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从IDE到NVMe:浅谈硬盘接口协议标准的发展史

作者:时间:2020-07-30来源:硬件是一门学问收藏

作为存储重要资料的载体,硬盘从诞生到现在都是电脑的重要组成部分,而无数的硬盘构成了整个互联网社会,而每一个消费者的电脑中也有数块硬盘,而硬盘也从传统的机械硬盘一直进化到如今的SSD,那么在过去的几十年内,硬盘的接口标准究竟经历了多少次变化?未来能否有更先进的接口标准推出?我们一起来回顾下标准的发展史。

本文引用地址:http://www.gzmtlsjy.com/article/202007/416413.htm

(ATA)

历史洪流中,率先跟我们见面的应该就是接口了,的英文全称为“Integrated Drive Electronics”,即“电子集成驱动器”,或者叫“集成设备电路”。IDE是一种计算机系统接口,主要用于硬盘和CD-ROM,本意为“把控制器与盘体集成在一起的硬盘”。


随后由于机械硬盘的升级,IDE所能提供的带宽就不够了,因此相关的组织定义了新的名字叫SATA,而原来的IDE则被更名为PATA,在2013年的时候,随着硬盘厂商正式停产PATA的硬盘,一共经历了27年的PATA就此消失在历史之中。


而SATA则是到目前为止仍然在使用的,无论是传统的机械硬盘还是部分SSD,都采用了SATA进行连接。在2001年,由Intel、APT、Dell、IBM这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA1.0规范,目前SATA的主流标准为SATA 3.0,可以达到600MB/s的速度。

和传统的PATA标准相比,SATA的优势包括支持热插拔 ,传输速度快,执行效率高,具备了更强的纠错能力,能对传输指令进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。当然SATA的线缆更加简洁,方便用户装机的走线。当然SATA时代还是专门为机械硬盘进行设计,面对速度无限增长的SSD就开始有点力不从心了,此时就需要更新的接口标准与协议来满足SSD的需求。

AHCI

在SATA诞生之后,为了更有效地管理采用SATA接口的设备,由英特尔领衔的技术组织又制定了高级主机控制器接口也就是AHCI,它可以让SATA存储设备激活高级SATA功能,例如原生指令队列及热插拔。

AHCI通过包含一个基址寄存器,来实现原生SATA功能。由于AHCI统一接口的研发成功,使得支持串行ATA产品的开发工作大为简化,操作系统和设备制造商省去了单独开发接口的工作,取而代之的是直接在统一接口上进行操作。

当然AHCI仍然是基于传统的SATA接口研发,而随着SSD的速度达到了SATA 3.0的阈值,整个行业需要有全新的协议和标准来满足SSD的日益发展,于是现在高端SSD使用的协议就此诞生。

协议是在PCIe SSD开始大量出现在市场上后,因为各个厂家的私有协议不具有兼容性,无法和现有操作系统无缝衔接,英特尔为了统一接口协议建立生态,而在2011年发布了NVMe协议。

NVMe的官方定义将其描述为一个开放的标准和信息集合,以充分释放非易失性存储在从移动端到数据中心的所有类型的计算环境中能够提供的优势。NVMe从底层开始设计,为当前和未来的NVMe技术提供高带宽和低延迟存储访问。

和AHCI协议相比,NVMe具有极高的性能提升,可大幅降低延迟,此外NVMe可以把最大队列深度从32提升到64000,SSD的IOPS能力也会得到大幅提升,同时SSD的延迟也大幅降低,此外不单单是SSD,其他的基于PCIe通道的产品也可以使用NVMe协议,从而实现众多设备的统一管理。

作为采用NVMe协议的存储设备,铠侠RD10就是一款性能出色的旗舰级SSD。说起铠侠,实际上就是原来的东芝存储改名而来,由日语的"记忆(kioku)"和希腊语的"价值(axia)"两个词组合而成。对此,官方称这是融合了"记忆"与"价值"的双重含义。


铠侠RD10支持NVMe协议 PCIE3.0 *4通道,官方最高速度读写速度可达3400MB/s 3200MB/s,共有512GB、1TB、2TB三种容量可供选,作为一款定位电竞游戏用户的高速NVMe固态硬盘产品,其性能属于当前TLC硬盘市场中的旗舰水准。

从存储系统的发展来看,接口和协议的发展是根据存储设备的需求而诞生了,如果存储设备的速度到了一个瓶颈,那么整个行业将会推出新的接口来满足它们,当然未来如果NVMe协议不能满足存储设备的性能需求,自然也会有更新的标准来取代NVMe协议。



关键词: IDE NVMe 硬盘接口

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