是不是还在傻傻分不清，什么是m.2、什么是NVme，什么是AHCI，什么是SATA？

龙飞电脑工作室 · 发表于 2025-3-2 16:11:38

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兄弟们，是不是还在傻傻分不清，什么是m.2、什么是NVme，什么是AHCI，什么是SATA？那今天即到哥，就和兄弟们分享一下，这些到底是什么东西，到底有什么用？到底这些底层逻辑都是如何运行的？

解决过程

想要型清楚上面这些都是什么意思，那就必须要搞懂硬盘的计算机中工作的三大要素，这三大要素取决于硬盘的读写速度，那这三大要素是什么呢？
那就是硬盘总线、协议和接口。它们共同决定了硬盘与计算机系统之间的连接方式和传输效率。

是不是看到现在的硬盘上写着NVme，PCIe，这都是啥意思，下面我们来慢慢分析？

一、总线（Bus）：总线是计算机内部或外部设备之间传输数据的“通道”，负责在硬盘、主板、CPU等组件之间传递电信号和数据。总线就相当于是在主板上的马路，数据要在这个总线上和其它部件之间传输数据。
那我们常见的总线类型：

1.SATA（Serial ATA）

特点：串行传输，成本低，兼容性强。

速度：SATA III 最大理论带宽 6Gbps（约 600MB/s）。

应用：传统机械硬盘（HDD）和早期 SATA SSD。

SATA总线：串行ATA总线，主要用于连接硬盘和光驱等设备。SATA 3.0是目前最常见版本，理论传输速度为6Gbps。

2.PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）

PCIe 3.0 x4：32Gbps（约 4GB/s）

PCIe 4.0 x4：64Gbps（约 8GB/s）

特点：高速串行总线，支持多通道并行传输（如 PCIe 4.0 x4）。

速度：为 PCIe 总线优化，支持多队列并行操作，延迟极低。

应用：高性能 NVMe SSD。

PCIe总线：PCI Express总线，是一种高速串行总线，广泛用于显卡、固态硬盘等设备。PCIe 3.0 x4的理论速度可达32Gbps。PCIe 4.0 x4的理论速度可达64Gbps。

3.SAS（Serial Attached SCSI）

特点：企业级总线，支持双端口冗余和长距离传输。

速度：SAS-4 理论带宽 22.5Gbps（约 2.25GB/s）。

应用：服务器、数据中心的高端存储设备。

SAS这个我们暂时不多讲，因为在家庭使用中非常少，主要用于企业的中心机房服务器。

4.USB（Universal Serial Bus）

USB 3.2 Gen 2x2：20Gbps（约 2.5GB/s）

USB4（基于雷电3）：40Gbps（约 5GB/s）

特点：通用外部总线，支持热插拔。

USB4（基于雷电3）：40Gbps（约 5GB/s）特点：通用外部总线，支持热插拔。

速度：USB 3.2 Gen 2x2：20Gbps（约 2.5GB/s），USB4（基于雷电3）：40Gbps（约 5GB/s）。

应用：U盘、移动硬盘、外置 SSD。

我们主要来看一下，SATA总线和PCIE总线。现在总线看完了，那我们要再看一下协议。

二、协议（Protocol）：协议是数据传输的规则和标准，规定了数据如何在总线上传输。

那我们常见的协议类型：

1.AHCI协议：Advanced Host Controller Interface，主要用于SATA接口的硬盘和固态硬盘。AHCI为SATA总线设计，支持多队列命令，但队列深度有限。这个是我们看到过最多的。

特点：为 SATA 总线设计，兼容性强，但延迟较高。

应用：SATA SSD 和 HDD。

2.NVMe协议：Non-Volatile Memory Express，专为PCIe总线设计，充分利用了PCIe的低延迟和高带宽特性。NVMe支持多达64K队列，队列深度也高达64K，显著提升了固态硬盘的性能。

NVMe（Non-Volatile Memory Express）

特点：为 PCIe 总线优化，支持多队列并行操作，延迟极低。

速度：PCIe 4.0 x4 SSD 可达 7GB/s 以上。

应用：高性能 NVMe SSD。
3.SCSI（Small Computer System Interface）

特点：企业级协议，支持复杂命令队列和错误恢复。

应用：SAS 硬盘、企业级存储。

4.UASP（USB Attached SCSI Protocol）

特点：优化 USB 传输效率，降低 CPU 占用率。

应用：高端 USB 外置存储设备。

我们主要来看一下，AHCI协议和NVME协议。

那总线和协议也都看完了，那这时我看一下最简单的接口，因为硬盘的接口是我们肉眼可以看得到的，最直观的，所以很多人对接口也都理解。

三、接口（Interface）：接口是硬盘与主板之间的物理连接方式，决定了硬盘如何与系统通信。

常用接口类型：

1.SATA接口：基于SATA总线，使用AHCI协议，广泛应用于机械硬盘和部分固态硬盘。

形态：L 型 7 针接口（2.5 英寸硬盘）。

兼容总线：SATA。

应用：机械硬盘、SATA SSD。
2.M.2接口：新一代高性能接口，支持SATA和PCIe两种总线。M.2接口的固态硬盘可以使用AHCI或NVMe协议，其中PCIe + NVMe组合性能最高。

SATA 模式：通过 AHCI 协议。

PCIe 模式：通过 NVMe 协议。

形态：小型板卡式接口，支持多种长度（如 2242、2280）。

兼容总线：

SATA 模式：通过 AHCI 协议。

PCIe 模式：通过 NVMe 协议。

应用：NVMe SSD、轻薄本存储。

如果为客户换硬盘的时候，一定要看清楚，客户是的硬盘是什么接口，什么协议，如果拿错了，过去还换不了。
3.mSATA接口：迷你SATA接口，主要用于超薄笔记本等空间受限的设备。现在已经很少使用mstat接口作为主要接口了。

M.2 SATA SSD 使用传统的 AHCI 协议，受限于 SATA 3.0 的带宽（最高约 600 MB/s），而 NVMe 协议通过 PCIe 通道（如 PCIe 3.0 x4）可实现 3500 MB/s 以上的读写速度。

M.2 接口本身支持 PCIe 通道，但 SATA 协议无法利用这一优势，导致 M.2 SATA SSD 的性能与传统 2.5 英寸 SATA SSD 几乎相同。

主板厂商逐渐减少对 M.2 SATA 模式的支持，推动用户转向 NVMe SSD。
4.U.2接口：主要用于数据中心和高性能存储设备，支持SAS和NVMe协议。

形态：类似 SATA，但支持 PCIe 通道。

兼容总线：PCIe。

应用：企业级 NVMe SSD。

我们暂时不讲u.2接口协议。

5.PCIe 插槽：

形态：直接插入主板 PCIe 插槽（如显卡插槽）。

兼容总线：PCIe。

应用：高性能扩展卡式 SSD（如 Intel Optane）。
6.USB 接口

形态：Type-A、Type-C 等。

兼容总线：USB。

应用：外置移动硬盘。

那我们再来总结一下：

接口是物理连接方式，决定设备形态和兼容性（如 M.2 接口支持 NVMe 或 SATA 协议）。

协议是交通规则，影响传输效率和延迟（如 NVMe 比 AHCI 更快）。

总线是数据传输的“高速公路”，决定带宽上限（如 PCIe 4.0）。
SATA硬盘：使用SATA总线 + AHCI协议 + SATA接口。

高性能PCIe固态硬盘：使用PCIe总线 + NVMe协议 + M.2接口。
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SATA 模式 ➔ AHCI 协议
SATA 通道的 M.2 硬盘（如传统 SATA SSD）通过 AHCI 协议与系统通信，但受限于 SATA 带宽（最高约 600 MB/s）。
PCIe 模式 ➔ NVMe 协议
PCIe 通道的 M.2 硬盘需使用 NVMe 协议，专为高速 PCIe 设计，可充分发挥性能（如 PCIe 3.0 x4 可达 3.5 GB/s 以上）。

如何选择硬盘，选择建议：
普通用户：SATA SSD（性价比高，兼容性强）。

高性能需求：NVMe SSD（如 PCIe 4.0 x4）。

服务器/企业级：SAS 或 U.2 NVMe SSD。

便携存储：USB 3.2/4 外置 SSD。

有两个问题和兄弟们分享一下：
第1个问题：为何 PCIe 总线模式下一般不兼容 AHCI协议？
协议设计差异
AHCI 是为 SATA 设计的旧协议，其队列深度和效率无法有效利用 PCIe 的高带宽和低延迟优势。

硬件与驱动支持
主流主板和 M.2 SSD 的控制器普遍默认 PCIe + NVMe 组合，操作系统（如 Windows/Linux）对 NVMe 原生支持，无需额外驱动。

例外情况（罕见）
早期过渡方案
极少数早期 PCIe SSD（如三星 SM951 的 AHCI 版本）通过 PCIe 接口运行 AHCI 协议，但性能受限（如顺序读写约 1.5 GB/s），且逐渐被 NVMe 取代。

第二个问题：m.2硬盘接口的为什么有一个缺口和两个缺口之分？
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单缺口（B/M Key）：明确区分高性能 NVMe 和低带宽设备。

双缺口（B+M Key）：通过兼容性牺牲带宽，服务于 SATA 或旧平台用户。

误区1：双缺口硬盘性能更强。
真相：双缺口硬盘多为 SATA 或低带宽 PCIe ×2 设备，性能远低于单 M Key 的 PCIe ×4 NVMe SSD。

误区2：所有 M.2 接口都支持 NVMe。
真相：需同时满足 M Key 插槽 + NVMe 协议支持，部分旧主板仅支持 SATA 模式。

误区3：双缺口 SSD 可随意插任意 M.2 插槽。
真相：虽然物理兼容，但实际协议需与主板匹配（如 B+M Key 的 SATA SSD 插入 M Key 插槽时，需主板支持 SATA 模式）。

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