淺談硬碟介面進化

07-23

硬碟介面的發展分為物理介面和軟體協議兩部分

最早用於PC的硬碟介面是ST-506/412

它是由希捷公司開發的一種硬碟介面，

把磁碟的編解碼器位於PC插槽上的磁碟控制卡上，

用一個34芯的控制電纜（Control cable）接頭，

和一個20芯的數據電纜（Data cable）把硬碟接起來。

在早期PC如IBM PC/XT和PC/AT上，使用的硬碟就是以ST－506/412為介面的硬碟，硬碟容量僅為0.005GB，也就是不到5M，轉速為3600rpm。

PATA是parallel ATA硬碟的縮寫

它是一種介面名稱，名稱叫做並行數據傳輸介面，

傳輸率從 3.3MB/s -> 33MB/s -> 66MB/s，

在100MB/s時達到瓶頸，

最後到了133MB/s也就到頭了，

這個是由軟體協議所限制的。

【ATA協議】ATA協議針對PATA物理介面優化，第一代是ATA-1，之後的每一代新的介面都建立在前一代標準之上，並保持著向後兼容性。最後一個版本是ATA-7，也叫ATA133。ATA133介面支持133MB/s數據傳輸速度，在ATA介面發展到ATA100的時候，這種並行介面的電纜屬性、連接器和信號協議都表現出了很大的技術瓶頸，而在技術上突破這些瓶頸存在相當大的難度。新型的硬碟介面標準的產生也就在所難免。

SATA是SERIAL ATA硬碟的縮寫

也是一種介面名稱，名稱叫做串列數據傳輸介面，

從 SATA1.0是150MB/s 然後SATA 2.0在300MB/s，

SATA 3.0達到了600MB/s。是目前市面上的主流介面

【 mSATA介面】標準SATA的迷你版本，mini PCIE卡形式的mini SATA硬碟，大小和全高的mini PCIE卡一樣，其尺寸僅有2.5寸存儲設備的八分之一，比1.8寸的MSATA更小，安裝介面也是mini PCIE插槽介面。由於mSATA SSD佔用體積比2.5寸標準更小，因而在不少筆記本中得到採用。同時mSATA介面的SSD可以方便固定在主板上成為一體，也開始受到不少台式機用戶的喜愛。

【AHCI協議】支持針對SATA物理介面優化。全稱是（Serial ATA Advanced Host Controller Interface）串列ATA高級主控介面/高級主機控制器介面），但隨著當前的硬碟產品發展速度越來越快，AHCI開始成為每個人必要認識的東西。如果大容量硬碟不開啟AHCI模式，那麼性能會大打折扣，尤其是面對SSD用戶。第一次使用在BIOS里開啟AHCI模式已經成了必修功課。否則性能損耗將達到1-2倍。

M.2是Intel推出新的介面規範

也就是我們以前經常提到的NGFF，

即Next Generation Form Factor。

與SATA相比，M.2主要有兩個方面的優勢。第一是速度方面的優勢。M.2介面有兩種類型：Socket 2和Socket 3，其中Socket2支持SATA、PCI-E X2介面，而如果採用PCI-E ×2介面標準，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介面，理論帶寬可達4GB/s。第二個是體積方面的優勢。

最新的介面分為兩種

一是傳統的PCI-E擴展卡樣式，

二是SFF-8639介面的2.5寸盤樣式。

這兩種介面形態都讓傳輸速度有了質的飛躍，

最大的特色就是支持【NVMe標準協議】。

【PCI-E擴展卡】PCIe 3.0 4x的理論值最大可達到4GB。

【SFF-8639】也就是U.2，就是四通道版本的SATA Express，因此理論性能翻番，第二代帶寬2GB/s，第三代可達4GB/s。

【NVMe標準協議】NVMe協議針對PCIe物理介面優化。2011年時，Non-Volatile Memory Express 非易失性存儲器標準即NVMe規範正式出爐，這是專門針對NAND快閃記憶體和下一代存儲設備所提出的規範。因為AHCI標準本身就是為高延遲的機械硬碟而設，雖然SSD發展至今，主流產品依然沿用了機械硬碟時代的那一套，但已經開始不能滿足性能的高速發展，特別是在延遲方面。而面向PCIe SSD產品的NVMe標準，降低存儲時出現的高延遲，就是其要解決的問題之一。NVMe的另一個重點則是提高SSD的IOPS（每秒讀寫次數）性能。如果我們有詳細了解過SSD的主控參數，應該知道會有隊列深度這個參數。理論上，IOPS=隊列深度/ IO延遲，故IOPS的性能，與隊列深度有較大的關係（但IOPS並不與隊列深度成正比，因為實際應用中，隨著隊列深度的增大，IO延遲也會提高）。

綜上所述

硬碟的發展從機械硬碟到SSD，是技術的不斷革新，不斷跨越的體現。NVMe軟體協議所帶來的效能提升顯而易見，我相信NVMe不會是終點，但是NVMe協議將會給SSD市場帶進一個嶄新的未來。