一文理清关于硬盘特别容易混淆的几个概念：接口、协议、总线

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昨天听到了一位实习生A与同事B的对话——
* `6 J: W! |0 ?5 Z' R4 q# LA（手里拿着一块U2盘）：这是2.5寸盘吗？B（踌躇了半天）：是2.5寸NVMe盘，和2.5寸SSD有区别。
# t( N; x" o* V- w1 p+ q2 A. CA：NVMe盘不是SSD吗？B：也算是SSD，只不过2.5寸SSD是SATA协议，NVMe盘是PCIE协议。
B的回答，不能说有多大的错误，只是不够准确，语义模糊，对硬盘不了解的人很容易被绕迷糊。本着严谨的态度，我们就来说说硬盘这几个极易混淆的概念。
一、硬盘的接口、协议和总线分别是什么？我们必须要先搞清楚几个概念。
1、硬盘的接口释义：硬盘与硬盘线、硬盘背板、转接卡之间用于物理连接的连接器。这个连接器的形状、材质、电气性能、每针引脚信号的定义都有其标准规范。
常见的接口有：SATA接口、SAS接口、mSATA接口，M.2接口，U.2接口、PCIE接口。

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6 f7 j+ k5 v2 e5 |( e! v9 b当然啦，更严谨一点说，每种接口都要分“插口”和“插座”，以M.2举例： 有的存储介质可以直接插在主板上，例如M.2接口的SSD；有的存储介质需要通过硬盘线/硬盘背板转接到主板上，例如SATA接口的SSD/HDD。其实还有一些比较小众或者被淘汰的硬盘类型，如IDE并口硬盘，E1.S接口硬盘，这里就不多做介绍了。
" b5 n/ o0 x5 l! c2、硬盘的协议释义：准确地说，这里指的是硬盘的传输协议，它定义了硬盘与计算机系统的通信方式和传输规则。常见的传输协议有：SATA协议、SAS协议、NVMe协议。SATA协议：是一种高速串行接口协议。这里需要特别说明一下，“SATA”其实是一套完整的接口+物理层+总线的标准规范，它专门的控制协议是AHCI（AHCI是Intel指定的技术标准，它定义了软件与SATA设备之间通信的硬件机制），只不过为了方便记，日常口语我们把SATA设备的协议称为SATA协议。
: v! |% Z" R- [4 d+ B" bSAS协议：是一种点对点的串行SCSI技术，大多数情况下兼容SATA设备（SATA=Serial ATA，本来就是一种串行连接方式），常用于企业级存储，传输速率更快，可靠性更高。NVMe协议：专为高性能闪存存储设计的通信协议，在PCIE总线上运行，是这三种协议里最能发挥SSD性能的。
3、硬盘的总线释义：总线是计算机系统中连接各个硬件的数据传输通道，那么与硬盘相关的总线就是连接硬盘（及控制器）与CPU、内存等组件的数据传输通道。常见的硬盘总线有SATA总线，SAS总线，PCIE总线，
- m$ V0 `. s4 F我们找个实际的产品，如下面的长城M.2 SSD，虽然都是M.2接口，但一个通过PCIE总线直连到CPU上，另一个通过SATA控制器连接到PCH上，再通过PCH与CPU通信。 在实际选型时，如果你闹不清主板上的M.2接口到底是SATA协议还是NVMe协议，如何选M.2 SSD，那就看下面的图就好了，适用于绝大多数情况——主板的M.2接口上，可以插1个缺口的，必定是NVMe协议，可以插2个缺口的，肯定支持SATA协议，并且多数情况下同时支持NVMe协议。

二、硬盘接口、协议、总线之间的关系
接口：高速公路只让大货和轿车进；城市道路只能走轿车和三轮。
- P' a+ {$ x+ F+ u2 y协议：高速公路规定了，限速80~120km/h，超速罚款；城市道路的规则更多一些，到了路口需要等红绿灯，不许压黄线掉头，临近路口不许压实线变道。
总线：高速公路是路，城市道路也是路，同样的，国道、乡镇公路、乡村土路也是路。这张图告诉我们： 三、多图流：常见硬盘   


$ O5 o& _; ~0 Q: b解释几个常见误区
& _) H, _$ k2 F- e1、M.2接口一定是NVMe？从上文得知，M.2接口的SSD分为SATA协议的SSD和NVMe协议的SSD，在选用时需要看清主板的M.2接口支持哪种。
2 k7 I" k. @: D% Y( W$ c6 b2、NVMe SSD这么多优点，岂不是无敌了？NVMe SSD延迟低、速度快，作为硬盘本身来讲，的确很nice，但是也分使用场景。因为NVMe协议走的是PCIE总线，会占用CPU的PCIE带宽，像PC、工作站、通用服务器这种对带宽需求不高的不太明显，但是对于GPU服务器来说，如果既要支持多卡GPU和网卡，又要很多个NVMe盘，那整系统的PCIE资源就会紧张，要不就增加扩展芯片（增加成本），要不就要在NVMe盘和GPU之间做出取舍。
3、作为NVMe盘来讲，PCIE代系是越高越好吗？理论上，PCIE5.0 x4的NVMe盘肯定比PCIE4.0 x4的NVMe盘要快，但在实际应用中，也要考虑服务器的PCIE slot或者M.2 slot支持PCIE哪个代系，比如主板的M.2 slot是PCIE3.0的，你买PCIE5.0的M.2 SSD也快不了。
4、好多服务器都写着支持“xx个 SATA/SAS硬盘”，所以SATA和SAS是互相兼容的，对吗？SAS插座兼容SATA硬盘（协议和接口都兼容），而SATA接口是不支持SAS硬盘的（下图第一个连接器是SAS插座，第二个连接器是SATA插座，SATA插座中间有个隔断，SAS硬盘插不进去）。5、只要接口能对上，就肯定能用吗？以U.2 SSD和U.3 SSD举例。这俩接口一致，U.3 SSD可以插在U.2插座上，但不一定能用。因为U.3 SSD有SATA、SAS、NVMe三种，而U.2就NVMe一种，你找个U.3 SATA SSD插在U.2插座上是不识别的。

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