硬盘的总类于接口划分

1.      硬盘的种类与接口划分

　　前言：作为存储研发人员，少不了数据的处理，硬盘作为存储数据的主要介质，是我们必须要深入了解的。下面介绍几个硬盘的基础概念。

1.1.     种类

　　硬盘有固态硬盘(SSD)、机械硬盘(HDD )、混合硬盘(HHD 一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘);SSD采用闪存颗粒来储存，HDD采用磁性碟片来储存，混合硬盘是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。

　　一般来说机械硬盘的读写速度在60 ~ 170MB/s之间，而固态硬盘的速度最高可达540MB/s左右。　　

　　机械硬盘的功耗及发热量远大于固态硬盘，因为固态硬盘采取的一般都是MLC颗粒，所以功耗低，并且具备极低功耗待机功能。而机械硬盘需要磁头读取数据，就需要磁盘转动起来，最高7200RPM转速，自然会产生大量热。电脑运动一段时间后，用手也可以明显感受到。

因为固态硬盘采取的颗粒存储，焊接在主板上，只要不是暴力破坏，摔坏的可能性比较小。而机械盘内部有高速磁头，运行时需要磁盘高速转动，就必须留有一定的空隙，所以一旦跌落，很容易使磁头震荡，造成磁头损坏或磁盘刮花，导致硬盘损坏。

机械硬盘在删除文件的时候只是删除了文件索引，具体的文件还存在磁盘上，所以通过一些数据恢复软件还能找回大部分数据。而固态硬盘是先清除原有的数据才能将新数据写入硬盘，无论是删除文件还是格式化，TRIM指令都会清空数据及索引，这样的优点就是能使固态硬盘相当于全新状态，性能不可能下降，所以，固态硬盘文件一旦删除，找回的可能性几乎为0。

固态硬盘的寿命是按读写次数算的，一般在10万次左右。而机械硬盘的寿命则是按小时计算的，一般在3-5万小时左右。两者很难比较，但如果是长期存放数据，那么机械硬盘则优于固态硬盘。

1.2.     厂商

目前各个公司使用的硬盘，主要也是几大主流厂商生产的，主要如下：

希捷(Seagate)

西部数据(Western Digital)--西数

日立(HITACHI)

Toshiba(TOSHIBA)

三星(Samsung)、

1.3.     物理接口、通道和协议

描述了以上这么多的概念，似乎还有一些模糊，那么我们将问题升级一下，从三个层面去分析这个问题：物理接口、通道和协议

1.3.1.     物理接口

　　专门跑PCI-E的物理接口：

目前市面上主流服务器使用的是PCIE3.0以及PCIE4.0的接口，在2019年推出了PCIE5.0的接口

　　专门跑SATA的接口

M.2接口:

　　具体是支持PCIE接口还是SATA接口，需要看主板或者硬盘的支持情况

　　U.2接口:

 

1.3.2.     通道

PCI-E通道：速率丰富，适合各种不同速率要求的硬件，上至显卡，下至声卡，最新推出标准如PCI-E 5.0，同一标准下，可通过物理接口划分不同速率，如PCI-E X1,X4,X8,X16,X32,速率依次上升。

STAT 通道：以前用于接硬盘，光驱

SAS通道：企业级别硬盘用的通道

FC通道：光纤通道

1.3.3.     协议

IDE协议：机械硬盘时代，用于数据操作，传输的协议

AHCI协议：仍然是机械硬盘时代的主流数据传输协议，例如使用STAT通道。优化后的，效率相比IDE提升10-30%

NVMe协议: 由于机械硬盘和固态硬盘的工作模式发生巨大变化，需要一种全新的针对固态的传输层协议，NVMe因运而生，据说就是很牛皮呐，各种新特性，设计是跑在PCI-E通道上的。当然固态硬盘也是可以在AHCI协议上正常工作的。总之NVMe是个牛皮的东西，像在数据中心，据查有个NVMe控制器可以充分利用各个服务器自带的硬盘，实现统一编排，共享存储，废盘利用。

1.4.       区分sata、sas和nvme

日常工作中，我们经常称呼某一个盘是sas盘，sata盘或者nvme盘

1.4.1.     sas接口

sas接口也就是串行的SCSI接口；接口的示意图如下所示：

1.4.2.     sata接口

sata是串行的ata接口，是将主机总线适配器连接到大容量存储设备的计算机总线接口

SATA标准可以看作是SAS标准的一个子集，SAS可以兼容SATA，但是SATA不能兼容SAS

更详细的对比信息，可以查看博客：https://blog.csdn.net/w892824196/article/details/106477010

为了快速的区分sas和sata，可以直接看接口，有豁口的就是SATA，没有豁口的就是SAS

1.4.3.     Nvme

除了上述的两个接口，还有的就是与pcie接口相对应的nvme接口。

将pcie与sata看作是物理层，NVME与AHCI就是协议层。nvme硬盘，实际就是连接在pcie接口上的硬盘

我们常说的固态硬盘（SSD）的接口有标准SATA接口、U.2接口（SFF-8639）、PCIe接口以及的M.2接口等。注意，这里说的接口是指物理上可见的端口形态，表征的是物理连接方式。即FormFactor

  对比三种接口的区别：

  上图从上到下，依次是U.2、SAS和SATA的接口。

在物理层上，SAS与SATA的接口可以直接兼容，但是在协议层上，SATA是SAS的子协议，SAS兼容SATA，但是SATA部兼容SAS

由于针脚不一样，U.2的硬盘，不能使用在SAS或者SATA的接口上

区分AHCI与NVME的区别，如下

　　描述到这里，开始出现了新的概念，SATA，U.2、M.2和AIC接口，下面区分SSD和HDD硬盘，阐明不同的接口。

1.4.4.     固态硬盘的接口

目前固态硬盘的传输通道分为PCIE和SATA两种，按照接口的形式，可以划分为SATA、M.2、U.2和AIC等几种外观:

sata：sata接口，是最常见的接口，但是对于SATA3.0的接口，传输速率仅能做到600MB/s

m.2:：为了解决sata接口，带宽有限的限制，可以使用pcie接口。但是pcie接口的体积又太大，m.2实际上是pcie的缩小变形，可以理解为形状是m.2，但是数据传输通道是PCIE

以aigo固态硬盘P3000为例，采用全新PCIe3.0四通道高速接口，读写速度可达3300MB/s、2900MB/s，相较于SATA3.0的S500读写速度翻了数倍。

u.2：实际上U.2接口与M.2接口别无二致，不同的是U.2接口具备高速低延迟低功耗的特点，且U.2接口的固态硬盘体积较大，规格为2.5英寸。目前主要用于服务器的接口，一些发烧友玩家会选配转接卡或转接线，连接到家用主机上，这样速度快，传输稳定。

Aic：AIC形态的SSD具有原生PCIe接口，性能更高但成本也很高，现在主要用于服务器及台式机电脑，可直连在消费级主板PCIe插槽上，同时颇受对主机性能要求很高的游戏玩家青睐。

1.4.5.     机械硬盘的接口

IDE接口：

 　　SCSI接口：

 　　SATA接口：

SAS接口

光纤通道：

1.4.6.     区分nvme协议的使用场景

对于nvme协议，它最早仅仅是在SSD硬盘上使用的，目前市面上的硬盘，我们也可以认为，nvme仅支持SSD硬盘。

1.5.     主机侧的接口

在上面的章节分析了物理层的接口:

一般的服务器上，接口下面都有sata或者sas的标记。

除了上面的标记，还有的内容就是主板上的U.2接口，如下：

对于LSI卡的接口线，上面就是有两个U.2的接口，通过下面的线连接expander：

 　　这种接口在LSI卡的规格中，可以连接SAS、SATA和NVME三种盘，这种接口叫做sff8643，也被称为U.2，或者直接被称为miniSAS HD