硬件科普系列之硬盘——总线、协议、接口和固态硬盘篇
前言
上一期我们讲述了一些关于机械硬盘和固态硬盘的前置知识，包括内存和硬盘的区别，硬盘的物理尺寸等。由于目前市面上使用的硬盘种类繁多，M.2、NGFF、PCIe、NVMe这些专业名词搞得人眼花缭乱。要弄清楚这些概念，区分一块硬盘真正的性能，就要从决定一块硬盘速度的三个要素——总线、协议和接口讲起。
一、总线、协议和接口
1.总线
总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。总线是一种内部结构，它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。
总线有一定的承载能力上限，我们把总线在单位时间内传输的数据量称为总线的带宽。常见的三种总线及其理论最大带宽如下表所示：
| 总线名称 | 应用场合 | 传输速率 | 说明 |
|---|---|---|---|
| SATA总线 | 民用 | 600MB/s | 目前SATA总线的版本为SATA3.0 |
| PCIe总线 | 民用 | 见下表 | 目前PCIe总线的版本为PCIe3.0和PCIe4.0 |
| SAS总线 | 服务器 | 1.2GB/s | 主要用于服务器硬盘，消费级市场不常见 |
由于PCIe总线目前正处于从PCIe3.0向PCIe4.0过渡期，且PCIe总线的规格存在差别，因此PCIe总线的传输速率由下表给出：
| PCIe总线版本 | 插槽长度 | 传输速率 |
| PCIe3.0 | x1 | 984.6MB/s |
| x4 | 3.938GB/s | |
| x8 | 7.877GB/s | |
| x16 | 15.754GB/s | |
| PCIe4.0 | x1 | 1.969GB/s |
| x4 | 7.877GB/s | |
| x8 | 15.754GB/s | |
| x16 | 31.508GB/s |
要注意的是总线的传输速率是理论最大值，实际上，一款固态硬盘的真正传输速率还收到固态硬盘本身的用料、主控等影响。
2.协议
协议是物理设备之间进行通信时的“规则"，其内容主要包括设备间如何相互识别、如何建立链接、使用的讯号类型、数据的编码解码方式、数据传输的类型、数据传 输的方式以及物理层面上的电压、电流、保持时间和截止时间等。
只有当两个设备之间的协议相同或者相容时，才可以正常进行通讯。不同协议能够支持的最大传输速率也不同。
目前市场上硬盘所使用的的协议主要有四种，如下表所示：
| 协议名称 | 应用场合 | 说明 |
|---|---|---|
| IDE | 民用 | 早期硬盘所使用的协议，目前基本见不到了 |
| AHCI | 民用 | 机械硬盘、SATA固态硬盘和极少数PCIe固态硬盘使用此协议 |
| NVMe | 民用 | 目前主流的PCIe固态硬盘使用此协议，也是消费级市场上最常见的 |
| SCSI | 服务器 | 常见于企业级固态硬盘，消费级市场不常见 |
3.接口
相对于前面较难理解的总线与协议，接口顾名思义，就是硬盘与主板连接的物理接口。目前硬盘接口种类较多，在这里比较主要的三种分别为SATA接口、M.2接口和U.2接口，其他接口类型仅做了解即可。各种接口及其规格由下表给出：
| 接口名称 | 规格 | 说明 |
|---|---|---|
| SATA |  | 目前消费级市场上的3.5英寸和2.5英寸机械硬盘以及SATA固态均为此接口 |
| mSATA |  | 早期笔记本中为了节省空间常用此接口，除接口形式外与SATA接口无区别 |
| M.2（NGFF） |  | 目前消费级市场上的固态硬盘大多为此接口，其中B-key接口支持SATA总线和PCIe x2总线，M-key接口支持SATA总线和PCIe x4总线 |
| PCIe |  | PCIe既可以作为总线，也可以作为接口存在，直接在主板的PCIe插槽上使用的固态硬盘使用PCIe总线，NVMe协议。 |
| U.2 |  | 常用于服务器和高端的HEDT平台，常见于高端的企业级固态上 |
| SAS |  | 强化版的SATA接口，支持速率更高的SAS总线，同时向下兼容SATA硬盘；特点是可以一分多，适合多硬盘的服务器机柜内使用。 |
二、硬盘实战篇
在上一部分了解了硬盘的总线、协议和接口后，我们会发现其实日常很多对于硬盘的分类都存在模糊说法和约定俗成，比如我们常说的“SATA机械硬盘”实际上指的是使用SATA总线，AHCI协议，SATA接口的机械硬盘，再比如今年新款笔记本内预装的“高端PCIe4.0固态硬盘”实际上指的是使用PCIe4.0 x4总线，NVMe协议，M.2 M-key接口的固态硬盘。
说了这么大一堆和念经一样的话，实际上对于普通消费者来说，我们只要从下面几个维度来关注即可。
1.能不能插上
购买一块硬盘，最基础的要求肯定是能用，如果接口都买不对，那么划不划算，好不好用也就无从谈起了。抛开企业级硬盘不谈，普通电脑使用者能够接触到的接口说到底也就只有SATA接口、M.2接口和PCIe接口三种，其中PCIe接口基本上只有台式机主板上才会预留，如果你是笔记本要加硬盘，则根本不需要考虑。
SATA接口在笔记本追求极致轻薄的今天，基本上也只有万年抱着蓝天模具不放的神舟会给你预留了，不过这倒也不是一件坏事，毕竟日常使用场景下SATA固态已经能应付大多数的情况了，我们也没有必要加钱去追求更快的速度，因此神舟多给消费者一种选择还是要点个赞的，虽然这可能会牺牲笔记本的便携性。
对于笔记本选购硬盘而言，首先第一件事是查清楚自己的机子有没有预留相应的接口和空间供我们加装固态硬盘，对于预留了M.2接口的情况，则需要搞清楚这个接口支持的协议，虽然可能大多数情况下都是支持NVMe协议和SATA协议的，不过也不排除有些老电脑只支持SATA协议或者某些机型阉割了SATA协议，仅支持NVMe协议。
在搞清楚这些问题以后，仔细看商品描述，不会的问问客服，总是可以买到适合自己的硬盘的。
2.好不好用
加装硬盘，解决的实际上是我们的存储空间不足的问题。因此购买时选择什么样的硬盘还应取决于自己的应用场景，在这里举几个常见的例子。
家里的老电脑需要升级：老电脑主板上基本都是SATA接口，且自带的硬盘基本上是机械硬盘，因此直接买一块SATA接口的固态硬盘即可享受飞一样的感觉。
为笔记本加装仓库盘：在这种情况下，如果你的笔记本预留了SATA位，而且日常应用时对于速度要求没那么高，那么便宜量大的SATA固态同样是你最好的选择。如果笔记本上只预留了M.2接口，那么了解一下这个接口支持的是PCIe4.0总线还是PCIe3.0总线（前者可以向下兼容），然后综合考虑自己的预算即可，毕竟不管我们再怎么精打细算，价格还是决定品质的最重要因素。
3.划不划算
在前两个维度不出问题的情况下，这个方面其实就看个人收集信息的能力了，多了解市场情况，或者找几个了解这方面知识的朋友问一问，相信你一定可以买到心仪的硬盘！