浅谈硬盘进化物理接口和软件协议！

    泡泡网SSD固态硬盘频道10月9日  硬盘接口的发展，是分为物理接口和软件协议两部分最早。用于PC的硬盘接口是ST-506/412，它是由希捷公司开发的一种硬盘接口。这种接口把磁盘的编解码器位于PC插槽上的磁盘控制卡上，用一个34芯的控制电缆（Control cable）接头和一个20芯的数据电缆（Data cable）把硬盘连接起来。在早期PC如IBM PC/XT和PC/AT上，使用的硬盘就是以ST－506/412为接口的硬盘。硬盘容量仅为0.005GB，也就是不到5M，转速为3600rpm。

    PATA是parallel　ATA（并行）硬盘的缩写，它是一种接口名称，名称叫做并行数据传输接口，传输率从 3.3MB/s -> 33MB/s -> 66MB/s，在100MB/s时达到瓶颈，最后到了133MB/s也就到头了。这个是由软件协议所限制的。

    然后我们来谈谈ATA协议,ATA协议针对PATA物理接口优化，第一代是ATA-1，之后的每一代新的接口都建立在前一代标准之上，并保持着向后兼容性。最后一个版本是ATA-7，也叫ATA133。ATA133接口支持133MB/s数据传输速度，在ATA接口发展到ATA100的时候，这种并行接口的电缆属性、连接器和信号协议都表现出了很大的技术瓶颈，而在技术上突破这些瓶颈存在相当大的难度。新型的硬盘接口标准的产生也就在所难免。

    而SATA是SERIAL　ATA（串行）硬盘的缩写，它也是一种接口名称，名称叫做串行数据传输接口。从 SATA1.0是150MB/s 然后SATA 2.0在300MB/s ，SATA 3.0达到了600MB/s。是目前市面上的主流接口。mSATA接口是标准SATA的迷你版本，mini PCIE卡形式的mini SATA硬盘，大小和全高的mini PCIE卡一样，其尺寸仅有2.5寸存储设备的八分之一，比1.8寸的MSATA更小，安装接口也是mini PCIE插槽接口。由于mSATA SSD占用体积比2.5寸标准更小，因而在不少笔记本中得到采用。同时mSATA接口的SSD可以方便固定在主板上成为一体，也开始受到不少台式机用户的喜爱。 

    AHCI协议就是支持针对SATA物理接口优化。全称是（Serial ATA Advanced Host Controller Interface）串行ATA高级主控接口/高级主机控制器接口），但随着当前的硬盘产品发展速度越来越快，AHCI开始成为每个人必要认识的东西。如果大容量硬盘不开启AHCI模式，那么性能会大打折扣，尤其是面对SSD用户。第一次使用在BIOS里开启AHCI模式已经成了必修功课。否则性能损耗将达到1-2倍。

    M.2是Intel推出新的接口规范，也就是我们以前经常提到的NGFF，即Next Generation Form Factor。与SATA相比，M.2主要有两个方面的优势。第一是速度方面的优势。M.2接口有两种类型：Socket 2和Socket 3，其中Socket2支持SATA、PCI-E X2接口，而如果采用PCI-E ×2接口标准，最大的读取速度可以达到700MB/s，写入也能达到550MB/s。而其中的Socket 3可支持PCI-E ×4接口，理论带宽可达4GB/s。第二个是体积方面的优势。

    最新的接口分为两种，一是传统的PCI-E扩展卡样式，二是SFF-8639接口的2.5寸盘样式。这两种接口形态都让传输速度有了质的飞跃。PCI-E扩展卡样式，PCIe 3.0 4x的理论值最大可达到4GB。

    SFF-8639也就是U.2，就是四通道版本的SATA Express，因此理论性能翻番，第二代带宽2GB/s，第三代可达4GB/s。

    这两种最新接口的最大特色就是支持NVMe标准协议，NVMe协议针对PCIe物理接口优化。2011年时，Non-Volatile Memory Express 非易失性存储器标准即NVMe规范正式出炉，这是专门针对NAND闪存和下一代存储设备所提出的规范。因为AHCI标准本身就是为高延迟的机械硬盘而设，虽然SSD发展至今，主流产品依然沿用了机械硬盘时代的那一套，但已经开始不能满足性能的高速发展，特别是在延迟方面。而面向PCIe SSD产品的NVMe标准，降低存储时出现的高延迟，就是其要解决的问题之一。NVMe的另一个重点则是提高SSD的IOPS（每秒读写次数）性能。如果我们有详细了解过SSD的主控参数，应该知道会有队列深度这个参数。理论上，IOPS=队列深度/ IO延迟，故IOPS的性能，与队列深度有较大的关系（但IOPS并不与队列深度成正比，因为实际应用中，随着队列深度的增大，IO延迟也会提高）。

    综上，硬盘的发展从机械硬盘到SSD，是技术的不断革新，不断跨越的体现。NVMe软件协议所带来的效能提升显而易见，我相信NVMe不会是终点，但是NVMe协议将会给SSD市场带进一个崭新的未来。■