自2003年第二季度Intel推出支持SATA 1.5Gbps的南橋芯片(ICH5)后，SATA接口取代傳統PATA(并行ATA)的態勢日漸明顯。此外，SATA與現存于PC上的USB、IEEE1394相比，在性能和功能方面的表現也很突出。然而經過一年的市場洗禮，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產品已經出現在市場上，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。
SATA規范發展歷程
SATA是Intel公司在IDF2000大會上推出的，該技術可以讓用戶擁有高效能的硬盤，卻不必犧牲資料的完整性。SATA最大的優勢是傳輸速率高。SATA的工作原理非常簡單：采用連續串行的方式來實現數據傳輸從而獲得較高傳輸速率。2003年發布SATA1.0規格提供的傳輸率就已經達到了150MB/s，不但已經高出普通IDE硬盤所提供的100MB/s(ATA100)甚至超過了133MB/s(ATA133)的最高傳輸速率。
SATA在數據可靠性方面也有了大幅度提高。SATA可同時對指令及數據封包進行循環冗余校驗（CRC），不僅可檢測出所有單bit和雙bit的錯誤，而且根據統計學的原理，這樣還能夠檢測出99.998%可能出現的錯誤。相比之下，PATA只能對來回傳輸的數據進行校驗，而無法對指令進行校驗，加之高頻率下干擾甚大，因此數據傳輸穩定性很差。
除了傳輸速度、傳輸數據更可靠外，節省空間是SATA最具吸引力之處，更有利于機箱內部的散熱，線纜間的串擾也得到了有效控制。不過SATA 1.0規范存在不少缺點，特別是缺乏對于服務器和網絡存儲應用所需的一些先進特性的支持。比如在多任務、多請求的典型服務器環境里面SATA1.0硬盤的確會有性能大幅度下降、可維護性不強、可連接性不好等等缺點。這時，SATA2.0的出現在這方面卻得到了很好的補充。
SATA2.0強在哪里
1.3Gb/s傳輸速率
在SATA2.0擴展規范中，3Gb/s被提到的頻率最高。由于SATA使用8bit/10bit編碼，所以3Gb/s等同于300MB/s的接口速率。不過，從性能角度看，3Gb/s并不能帶來多大的提升，即便是RAID應用的場合，性能提升也沒有想象的那么大。因為硬盤內部傳輸速率還達不到與接口速率等同的程度，而且接口速率的影響也不是很大，在大多數應用中硬盤是將更多的時間花在尋道上，而不是傳輸上。接口速率的提高直接影響到的是從緩存進行讀寫的操作，所以理論上大緩存的產品會從3Gb/s上得到更大的好處。從現有情況來看，相信3Gb/s的普及速度會加快，不過市場仍會存在一個1.5Gb/s和3Gb/s的共存期。
2.支持NCQ技術
在SATA2.0擴展規范所帶來的一系列新功能中，NCQ（Native Command Queuing，原生命令隊列）功能最令人關注。硬盤是機電設備，容易受內部機械部件慣性的影響，其中旋轉等待時間和尋道等待時間就大大限制了硬盤對數據訪問和檢索的效率。
具體來說，如果磁頭停在目標磁道上方，卻錯過了起始LBA(Logical Block Addressing，邏輯塊尋址)，就會產生旋轉等待時間。最糟糕的情況是，硬盤將經過旋轉一整圈的時間才能訪問起始LBA，然后再繼續從剩余的目標LBA中讀取數據。如果以LBA相對于磁頭角度位置隨機分布，那么平均旋轉等待時間是最大旋轉等待時間的一半。而尋道等待時間是讀/寫磁頭準確定位于存儲目標LBA的磁道上方所占用的時間。例如，執行單一的讀命令時，磁頭只須訪問一條磁道，但如果有多條待執行命令，硬盤就要訪問所有目標LBA，從而須花費大量時間。
如果對硬盤這個機械動作的執行過程實施智能化的內部管理，則可以大大提高整個工作流程的效率。即取出隊列中的命令，然后重新排序，以便有效地獲取和發送主機請求的數據，在硬盤執行某一命令的同時，隊列中可以加入新的命令并排在等待執行的作業中。如果新的命令恰好是處理起來機械效率最高的，那么它就是隊列中要處理的下一個命令。但有效的排序算法既考慮目標數據的線性位置，也考慮其角度位置，并且還要對線性位置和角度位置進行優化，以使總線的服務時間最小，這個過程也稱作“基于尋道和旋轉優化的命令重新排序”。
臺式PATA硬盤隊列一直被嚴格地限制為深度不得超過32級。如果增加隊列深度，可能會起到反作用——增加命令堆積風險。通常PATA硬盤接收命令時有兩種選擇：一是立即執行命令，二是延遲執行。對于后一種情況，硬盤必須通過設置注意標志和Service位來通知主機何時開始執行命令，然而硬盤不能主動與主機通信，這就需要主機定期自動輪回查詢所有硬盤扇區，發現Service位后將發一條Service命令，才能從硬盤獲得將執行哪一條待執行命令的信息。而且Service位不包含任何對即將執行命令的識別信息，所必需的命令識別信息則以標記值的形式與數據請求一同傳輸，并僅供主機用于設置DMA引擎和接收數據緩沖區。這樣主機就不能預先掌握硬盤所設置的輔助位是哪條命令設置的，數據傳輸周期開始前也無法設置DMA引擎。這最終導致PATA硬盤效率低下。
NCQ包含兩部分內容。一方面，硬盤本身必須有能力針對實體數據的扇區分布，對命令緩沖區中的讀寫命令進行排序，同時硬盤內部隊列中的命令可以隨著必要的跟蹤機制動態地重新調整或排序，其中跟蹤機制用于掌握待執行和已完成作業的情況，而命令排隊功能還可以使主機在設備對命令進行排隊的時候，斷開與硬盤間的連接以釋放總線，一旦硬盤準備就緒，就重新連接到主機，盡可能以最快的速率傳輸數據，從而消除占用總線的現象。另一方面，通訊協議的支持也相當重要，因為以前的PATA硬盤在傳輸數據時很容易造成中斷，這會降低主控器的效率，所以NCQ規格中定義了中斷聚集機制，相當于一次執行完畢數個命令之后，再對主控器回傳執行完畢的信息，改善處理隊列命令的效能。
從最早的希捷7200.7系列硬盤開始，NCQ技術應用于桌面產品至今已超過半年，不過目前NCQ對個人桌面應用并沒有帶來多大的性能提升，某些情況下還會引起副作用。而且不同硬盤廠商的NCQ方案存在差異，帶來的效果也不同。所以對NCQ我們要理智對待，硬盤支持固然多了一項可以提高性能的技術，但沒有也不必在意。
3.端口選擇器（Port Selector）
目前的SATA2.0擴展規范還具備了Port Selector（端口選擇器）功能。Port Selector 是一種數據冗余保護方案，使用Port Selector可使Host（主）端口的兩個獨立SATA Port連接至同一設備，以建立連接設備端的備份路徑。
簡單來說，端口選擇器就是為一個硬盤提供兩條連線連接到控制器，其中一條是冗余的（即多出來的意思）。這種設計的好處是萬一其中一條連線斷了，還有另一條可以連接。由此看來，我們不但可以用RAID防止硬盤損壞，還能用這個Port Selector來防止連接線損壞。
4.端口倍增器（Port Multiplier）
SATA 1.0的一個缺點就是可連接性不好，即連接多個硬盤的擴展性不好。因為在SATA 1.0規范中，一個SATA接口只能連接一個設備。SATA的制定者們顯然也意識到了這個問題，于是他們在SATA2.0中引入了Port Multiplier的概念。Port Multiplier是一種可以在一個控制器上擴展多個SATA設備的技術，它采用4位（bit）寬度的Port Multiplier端口字段，其中控制端口占用一個地址，因此最多能輸出15個設備連接----與并行SCSI相當。Port Multiplier的上行端口只有1個，在帶寬為150MB/s的時候容易成為瓶頸，但如果上行端口支持300MB/s的帶寬，就與Ultra320 SCSI十分接近了。Port Multiplier技術對需要多硬盤的用戶很有用，不過目前提供這種功能的芯片組極少。
5.服務器特性
在SATA2.0擴展規范中，還增加了大量的新功能，比如防止開機時多硬盤同時啟動帶來太大電流負荷的交錯啟動功能；強大的溫度控制、風扇控制、環境管理；背板互聯和熱拔插功能等。這些功能更側重于低端服務器方面的擴展。
6.接口和連線的強化
作為一個還在不斷添加內容的標準集合，SATA2.0最新的熱點是eSATA，即外置設備的SATA接口標準，采用屏蔽性能更好的兩米長連接線，目標為最終取代USB和IEEE 1394。在內部接口方面，Click Connect加強了連接的可靠性，在接上時有提示聲，拔下時需要先按下卡口。這些細微的結構變化顯示出SATA接口更加成熟和可靠。
寫在最后
SATA2.0不是特指3Gb/s或NCQ，也不是特指上述其他擴展特性。SATA2.0可以指擴展特性中的任何一個，也就是說具備上述任一個特性或組合的產品都可稱為SATA2.0硬盤。由于此前SATA規范非常混亂，SATA-IO組織在2005年秋季IDF上正式發布了SATA2.5規范。但從實際情況來看，新的SATA2.5規范是SATA 1.0a規范和6個SATA 2.0擴展規范的統一體，它的推出只是方便了系統商或者硬盤生產商，因為大家現在可以用一個規范來代替現有的一切標準。其實，對于普通消費者來說，大家從SATA2.0或SATA2.5之類的名稱中并不能得到太多有用的信息，我們真正應當關心的是新硬盤具備哪些功能、優勢，以確定是否值得我們為它買單。