硬盘的总线协议与接口

总线

计算机内部有很多的电子元件，他们之间会有数据交互和传输的需求，此时就需要一条路径，这条路径就是总线。这条路的传输性能由总线类型、协议类型和硬件性能共同决定，即总线带宽，如500M/s。

目前总线类型三种，SATA、PCIE、SAS。

协议

即通讯两端使用的通信标准，只有协议一致或者相容才能进行通信，协议规定了诸多要求，如对象验证、连接连接过程、编解码方式、传输类型等。

硬盘的通讯协议常用有四种，IDE、AHCI、NVME、SCSI，目前IDE已经淘汰。

接口

即硬盘的接口，不同的接口对应的总线和协议是不一样的，三者关系如下：

※PCIE总线下不同接口的硬盘可通过转接卡/转接线转换使用，如M.2硬盘可通过转接线插到PCIE接口上。

传输速率

我们日常说的硬盘速率，一般指的是它的传输速度，它有一个基于总线的理论值，实际值在硬盘的不同设计、用料等会存在损耗，低于理论值。

SATA

目前主流的为SATA3.0，理论带宽6Gbps，传输速度600MB/s。

PCIE

目前主流的是PCIE3.0和4.0，PCIE带宽和通讯接口数（金手指）数量有关系，可以理解为PCIE卡槽长度，如PCI X1、PCIEX2、PCI X4、PCI X8、PCI X16，我们常见的家用显卡一般就是PCIE X16长度。

PCIE3.0，理论带宽8Gbps，PCI X1传输速度984.6MB/s、PCI X4传输速度3.939GB/s、PCI X8传输速度7.877GB/s、PCI X6传输速度15.754GB/s。

PCIE4.0，理论带宽16Gbps，PCI X1传输速度1.969GB/s、PCI X4传输速度7.877GB/s、PCI X8传输速度15.754GB/s、PCI X6传输速度31.508GB/s。

SAS

目前主流的为SAS3.0，理论带宽12Gbps，传输速度1.2GB/s。

主流接口硬盘科普

SATA接口硬盘

目前主流的3.5和2.5寸的机械硬盘以及2.5寸固态硬盘均使用SATA接口，使用SATA总线，AHCI协议。

由于协议限制，目前主流的SATA硬盘的速率最高只能到550MB/s。

mSATA接口硬盘

早年m.2还未普及开来，个人笔记本上使用mSATA较多，主要特点是体积小巧，速率依旧是在SATA协议限制之下，目前已经很少见到。

SATA Express接口硬盘

已淘汰

M.2接口硬盘

M.2别称NGFF，可以使用AHCI、NVME协议和SATA、PCIE总线，但目前主流的M.2接口硬盘还是使用PCIE总线和NVME协议，也有使用AHCI总线的SATA协议盘，但速率还是取决于总线带宽。

虽然M.2分多种协议和总线，但是实际使用还得参考主板是否持。

PCIE接口硬盘

PCIE接口使用PCIE总线，使用NVME和SCSI协议，但目前主流的还是NVME协议，SCSI协议基本见不到。

PCIE既可以作为总线，也可以直接以接口的方式提供扩展插槽，如日常的显卡、PCIE插槽的固态硬盘、网卡、各类转接卡。

SAS接口硬盘

SAS接口硬盘在服务器应用较多，在SATA基础上改进而来，可以理解为SATA的强化版本，使用SAS总线，SCSI协议，SAS接口可以兼容SATA硬盘，此时使用SATA总线，AHCI协议。

※：SATA盘可以在SAS接口上用，但SAS盘不能在SATA接口上用。

U.2硬盘

U.2硬盘也是在服务器和高端存储使用较多，U.2接口在SAS接口继续改进而来，可以兼容SAS盘和SATA盘。本身使用SAS总线和SCSI协议，接SATA硬盘就使用SATA总线，AHCI协，此外还添加了PCIE总线和NVME协议的兼容，可以根据实际通过转接线连接其他硬盘。

感谢：硬件茶谈-详解硬盘的总线协议与接口

2023.3.18更新

随着去年12月intel第四代至强服务器的发布，新增了PCIE5.0的支持，相比PCIE4.0速度又翻倍了。现在服务器厂家也跟进配置新型服务器，企业级硬盘也有了接口，比如E1.S和E3.S，使用PCIE5.0协议，尺寸更小存储密度更高散热也更优秀。