m.2接口sata总线的固态硬盘（固态硬盘接口M.2）

#创作挑战赛#

• 前言
• 1. 概述
• 2. 插槽接口详解
• 2.1 SATA 插槽接口
• 2.2 mSATA 插槽接口
• 2.3 m.2 插槽接口
• 3. 总线
• 3.1 SATA 总线
• 3.2 PCIE 总线
• 4 传输协议
• 4.1 AHCI
• 4.2 NVMe
• 5. 插槽接口/总线/传输协议的关联
• 总结与展望
• 参考文档：

前言

2006年第一款固态硬盘（简称SSD）发布，谁曾想仅用10年便颠覆了HDD王国，目前已拿下半壁江山，在笔记本领域，更是独宠SSD。

在这期间，SSD也不断革新发展。伴随着的，便有主板硬盘接口的变革，传统的SATA接口限制了SSD的发挥，发展出了各种更高效的传输接口。往事不可追，历史长河中有无数的接口，眠于长河中。滚滚长江向东流，本文关注当下， 详细分解目前市面上常见的一些接口。

原本想单独讲插槽接口的， 但在网购平台搜索SSD, 发现很多厂商将通道和协议的概念也混在接口概念中，导致大家印象中，M.2 是接口，SATA 也是接口，PCIE 也是接口， NVME 也是接口。。。傻傻分不清。所以我这里一起讲清插槽接口、总线、传输协议，一站解决大家的疑惑。

知识重点：插槽接口不影响速度，但影响电脑适配，SSD外形接口和电脑的关系，就像螺丝和螺帽关系一样。弄错了就插不上去。

1. 概述

插槽接口其实就是插槽接口外形的不同，有三种：M.2、mSATA、 SATA（插槽接口比作路基形状，像平地地形只需水泥块，河流地形需要桥梁、不同地形需要不同路基形状）

总线就是数据传输的电路（，有两种：PCIE 、SATA（总线可比作路面，PCIe 就是高速公路，SATA 是国道）

传输协议是命令和数据在主机和SSD传输过程中， 需要遵循的统一的协议，就是按照约定的规则通讯，如果没有协议，那就是鸡同鸭讲，传输协议有两种：AHCI、NVME（传输协议比作车，AHCI是货车，NVME是跑车）

2. 插槽接口详解

为方便理解，按历史出现的先后顺序说起吧。依次是SATAm， SATA、M.2， M.2 根据开口位置又分为 M.2(M key) 和 M.2 (B&M key)

2.1 SATA 插槽接口

Serial ATA（SATA）接口与并行ATA相比，SATA具有比较大的优势。

Serial ATA以连续串行的方式传送数据，可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。Serial ATA一次只会传送1位数据，这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。

Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电源、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。

SATA 插槽接口是带外壳的， 这点是和其他的显著的差别。下面是SATA 插槽图片。

SATA 连接需要连接线（如下图）。SATA插槽接口还有一个特点支持热插拔，也就是在不断电的情况下可以直接插拔（一般用户如没有必要，建议还是将电脑关机后操作哈，以免产生其他误操作损坏电脑）。

2.2 mSATA 插槽接口

mSATA接口，其实就是SATA接口的mini版，所以传输速率和SATA接口一致，近期生产的电脑预留的msata接口通常都是3.0标准的，也就是6Gbps规格的。mSATA接口的出现主要是为了当时流行的超薄笔记本设计的，因为体积小，所以节省空间。

不过mSATA 天生继承了 SATA 的瓶颈，速度很容易达到天花板。而且因为体积小，无法扩充更多的闪存颗粒，这样容量也限制了。而且闪存颗粒越少， 可以并行的IO操作也变少，速度提不上去。因为诸如此类的原因， mSATA 发展并不好，很快被后来的 M.2 所取代。

图中看出 mSata 不同于 Sata 的是， mSATA 没有 SATA 哪样的外壳， 体积也非常下。

2.3 M.2 插槽接口

现在电脑很多都预留M.2接口了。

M.2是一个插槽，从技术上讲是mSATA标准的替代品。M.2 可以与SATA SSD 连接，也可以与 PCIE SSD 连接，甚至与USB 3.0接口。所以即便都是支持 M.2 插槽的SSD, 支持的总线也可能不一样，可能是SATA, 也可能是PCIE, 需要问清楚。

尽管M.2标准为所有卡使用相同的22毫米宽插槽，但不一定是完全相同的插槽。 由于M.2设计用于多种不同类型的设备，因此它具有一些令人沮丧的外观相似的端口。M.2 根据开口形状分为： B key 形状， M key 形状， B & M key 形状。

M.2 宽带都是22毫米，还存在不同长度的形状。对于台式机，长度通常不是问题，对应笔记本，请检查主板物理空间够不够。

M.2 2242： 22毫米宽乘42毫米长。

M.2 2260： 22毫米宽乘60毫米长。

M.2 2280： 22毫米宽乘80毫米长。

• B键：在卡的右侧(主机控制器的左侧)使用一个间隙，间隙的右侧有六个插针。 此配置支持PCIe x2总线连接。
• M键：在卡的左侧(主机控制器的右侧)使用一个间隙，间隙的左侧有五个引脚。 此配置支持PCIe x4总线连接，使数据吞吐量提高一倍。
• B M键：使用上述两个间隙，在卡的左侧有五个销，在右侧有六个销。 由于物理设计的原因，B M钥匙卡仅限于PCIe x2速度。

M.2接口可以走：

• SATA总线 AHCI协议
• PCIe总线 AHCI协议
• PCIe总线 NVMe协议

扩展阅读 [m.2槽分类_什么是M.2扩展槽，如何使用？]

3. 总线3.1 SATA 总线

SATA是一种基于行业标准的串行硬件驱动器总线，以连续串行的方式传输数据，支持热插拔，主要用于SATA主机与大容量存储设备之间的数据传输。目前，SATA一共发展了三代，分别为SATA1、SATA2和SATA3，向后兼容，每一代SATA具有相应的传输功能定义，并且它们的传输速率也不尽相同。SATA1的传输速率只有150MB/s，SATA2扩展为300MB/s，SATA3将端口的传输速率提升至600 MB/s， 这也是SATA 的天花板速度。SATA 自 SATA3 之后便一直没有发展过， 看起来这个总线技术也停滞了。

但因为 600MB/s 的速度，对个人用户而言并不会感觉到慢，所以现在市场上很多还都是 SATA 总线的SSD。 毕竟瓶颈在网速那，存储速度不是问题。

3.2 PCIE 总线

SATA 是串行总线， PCIE 是高级串行总线。 高级在哪里， 快！ 快的飞起。PCIE 一直以每两年更新一次标准，每次新标准的速度是前一次的两倍。目前最新的是PCIE 5.0, 速度参考下面表格。

扩展阅读 [固态硬盘： PCIE 相对 SATA 的 4 大优势详解]

4 传输协议4.1 AHCI

AHCI（Serial ATA Advanced Host Controller Interface）串行ATA高级主控接口/高级主机控制器接口。

现在所用的SATA接口与AHCI标准其实是为高延时的机械硬盘而设计的，目前主流SSD依然继续使用它们，早期SSD性能不高时可能还不觉得有什么问题，但是随着SSD的性能逐渐增强，这些标准已经成为限制SSD的一大瓶颈，专为机械硬盘而设计的AHCI标准并不太适合低延时的SSD。

4.2 NVME

NVMe其实与AHCI一样都是逻辑设备接口标准。不同于AHCI，NVMe是使用PCI-E通道的SSD一种规范，NVMe的设计之初就有充分利用到PCI-E SSD的低延时以及并行性，还有当代处理器、平台与应用的并行性。SSD的并行性可以充分被主机的硬件与软件充分利用，相比与现在的AHCI标准，NVMe标准可以带来多方面的性能提升。

NVMe的优势：

1. 低延时。
2. IPOS大增
3. 功耗更低
4. 驱动适用性更广

AHCI 的 Command 需要通过南桥才能和CPU 沟通, 而 NVME 可通过 PCIE 直接与 CPU 沟通, 从硬件传输上效率更高.

下图总结AHCI 和 NVMe主要差异点, 一目了然.

5. 插槽接口/总线/传输协议的关联

SATA 插槽搭配：

• SATA总线 AHCI协议，这是普通的SATA3， 速度大约550MB/s；

mSATA 插槽搭配：

• SATA总线 AHCI协议，这是普通的SATA3， 速度大约550MB/s；

M.2 插槽搭配：

• SATA总线 AHCI协议，此时相当于普通的SATA3速度大约550MB/s；
• PCIe总线 AHCI协议，这种较少，代表的有三星SM951，速度1GB/s；
• PCIe总线 NVMe协议，这种是最快的组合，新出的高端 PCIE5.0*4是 16GB/s。

“PCIe接口 NVMe协议”是最佳性能组合，将成为主流选择。想了解为什么可阅读下面这篇文章。扩展阅读 [固态硬盘：你懂 PCIE 和 NVME是如何相依相恋?]

在消费级领域（个人电脑、平板），虽然SATA 3.0 速度远远低于 PCIE5.0 速度, SATA3.0 接口规格已经推出有很多年，但“廉颇岁老，尚善饭否”。大多数用户对SSD性能的要求谈不上极端苛刻，而且还要考虑选购时的性价比因素，因此SATA 3.0接口在很长一段时间内都将是主流大众的选择。

总结与展望

M.2 会作为主流的电脑接口， 连接SSD. 提醒选M.2 SSD注意三点：

1. 总线
2. SSD 长度
3. 开口方向这听起来有点烦人，建议可以把电脑型号发给客服确认，也可以在评论区留言给我。专业的人做专业的事情，我看到会帮你参谋。

如果追求速度与激情，可以选高端搭配： M.2槽接口 PCIe总线 NVMe协议是最完美的性能组合。

如何不是特别在意性能，更在于性价比的话， 可以选入门级搭配： M.2槽接口 SATA总线 AHCI协议。

如果你是土豪， 就当我啥也没事。只要选最贵的就好。

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参考文档：

NVMe和AHCI模式的区别

什么是 MSATA 接口固态硬盘

m.2槽分类_什么是M.2扩展槽，如何使用？

笔记本固态硬盘选型（总线、接口、协议、SATA、PCIe、AHCI、NVMe、M.2、NGFF)

PCIe总线的基础知识

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