固态硬盘及固态硬盘盒选购指南之理论基础
所属分类：Csbase | 发布于 2023-06-22 23:12:56
考虑给嘎嘎香的Mac Studio m2乞丐版外接一块固态硬盘，在一番研究之后发现外接固态硬盘原来有这么多的门道，这篇来讲讲一讲理论基础。
这块知识设计SATA、PCIE、m.2、nvme、usb3.0、usb3.1、usb3.2、usb4.0、雷电3、雷电4，咋一样好多东西呀，而且概念相近，好难理解呀，这篇文章我们就拆解一番。
硬盘直连主机
为了简单起见，先从最简单的硬盘直连主机讲起，这里画了一张图：
这里可以看到，硬盘通过线缆或者直接插入的方式连接到电脑的主板上，主板和硬盘这两个物理物件连接需要满足连个条件：
1、物理接口
2、通信协议
目前电脑上一般使用这两种接口规范
sata：Serial Advanced Technology Attachment，串行ATA规范，采用串行连接方式，SATA3.0最大带宽是6GB/s。
pcie：高速串行总线接口。
PCIE是一种高速串行总线接口，用于连接主板和外部设备，如显卡、固态硬盘等。PCIE的版本越高，其带宽和速度就越快，能够提供更好的性能和兼容性。
有两种PCIE版本，分别是PCIE3.0和PCIE4.0
PCIE3.0的速率是8GT/s，而PCIE4.0的速率是16GT/s。也就是说，PCIE4.0的单通道速度是PCIE3.0的两倍。如果两者都使用相同数量的通道，那么PCIE4.0的带宽就是PCIE3.0的两倍。
例如，如果使用16个通道（即x16），那么PCIE3.0的带宽就是8GT/s x 16 / 8 = 16GB/s，而PCIE4.0的带宽就是16GT/s x 16 / 8 = 32GB/s。
硬盘要想插在主板上，那么物理接口一定要对应，不然插不进去。
SATA接口对应的硬盘的物理接口是SATA
PCIE接口对应的硬盘的物理接口是m.2
现在解决了硬盘盒主板相连接的问题，那么它们之间还需要进行通信，也就是数据传输，这就涉及到传输协议。
SATA接口使用sata协议进行传输
m.2接口一般使用nvme协议进行传输
物理接口解决了，传输协议也解决了，就可以开开心心的选硬盘了。
硬盘选择
硬盘的选择先是硬盘接口的选择，这个也没什么好讲的，选什么样的硬盘，根据自己电脑上的接口来。
硬盘的分类
- 机械硬盘：价格便宜，速度较慢，体积较大
- 固态硬盘：价格稍贵，速度较快，种类繁多
对于sata接口的硬盘，一般是机械硬盘，对个人用户来说最常见的是2.5寸的那种。
对于m.2接口硬盘，一般是固态硬盘，这里又分为两类，走nvme协议的m.2固态硬盘，和走sata协议的m.2固态硬盘，虽然这两种都是m.2接口，但是接口的形态不一样，见下图：
硬盘的速率
通过硬盘盒外接硬盘
终于到了最复杂的环节了，先上图：
硬盘通过硬盘盒连接到电脑的usb接口上，这里比上面多了两个东西，一个是电脑上的usb接口，另外一个是硬盘盒。
电脑上的usb接口又五花八门，有的标usb3.0，usb3.1，usb3.2，usb4.0，还有的标注雷电3，雷电4，那么他们到底有什么区别呢？usb和雷电到底是什么关系？
先说结论，usb1.0，usb2.0，usb3.0， usb3.1，usb3.2，usb4.0，雷电3，雷电4都是usb的传输协议。
是不是有点熟悉了，传输协议，参照我们上面讲到的物理接口和传输协议，我们来讲一讲usb。
USB是Universal Serial Bus的缩写，是一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范。
USB物理接口类型：目前主流的USB物理接口类型有
- USB（Type）系列
- Mini系列和
- Micro系列
其中USB系列的USB-A和USB-C，常说的type-c就是USB-TYPE-C。
USB传输协议：
USB1.0，USB2.0，USB3.0，USB3.1，USB3.2，USB4.0，雷电2，雷电3，雷电4
USB-IF公布了最新的USB命名规范，原来的USB3.0和USB3.1将不再被使用，所有USB3.0标准都将被叫做USB3.2，考虑到兼容性，USB3.0、USB3.1、USB3.2分别被叫做USB3.2 Gen1、USB3.2 Gen2、USB3.2 Gen2x2.
整理一下新版命名规则及速率：
USB 1.0： 最大传输带宽1.5Mbps
USB 1.1：最大传输带宽12Mbps，即1.5MB/s
USB 2.0：最大传输带宽480Mbps。即60MB/s。
USB 3.2 Gen1：原USB3.0，也是原来的USB 3.1 Gen1，最大传输带宽5Gbps，实际只能使用80%，即500MB/s
USB 3.2 Gen2：原USB3.1，也是原来的USB 3.1 Gen2，最大传输带宽10Gbps，实际只能使用80%，级1GB/s
USB 3.2 Gen2x2：原USB3.2，最大传输带宽20Gbps，即2.5GB/s
USB 4 Gen2x2：最大传输带宽20Gbps，即2.5GB/s
USB 4 Gen3x2：最大传输带宽40Gbps，即5GB/s
见图：
再来说说雷电
1、雷电3和雷电4和usb3、usb4外观上看起来一样，都是使用type-c接口
2、雷电3和雷电4传输速率都是40Gbps，区别在于，雷电3给视频画面传输预留了18Gbps的带宽，视频画面值为的数据传输只剩下22Gbps，而且这个带宽划分是固定的。意思是如果没有传输视频画面，比如只接了一组硬盘，速度照样会限制在22Gbps。而雷电4数据传输可以使用全部40Gbps带宽
3、雷电4兼容USB4，雷电3兼容USB3
硬盘盒的选择
看电脑的接口，主机提供雷电3、雷电4、usb4这些的，选40Gbps的，其它的选10Gbps的。
根据硬盘的最大带宽
在主板上，这两种协议协议使用的物理接口分别是sata插槽和pcie插槽，sata插槽接入使用sata协议的硬盘，pcie插槽的物理形态是m.2，接入的是使用nvme协议的m.2的硬盘。
sata和m.2这两种接口的区别
sata3.0最高支持6Gbps
硬盘和主机(电脑)的连接方式
- 内置硬盘：硬盘直接插在主机的主板上或用数据线相连
- 外接硬盘：硬盘通过硬盘盒连接到主机的usb或雷电插口上
硬盘按接口分类
- IDE接口：老古董电脑上出现，现在已淘汰
- SATA接口：由于采用串行的方式传输数据因此也被叫做串行ATA，而它的前辈IDE接口也被称为并行ATA，一般在老一点的台式机和笔记本上使用，SATA 3的带宽可达6GB
- mSATA接口：在有的mini主机上面使用的是mini PCI-E接口，这种接口使用mSATA接口的固态硬盘，主要用于轻薄本，m.2出现后，这个也面临淘汰
- m.2接口：SATA接口的6GB速度限制成了固态硬盘的瓶颈，因此出现了搭载超高带宽的PCI-Express接口的固态硬盘，这种硬盘使用的就是m.2接口
串行总线接口PCIE
PCIE是一种高速串行总线接口，用于连接主板和外部设备，如显卡、固态硬盘等。PCIE的版本越高，其带宽和速度就越快，能够提供更好的性能和兼容性。
有两种PCIE版本，分别是PCIE3.0和PCIE4.0
PCIE3.0的速率是8GT/s，而PCIE4.0的速率是16GT/s。也就是说，PCIE4.0的单通道速度是PCIE3.0的两倍。如果两者都使用相同数量的通道，那么PCIE4.0的带宽就是PCIE3.0的两倍。
例如，如果使用16个通道（即x16），那么PCIE3.0的带宽就是8GT/s x 16 / 8 = 16GB/s，而PCIE4.0的带宽就是16GT/s x 16 / 8 = 32GB/s。
USB和雷电
严格意义上讲，usb和雷电不是同一类东西。
USB是Universal Serial Bus的缩写，是一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范。
USB物理接口类型：
目前主流的USB物理接口类型有USB（Type）系列、Mini系列和 Micro系列，其中USB系列的USB-A和USB-C，常说的type-c就是USB-TYPE-C。
传输协议：
USB1.0，USB2.0，USB3.0，USB3.1，USB3.2，USB4.0，雷电2，雷电3，雷电4
传输速率
下面我们只讨论固态硬盘
固态