硬盘NCQ技术的作用和原理

NCQ（Native Command Queuing，原生命令队列）是一种通过优化硬盘指令的顺序来提升硬盘性能和稳定性的技术。当应用程序发送多条指令给硬盘时，NCQ可以对这些指令进行重新排序，以减少机

NCQ（Native Command Queuing，原生命令队列）是一种通过优化硬盘指令的顺序来提升硬盘性能和稳定性的技术。当应用程序发送多条指令给硬盘时，NCQ可以对这些指令进行重新排序，以减少机械负载并提高硬盘的读写效率。

硬盘读写过程中的挑战

硬盘与内存不同，它有很大一部分是机械结构。硬盘的性能受到许多机械因素的影响，例如马达转速等。因此，硬盘的速度无法像内存那样快速提高。

在硬盘上写入数据的过程相对简单，按照从外到内的顺序依次写入数据。但是，在读取数据时，我们通常是随机读取分散在盘片上的数据。为了能够准确读取数据，我们需要在硬盘快速旋转的同时精确定位数据，这是一项非常具有挑战性的任务。

寻道延迟和转动延迟

在准确读取数据时，我们会遇到两个问题：寻道延迟和转动延迟。

寻道延迟是磁头定位到指定磁道的时间。当磁头在同心圆之间移动时，这个延迟就会产生。为了减少寻道延迟，一般的做法是重新排序任务，以最小化磁头的移动距离。

转动延迟是磁头找到准确位置后，等待正确数据所在位置旋转到磁头下方的时间。提高硬盘的转速可以降低转动延迟，但是提高转速并不容易实现。

NCQ技术的优化方式

为了减少总延迟，我们需要综合考虑寻道延迟和转动延迟的优化方法。NCQ技术（Native Command Queuing）就是为此而设计的一种综合考虑寻道和转动延迟的优化算法。

NCQ技术通过优化命令的顺序来减少控制器和硬盘之间的延迟，使得命令的排序更加有效。通过对命令进行重新排序，NCQ可以最大程度地减少寻道和转动延迟，从而提高硬盘的读写效率。

NCQ技术的具体实现

在SATA 300规范中引入了三种新技术来提高NCQ的效率：

1. Race-Free Status Return：在PATA（并行ATA）中，硬盘无法在控制器没有发送下一个命令时返回之前命令的执行状态。为了解决这个问题，SATA 300允许硬盘随时报告命令的执行状态，从而实现更高效的管道化执行，甚至可以同时回传多个命令的执行状态。

2. Interrupt Aggregation：在DMA传输模式下，硬盘通知传输结束会引发中断，从而造成延迟。为了降低中断延迟，SATA 300提供了中断聚集机制。如果硬盘能够在同一时间内完成多个命令，这些命令引发的中断可以被聚集在一起，大幅减少中断的数目，从而降低延迟。

3. First Party DMA（FPDMA）：在PATA中，硬盘需要通过发送中断信号告知控制器准备传输数据，然后控制器才能发送服务命令。这个过程会导致较大的延迟。SATA II允许硬盘自主建立DMA传输通道，无需驱动程序介入，通过DMA setup FIS直接向控制器发送传输需求通知，从而实现数据传输。

通过这些技术的应用，NCQ技术能够最大限度地减少命令在控制器和硬盘之间的延迟，从而提高硬盘的读写性能。

支持NCQ技术的硬件

目前市场上的硬盘中，只有某些型号的7200.7和Maxtor金钻10系列支持NCQ。其中，带有NCQ功能的7200.7已在国内市场有售，但金钻10系列很难买到。

在支持NCQ技术的主板方面，目前只有Intel最新的9X5系列中使用的ICH6系列南桥支持NCQ。而刚刚发布的NF4系列也将支持NCQ。此外，市场上唯一支持NCQ的独立扩展卡是Silicon Image 3124，其他厂家可能会推出类似产品以支持NCQ技术。