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掃盲：SATA,、mSATA 、PCIe和M.2——SSD硬盤的接口

2019年03月02日 20:47:06 nedwons 閱讀數(shù) 11035更多

個人分類： 非技術(shù)

SATAT通道：硬盤——內(nèi)存——CPU

PCIE通道：硬盤——CPU

一,、 硬盤傳輸標(biāo)準協(xié)議AHCI和NVME

AHCI(serial Advanced Host Controller Interface) 高級串行ATA功能接口標(biāo)準

NVME標(biāo)準相比AHCI有許多優(yōu)點：

1. 低延遲,。面向PCIe SSD產(chǎn)品的NVMe標(biāo)準能有效降低控制器和軟件接口部分的延遲,，最主要是能讓SSD走PCI-E通道直連CPU，有效降低了數(shù)據(jù)延遲,，其次,，NVMe精簡了調(diào)用方式，AHCI每條命令則需要讀取4次寄存器,，一共會消耗8000次CPU循環(huán),，從而造成2.5μs的延遲，而NVMe執(zhí)行命令時則不需要讀取寄存器,。

2. 新的協(xié)議還能大大提高SSD的IOPS（每秒讀寫次數(shù)）性能,，理論上，IOPS=隊列深度/ IO延遲,，所以增加隊列深度,，就可以有效提升SSD的IOPS。傳統(tǒng)的ACHI標(biāo)準下隊列深度最多能達到32,，但是在NVMe標(biāo)準下,，這一數(shù)值可以達到64000，是以前的2000倍,。

3.  此外NVMe還加入了自動功耗狀態(tài)切換,、動態(tài)能耗管理、免驅(qū)等功能,，驅(qū)動適應(yīng)性廣,，低功耗。

二,、 PCIE  SATA

PCIE有四種接口尺寸：X1/X4/X8/X16,，版本有1.0/2.0/3.0

我們通過用膠帶覆蓋顯卡PCI-E接口金手指的方法來屏蔽，由于PCI-E每個通道彼此互相獨立,，并且支持通道數(shù)量向下兼容(如果x16設(shè)備插在x1槽上,，則自動降為x1)。

三,、 SSD有四種接口SATA/PCIE/mSATA/M.2

SATA接口：

SATA數(shù)據(jù)接口（7針）電源接口（15針）定義詳解  (原文參考https://blog.csdn.net/u013000139/article/details/50371568)

SATA是Serial ATA（Serial Advanced Technology Attachment）亦稱串行ATA,，是由Intel、IBM,、Dell,、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盤接口規(guī)范,。
本文的闡述重點是SATA的數(shù)據(jù)線和電源線接口引腳定義,，并以連接SATA硬盤為例。

一,、SATA數(shù)據(jù)接口和電源接口

上圖是數(shù)據(jù)線（DATA）,、電源線（POWER）和硬盤接口示意圖

上圖是數(shù)據(jù)線,、電源線和硬盤接口實物圖

上圖是SATA數(shù)據(jù)線（7針）對應(yīng)硬盤上的數(shù)據(jù)接口（7針）特寫

上圖是SATAS數(shù)據(jù)線（母口）特寫，（硬盤上接口成為公口）

 數(shù)據(jù)接口（7針）定義

電源接口（15針）定義
 

PCIE:

主要用于高端機,，性能較好

mSATA:

早期,，為了更適應(yīng)于超極本這類超薄設(shè)備的使用環(huán)境，針對便攜設(shè)備開發(fā)的mSATA（mini SATA）接口應(yīng)運而生,。你可以把它看作標(biāo)準SATA接口的mini版,，物理接口跟mini PCIe接口一樣。

mSATA接口是SSD小型化的一個重要過程,，不過mSATA依然沒有擺脫SATA接口依然是SATA通道,，速度是6Gbps。諸多原因沒能讓mSATA 接口火起來,，反而被更具升級潛力的M.2 SSD所取代,。

M.2接口:

分為B key（又稱Socket2）和M key（又稱Socket3）兩種,。前者支持SATA,、PCI-Ex2接口，理論讀寫速度分別達到700MB/s,、500MB/s;而后者專為高性能存儲設(shè)計,，支持PCI-EX4，理論接口速度高達32Gb/s,，超五倍于SATA接口,。

M.2 SSD的規(guī)格：

與之前mSATA SSD類似，M.2 SSD也不帶金屬外殼,。主要有2242,、2260、2280三種規(guī)格,，為了劃分不同長度的產(chǎn)品而定的,。長度不同，意味著容量就不同,。因為長度越長,，可布置的閃存顆粒就越多，容量也就越大,。以M.2 2242為例,，22是寬度22mm，42是長度42mm,，2260與2280同為此理,，所以選購前也要看看你的設(shè)備到底支持哪一種長度的M.2 SSD。至于M.2 SSD的厚度,，單面布置芯片厚度2.75mm,，雙面厚度3.85mm,，比mSATA還要薄。

 參考：http://news.mydrivers.com/1/561/561881.htm

http://www./news/diannaozhishi/1484.html

SATA,、mSATA ,、PCIe和M.2——SSD硬盤的接口

抱歉，原文未知：https://blog.csdn.net/Leo_csdn_/article/details/83621572

猶記得當(dāng)年Windows 7系統(tǒng)體驗指數(shù)中,，那5.9分磁盤分數(shù),，在其余四項的7.9分面前，似乎已經(jīng)告訴我們機械硬盤注定被時代淘汰,。勢如破竹的SSD固態(tài)硬盤,，徹底打破了溫徹斯特結(jié)構(gòu)的機械硬盤多年來在電腦硬件領(lǐng)域的統(tǒng)治。SSD數(shù)倍于HDD機械硬盤的傳輸性能,，讓普通用戶和發(fā)燒玩家的體驗均成倍提升,。

在這場存儲革命中，為了實現(xiàn)更快的速度,、更多的使用環(huán)境,、更好的體驗，SSD的接口也在不斷進化革新,，像主流的SSD就有SATA接口,、M.2接口、PCIe接口和mSATA接口等,。這四種常見的接口有什么不同,？又適合什么樣平臺使用呢？下面我們來一一進行講解,。

SATA3.0接口：

作為目前應(yīng)用最多的硬盤接口,，SATA 3.0接口最大的優(yōu)勢就是成熟。普通2.5英寸SSD以及HDD硬盤都使用這種接口,，理論傳輸帶寬6Gbps,，雖然比起新接口的10Gbps及32Gbps帶寬有一定的差距，但普通2.5英寸SSD可以滿足大多數(shù)用戶的日常應(yīng)用需求,，500MB/s左右的讀寫速度也夠用,。而對于100MB/s左右讀寫速度HDD機械硬盤上，6Gbps帶寬還遠遠談不上瓶頸,，只能埋怨HDD硬盤發(fā)展太慢,，存儲速度一直沒有質(zhì)變。

雖然SATA 3.0接口規(guī)格已經(jīng)推出有一段時間,，但“廉頗歲老,，尚善飯否”。大多數(shù)用戶對SSD性能的要求談不上極端苛刻,，而且還要考慮選購時的性價比因素,，因此SATA 3.0接口在很長一段時間內(nèi)都將是主流大眾的選擇,。

PCIe接口：

在傳統(tǒng)SATA硬盤中，當(dāng)我們進行數(shù)據(jù)操作時,，數(shù)據(jù)會先從硬盤讀取到內(nèi)存,，再將數(shù)據(jù)提取至CPU內(nèi)部進行計算，計算后再反饋給內(nèi)存,，最后寫入至硬盤中,；而PCIe接口就不一樣了，數(shù)據(jù)直接通過總線與CPU直連,，省去了內(nèi)存調(diào)用硬盤的過程,，傳輸效率與速度都成倍提升。簡單的說,，我們可以把兩種通道理解成兩輛相同的汽車,，PCIe通道的汽車就像是在高速上行駛，而SATA通道的汽車就像是在崎嶇山路上行駛,。很顯然,，PCIe SSD的傳輸速度會遠大于SATA SSD。

HyperX Predator PCIe SSD是眾多PCIe接口SSD中的佼佼者,，它采用PCI-E 2.0x4接口,，半高式設(shè)計，主控為Marvell 88SS9293,，讀取速度和寫入速度分別達到了1400MB/s和1000MB/s，是HyperX高端固態(tài)硬盤產(chǎn)品中速度最快的產(chǎn)品,，讀寫速度也遠超SATA接口的SSD產(chǎn)品,。

雖然PCIe SSD有諸多好處，但也不是每個人都適合,。PCIe SSD由于閃存顆粒和主控品質(zhì)極高,，總體成本也相對較高，相比傳統(tǒng)SATA接口固態(tài)硬盤的售價要貴一些,。另外,，由于PCIe會占用總線通道，入門以及中端平臺CPU通道數(shù)較少,，也不太適合使用PCIe SSD,。只有配合Z170、X99這樣頂級平臺,，才可以完全發(fā)揮PCIe SSD的性能,。總的來說,，如果你是在組裝專業(yè)工作室用機,，或是骨灰發(fā)燒級玩家,，亦或是一個不差錢的土豪，那么HyperX Predator PCIe SSD是決對正確的選擇,！

M.2接口

M.2接口,，是Intel推出的一種替代mSATA新的接口規(guī)范。其實,，對于桌面臺式機用戶來講,，SATA接口已經(jīng)足以滿足大部分用戶的需求了，不過考慮到超極本用戶的存儲需求,，Intel才急切的推出了這種新的接口標(biāo)準,。雖然，我們在華碩,、技嘉,、微星等發(fā)布的新的9系列主板上都看到了這種新的M.2接口，現(xiàn)已普及,。

與mSATA相比,，M.2主要有兩個方面的優(yōu)勢。第一是速度方面的優(yōu)勢,。M.2接口有兩種類型：Socket 2（B key——ngff）和Socket 3（M key——nvme）,，其中Socket2支持SATA、PCI-E X2接口,，而如果采用PCI-E ×2接口標(biāo)準,，最大的讀取速度可以達到700MB/s，寫入也能達到550MB/s,。而其中的Socket 3可支持PCI-E ×4接口,，理論帶寬可達4GB/s。

第二個是體積方面的優(yōu)勢,。雖然,，mSATA的固態(tài)硬盤體積已經(jīng)足夠小了，但相比M.2接口的固態(tài)硬盤,，mSATA仍然沒有任何優(yōu)勢可言,。M.2標(biāo)準的SSD同mSATA一樣可以進行單面NAND閃存顆粒的布置，也可以進行雙面布置,，其中單面布置的總厚度僅有2.75mm,，而雙面布置的厚度也僅為3.85mm。而mSATA在體積上的劣勢就明顯的多,，51mm×30mm的尺寸讓mSATA在面積上不占優(yōu)勢,，而4.85mm的單面布置厚度跟M.2比起來也顯得厚了太多。另外，即使在大小相同的情況下,，M.2也可以提供更高的存儲容量

M.2接口,，最初叫做NGFF（Next Generation Form Factor），寬度22mm,，單面厚度2.75mm,，雙面閃存布局也不過3.85mm厚。M.2接口產(chǎn)品有豐富的可擴展性,，最長可以做到110mm,，可以提高SSD容量。此外,，M.2接口可以同時支持SATA及PCI-E通道,，后者更容易提高帶寬，如果是采用SATA通道的M.2接口固態(tài)硬盤,，則讀寫速度在550MB/s左右,。

其實前面介紹的HyperX Predator PCIe SSD產(chǎn)品本身擁有雙重接口，從PCIe轉(zhuǎn)接卡中取下,，即可轉(zhuǎn)換為M.2接口的SSD,，并且讀取速度和寫入速度同樣可以達到1400MB/s和1000MB/s。

a) 三星 850 EVO M.2 接口,，SATA 總線,，AHCI 協(xié)議

b) 三星 SM951 M.2 接口，PCIe 總線,，AHCI 協(xié)議

c) 三星 SM951 M.2 接口,，PCIe 總線，NVMe 協(xié)議

d) 采用NVMe協(xié)議的M.2接口固態(tài)硬盤三星960 PRO,，這是目前世面上讀寫速度最快的一款固態(tài)硬盤,，最高讀取速度可達3.5GB/s。

NVMe的一大優(yōu)勢就是低延遲,。這主要是因為流線型的存儲堆棧，NVMe無需讀取寄存器就可以發(fā)出命令,。AHCI的每個命令都需要讀取4個不可緩存寄存器,，從而導(dǎo)致大約2.5μs的額外延遲。低延時和良好的并行性的優(yōu)勢就是可以讓SSD的隨機性能得到大幅度提升,，在任何隊列深度下都能發(fā)揮出極佳的速度,。

NVMe對固態(tài)硬盤的IOPS性能提升也比較大。因為在制定AHCI規(guī)范時,，并行性的想法沒有完全加入到規(guī)范內(nèi),，利用NCQ功能可以對傳輸能力進行優(yōu)化，但是接口并不允許SSD真正最大限度地發(fā)揮其應(yīng)有的并行性,。此外,，對于移動設(shè)備用戶來言,，使用NVMe存儲設(shè)備可以對電池續(xù)行起到很大幫助。NVMe加入了自動功耗狀態(tài)切換和動態(tài)能耗管理功能,，設(shè)備從能耗狀態(tài)0閑置50ms后可以迅速切換到能耗狀態(tài)1,，在500ms閑置后又會進入能耗更低的狀態(tài)2。雖然切換能耗狀態(tài)會產(chǎn)生短暫延遲,，但閑置時這兩種狀態(tài)下的功耗可以控制在非常低的水平,，因此在能耗管理上，相比起主流的SATA接口固態(tài)硬盤也擁有較大優(yōu)勢,。

上面兩款都是M.2接口,，如何分辨出哪個是PCI-E SSD哪個是SATA SSD？在弄清楚這個問題之前,，我們先來解答幾個常見問題,。

1、同是M.2接口,，為什么會有PCI-E和SATA之分,？

這是因為兩者所走的通道不同，M.2有兩種接口定義：Socket 2和Socket 3,。Socket 2支持SATA,、PCI-EX2通道的SSD，Socket 3專為高性能存儲設(shè)計,，支持PCI-EX4,。

2、有M.2接口的主板都能使用M.2 SSD,？

非也非也,，不同主板的M.2接口所支持的通道是不同的，有的僅持PCI-E通道,，其規(guī)格說明里關(guān)于M.2的描述有標(biāo)明,。而有的則兼容SATA和PCI-E兩種通道。所以如果您想購買 M.2 SSD,，先要清楚了解自己的主板上的M.2接口是支持哪種通道的,。

3、什么決定M.2 SSD所走的通道,？

主控決定了接入M.2接口的SSD是走PCI-E通道還是SATA通道,。例如HyperX Predator SSD的主控是Marvell 88SS9293主控，這是一款PCI-E控制器,，而金士頓G2系列 M.2 2280 SSD采用的是SATA控制器,。

4、性能差別有多大呢？

走的通道不一樣,，速度自然有差別,。SATA3.0通道的理論帶寬是6Gb/s.理論極限傳輸速度600MB/s,所以跟市面所有的SATA接口SSD一樣，金士頓G2系列 M.2 2280 SSD的最高讀取速度不超過600MB/s,而主板M.2接口走PCI-E通道傳輸通道帶寬為10Gb/s,。HyperX Predator SSD的連續(xù)讀寫達到1400MB/s和1000MB/s,，完全超過了SATA3.0的極限傳輸速度。

mSATA 接口

早期,，為了更適應(yīng)于超極本這類超薄設(shè)備的使用環(huán)境,，針對便攜設(shè)備開發(fā)的mSATA（mini SATA）接口應(yīng)運而生。你可以把它看作標(biāo)準SATA接口的mini版,，物理接口跟mini PCIe接口一樣,。

mSATA接口是SSD小型化的一個重要過程，不過mSATA依然沒有擺脫SATA接口依然是SATA通道,，速度是6Gbps,。諸多原因沒能讓mSATA 接口火起來，反而被更具升級潛力的M.2 SSD所取代,。

在計算機發(fā)展的這60年中,，從最初的打孔卡記錄到今天的高性能SSD，存儲介質(zhì)發(fā)生了翻天覆地的變化,。近幾年SSD更是發(fā)展迅速,，從接口形態(tài)的進化可窺探一二。目前擁有SATA,、mSATA,、M.2、PCIe等接口,，在各種平臺設(shè)備都有所運用,。

https://blog.csdn.net/hunter___/article/details/88081092