硬盤讀寫原理

第一篇 硬盤結構及工做原理

　　在信息化時代，數據就是一切。硬盤做爲計算機存儲數據的地方，重要性不言而喻。要避免硬盤數據不因各類誤操做而丟失，用戶就必須對硬盤結構及其工做原理有充分了解。在開篇的第一章節，咱們將重點就硬盤結構及工做原理進行講解。

　　1、硬盤結構

　　硬盤內部結構由固定面板、控制電路板、磁頭、盤片、主軸、電機、接口及其它附件組成，其中磁頭盤片組件是構成硬盤的核心，它封裝在硬盤的淨化腔體內，包括有浮動磁頭組件、磁頭驅動機構、盤片、主軸驅動裝置及前置讀寫控制電路這幾個部份。

圖1 硬盤結構

　　圖1是硬盤內部結構圖，包括磁盤盤片、主軸、讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸以及反力矩彈簧裝置。下面先就這盤片、主軸、磁頭作個簡單的介紹。

　　一、盤片

　　盤片是硬盤存儲數據的載體。盤片的基板由金屬或玻璃材質製成，基板要求表面光滑而平整，基板表面被塗上一層不含雜質且及其細密的磁粉，每一個磁性粒子存在N、S極，磁頭經過改變這些磁性粒子的N、S極狀態來達到存儲數據的目的。一般一個硬盤內部包含有多張盤片。

　　二、磁頭

　　盤片是存儲數據的地方，而磁頭是讀取數據的工具。磁頭是硬盤中最精密的部件之一。磁頭組件主要由讀寫磁頭、傳動手臂和傳動軸三個部分組成。磁頭與盤片之間採用了非接觸式讀取方式，硬盤在加電後，主軸帶動盤片高速旋轉，氣流將磁頭托起，通常而言，盤片與磁頭之間的距離保持在0.1～0.3um，這樣磁頭就不會劃傷盤片，並且能夠達到很好的信噪比。

　　三、主軸

　　主軸組件包括軸承和驅動電機等。隨着硬盤容量的擴大和速度的提升，主軸電機的速度也在不斷提高，有廠商開始採用精密機械工業的液態軸承電機技術。在關注硬盤的讀寫速度上，用戶每每會關注轉速，如5400rpm、7200rpm，這表示主軸轉速。

圖2 磁頭及驅動電路

　　圖2是控制磁頭讀寫數據的驅動電路，包括電磁線圈電機磁頭驅動小車、前置控制電路、傳動手臂、讀寫磁頭，以及傳動軸。

　　四、磁頭驅動器

　　硬盤的尋道是靠移動磁頭，而移動磁頭則須要該機構驅動才能實現。磁頭驅動器由電磁線圈電機、磁頭驅動小車、防震動裝置構成，高精度的輕型磁頭驅動機構可以對磁頭進行正確的驅動和定位，並能在很短的時間內精肯定位系統指令指定的磁道。

　　五、前置控制電路

　　前置控制電路控制着磁頭感應的信號、主軸電機調速、磁頭驅動和伺服定位等，因爲磁頭讀取的信號微弱，將放大電路密封在腔體內可減小外來信號的干擾，提升操做指令的準確性。

圖3 硬盤控制電路板

　　圖3爲硬盤控制電路板，位於硬盤背面，將背面電路板的安裝螺絲擰下，翻開控制電路板便可見到控制電路。大多數的控制電路板都採用貼片式焊接，它包括主軸調速電路、磁頭驅動與伺服定位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在電路板上還有一塊ROM芯片，裏面固化的程序能夠進行硬盤的初始化，執行加電和啓動主軸電機，加電初始尋道、定位以及故障檢測等，在電路板上還安裝有容量不等的高速數據緩存芯片。

　　2、硬盤工做原理

　　經過前面的介紹，相信用戶對硬盤的結構有了必定了解。硬盤的工做原理是利用特定的磁粒子的極性來記錄數據。在磁盤盤片上有不少細小的帶極性(N極和S極)的磁性粒子，磁頭在讀取數據時，將磁粒子的不一樣極性轉換成不一樣的電脈衝信號，再利用數據轉換器將這些原始信號變成電腦可使用的數據，寫的操做正好與此相反。下面來說講硬盤從通電到斷電的整個工做過程。

　　第一步：硬盤初始化

　　硬盤接通電源以後，圖3控制電路中的單片機初始化模塊進行初始化工做，這一過程包括執行加電和啓動主軸電機，加電初始尋道、定位以及故障檢測等。初始化工做完成後，主軸電機將啓動並高速選擇，裝載磁頭的小車機構移動(見圖2)，將浮動磁頭置於盤片表面的00道，處於等待指令的啓動狀態。

　　第二步：指令接收與處理

　　當接口電路接收到微機系統傳來的指令信號，經過前置放大控制電路，驅動音圈電機發出磁信號，根據感應阻值變化的磁頭對盤片數據信息進行正肯定位，並將接收後的數據信息解碼，經過放大控制電路傳輸到接口電路，反饋給主機系統完成指令操做。

　　接口電路接收指令-->前置放大控制電路放大信號-->驅動音圈發出磁信號-->磁頭對盤片數據定位-->信號解碼-->放大控制電路放大信號並傳輸給接口電路-->接口電路反饋給主機。

　　第三步：斷電後狀態處理

　　結束硬盤操做的斷電狀態，在反力矩彈簧的做用下浮動磁頭駐留到盤面中心。

　　注意：相對處理器以及內存的性能提高速度，硬盤讀寫速度的提高相對較慢。所以，計算機的性能瓶頸每每集中於此。爲解決這個問題，在硬盤中有一個存儲緩衝區，目的是協調硬盤與主機在數據處理速度上的差別。

第二篇 硬盤上數據的組織形式

本文標籤: 磁道 扇區 低級格式化 簇 

　　在第一篇中咱們談到了硬盤結構及工做原理，也提到了磁頭和盤片。磁頭的功能是從盤片上讀取數據，並將讀取的數據經過控制放大電路傳輸給接口電路，最終反饋給主機。說到這裏，讀者可能會思考，一張盤片上存儲着GB數量級的數據，磁頭是如何在極短期內定位並找到想要的數據的？磁盤上是否存在着必定的組織形式，從而引導磁頭迅速的定位數據？那麼，帶着諸多疑問讓咱們開始基於硬盤上數據組織形式的探討。

　　在硬盤中，盤片和磁頭的數量通常不僅一個，盤片與磁頭之間的數量關係是：磁頭數=盤片數×2。這是由於一個盤片有兩個面，而每個面都有一個磁頭。如圖1所示。

圖 1 磁道、扇區與柱面示意圖

　　每一個盤片的每一個面都有一個讀寫磁頭，磁頭起初都停在盤片的最內圈，這個區域不存聽任何數據，稱爲起停區或着陸區。在起停區的外圍就是數據區，最外一圈，即離主軸最遠的一圈就是0磁道，數據寫入規則是由外圈至內圈順序寫入。到這裏，對於磁頭和盤面相信讀者已經能很好的理解了。那麼，什麼是磁道、柱面、扇區、扇面以及簇？

　　簡單來講，硬盤生產出來以前並不能立刻存儲數據，必須經過低級格式化來給磁盤制定一個讀寫規則，並劃分磁道和扇區。這就比如一間倉庫，開始裏面空無一物。爲了更好的管理這間倉庫，倉庫管理人員能夠經過在倉庫中劃分出不一樣的區域來存放不一樣物品，如區域1存放書籍，區域2存放木材，區域3存放電器……，固然還能夠進一步的細化存放規則，硬盤也同樣。

　　1、低級格式化的意義

　　經過低級格式化，咱們能夠在每個盤面上劃分出許多以主軸爲中心的同心圓，這些同心圓軌道就叫作磁道。最外圈的磁道爲0磁道，最外面倒數第二圈是1磁道，由外至內依次類推。早期的硬盤，每個盤面大概有300～1024個磁道，目前新式大容量硬盤的盤面可達到幾千到上萬個磁道。這些磁道不是連續的記錄，而是在磁道上又劃分出了一道道的圓弧，這一道道的圓弧就叫作扇區(如圖2)。

圖 2 磁盤上的磁道、扇區和簇

　　爲何要在磁道上劃分出扇區？這是由於儘管這些圓弧的角速度同樣。因爲徑向長度不同，因此，線速度也不同，外圈的線速度較內圈的線速度大，即一樣的轉速下，外圈在一樣時間段裏，劃過的圓弧長度要比內圈劃過的圓弧長度大。所以，外圈的數據讀取速度要比內圈快。同時，爲了方面對數據進行讀寫管理，也有必要爲磁道劃分扇區，由於數據的讀寫不能以磁道爲單位，並且扇區是數據讀寫的最小單元，即不可能發生讀寫半個或四分之一個扇區數據的狀況。每一個扇區能夠存放512字節數據和一些其餘信息。扇區其餘信息包括扇區所在的柱面（磁道）、磁頭編號、扇區在磁道上的位置，即扇區號。

　　這裏解釋下什麼是柱面。前面提到，硬盤中有多個盤面，全部盤面上的同一磁道，在豎直方向上構成的一個圓柱，就稱爲柱面。如圖1所示。值得提醒的是，數據的讀寫是按照柱面進行的，即磁頭讀寫數據時首先在同一柱面內從0磁道開始進行讀寫操做，依次向下在同一柱面的不一樣盤面進行讀寫操做。只有在同一柱面全部的磁頭所有讀寫完畢後磁頭才能轉移到下一個柱面。緣由就在於，選取磁頭只需經過電子切換便可，而選取柱面這必須經過機械切換，即尋道。

　　柱面(cylinder)、磁頭(Header)、扇區(Sector)三者簡稱爲CHS，所以扇區地址又稱爲CHS地址。磁頭之因此能在接收到指令信息以後很快定位並讀取信息，就是由於每個扇區中都有一個CHS地址。CHS編址方式在早期的小容量硬盤中很是流行，而在目前大容量硬盤中CHS編址方式已經再也不使用，而轉爲LBA編址方式。這在後續文章中會進行講解，在此不作詳述。

　　最後解釋下什麼是簇？簇，即一組扇區。由於扇區的單位過小，所以把它捆在一塊兒，組成一個更大的單位更方便進行靈活管理。讓用戶直接感覺「簇」的最簡單方式是：在電腦中新建一個記事本，而後輸入一個數字或字母並保存。用戶再經過屬性查看這個文件的佔用空間大小，就能夠發現，雖然記事本中的文本只佔１個字節，但系統已經爲這個記事本分配了至少１KB空間，在XP系統中是1KB，在Windows 7系統中是4KB。簇是系統文件存儲數據的最小單位，由操做系統在高級格式化過程當中自定義。

　　2、扇區編號與交叉因子

　　談了那麼多，咱們將話題再拉回到扇區。前面講到，因爲每一個磁道上的線速度不一樣，外圈磁道比內圈磁道的數據讀取速度要快不少。而若是硬盤的旋轉速度過快，有時候會致使磁頭尚未讀完一個扇區數據就已經轉到了下一個或下幾個扇區。顯然，要解決這個問題，經過加大扇區之間的間隔是不現實的，由於這樣會浪費許多磁盤空間。咱們必須找到一個合適的方法給扇區編號。

圖 3 扇區交叉因子

　　對這個問題，多年前IBM的一位傑出工程師想出了一個絕妙的辦法，即對扇區不使用順序編號，而是使用一個交叉因子進行編號。交叉因子用比值的方法來表示，如3﹕1表示磁道上的第1個扇區爲1號扇區，跳過兩個扇區即第4個扇區爲2號扇區，這個過程持續下去直到給每一個物理扇區編上邏輯號爲止。例如，每磁道有17個扇區的磁盤按2﹕1的交叉因子編號就是：1，10，2，11，3，12，4，13，5，14，6，15，7，16，8，17，9，而按3﹕1的交叉因子編號就是：1，7，13，2，8，14，3，9，15，4，10，16，5，11，17，6，12。當設置1﹕1的交叉因子時，若是硬盤控制器處理信息足夠快，那麼，讀出磁道上的所有扇區只須要旋轉一週；但若是硬盤控制器的後處理動做沒有這麼快，磁盤所轉的圈數就等於一個磁道上的扇區數，才能讀出每一個磁道上的所有數據。將交叉因子設定爲2﹕1時，磁頭要讀出磁道上的所有數據，磁盤只需轉兩週。若是2﹕1的交叉因子仍不夠慢，磁盤旋轉的週數約爲磁道的扇區數，這時，可將交叉因子調整爲3﹕1，如圖3所示。

　　在早期的硬盤管理工做中，設置交叉因子須要用戶本身完成。用BIOS中的低級格式化程度對硬盤進行低級格式化時，就須要用戶指定交叉因子，有時候還須要設置幾種不一樣的比值來比較其性能，而肯定最好的一個。這裏還要強調一點，BIOS程序以及操做系統啓動過程當中須要調用的程序都放置在0磁道中，這是由於磁頭數據讀取方式是由外而內進行的。

　　本章節重點講解了硬盤上數據的存放形式。爲何磁頭能在極短期內根據來自主機的信號來定位硬盤上的數據，是由於磁頭能夠根據CHS地址知道數據在哪個柱面，在這個柱面的第幾磁道，在這個磁道的第幾扇區。爲何系統啓動數據以及BIOS是語句都存儲在最外圈的0磁道？這是由於硬盤上磁頭的數據讀取模式是由外而內，最早讀取最外圈0磁道的數據。經過本篇文章的講解，相信網友對本文開頭的疑問已然盡解。

　　下期預告：在下一篇文章中，咱們將介紹硬盤接口的兩大協議標準ATA和SCSI，以及基於這兩大標準的物理接口的應用特性，包括IDE、SATA以及SCSI。

第三篇 硬盤接口技術

本文標籤: IDE硬盤 SATA硬盤 SCSI硬盤 

　　盤接口是硬盤與主機系統間的鏈接部件，做用是在硬盤緩存和主機內存之間傳輸數據。不一樣的硬盤接口決定着硬盤與計算機之間的鏈接速度，在整個系統中，硬盤接口的優劣直接影響着程序運行快慢和系統性能好壞。

　　ATA(Advance Technology Attachment，即高級技術附加) 和SCSI(Small Computer System Interface，即小型計算機系統接口)是目前兩大主流硬盤接口協議標準，它們各自都有本身的物理接口定義。ATA協議標準所對應着IDE接口和SATA接口；SCSI協議標準對應SCSI接口、SAS接口以及承載於FaberChannel協議的串行FC接口。

　　1、IDE硬盤接口

圖 1 IDE接口硬盤

　　IDE的英文全稱爲「Integrated Drive Electronics」，即「電子集成驅動器」，它的本意是指把「硬盤控制器」與「盤體」集成在一塊兒的硬盤驅動器。把盤體與控制器集成在一塊兒的作法減小了硬盤接口的電纜數目與長度，數據傳輸的可靠性獲得了加強，硬盤製造起來變得更容易，由於硬盤生產廠商不須要再擔憂本身的硬盤是否與其它廠商生產的控制器兼容。對用戶而言，硬盤安裝起來也更爲方便。IDE這一接口技術從誕生至今就一直在不斷髮展，性能也不斷的提升，其擁有的價格低廉、兼容性強的特色，爲其造就了其它類型硬盤沒法替代的地位。

　　IDE接口也稱爲PATA接口，即Parllel ATA(並行傳輸ATA)。ATA接口最先是在1986年由Compaq、West Digital等公司共同開發的，在20世紀90年×××始應用於臺式機系統。最初它使用40芯電纜與主板上的ATA接口鏈接，隨着技術的發展，後來電纜也擴充到了80芯，其中有部分是屏蔽線，用於屏蔽電纜之間的電磁干擾，不傳輸數據。

　　ATA接口從誕生至今共推出了７個不一樣的版本，分別是ATA-1(IDE)、ATA-2（EIDE/Fast ATA）、ATA-3（FastATA-2）、ATA-4（ATA33）、ATA-5（ATA66）、ATA-6（ATA100）、ATA-7（ATA 133）。

　　ATA-1

　　ATA-1在主板上有一個插口，支持一個主設備和一個從設備，每一個設備的最大容量爲504MB，支持的PIO-0模式傳輸速率只有3.3MB/s。ATA-1支持PIO模式包括有PIO－0和PIO-一、PIO-2模式，另外還支持四種DMA模式（沒有獲得實際應用）。ATA-1接口的硬盤大小爲5英寸，而不是如今主流的3.5英寸。

　　ATA-2

　　ATA-2是對ATA-1的擴展，習慣上也稱爲EIDE（Enhanced IDE）或Fast ATA。它在ATA的基礎上增長了2種PIO和2種DMA模式（PIO-3），不只將硬盤的最高傳輸率提升到16.6MB/S，還同時引進LBA地址轉換方式，突破了固有的504MB的限制，能夠支持最高達8.1GB的硬盤。在支持ATA－2的電腦的BIOS設置中，通常能夠見到LBA（Logical Block Address），和CHS（Cylinder，Head，Sector）的設置，同時在EIDE接口的主板通常有兩個EIDE插口，它們也能夠分別鏈接一個主設備和一個從設備，這樣一塊主板就能夠支持四個EIDE設備，這兩個EDIE接口通常稱爲IDE1和IDE2。

　　ATA-3

　　ATA-3沒有引入更高速度的傳輸模式，在傳輸速度上並無任何的提高，最高速度仍舊爲16.6MB/s。只在電源管理方案方面進行了修改，引入了了簡單的密碼保護的安全方案。但引入了一個劃時代的技術，那就是S.M.A.R.T（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology，自監測、分析和報告技術）。這項及時會對包括磁頭、盤片、電機、電路等硬盤部件進行監測，經過檢測電路和主機上的監測軟件對被監測對象進行檢測，把其運行情況和歷史記錄同預設的安全值進行分析、比較，當超出了安全值的範圍，會自動向用戶發出警告，進而對硬盤潛在故障作出有效預測，提升了數據存儲的安全性。

　　ATA-4

　　從ATA-4接口標準開始正式支持Ultra DMA數據傳輸模式，所以也習慣稱ATA-4爲Ultra DMA 33或ATA33。首次在ATA接口中採用了Double Data Rate（雙倍數據傳輸）技術，讓接口在一個時鐘週期內傳輸數據兩次，時鐘上升和降低期各有一次數據傳輸，這樣數據傳輸率一下從16MB/s提高至33MB/s。Ultra DMA 33還引入了一個新技術－冗餘校驗計術（CRC），該技術的設計方針是系統與硬盤在進行傳輸的過程當中，隨數據發送循環的冗餘校驗碼，對方在收取的時候也對該校難碼進行檢驗，只有在徹底覈對正確的狀況下才接收並處理獲得的數據，這對於高速傳輸數據的安全性有着極有力的保障。

　　ATA-5

　　ATA-5也就是「Ultra DMA 66」，也叫ATA66，是創建在Ultra DMA 33硬盤接口的基礎上，一樣採用了UDMA技術。Ultra DMA 66讓主機接收/發送數據速率達到66.6 MB/s，是U-DMA/33的兩倍。保留了上代Ultra DMA 33的核心技術冗餘校驗計術（CRC）。在工做頻率提成的同時，電磁干擾問題開始在ATA接口中，爲保障數據傳輸的準確性，防止電磁干擾，Ultra DMA 66接口開始使用40針腳80芯的電纜，40針腳是爲了兼容以往的ATA插槽，減少成本的增長。80芯中新增的都是地線，與原有的數據線一一對應，這種設計能夠下降相鄰信號線之間的電磁干擾。

　　ATA-6

　　ATA100接口和數據線與ATA66同樣，也是使用40針80芯的數據傳輸電纜，而且ATA100接口徹底向下兼容，支持ATA3三、ATA66接口的設備徹底能夠繼續在ATA100接口中使用。ATA100規範能夠輕鬆應付目前ATA33和ATA66接口所棘手的難題。ATA100可讓硬盤的外部傳輸率達到100MB/s，它提升了硬盤數據的完整性與數據傳輸率，對桌面系統的磁盤子系統性能有較大的提高做用，而CRC技術更有效提升高速傳輸中數據的完整性和可靠性。

　　ATA-7

　　ATA-7是ATA接口的最後一個版本，也叫ATA133。只有邁拓公司推出一系列採用ATA133標準的硬盤，這是第一種在接口速度上超過100MB/s的IDE硬盤。邁拓是目前唯一一家推出這種接口標準硬盤的製造商，而其餘IDE硬盤廠商則中止了對IDE接口的開發，轉而生產Serial ATA接口標準的硬盤。ATA133接口支持133 MB/s數據傳輸速度，在ATA接口發展到ATA100的時候，這種並行接口的電纜屬性、鏈接器和信號協議都表現出了很大的技術瓶頸，而在技術上突破這些瓶頸存在至關大的難度。新型的硬盤接口標準的產生也就在所不免。

　　2、SATA硬盤接口

　　SATA的全稱是Serial ATA，即串行傳輸ATA。相對於PATA模式的IDE接口來講，SATA是用串行線路傳輸數據，可是指令集不變，依然是ATA指令集。SATA標準是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor、Seagate公司共同提出的硬盤接口規範。在IDF Fall 2001大會上，Seagate宣佈了Serial ATA 1.0標準，正式宣告了SATA規範的肯定。

圖 2  SATA接口硬盤

　　相對IDE（PATA）接口，SATA硬盤的優點在於：首先，Serial ATA以連續串行的方式傳送數據，一次只會傳送1位數據。這樣能減小SATA接口的針腳數目，使鏈接電纜數目變少，效率也會更高。實際上，Serial ATA 僅用四支針腳就能完成全部的工做，分別用於鏈接電纜、鏈接地線、發送數據和接收數據，同時這樣的架構還能下降系統能耗和減少系統複雜性。

　　其次，Serial ATA的起點更高、發展潛力更大，Serial ATA 1.0定義的數據傳輸率可達150MB/s，這比最快的並行ATA（即ATA/133）所能達到133MB/s的最高數據傳輸率還高，而在Serial ATA 2.0的數據傳輸率達到300MB/s，最終SATA將實現600MB/s的最高數據傳輸率。

　　SATA的物理設計，可說是以Fibre Channel(光纖通道)做爲藍本，因此採用四芯接線；需求的電壓則大幅度減低至250mV(最高500mV)，較傳統並行ATA接口的5V少上20倍！所以，廠商能夠給Serial ATA硬盤附加上高級的硬盤功能，如熱插拔(Hot Swapping)等。更重要的是，在鏈接形式上，除了傳統的點對點(Point-to-Point)形式外，SATA還支持「星形」鏈接，這樣就能夠給RAID這樣的高級應用提供設計上的便利；在實際的使用中，SATA的主機總線適配器(HBA，Host Bus Adapter)就好像網絡上的交換機同樣，能夠實現以通道的形式和單獨的每一個硬盤通信，即每一個SATA硬盤都獨佔一個傳輸通道，因此不存在象並行ATA那樣的主/從控制的問題。

　　自2003年第二季度Intel推出支持SATA 1.5bps的南橋芯片(ICH5)後，SATA接口取代傳統PATA接口的趨勢日漸明顯。此外，SATA與現存於PC上的USB、IEEE1394相比，在性能和功能方面的表現也很突出。然而通過一年的市場洗禮，原有的SATA 1.0/1.0a (1.5Gbps)規格遇到了一些問題。2005年SATA硬盤步入了新的發展階段。性能更強、配置更高的SATA2.0產品已經出如今市場上，而這些高性能的SATA2.0硬盤的到來無疑加速了硬盤市場的轉變。

　　目前，SATA標準規範發展到了SATA 3.1,詳細的版本介紹見e-works辭海：http://wiki.e-works.net.cn/History.aspx?id=10334

　　3、SCSI硬盤接口

　　SCSI的全稱是Small Computer System Interface，即小型計算機系統接口，是一種較爲特殊的接口總線，具有與多種類型的外設進行通訊的能力，好比硬盤、CD-ROM、磁帶機、掃描儀等。SCSI接口是一種普遍應用於小型機的高速數據傳輸技術。SCSI接口具備應用廣、多任務、帶寬大、CPU佔用率低以及熱插拔等優勢。

圖 3 SCSI接口硬盤

　　在系統中應用SCSI必需要有專門的SCSI控制器，也就是一塊SCSI控制卡，才能支SCSI接口持SCSI設備，這與IDE硬盤不一樣。在SCSI控制器上有一個至關於CPU的芯片，它對SCSI設備進行控制，能處理大部分的工做，減小了中央處理器的負擔（CPU佔用率）。在同時期的硬盤中，SCSI硬盤的轉速、緩存容量、數據傳輸速率都要高於IDE硬盤，所以更可能是應用於商業領域。

　　SCSI最先是1979年由美國的Shugart公司（希捷公司前身）制訂的，在1986年得到了ANSI（美國標準協會）的認可，稱爲SASI（Shugart Associates System Interface施加特聯合系統接口），也就是SCSI-1。

　　SCSI-1

　　SCSI-1是第一個SCSI標準，支持同步和異步SCSI外圍設備；使用8位的通道寬度；最多容許鏈接7個設備；異步傳輸時的頻率爲3MB/S，同步傳輸時的頻率爲5MB/s；支持WORM外圍設備。它採用25針接口，所以在鏈接到SCSI卡（SCSI卡上接口爲50針）上時，必需要有一個內部的25針對50針的接口電纜。該種接口已基本被淘汰，在至關古老的設備上或個別掃描儀設備上還能看到。

　　SCSI-2

　　SCSI-2有被稱爲Fast SCSI，它在SCSI-1的基礎上作出了很大的改進，還增長了可靠IDE接口性，數據傳輸率被提升到了10MB/s，仍舊使用8位的並行數據傳輸，仍是最多7個設備。後來又進行了改進，推出了支持16位並行數據傳輸的WIDE-SCSI-2（寬帶）和FAST-WIDE-SCSI-2（快速寬帶），其中WIDE-SCSI-2的數據傳輸率並無提升，只是改用16位傳輸；而FAST-WIDE-SCSI-2則是把數據傳輸率提升到了20MB/s。

　　SCSI-3

　　SCSI-3標準版本是在1995年推出的，也習慣稱爲Ultra SCSI，其同步數據傳輸速率爲20MB/s。若使用16位傳輸的Wide模式時，數據傳輸率更能夠提升至40MB/s。容許接口電纜的最大長度爲1.5米。

　　Ultra2 SCSI

　　Ultra2 SCSI（Fast－40）標準版本

　　1997年推出了Ultra2 SCSI（Fast－40）標準版本，其數據通道寬度仍爲8位，但其採用了LVD（Low Voltage Differential，低電平微分）傳輸模式，傳輸速率爲40MB/s，容許接口電纜的最長爲12米，大大增長了設備的靈活性，支持同時掛接15個裝置。隨後其推出了WIDE ULTRA 2 SCSI接口標準，它採用16位數據通道帶寬，最高傳輸速率可達80MB/S，容許接口電纜的最長爲12米，一樣支持同時掛接15個裝置，大大增長了設備的靈活性。LVD可使用更低的電壓，所以能夠將差動驅動程序和接收程序集成到硬盤的板載SCSI控制器中。老式SCSI須要使用獨立的、耗電的高壓器件。因爲LVD使用的是低電SCSI接口壓和低電流器件，所以能夠將差動收發器集成在硬盤的板載SCSI控制器中，再也不須要單獨的高成本外部高電壓差動組件。

　　Ultra160 SCSI

　　Ultra160 SCSI，也稱爲Ultra3 SCSI LVD，是一種比較成熟的SCSI接口標準，是在Ultra2 SCSI的基礎上發展起來的，採用了雙轉換時鐘控制、循環冗餘碼校驗和域名確認等新技術。雙轉換時鐘控制在不提升接口時鐘頻率的狀況下使數據傳輸率提升了一倍，這是Ultral60 SCSI接口速率大幅提升的關鍵。採用Ultra160 SCSI，實現起來簡單容易，風險小。在加強了可靠性和易管理性的同時，Ultra160 SCSI的傳輸速率爲Ultra2 SCSI的2倍，達到160MB/s。

　　Ultra320 SCSI

　　Ultra320 SCSI也稱爲Ultra4 SCSI LVD，是比較新型的SCSI接口標準。Ultra320SCSI是在Ultra160 SCSI的基礎上發展起來的，Ultra160 SCSI的優點得以繼續發揚，Ultra160 SCSI的3項關鍵技術，即雙轉換時鐘控制、循環冗餘碼校驗和域名確認，都獲得保留。之前以往的SCSI接口標準中，SCSI接口支持兩種傳輸模式： 異步和同步。Ultra320 SCSI引入了調步傳輸模式，在這種傳輸模式中，簡化了數據時鐘邏輯，使Ultra320 SCSI的高傳輸速度成爲可能。Ultra320 SCSI傳輸速率能夠達到320MB/s。

　　本章節描述的主要侷限於硬盤接口的物理電氣特性以及接口標準規範，對於接口的傳輸模式以及OSI模型未做過多的描述，在後續的章節中咱們將就此細節問題逐一深刻討論。