[元带你学NVMe协议] ] 插槽接口(M.2 / mSATA / SATA )、总线(PCIE / SATA )、传输协议(NVME / AHCI) 图解 |
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传送门: >>> 总目录 主页:元存储的博客_CSDN博客 依公开知识及经验整理,如有误请留言。 个人辛苦整理,付费内容,禁止转载。。 全文 5700 字, 阅读时间约 19 分钟 文章目录 前言1. 概述2. 插槽接口详解2.1 SATA 插槽接口2.2 mSATA 插槽接口2.3 M.2 插槽接口 3. 总线3.1 SATA 总线3.2 PCIE 总线 4 传输协议4.1 AHCI4.2 NVME 5. 插槽接口/总线/传输协议的关联总结与展望参考文档: 前言2006年第一款固态硬盘(简称SSD)发布,谁曾想仅用10年便颠覆了HDD王国,目前已拿下半壁江山,在笔记本领域,更是独宠SSD。 在这期间,SSD也不断革新发展。伴随着的,便有主板硬盘接口的变革,传统的SATA接口限制了SSD的发挥,发展出了各种更高效的传输接口。 往事不可追,历史长河中有无数的接口,眠于长河中。滚滚长江向东流,本文关注当下, 详细分解目前市面上常见的一些接口。 原本想单独讲插槽接口的, 但在网购平台搜索SSD, 发现很多厂商将通道和协议的概念也混在接口概念中,导致大家印象中,M.2 是接口,SATA 也是接口,PCIE 也是接口, NVME 也是接口。。。傻傻分不清。所以我这里一起讲清插槽接口、总线、传输协议,一站解决大家的疑惑。 知识重点: 插槽接口不影响速度,但影响电脑适配,SSD外形接口和电脑的关系,就像螺丝和螺帽关系一样。弄错了就插不上去。 1. 概述插槽接口其实就是插槽接口外形的不同,有三种: M.2、mSATA、 SATA (插槽接口比作路基形状,像平地地形只需水泥块,河流地形需要桥梁、不同地形需要不同路基形状) 总线就是数据传输的电路(,有两种: PCIE 、SATA (总线可比作路面,PCIE 就是高速公路,SATA 是国道) 传输协议是命令和数据在主机和SSD传输过程中, 需要遵循的统一的协议,就是按照约定的规则通讯,如果没有协议,那就是鸡同鸭讲,传输协议有两种: AHCI、NVME (传输协议比作车,AHCI是货车,NVME是跑车) 2. 插槽接口详解在这里插入图片描述 为方便理解,按历史出现的先后顺序说起吧。依次是SATAm, SATA、M.2, M.2 根据开口位置又分为 M.2(M key) 和 M.2 (B&M key) Serial ata(SATA)接口与并行ATA相比,SATA具有比较大的优势。 Serial ATA以连续串行的方式传送数据,可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。Serial ATA一次只会传送1位数据,这样能减少SATA接口的针脚数目,使连接电缆数目变少,效率也会更高。 Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作,分别用于连接电源、连接地线、发送数据和接收数据,同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。 SATA 插槽接口是带外壳的, 这点是和其他的显著的差别。下面是SATA 插槽图片。 mSATA接口,其实就是SATA接口的mini版,所以传输速率和SATA接口一致,近期生产的电脑预留的msata接口通常都是3.0标准的,也就是6Gbps规格的。 mSATA接口的出现主要是为了当时流行的超薄笔记本设计的,因为体积小,所以节省空间。 不过mSATA 天生继承了 SATA 的瓶颈,速度很容易达到天花板。而且因为体积小,无法扩充更多的闪存颗粒,这样容量也限制了。而且闪存颗粒越少, 可以并行的IO操作也变少,速度提不上去。因为诸如此类的原因, mSATA 发展并不好,很快被后来的 M.2 所取代。
现在电脑很多都预留M.2接口了。
尽管M.2标准为所有卡使用相同的22毫米宽插槽,但不一定是完全相同的插槽。 由于M.2设计用于多种不同类型的设备,因此它具有一些令人沮丧的外观相似的端口。 M.2 根据开口形状分为: B key 形状, M key 形状, B & M key 形状。 M.2 2242: 22毫米宽乘42毫米长。 M.2 2260: 22毫米宽乘60毫米长。 M.2 2280: 22毫米宽乘80毫米长。 B键:在卡的右侧(主机控制器的左侧)使用一个间隙,间隙的右侧有六个插针。 此配置支持PCIe x2总线连接。M键:在卡的左侧(主机控制器的右侧)使用一个间隙,间隙的左侧有五个引脚。 此配置支持PCIe x4总线连接,使数据吞吐量提高一倍。B + M键:使用上述两个间隙,在卡的左侧有五个销,在右侧有六个销。 由于物理设计的原因,B + M钥匙卡仅限于PCIe x2速度。M.2接口可以走: SATA总线+AHCI协议PCIe总线+AHCI协议PCIe总线+NVMe协议扩展阅读 [m.2槽分类_什么是M.2扩展槽,如何使用?] 3. 总线常见的接口有 SATA 总线和 PCIE 总线。 3.1 SATA 总线SATA是一种基于行业标准的串行硬件驱动器总线,以连续串行的方式传输数据,支持热插拔,主要用于SATA主机与大容量存储设备之间的数据传输。 目前,SATA一共发展了三代,分别为SATA1、SATA2和SATA3,向后兼容,每一代SATA具有相应的传输功能定义,并且它们的传输速率也不尽相同。SATA1的传输速率只有150MB/s,SATA2扩展为300MB/s,SATA3将端口的传输速率提升至600 MB/s, 这也是SATA 的天花板速度。SATA 自 SATA3 之后便一直没有发展过, 看起来这个总线技术也停滞了。 但因为 600MB/s 的速度,对个人用户而言并不会感觉到慢,所以现在市场上很多还都是 SATA 总线的SSD。 毕竟瓶颈在网速那,存储速度不是问题。 3.2 PCIE 总线SATA 是串行总线, PCIE 是高级串行总线。 高级在哪里, 快! 快的飞起。 PCIE 一直以每两年更新一次标准,每次新标准的速度是前一次的两倍。目前最新的是PCIE 5.0, 速度参考下面表格。 实际上, SSD 总线接口远远不止这两个。因为历史原因,固态硬盘可用于多种系统接口,主要基于系统中 SDD 的性能要求。 这些常见的接口类型包括 SATA、光纤通道、SAS 和 ATA/IDE。 还有一些接口最初是为其他目的而设计的,但在某些情况下已被 SSD 采用。 在低端,通用串行总线 (USB) 最初设计用于管理键盘和鼠标等外围设备, 此接口也常被用作许多外接SSD使用。 外形驱动器包括 1.8 英寸。 2.5 英寸和 3.5 英寸外形规格。 扩展阅读 固态硬盘接口 4 传输协议 4.1 AHCIAHCI(Serial ATA Advanced Host Controller Interface)串行ATA高级主控接口/高级主机控制器接口。 现在所用的SATA接口与AHCI标准其实是为高延时的机械硬盘而设计的,目前主流SSD依然继续使用它们,早期SSD性能不高时可能还不觉得有什么问题,但是随着SSD的性能逐渐增强,这些标准已经成为限制SSD的一大瓶颈,专为机械硬盘而设计的AHCI标准并不太适合低延时的SSD。 4.2 NVME硬盘是属于 NVM : Non-volatile memory 非易失性存储器件。NVM的种类 NVMe其实与AHCI一样都是逻辑设备接口标准。不同于AHCI,NVMe是使用PCI-E通道的SSD一种规范,NVMe的设计之初就有充分利用到PCI-E SSD的低延时以及并行性,还有当代处理器、平台与应用的并行性。SSD的并行性可以充分被主机的硬件与软件充分利用,相比与现在的AHCI标准,NVMe标准可以带来多方面的性能提升。 NVMe的优势: 低延时。IPOS大增功耗更低驱动适用性更广AHCI 的 Command 需要通过南桥才能和CPU 沟通, 而 NVME 可通过 PCIE 直接与 CPU 沟通, 从硬件传输上效率更高. 下图总结AHCI 和 NVMe主要差异点, 一目了然. SATA 插槽搭配: SATA总线+AHCI协议,这是普通的SATA3, 速度大约550MB/s;mSATA 插槽搭配: SATA总线+AHCI协议,这是普通的SATA3, 速度大约550MB/s;M.2 插槽搭配: SATA总线+AHCI协议,此时相当于普通的SATA3速度大约550MB/s;PCIe总线+AHCI协议,这种较少,代表的有三星SM951,速度1GB/s;PCIe总线+NVMe协议,这种是最快的组合,新出的高端 PCIE5.0*4是 16GB/s。“PCIe接口+NVMe协议”是最佳性能组合,将成为主流选择。想了解为什么可阅读下面这篇文章。 扩展阅读 [固态硬盘:你懂 PCIE 和 NVME是如何相依相恋?] 如何理解上图呢? 我们硬盘的数据最终是要到CPU进行处理。两个地方要进行搬运东西,要考虑三点: 数据一次能够搬多少 走哪一条路线过去 怎么过去(开车过去还是骑自行车过去) 在消费级领域(个人电脑、平板),虽然SATA 3.0 速度远远低于 PCIE5.0 速度, SATA3.0 接口规格已经推出有很多年,但“廉颇岁老,尚善饭否”。大多数用户对SSD性能的要求谈不上极端苛刻,而且还要考虑选购时的性价比因素,因此SATA 3.0接口在很长一段时间内都将是主流大众的选择。 总结与展望M.2 会作为主流的电脑接口, 连接SSD. 提醒选M.2 SSD注意三点: 总线SSD 长度开口方向 这听起来有点烦人,建议可以把电脑型号发给客服确认,也可以在评论区留言给我。专业的人做专业的事情,我看到会帮你参谋。如果追求速度与激情,可以选高端搭配: M.2槽接口 + PCIe总线 + NVMe协议是最完美的性能组合。 如何不是特别在意性能,更在于性价比的话, 可以选入门级搭配: M.2槽接口 + SATA总线 + AHCI协议。 如果你是土豪, 就当我啥也没事。只要选最贵的就好。 参考文档:NVMe和AHCI模式的区别 什么是 MSATA 接口固态硬盘 m.2槽分类_什么是M.2扩展槽,如何使用? 笔记本固态硬盘选型(总线、接口、协议、SATA、PCIe、AHCI、NVMe、M.2、NGFF) PCIe总线的基础知识 固态硬盘接口 |
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