委员会接受后正式定名为ATA（AT Attachment，AT附加装置）。ATA的第一个版本是迟至1994年才正式出版的ASNI X3.221-1994，即ATA-1，其主要特色为：

• ATA是一个单纯的硬盘驱动器接口，不支持除此以外的接口设备（譬如光盘驱动器）；
• 16位并行传输，采用40针连接器和电缆，数据线长度不得超过0.46米（18英寸），最多只能接两个硬盘驱动器，遵守主/从配置；
• 最高突发数据传输率为8.33MB/s（PIO模式2），但受PC/AT系统ISA总线的性能限制，其最大数据传输速率为4MB/s；
• 受限于PC/AT系统的BIOS，每台硬盘驱动器的最高容量为528MB。

双重身份的ATA-2

1992年ANSI X3T10委员会开始草拟ATA-2规格，不过在此之前ATA接口与PC/AT系统BIOS留下的容量限制已经开始制约硬盘驱动器的发展，于是通过收购Tandon而变身为硬盘供应商的Western Digital联合一些生产抽取式媒体（如CD-ROM）的存储设备厂商提出了Enhance IDE（E-IDE）规格，而Seagate则提出了大同小异的Fast ATA（后来是Fast ATA-2）规格，两者都被1996年通过的ATA-2标准（ANSI X3.279-1996）所采纳。ATA-2与原ATA标准相比增加的主要功能包括：

• 支持4台存储装置，包括CD-ROM等抽取式媒体存储设备而不再局限于硬盘驱动器；
• 取消3针电源连接器，代之以2.5英寸驱动器的44针信号/电源连接器；
• PCMCIA设备支持（68针）；
• 由于有了更快的VESA局部总线（VL-Bus），定义了最高突发数据传输率达16.6MB/s的PIO模式4（PIO-4）和多字DMA模式2（Multi-word DMA-2）；
• 定义驱动器容量支持高达137.4GB（也就是2001年被突破的137GB容量限制），对容量达8.4GB的驱动器定义了标准CHS/LBA变换方法。

1995年X3T10委员会就开始酝酿ATA-3规格，到1996年4月转交X3T13委员会负责，最终版本号为X3.298-1997。ATA-3与ATA-2的性能规格完全相同，但增加了著名的自我监视分析及报告系统（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology，即S.M.A.R.T.）。

Ultra ATA时代

为了将CD-ROM驱动器和磁带机等传统的SCSI设备移植到ATA接口上，ATA-4定义了包命令，即现在常说的ATAPI（AT Attachment with Packet Interface，带有包接口的AT附加装置），整个标准的全称则是ATA/ATAPI-4（NCITS 317-1998）。从此ATAPI不再只是ATA的一个辅助接口，而是完全融入进来，这提升了ATA用作许多其他设备接口的地位。

ATA/ATAPI-4最重大的改变是率先引入了时钟信号上升沿和下降沿都触发数据传输的双沿传输（DT，原理与我们现在熟知的DDR相同）技术，得以在运行频率不变的情况下将传输速率提高到33MB/s，即我们常说的Ultra ATA/33或Ultra DMA/33。由于PIO模式已不能达到如此高的传输速率，快速的DMA模式开始占据主导地位。为适应传输速率的提升，CRC校验也得到了采用。

此外ATA/ATAPI-4还增加了命令重叠和命令队列以提高设备的处理能力，而Format Track等过时的命令则被抛弃。

ATA/ATAPI-5的主要变动是加入了传输速率达66MB/s的Ultra ATA/66，由于运行频率提高了一倍，在ATA/ATAPI-4中定义为可选的40针－80线电缆成为了必备。

ATA/ATAPI-6除了将传输速率提高到100MB/s（Ultra ATA/100）之外，还支持48位LBA寻址，从而使ATA硬盘能够突破137GB的容量限制，达到惊人的144PB。