硬盤這東西其實是很好玩的，裡面有很多的故事可以說。當然講的過于高深就不太好，所以這裡盡量就用通俗的語言去講解。相信認真看的你一定可以看懂的。

首先，既然将接口與總線，就要明白這三個概念：

傳輸總線，傳輸接口，傳輸協議

1什麼是傳輸總線？

所謂總線，其實他就是一條通道，就像公路一樣，隻不過公路是走車的，而總線是用來走電信号的。那麼公路的大小與車速，就決定了這條公路的車流量，同樣的，總線的位寬大小與傳輸頻率，也決定了在一次傳輸中能夠提供的最大速度。常見的傳輸總線很多。

1.1PCIE

PCIE大家都想到了吧。你可能會說，PCIE不是給顯卡網卡用的嗎？硬盤怎麼會用？其實，PCIE是一切的根源。你的所有外設，比如顯卡，網卡，聲卡，USB，SATA，M2等等，其實都是由PCIE演化而來。可以說PCIE就是他們的根。PCIE如今已經更新了三代，分别是1.0，2.0，3.0。其速度如下表

1.2SATA

我想這個大家很熟悉了吧，很多人都在用的SATA1.0，SATA2.0，SATA3.0，以及沒什麼人用的SATA Express，SATA各代速度如下圖

1.3PATA(ATA)

大名鼎鼎的IDE硬盤，其速度和名字非常緊密，分别是ATA-66,ATA-100,ATA-133，分别代指着66MB/S，100MB/S，133MB/S的傳輸速度。

1.4SCSI

服務器領域中使用的傳輸總線，SCSI莫過于像是PATA的服務器版，因為SCSI已經很少人用了，就不多說了。

1.5SAS

同樣的民用領域有PATA到SATA，服務器領域也有SCSI到SAS。SAS同樣也已經更新了三代了，SAS1.0 達到了3Gbps，每一代翻2倍。而SAS控制器是可以兼容SATA設備的（但SATA控制器不能兼容SAS設備）。

1.6FC

FC接口，全稱叫Fibre Channel。由于中文名會容易和光纖接口混淆就不說了。（Wiki稱為網狀通道）FC是一種基于網絡傳輸協議下誕生的接口，這種接口可以說是稀缺的不行。FC起源于SCSI，但在速度上遠超SCSI，最新的FC通道速度達到了16Gbps。

2什麼是傳輸接口？

我想這個大家肯定很容易懂了，接口就是你接入的那個插口。不過因為傳輸接口和傳輸總線很容易混在一起，所以要多加區分。如：

2.1PATA接口（IDE接口）

你說IDE也對，說PATA也對，因為沒有規範，所以怎麼說都對。

2.2SATA接口

這個大家在熟悉不過了。需要注意的是，常說的eSATA，mSATA，miniSATA實際上都隻是SATA接口的變種而已。

2.3SATA Express接口

傳說中的沒人用接口，自推出以後，就沒有幾個人在使用。在intel 9系主闆存活了一段時間後滅亡了，即使存在，我敢說絕大部分人都把它當成兩個SATA用對不對（請真誠的回答我）。

2.4M.2接口

由于NVMe協議爆發而突然走紅的接口，其特點适用于筆記本等輕薄設備。

2.5U.2接口

多用于服務器的接口，也因為NVMe而走紅。與M.2的本質區别不大。可以說它和M.2的關系就有點像SATA與mSATA的關系。

2.6SCSI/SAS接口

這些都不用說了吧，服務器版的PATA/SATA。

SCSI接口

SAS接口

2.7FC接口

為FC而生的接口，和SCSI很像。

3什麼是傳輸協議？

傳輸協議，也有時候會叫做傳輸規範，網上很多都會把它叫做傳輸标準。什麼是傳輸協議？用一種簡單的理解方法，就是數據傳輸的方法。

每當有數據到達控制器（比方說南橋吧），傳輸協議就規定着這個數據将會以怎麼樣的方法傳輸到硬盤上。比如，一次傳輸隊列中攜帶多少的數據，一次傳輸的數據大小等等。傳輸協議限定着硬盤（準确的就是硬盤控制器，常說的主控）與控制器（南橋等）如何傳輸，如何溝通，他就像交通規則一樣，規範着數據的傳輸規則。那麼哪些是傳輸協議呢？這裡列舉幾個非常常見的傳輸協議。

3.1IDE

老牌的硬盤傳輸協議，很多人經常會和PATA，ATA搞混淆，其實你搞混淆是非常可以理解的，因為連百度，Wiki都沒有能很好的定義他們之間的區别，而介于IDE早已被淘汰，我想後人也不關心他們的區分了。IDE作為非常老牌的傳輸協議，為計算機能夠更輕松的操作硬盤數據起到了非常重要的作用。但是随着計算機對速度的需求，與其配備的傳輸總線（ATA-133）以及自身的功能都太少了。也漸漸被AHCI與SATA所淘汰。

Tips：實際上，PATA的出現是因為SATA的出現，而為了防止ATA與SATA混淆，所以把ATA改名為PATA。

3.2AHCI

IDE過低的速度，以及老舊的協議，催生了AHCI傳輸協議，AHCI相比于IDE，其每次傳輸傳輸一個隊列中，攜帶32條指令，同時優化了硬盤隊列，通過NCQ技術，使硬盤能夠快速順暢的讀取數據而減少磁頭移動帶來的時間浪費。而與AHCI相匹配的SATA接口，能夠提供比ATA總線更高的傳輸速度。但是，AHCI終究是為了機械硬盤而産生的産物，随着SSD的普及，SSD的高響應速度與讀寫能力在壓榨着傳輸總線與傳輸協議的最大速度。因此而誕生了為SSD而生的新協議。

3.3NVMe

如上文所屬，為了能夠讓SSD更好的發揮速度與讀寫能力。NVMe随之産生。相比于AHCI，NVMe單次提供64*1024個請求隊列，而每個隊列達到了64*1024個請求。遠超AHCI單隊列32個請求的規模。NVMe可以說完全釋放了傳輸協議的限制，而為了能夠與傳輸協議的速度匹配，使用NVMe的設備都直接連接到了PCIE總線上。更直接的總線為NVMe設備提供絕對強大的傳輸速度。

4他們如何影響着硬盤的速度？

實際上，判斷一個硬盤的性能好壞，就是兩大基本因素。一個是持續讀寫，一個是4K讀寫。而由他們所誕生的下屬性能（比如SSD垃圾回收性能）就不一一說了。

持續讀寫毫無疑問，是壓榨傳輸總線速度的最好工具。而4K讀寫，則是壓榨傳輸協議的最好工具。道理我想大家都應該明白。持續讀寫講究吞吐量。4K讀寫講究的是請求量。我用一個簡單的例子幫助大家理解。

還是以公路的例子。而我們把公路入口的收費站當作請求。每輛車當作一個數據（比方說這個數據大小是4K）。收費站就是一個協議，協議規定一次放多少車進入。而公路就是總線，它的設計決定通過的車流量。

當測試持續讀寫的時候，就是測試這個公路最大的車流量。正常來說，收費站都是一車一杆的。但我不，我一杆走32輛車，那麼在一杆這個時間段（每一杆的時間長度是一樣的），流過的車就會非常多。就相當于一個請求裡請求了非常大的數據。那麼盡可能讓大量的車進入了公路，其走過的車流量，就是我們要測試的吞吐量，也就是持續讀寫。

而當測試4K讀寫時，我們回到原來的一杆一車的狀态。那麼一杆車過的快慢，就決定了車流量的大小。而由此得到了4K讀寫的速度。

由此我們得到的結論就是傳輸協議，限制着硬盤的4K讀寫能力，而傳輸總線限制着硬盤的持續讀寫能力。（當然啦，這是假設硬盤主控讀寫能力非常強的情況下）。

這也就是為什麼，SATA SSD的4K能力，總是突破不了10KIOPS，原因就在于AHCI傳輸協議已經達到極限了。而SATA SSD的持續讀寫能力也超過不了550MB/S，原因就是SATA3.0總線隻能提供最大6Gbps的速度（在幹擾與糾錯等各種情況綜合下，最終隻達到了550MB/S）

幾年前的高端M6S早已開始壓榨AHCI與SATA3.0的極限

5那麼誰最強？

這個毫無疑問，使用NVMe協議，并通過PCIE總線的設備無疑是最強的。

跑分狂魔960PRO輕松跑出40萬IOPS，但是離壓榨PCIE與NVMe還遠着

接口隻是一種展現形式而已。它并不會對你的速度造成絕對的影響。所以，而協議也往往與總線所挂鈎，但與接口的關系挂鈎，往往相對而言比較的松一點。

比如：

基于SATA3.0總線，我們隻能使用AHCI協議，但我們可以使用M.2接口，我們也可以使用SATA接口。得到的速度依舊是最高6Gbps（實際約550MB/s）。

而基于PCIE總線，我們隻能使用NVME協議，但我們可以使用M.2接口，也可以使用U.2接口，根據PCIE總線的寬帶，我們能獲得單向4GB/s的速度（基于PCIE3.0 X4）。

評判一個硬盤的性能，除了硬盤自身的性能以外，必不可少的當然是這些總線與協議的配合。可以說這兩個因素就是在不斷的推動對方。

而我們所處的時代，因為SSD的出現，壓榨了AHCI的請求能力與SATA的速度極限，才因此誕生了NVMe。現在時代又回到了是硬盤自身性能不足以跑滿總線的時代了。誰能知道什麼時候是下一個跳躍點呢？

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