淺談硬盤進化物理接口和軟件協議！

    泡泡網SSD固態硬盤頻道10月9日  硬盤接口的發展，是分為物理接口和軟件協議兩部分最早。用于PC的硬盤接口是ST-506/412，它是由希捷公司開發的一種硬盤接口。這種接口把磁盤的編解碼器位于PC插槽上的磁盤控制卡上，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）把硬盤連接起來。在早期PC如IBM PC/XT和PC/AT上，使用的硬盤就是以ST－506/412為接口的硬盤。硬盤容量僅為0.005GB，也就是不到5M，轉速為3600rpm。

    PATA是parallel　ATA（并行）硬盤的縮寫，它是一種接口名稱，名稱叫做并行數據傳輸接口，傳輸率從 3.3MB/s -> 33MB/s -> 66MB/s，在100MB/s時達到瓶頸，最后到了133MB/s也就到頭了。這個是由軟件協議所限制的。

    然后我們來談談ATA協議,ATA協議針對PATA物理接口優化，第一代是ATA-1，之后的每一代新的接口都建立在前一代標準之上，并保持著向后兼容性。最后一個版本是ATA-7，也叫ATA133。ATA133接口支持133MB/s數據傳輸速度，在ATA接口發展到ATA100的時候，這種并行接口的電纜屬性、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。新型的硬盤接口標準的產生也就在所難免。

    而SATA是SERIAL　ATA（串行）硬盤的縮寫，它也是一種接口名稱，名稱叫做串行數據傳輸接口。從 SATA1.0是150MB/s 然后SATA 2.0在300MB/s ，SATA 3.0達到了600MB/s。是目前市面上的主流接口。mSATA接口是標準SATA的迷你版本，mini PCIE卡形式的mini SATA硬盤，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，安裝接口也是mini PCIE插槽接口。由于mSATA SSD占用體積比2.5寸標準更小，因而在不少筆記本中得到采用。同時mSATA接口的SSD可以方便固定在主板上成為一體，也開始受到不少臺式機用戶的喜愛。 

    AHCI協議就是支持針對SATA物理接口優化。全稱是（Serial ATA Advanced Host Controller Interface）串行ATA高級主控接口/高級主機控制器接口），但隨著當前的硬盤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。如果大容量硬盤不開啟AHCI模式，那么性能會大打折扣，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推出新的接口規范，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接口有兩種類型：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。

    最新的接口分為兩種，一是傳統的PCI-E擴展卡樣式，二是SFF-8639接口的2.5寸盤樣式。這兩種接口形態都讓傳輸速度有了質的飛躍。PCI-E擴展卡樣式，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。

    這兩種最新接口的最大特色就是支持NVMe標準協議，NVMe協議針對PCIe物理接口優化。2011年時，Non-Volatile Memory Express 非易失性存儲器標準即NVMe規范正式出爐，這是專門針對NAND閃存和下一代存儲設備所提出的規范。因為AHCI標準本身就是為高延遲的機械硬盤而設，雖然SSD發展至今，主流產品依然沿用了機械硬盤時代的那一套，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系（但IOPS并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，硬盤的發展從機械硬盤到SSD，是技術的不斷革新，不斷跨越的體現。NVMe軟件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。■