[科普中国]-原生指令排序

原生指令排序（Native Command Queuing，简称NCQ），原先是改善服务器硬盘访问控制技术，应用在SCSI和SATA 1.0/2.0/3.0接口硬盘读写的加速技术，其接口打开磁盘阵列RAID亦有所提升。通过硬盘固件、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对用于服务器上的硬盘的效率提升尤为明显。

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，此种硬盘格式在访问数据时，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盘上面，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，但由于运行磁盘碎片整理可能会需要搬动大量的磁盘区块，如果太常运行磁盘碎片整理，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服务器上常见的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，将访问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。1

优势于SATA II NCQ协议中，新增3个功能，分别是：

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运行。

Interrupt aggregation：

硬盘由于以NCQ模式运行多个指令，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 DMA（FPDMA）：

当硬盘完成数据读取后，无须靠host controller的DMA动作获取特定存储器位置，而是由硬盘本身创建DMAsetupFIS（Frame Information Structure）直接对host controller提交存储器访问通知，如此无须驱动程序的运作，可以有效提升访问效率。1

条件打开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。2

支持NCQ技术的芯片组（旧数据） 支持NCQ的硬盘控制器（部分）:

JMicron

JMB360

JMB361

JMB362

JMB363

JMB365

JMB366

Silicon Image

SiI 3124

SiI 3132

SiI 3531

nVIDIA

nForce 4 Ultra, nForce 4SLI

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]

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

88SE91303

参看TCQ（Tagged Command Queuing）

Intel组合存储技术软件（Intel Matrix Storage Manager）

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学