简单介绍SSD各种协议标准与接口
引入
首先看一张图，这张图来自于视频【硬件科普】硬盘的SATA M.2 NGFF NVME是什么意思，详解硬盘的总线协议与接口_哔哩哔哩_bilibili。
这张图将各个名词的关系直观地展示了出来，如果你有兴趣，推荐去看看原视频。本文章将简单科普一下各个协议和接口的知识。
协议
所谓协议，就是一种规则或是规范。不同的协议就是不同的规则，而硬盘上的协议指的是主机与硬盘之间采用什么规则来传输数据。类似于公路上的交通法，车辆要在公路上运输，就必须依照交通法规定的内容来执行。
目前个人PC硬盘最常见的协议就是NVMe和AHCI，而SCSI协议则基本用于服务器，在个人PC上普及率太低。从表现性能上来说，采用NVMe协议的硬盘会比AHCI协议的硬盘更好。因为NVMe协议是专门为SSD而设计的，比起AHCI是一种更年轻的协议，AHCI主要用于HDD，目前上市的新硬盘，特别是高性能的硬盘基本都是采用NVMe协议。
总线
总线，就是一条传输电信号的通道，就像房子外面的公路。车辆能不能跑得快，不仅取决于规定的限速（即上面所说的协议），还取决于公路是几车道（两车道、四车道、八车道）、路面质量等公路自身的情况（当然也和车辆自身有关，这里只是类比了客观情况）。
不同的总线有着不同的条件，也就是不同的总线的位宽大小与传输频率，它们决定了在一次传输中能够提供的最大速度。
常见的总线是SATA和PCIe，SAS性价比处在PCIe和SATA之间，地位尴尬，如今的市场上几乎没有消费级的SAS总线的硬盘（可能很多人都没听说过）。
从性能上来说，PCIe远超于SATA，特别是如今基本普及的PCIe3.0，拥有理论上1GB/s的读写速率，在四通道的情况下，拥有4GB/s的理论读写速度（游戏加载飞快，不过笔者实测现在的PCIe3.0x4的硬盘也基本有3000MB/s左右的速度，得看电脑配置）。再看看SATA3，理论上最大带宽为6Gbp/s，换算过来就750MB/s左右，我的评价是没得打。
接口
接口，也就是物理接口，就是主板上供硬盘插那个的槽。随着硬盘的不断发展迭代，出现了很多不同大小形状的硬盘，人们也给不同的槽取了不同的名字，比如M.2、U.2等。M.2是消费级的，U.2则是给服务器用的。
如果是SATA和PCIe接口，那么一般就是指这块硬盘用的总线协议就是SATA或PCIe。
目前最好的消费级硬盘就是NVMe协议+PCIe总线+M.2接口的硬盘了。
下面将深入一些介绍各个协议、总线和接口的内容。
协议
NVMe
NVMe的全称是Non-Volatile Memory Express，即非易失性内存主机控制器接口规范，这个非易失性内存就是指的是掉电后数据不会消失的存储器，也就是ROM和闪存，现在一般的SSD用的都是闪存。不过这个名字看起来依然不太好懂，如果你想懂，这里有一些更深入的内容可以参看SSD学习笔记（三）NVMe | CC’s Zone (ccs.zone)，下面只介绍下一些常识性的东西。
NVMe是一种更优秀的协议，它的诞生始于2009年下半年，其规范由包含90多家公司在内的工作小组所定制，Intel是主要领头人，小组成员包括美光、戴尔、三星、Marvell、NetAPP、EMC、IDT等公司，目的就是为SSD建立新的存储规范标准，让它在老旧的SATA与AHCI中解放出来。2011年，NVMe标准正式出炉，该标准是根据闪存存储的特点量身定制的，新的标准解除了旧标准施放在SSD上的各种限制。直至目前，已发展到NVME1.4。
NVMe协议是专为PCIe总线标准设计的，充分考虑到了PCIe的低延时，带来了更加高性能的体验，其物理接口基本都是M.2。但是要注意，应用NVMe协议的SSD都是PCIe总线，但是PCIe总线的SSD并不全是用的NVMe协议。因为在NVMe还未出现之前，就已经有了基于AHCI协议的PCIe总线的SSD。
AHCI
AHCI（Serial ATA Advanced Host Controller Interface）串行ATA高级主控接口/高级主机控制器接口协议。这个名字一听就非常高级，但是在现在的时代它已经不高级了，它诞生于2004年，比NVMe早7年。
AHCI早期是专为机械硬盘（HDD）设计的，机械硬盘与固态硬盘的架构可以说是完全不同，这里简单概括一下机械硬盘的存储原理。HDD的存储原理是用盘面上的磁性物质是否被磁化来表示0和1，从而存储二进制信息，在机械硬盘工作时，盘面高速旋转，速度是每分钟几千转甚至上万转。显然，这种机械的工作方式受限于物理结构，肯定达不到更高的速度，长期使用下来也难免会造成硬盘损伤，比如坏道。而SSD没有机械机构，也没有扇区，如果有人说他的SSD坏道了，那么他可能是完全不懂哦。目前HDD的优势还是有的，比如便宜。
回到AHCI上，既然它早期是专为HDD设计的，那么它又怎么用在SSD上呢？原理暂且不讲，从应用市场来说，目前采用AHCI协议的硬盘主要是HDD和低端的SSD，这些硬盘基本都是服务的都是老电脑了，或者是移动硬盘。除了价格，它们的性能都不是目前主流家用SSD的对手。所以总结如下：NVMe > AHCI。
SCSI
SCSI是“Small Computer System Interface”的缩写，即小型计算机系统接口。它的名字虽然有个“小”，但是它一定都不年轻，它诞生于1982年（要素察觉）。
目前家用电脑几乎没有这种硬盘了，可能很多服务器上还会用这种硬盘，在京东一搜，都没几个SCSI硬盘的结果。故这里也不多做介绍了。
总线
PCIe
PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，由PCI发展过来，其中的“express”是“快”的意思。它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。
关于PCIe更加详细的内容可以参看SSD学习笔记（二）PCIe | CC’s Zone (ccs.zone)。这里主要讲一下SATA的内容。
SATA
SATA是Serial ATA的缩写，即串行ATA。2000年11月由“Serial ATA”团体所制定了1.0标准。它是一种电脑总线，主要功能是用作主板和大量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输，由于采用串行方式传输数据而得名，还具有结构简单、支持热插拔的优点。
2002年，确立了SATA2.0标准；2009年，确立了SATA3.0标准。
很多人常将SATA与NVMe相比较好坏，实际上这两个就不是一个层次的东西（从开局一张图就能看出），虽不能比较不过可以依然给出结论：NVMe(PCIe) > SATA。因为NVMe是跑在PCIe上的，而PCIe吊锤SATA。
值得研究的是PCIe和SATA的区别，它们才是一个层次的东西。从诞生时间看，SATA与PCIe是同个时期的产物，这两种总线标准也是当下绝大部分SSD采用的标准，前者至今已经是3.0，而PCIe已经是4.0。
那么为什么SATA比不上PCIe呢？
不分析深层的协议结构，仅从速率来看，最新的SATA3带宽是6.0Gb/s，这是定死了的，换算过来理论传输峰值就是768MB/s，又因为SATA3采用8/10编码（一个10bit的数据包只包含8bit的有效数据），这样算下来数据流中有效数据就在600MB/s左右，再考虑传
输损耗等等因素，这个传输速率最终就被定死在了最高600MB/s。也就是说，SATA的SSD读取性能不可能超过600MB/s，如果超过，那就打12315投诉。
再来看PCIe的速度，目前主流的旗舰PCIe3.0x4的理论速率是约3120MB/s左右（SATA甚至不和它在一个数量级），即使是PCIe2.0x2的理论速率也是780MB/s，这速度是非一般的快。
从采用的协议来看，SATA的上层协议是AHCI，PCIe的上层协议是NVMe。前文已经说过AHCI是专门为HDD设计的，NVMe是专为采用PCIe总线的SSD设计的，而AHCI是远不如NVMe的，所以无论是上层协议还是自己本身的总线标准，SATA都输的太多了。正因如此，目前主流的高端SSD都是NVMe+PCIe。
那么，既然SATA输得这么多，为什么现在还有这么多SATA硬盘呢？
笔者认为，虽然NVMe+PCIe的SSD速度比SATA的SSD快得多，但是对于一般消费者来说几乎感觉不到差别，如果你不是臭打游戏的，也不是大型专业软件的工作者，那么可能最大的感受就是电脑开机时快了几秒钟而已。性能差不明显，但是SATA硬盘的价格可比NVMe硬盘的价格便宜多了（尤其是现在矿老板还喜欢拿着SSD挖矿）。
不过，可想而知，未来SSD的发展必定是NVME+PCIe的天下了。
SAS
SAS（Serial Attached SCSI）是传统SCSI硬盘的串行版本，上层协议是SCSI协议，主要针对企业级、服务器的应用。SAS和SATA采用类似的物理层，但是连接器不一样，其数据速率可以为3Gbps、6Gbps，以及目前的12Gbps标准，速率介于SATA3和PCIe之间。因为它一般用于企业级SSD，所以关注率较低，这里也不多做介绍。
接口
M.2接口
M.2的硬盘总体上长得像根内存条，也几乎是现在超极本的标配，主流的高端家用SSD基本都是采用这种引脚接口，也就是金手指长得像下图这样的。
M.2接口细分两种，即B key和M key，也叫做Socket2和Sccket3。它们区别在于，M key多了PCIe x4，可以支持4个通道，接口带宽可达4GB/s；而B key仅支持PCIe x2，接口带宽最高2GB/s。两者都可以支持SATA，但显然M key才是更好的选择。
U.2接口
采用U.2接口的硬盘基本都是企业级，装上托槽插在服务器上的那种，不过这种硬盘也可以用PCIe转接板接在一般的主板上。
PCIe接口
采用这种接口的硬盘就是指它的总线协议是PCIe。
在消费级主板上，PCIe插槽一般就是插显卡的，金手指如下图所示。
SATA接口
采用这种接口的硬盘就是指它的总线协议是SATA。
mSATA接口
简单理解为SATA接口硬盘的mini板，一般用于超极本。
参考文献
《深入浅出SSD：固态存储核心技术、原理与实战》–SSDFans
ATA/SATA/SCSI/SAS/FC总线简介 - 阿良 - 博客园 (cnblogs.com)
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