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原生命令队列

原生命令队列（英语：Native Command Queuing，简称：NCQ），原先是改善伺服器硬盘存取控制技术，应用在SCSI和SATA 1.0/2.0/3.0接口硬盘读写加速技术，其接口开启磁盘阵列RAID亦能加速。透过硬盘固件、硬盘控制器以及操作系统三者的互相配合，改善硬盘内部扇区的读取顺序，可以提高硬盘性能，亦能够轻微减轻硬盘损耗的速率。NCQ对用于伺服器上的硬盘的效率提升尤为明显。

本图阐述一颗硬盘在没有NCQ及有NCQ的存取顺序分别。两颗硬盘所要求的内容顺序均为1、2、3、4，但NCQ硬盘可以透过改变读写次序而增加效率。

原理

一般硬盘使用的硬盘格式通常为Windows 98核心所使用的FAT32系列，或是Windows NT所使用的NTFS，此种硬盘格式在存取资料时，时常会出现散乱的情况，导致一个文件被不规则的分散成许多的区块存放于磁碟上面，时间一久，文件散乱的程度会日趋严重，由于传统的硬盘读取方式，会从文件的开头依序读取到结尾，若文件散乱的程度愈严重，则读取头需要来回移动的距离就越长，导致硬盘读写性能逐渐下降。一旦发生这样的问题，解决方案便是使用磁盘碎片整理软件来进行硬盘重组，将散乱的文件重新排列为连续的区块，但由于执行磁盘碎片整理可能会需要搬动大量的卷块，如果太常执行磁盘碎片整理，除了会提高系统负载，亦将会缩短磁盘驱动器的使用寿命，NCQ即为了解决此种情况而诞生。NCQ的概念原本是应用在伺服器上常见的SCSI接口上，在SCSI的规格中即包含此项技术，只是不叫做NCQ，将此项技术经过些许修改后称为NCQ，并将其应用在SATA接口上，后来的SAS接口也支持此项技术。激活NCQ技术的硬盘，在读取文件时，会依照文件在硬盘上的分布，将存取的顺序作最有效率的排序，以减少机械臂移动的距离，进而达到省时以及延长硬盘寿命的效果。

优势

于SATA II NCQ协议中，新增3个功能，分别是：

  • 无竞争状态返回机制（Race-free status return mechanism）：
    硬盘在完成任一指令后，可以无须再进行Handshake即可继续另一个指令，以便让多个指令快速接序或同时执行。
  • 中断聚合（Interrupt aggregation）：
    硬盘由于以NCQ模式执行多个指令，所以原本每一个指令完成后必须中断（interrupt）以便让系统接续处理的模式，转成可以在多个指令完成后再一次提出（interrupt），故接口控制器（host controller）对于多个指令只须处理一次中断即可。
  • First party (第一方）DMA（FPDMA）：
    当硬盘完成资料读取后，无须靠host controller的DMA动作获取特定存储器位置，而是由硬盘本身建立DMA安装FIS（Frame Information Structure；框架资讯结构）直接对主控提交存储器存取通知，如此无须驱动程式的运作，可以有效提升存取效率。

条件

开启NCQ，除硬盘本身必须支持NCQ外，操作系统（OS）与接口控制器（controller）的支持也是不可或缺的条件。举例说，在Microsoft Windows平台上，从Windows Vista开始才支持NCQ，而Windows XP若要使用NCQ，则要额外安装支持软件。

支持晶片

（旧资料） 以下是支持NCQ的硬盘控制器，曾经被广泛使用，然而一些现在已经被淘汰:

  • JMicron
    • JMB360
    • JMB361
    • JMB362
    • JMB363
    • JMB365
    • JMB366
  • Silicon Image
    • SiI 3124
    • SiI 3132
    • SiI 3531
  • nVIDIA
    • nForce 4 Ultra, nForce 4 SLI
    • nForce 410
    • nForce 430
    • nForce 550
    • nForce 570 Ultra, nForce 570 SLI
    • nForce 590 SLI
    • nForce 650i Ultra, nForce 650i SLI
    • nForce 680i SLI
    • nForce 780i SLI
  • Intel [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）
    • ESB2
    • ICH6M, ICH6R
    • ICH7DH, ICH7M, ICH7MDH, ICH7R
    • ICH8DH, ICH8DO, ICH8M, ICH8M-E, ICH8R
    • ICH9DO, ICH9M, ICH9M-E, ICH9R
    • ICH10D, ICH10DO, ICH10R
    • 5 Series
    • 6 Series
    • 7 Series
    • 3400 Series
  • VIA
    • VT 8237S
    • VT 8251
  • ATI
    • SB 600
    • SB 700
    • SB 750
  • ALi／ULi
    • M1573
    • M1575
    • M1567
    • M1697
  • SiS
    • SiS966/SiS966L
    • SiS968
  • Marvell
    • 88SE9130

参看

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