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          從IDE到NVMe:淺談?dòng)脖P接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史

          作者: 時(shí)間:2020-07-30 來源:硬件是一門學(xué)問 收藏

          作為存儲(chǔ)重要資料的載體,硬盤從誕生到現(xiàn)在都是電腦的重要組成部分,而無數(shù)的硬盤構(gòu)成了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì),而每一個(gè)消費(fèi)者的電腦中也有數(shù)塊硬盤,而硬盤也從傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤一直進(jìn)化到如今的SSD,那么在過去的幾十年內(nèi),硬盤的接口標(biāo)準(zhǔn)究竟經(jīng)歷了多少次變化?未來能否有更先進(jìn)的接口標(biāo)準(zhǔn)推出?我們一起來回顧下標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202007/416413.htm

          (ATA)

          歷史洪流中,率先跟我們見面的應(yīng)該就是接口了,的英文全稱為“Integrated Drive Electronics”,即“電子集成驅(qū)動(dòng)器”,或者叫“集成設(shè)備電路”。IDE是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口,主要用于硬盤和CD-ROM,本意為“把控制器與盤體集成在一起的硬盤”。


          隨后由于機(jī)械硬盤的升級(jí),IDE所能提供的帶寬就不夠了,因此相關(guān)的組織定義了新的名字叫SATA,而原來的IDE則被更名為PATA,在2013年的時(shí)候,隨著硬盤廠商正式停產(chǎn)PATA的硬盤,一共經(jīng)歷了27年的PATA就此消失在歷史之中。


          而SATA則是到目前為止仍然在使用的,無論是傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤還是部分SSD,都采用了SATA進(jìn)行連接。在2001年,由Intel、APT、Dell、IBM這幾大廠商組成的Serial ATA委員會(huì)正式確立了Serial ATA1.0規(guī)范,目前SATA的主流標(biāo)準(zhǔn)為SATA 3.0,可以達(dá)到600MB/s的速度。

          和傳統(tǒng)的PATA標(biāo)準(zhǔn)相比,SATA的優(yōu)勢包括支持熱插拔 ,傳輸速度快,執(zhí)行效率高,具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力,能對傳輸指令進(jìn)行檢查,如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正,這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?dāng)然SATA的線纜更加簡潔,方便用戶裝機(jī)的走線。當(dāng)然SATA時(shí)代還是專門為機(jī)械硬盤進(jìn)行設(shè)計(jì),面對速度無限增長的SSD就開始有點(diǎn)力不從心了,此時(shí)就需要更新的接口標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議來滿足SSD的需求。

          AHCI

          在SATA誕生之后,為了更有效地管理采用SATA接口的設(shè)備,由英特爾領(lǐng)銜的技術(shù)組織又制定了高級(jí)主機(jī)控制器接口也就是AHCI,它可以讓SATA存儲(chǔ)設(shè)備激活高級(jí)SATA功能,例如原生指令隊(duì)列及熱插拔。

          AHCI通過包含一個(gè)基址寄存器,來實(shí)現(xiàn)原生SATA功能。由于AHCI統(tǒng)一接口的研發(fā)成功,使得支持串行ATA產(chǎn)品的開發(fā)工作大為簡化,操作系統(tǒng)和設(shè)備制造商省去了單獨(dú)開發(fā)接口的工作,取而代之的是直接在統(tǒng)一接口上進(jìn)行操作。

          當(dāng)然AHCI仍然是基于傳統(tǒng)的SATA接口研發(fā),而隨著SSD的速度達(dá)到了SATA 3.0的閾值,整個(gè)行業(yè)需要有全新的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)來滿足SSD的日益發(fā)展,于是現(xiàn)在高端SSD使用的協(xié)議就此誕生。

          協(xié)議是在PCIe SSD開始大量出現(xiàn)在市場上后,因?yàn)楦鱾€(gè)廠家的私有協(xié)議不具有兼容性,無法和現(xiàn)有操作系統(tǒng)無縫銜接,英特爾為了統(tǒng)一接口協(xié)議建立生態(tài),而在2011年發(fā)布了NVMe協(xié)議。

          NVMe的官方定義將其描述為一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)和信息集合,以充分釋放非易失性存儲(chǔ)在從移動(dòng)端到數(shù)據(jù)中心的所有類型的計(jì)算環(huán)境中能夠提供的優(yōu)勢。NVMe從底層開始設(shè)計(jì),為當(dāng)前和未來的NVMe技術(shù)提供高帶寬和低延遲存儲(chǔ)訪問。

          和AHCI協(xié)議相比,NVMe具有極高的性能提升,可大幅降低延遲,此外NVMe可以把最大隊(duì)列深度從32提升到64000,SSD的IOPS能力也會(huì)得到大幅提升,同時(shí)SSD的延遲也大幅降低,此外不單單是SSD,其他的基于PCIe通道的產(chǎn)品也可以使用NVMe協(xié)議,從而實(shí)現(xiàn)眾多設(shè)備的統(tǒng)一管理。

          作為采用NVMe協(xié)議的存儲(chǔ)設(shè)備,鎧俠RD10就是一款性能出色的旗艦級(jí)SSD。說起鎧俠,實(shí)際上就是原來的東芝存儲(chǔ)改名而來,由日語的"記憶(kioku)"和希臘語的"價(jià)值(axia)"兩個(gè)詞組合而成。對此,官方稱這是融合了"記憶"與"價(jià)值"的雙重含義。


          鎧俠RD10支持NVMe協(xié)議 PCIE3.0 *4通道,官方最高速度讀寫速度可達(dá)3400MB/s 3200MB/s,共有512GB、1TB、2TB三種容量可供選,作為一款定位電競游戲用戶的高速NVMe固態(tài)硬盤產(chǎn)品,其性能屬于當(dāng)前TLC硬盤市場中的旗艦水準(zhǔn)。

          從存儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展來看,接口和協(xié)議的發(fā)展是根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的需求而誕生了,如果存儲(chǔ)設(shè)備的速度到了一個(gè)瓶頸,那么整個(gè)行業(yè)將會(huì)推出新的接口來滿足它們,當(dāng)然未來如果NVMe協(xié)議不能滿足存儲(chǔ)設(shè)備的性能需求,自然也會(huì)有更新的標(biāo)準(zhǔn)來取代NVMe協(xié)議。



          關(guān)鍵詞: IDE NVMe 硬盤接口

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