SATA、mSATA 、PCIe和M.2——SSD硬盘的接口详解
SATA、mSATA 、PCIe和M.2——SSD硬盤的接口詳解
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SATAT通道：硬盤——內存——CPU
PCIE通道：硬盤——CPU
一、 硬盤傳輸標準協議AHCI和NVME
AHCI(serial Advanced Host Controller Interface) 高級串行ATA功能接口標準
NVME標準相比AHCI有許多優點：
1. 低延遲。面向PCIe SSD產品的NVMe標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，有效降低了數據延遲，其次，NVMe精簡了調用方式，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，從而造成2.5μs的延遲，而NVMe執行命令時則不需要讀取寄存器。
2. 新的協議還能大大提高SSD的IOPS（每秒讀寫次數）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。傳統的ACHI標準下隊列深度最多能達到32，但是在NVMe標準下，這一數值可以達到64000，是以前的2000倍。
3.? 此外NVMe還加入了自動功耗狀態切換、動態能耗管理、免驅等功能，驅動適應性廣，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
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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，并且支持通道數量向下兼容(如果x16設備插在x1槽上，則自動降為x1)。
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三、 SSD有四種接口SATA/PCIE/mSATA/M.2
SATA接口：
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SATA數據接口（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范。
本文的闡述重點是SATA的數據線和電源線接口引腳定義，并以連接SATA硬盤為例。
一、SATA數據接口和電源接口
上圖是數據線（DATA）、電源線（POWER）和硬盤接口示意圖
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上圖是數據線、電源線和硬盤接口實物圖
上圖是SATA數據線（7針）對應硬盤上的數據接口（7針）特寫
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上圖是SATAS數據線（母口）特寫，（硬盤上接口成為公口）
?數據接口（7針）定義
電源接口（15針）定義
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PCIE:
主要用于高端機，性能較好
mSATA:
早期，為了更適應于超極本這類超薄設備的使用環境，針對便攜設備開發的mSATA（mini SATA）接口應運而生。你可以把它看作標準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、2280三種規格，為了劃分不同長度的產品而定的。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。
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?參考：http://news.mydrivers.com/1/561/561881.htm
http://www.desktx.com/news/diannaozhishi/1484.html
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SATA、mSATA 、PCIe和M.2——SSD硬盤的接口
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抱歉，原文未知：https://blog.csdn.net/Leo_csdn_/article/details/83621572
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猶記得當年Windows 7系統體驗指數中，那5.9分磁盤分數，在其余四項的7.9分面前，似乎已經告訴我們機械硬盤注定被時代淘汰。勢如破竹的SSD固態硬盤，徹底打破了溫徹斯特結構的機械硬盤多年來在電腦硬件領域的統治。SSD數倍于HDD機械硬盤的傳輸性能，讓普通用戶和發燒玩家的體驗均成倍提升。
在這場存儲革命中，為了實現更快的速度、更多的使用環境、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：
作為目前應用最多的硬盤接口，SATA 3.0接口最大的優勢就是成熟。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可以滿足大多數用戶的日常應用需求，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硬盤發展太慢，存儲速度一直沒有質變。
雖然SATA 3.0接口規格已經推出有一段時間，但“廉頗歲老，尚善飯否”。大多數用戶對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都將是主流大眾的選擇。
PCIe接口：
在傳統SATA硬盤中，當我們進行數據操作時，數據會先從硬盤讀取到內存，再將數據提取至CPU內部進行計算，計算后再反饋給內存，最后寫入至硬盤中；而PCIe接口就不一樣了，數據直接通過總線與CPU直連，省去了內存調用硬盤的過程，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高端固態硬盤產品中速度最快的產品，讀寫速度也遠超SATA接口的SSD產品。
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極高，總體成本也相對較高，相比傳統SATA接口固態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，才可以完全發揮PCIe SSD的性能?？偟膩碚f，如果你是在組裝專業工作室用機，或是骨灰發燒級玩家，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新的接口規范。其實，對于桌面臺式機用戶來講，SATA接口已經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準。雖然，我們在華碩、技嘉、微星等發布的新的9系列主板上都看到了這種新的M.2接口，現已普及。
與mSATA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勢。雖然，mSATA的固態硬盤體積已經足夠小了，但相比M.2接口的固態硬盤，mSATA仍然沒有任何優勢可言。M.2標準的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接口固態硬盤，則讀寫速度在550MB/s左右。
其實前面介紹的HyperX Predator PCIe SSD產品本身擁有雙重接口，從PCIe轉接卡中取下，即可轉換為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 協議
b) 三星 SM951 M.2 接口，PCIe 總線，AHCI 協議
c) 三星 SM951 M.2 接口，PCIe 總線，NVMe 協議
d) 采用NVMe協議的M.2接口固態硬盤三星960 PRO，這是目前世面上讀寫速度最快的一款固態硬盤，最高讀取速度可達3.5GB/s。
NVMe的一大優勢就是低延遲。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，從而導致大約2.5μs的額外延遲。低延時和良好的并行性的優勢就是可以讓SSD的隨機性能得到大幅度提升，在任何隊列深度下都能發揮出極佳的速度。
NVMe對固態硬盤的IOPS性能提升也比較大。因為在制定AHCI規范時，并行性的想法沒有完全加入到規范內，利用NCQ功能可以對傳輸能力進行優化，但是接口并不允許SSD真正最大限度地發揮其應有的并行性。此外，對于移動設備用戶來言，使用NVMe存儲設備可以對電池續行起到很大幫助。NVMe加入了自動功耗狀態切換和動態能耗管理功能，設備從能耗狀態0閑置50ms后可以迅速切換到能耗狀態1，在500ms閑置后又會進入能耗更低的狀態2。雖然切換能耗狀態會產生短暫延遲，但閑置時這兩種狀態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接口固態硬盤也擁有較大優勢。
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，其規格說明里關于M.2的描述有標明。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，為了更適應于超極本這類超薄設備的使用環境，針對便攜設備開發的mSATA（mini SATA）接口應運而生。你可以把它看作標準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，存儲介質發生了翻天覆地的變化。近幾年SSD更是發展迅速，從接口形態的進化可窺探一二。目前擁有SATA、mSATA、M.2、PCIe等接口，在各種平臺設備都有所運用。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的SATA、mSATA 、PCIe和M.2——SSD硬盘的接口详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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