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一、硬盤的基本分類
1.機(jī)械硬盤，最常見的就是2.5寸，3.5寸盤。以前還有1.8寸的微硬盤，但是已經(jīng)見不到了，現(xiàn)在最多的就是2.5寸和3.5寸。
小知識(shí)點(diǎn)：
機(jī)械硬盤顧名思義就是采用磁性碟片來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以機(jī)械結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)磁頭來讀取數(shù)據(jù)的硬盤。主要由磁盤盤片、磁頭、主軸與傳動(dòng)軸等組成，數(shù)據(jù)就存放在磁盤盤片中。
機(jī)械硬盤結(jié)構(gòu)
2.固態(tài)硬盤，也就是SSD，通過閃存顆粒來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。固態(tài)硬盤因?yàn)闆]有了機(jī)械硬盤的物理結(jié)構(gòu)，所以相比機(jī)械硬盤具有了低能耗、無(wú)噪聲、抗震動(dòng)、低散熱、體積小和速度快的優(yōu)勢(shì)。從外形上來說有2.5寸形式，也有卡片形式。
小知識(shí)點(diǎn)：
固態(tài)電子器件是指利用固體內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)變化原理制成的具有一定功能的電子器件，包括晶體管、微處理器芯片、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、閃存顆粒等半導(dǎo)體。
固態(tài)硬盤結(jié)構(gòu)
二、3個(gè)維度描述硬盤：硬件接口 數(shù)據(jù)通道 工作模式
1. 硬件接口，也就是硬盤和底板之間的連接器或物理連接方式
a. SATA標(biāo)準(zhǔn)接口，這是在飛凌的底板上最常見的硬盤接口，對(duì)于3.5寸的機(jī)械硬盤來說還需要12V的供電，所以飛凌在底板設(shè)計(jì)時(shí)如果涉及到標(biāo)準(zhǔn)SATA接口的話一般都會(huì)加一個(gè)硬盤的專用供電接口。右圖是四針供電轉(zhuǎn)SATA硬盤供電線。
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飛凌OK5718-C SATA接口及硬盤供電接口 |
紅線為5V，黑線為GND，黃線為12V |
b. mSATA接口，另一種在飛凌嵌入式底板上常見的硬盤接口形式。可以將SATA技術(shù)整合在小尺寸的裝置上，同時(shí)提供與SATA標(biāo)準(zhǔn)接口一樣的速度和可靠度
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某品牌mSATA固態(tài)硬盤 |
飛凌OK1046-C mSATA接口 |
小知識(shí)點(diǎn)：
mSATA和miniPCIe的區(qū)別：這兩個(gè)接口的硬件形式是一樣的，都是54針插座，外觀形式是完全相同的。但卻是兩種完全不同的硬件接口，mSATA硬盤的數(shù)據(jù)信號(hào)需要連接到SATA控制器上，而非PCIe控制器上，二者之間因此不能兼容。如果要實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口同時(shí)兼容mSATA與MiniPCIe，則需要使用PCIe/SATA路由芯片來解決。
如何區(qū)分mSATA硬盤和miniPCIe硬盤？從外觀上是無(wú)法區(qū)分mSATA硬盤和miniPCIe硬盤的，如果硬要區(qū)分的話一般就是2點(diǎn)，一個(gè)是miniPCIe硬盤很少見，幾乎沒有；另一個(gè)就是看說明書。。。
如何區(qū)分mSATA接口和miniPCIe接口？從外觀上也無(wú)法區(qū)分底板上的連接器到底是mSATA還是miniPCIe或者兩者兼容。要區(qū)分也是要看說明書。。。
c. M.2接口M.2是一種標(biāo)準(zhǔn)連接器，根據(jù)選擇的Key接口不同，可以兼容不同的數(shù)據(jù)通道。
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某品牌M.2 M Key SSD NVMe工作模式 |
飛凌OK3399-C M.2 M Key接口PCIeX4 |
飛凌嵌入式新品OK3399-C底板上的M.2接口就是M Key形態(tài)，可以支持PCIeX4，NVMe工作模式的SSD。
小知識(shí)點(diǎn)：
M.2規(guī)范定義了A到M 12種Key接口：
市面常見的就是B key和M key，不同Key可以內(nèi)置的數(shù)據(jù)信號(hào)見上圖。其中B key中可以有PCIe X2，SATA3.0，USB2.0，USB3.0這些信號(hào)，M Key只有PCIe X4和SATA3.0信號(hào)。還有一種B+M Key，這種接口形式其實(shí)是為了兼容底板上不同的接口形態(tài)，這種接口的設(shè)備只能走B Key內(nèi)的數(shù)據(jù)協(xié)議，也就是滿足不了PCIe X4。只有M Key接口的硬盤才能使用PCIeX4的數(shù)據(jù)通道。
d. SAS接口，一般都是服務(wù)器使用。穩(wěn)定性和安全性很高，消費(fèi)級(jí)或民用一般用不到，都是大規(guī)模數(shù)據(jù)中心使用。
小知識(shí)點(diǎn)：
SAS接口和SATA接口完全兼容，SATA硬盤可以直接使用在SAS的環(huán)境中。從接口標(biāo)準(zhǔn)上而言，SATA是SAS的一個(gè)子標(biāo)準(zhǔn) 但是SAS硬盤卻不能使用在SATA的環(huán)境中，因?yàn)镾ATA控制器并不能對(duì)SAS硬盤進(jìn)行控制。
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e. U.2接口 目前在一些新的主板或者服務(wù)器上開始出現(xiàn)的新接口，內(nèi)部也是PCIeX4和SATA通道都有，也支持NVMe協(xié)議。要逐步取代SAS/SATA接口。
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U.2接口形態(tài) |
某品牌 數(shù)據(jù)中心企業(yè)級(jí)SSD，PCIe X4，NVMe |
f. miniPCIe接口，這種接口的硬盤很少見。下圖是聯(lián)想出的一個(gè)miniPCIe接口的硬盤，其實(shí)是在PCB上有一個(gè)SATA轉(zhuǎn)PCIe的芯片。這個(gè)SSD硬盤已經(jīng)停產(chǎn)了，早期時(shí)對(duì)只有miniPCIe接口的筆記本來說是個(gè)很好的擴(kuò)展方式。
黃框：Marvell 88SE9170 PCIe Gen 2x1 / SATA 6Gb I/O雙端口控制器
g. PCIe插槽，一般都是PCIeX4 NVMe模式。
某品牌PCIe SSD 某品牌主板2*PCIeX16，2*PCIeX4，3*PCIeX1
2. 數(shù)據(jù)通道也就是硬盤和內(nèi)存或CPU間通過哪種總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
a. SATA協(xié)議：這個(gè)是SATA協(xié)會(huì)公布的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，目前最新的是SATA 6Gbps，也就是sata3.0（目前最新版本應(yīng)該是3.4，速率沒有提升，依然是6Gbps，這些小版本變化都是穩(wěn)定性或者安全性之類的提升）。飛凌嵌入式核心板所支持最高的版本也是sata3.0。M.2規(guī)范中的SATA版本是最低SATA3.1。
b. PCIe協(xié)議：這個(gè)是PCI-SIG組織公布的技術(shù)規(guī)范，目前最新發(fā)布版本是6.0。市面上可見的SSD支持的最高版本是PCIe4.0，事實(shí)上目前PCIe4.0也剛開始進(jìn)入市場(chǎng)，5.0的設(shè)備還沒有。飛凌嵌入式核心板所支持最高的版本是PCIe 3.0。下面是不同版本PCIe的速率對(duì)比。
小知識(shí)點(diǎn)：
關(guān)于PCIe Xn：PCIe可以多個(gè)通道并行吞吐數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)吞吐帶寬也會(huì)成倍增長(zhǎng)，一般單通道叫做X1（X在這本來就是乘的意思），以此類推有X4、X8最高可以16通道同時(shí)吞吐數(shù)據(jù)也就是X16。
PCIe插槽及金手指對(duì)比
PCIe插槽中前22針都是供電，隔斷后面是數(shù)據(jù)線，x1設(shè)備可以插在x4 x8 x16插槽中，但是只能按x1速率工作，x4設(shè)備及x8設(shè)備以此類推。反之X16設(shè)備遮蓋住后面的針腳后就可以工作在x1 x4 x8速率上，x8 x4設(shè)備也以此類推。
下圖是PCIe4.0和PCIe3.0的SSD的讀寫速度對(duì)比，都是M.2 M key接口（PCIeX4）NVMe工作模式，可見都是PCIeX4和NVMe，但是因PCIe版本不同速度差異也很大。
3. 硬盤工作模式
硬盤最早是機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括馬達(dá)，磁頭，盤面等機(jī)械部件。要提高讀寫速率，就要不斷的優(yōu)化內(nèi)部磁頭讀寫的方式，所以產(chǎn)生了工作模式之分。
a. IDE并口模式，對(duì)應(yīng)老舊的IDE硬盤（ATA或者叫PATA），現(xiàn)在已經(jīng)沒有這種設(shè)備。
b. AHCI串口模式，這個(gè)是對(duì)應(yīng)SATA硬盤出現(xiàn)后而出現(xiàn)的新的工作模式，相對(duì)IDE模式提高了數(shù)據(jù)讀寫速度，優(yōu)化了讀寫方式，但依然是基于機(jī)械硬盤的方式進(jìn)行優(yōu)化。
c. NVMe非易失性存儲(chǔ)接口規(guī)范，這個(gè)是專門針對(duì)SSD硬盤而出現(xiàn)的工作模式，NVMe模式都是基于PCIeX4通道的數(shù)據(jù)傳輸模式，數(shù)據(jù)讀寫速度高，是特意為閃存顆粒進(jìn)行優(yōu)化的讀寫模式。是高端SSD所特有的工作模式。
4. 一圖流小結(jié)
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硬盤分類 |
硬件接口 |
數(shù)據(jù)通道 |
工作模式 |
傳輸速率 |
|
機(jī)械硬盤 |
SATA |
SATA2.0/SATA 3.0 |
AHCI |
3Gbps/6Gbps |
|
SSD |
SATA |
SATA2.0/SATA 3.0 |
AHCI |
3Gbps/6Gbps |
|
mSATA |
SATA2.0/SATA 3.0 |
AHCI |
3Gbps/6Gbps |
|
|
M.2 B Key M.2 B+M Key |
SATA 3.0 |
AHCI |
6Gbps |
|
|
M.2 M Key |
PCIeX4 |
NVMe |
32GT/s（PCIe 3.0） |
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|
U.2 |
PCIeX4 |
NVMe |
32GT/s（PCIe 3.0） |
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|
PCIe插槽 |
PCIex4 |
NVMe |
32GT/s（PCIe 3.0） |
注M.2 M Key接口和U.2接口也支持SATA通道，但是沒有這樣的設(shè)備，SATA相對(duì)PCIeX4來說速率太低了。在這些接口中還用SATA模式是種浪費(fèi)。從京東上來看，直接把M.2硬盤分類成了M.2（NVMe）和M.2（SATA總線）前者都是M Key，后者基本都是B+M Key
三、飛凌嵌入式產(chǎn)品硬盤接口支持情況
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核心板 |
核心板數(shù)據(jù)通道 |
底板接口形態(tài) |
硬盤工作模式 |
核心板PCIe情況 |
|
FETMX6Q-C |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
1個(gè)PCIe2.0通道 |
|
FETMX6Q-S3 |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
1個(gè)PCIe2.0通道 |
|
FET1012A-C |
1*SATA 3.0 |
SATA |
AHCI |
最多1個(gè)PCIe2.0通道 |
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FET1043A-C |
1*SATA 3.0 |
mSATA 需修改RCW |
AHCI |
可配出PCIeX4 2.0 |
|
FET1046A-C |
1*SATA 3.0 |
mSATA |
AHCI |
可配出PCIeX4 3.0 |
|
FET5718-C |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
2個(gè)PCIe3.0通道 |
|
FETA40i-C |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
無(wú)PCIe |
|
FETT3-C |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
無(wú)PCIe |
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FET3399-C |
1*PCIeX4 2.0 |
M.2 M Key |
NVMe |
PCIeX4 2.0 |
注：具體請(qǐng)聯(lián)系飛凌嵌入式客服或銷售人員
四、本地硬盤測(cè)試
下面是筆者以自己的筆記本做的測(cè)試，正好這個(gè)筆記本有一個(gè)SSD和一個(gè)機(jī)械硬盤可以對(duì)比。
左面是SSD，右面是機(jī)械硬盤，實(shí)際上機(jī)械硬盤的測(cè)試筆者沒做完就結(jié)束了，太慢了。從這里也可看出實(shí)際上機(jī)械硬盤的讀取速率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SATA接口的數(shù)據(jù)傳輸速度上限（6Gbps大約700多MB/S）的，但是SSD的讀寫速度已經(jīng)接近了SATA數(shù)據(jù)傳輸速度的上限，這也是SSD硬盤必須逐漸轉(zhuǎn)到更高速的通信協(xié)議和專門基于SSD進(jìn)行優(yōu)化的工作模式下的原因。
SSD型號(hào)：HFS128G39TND海力士M.2 B+M Key 2280 SATA3.0 AHCI模式
機(jī)械盤型號(hào)：WD10SPZX西部數(shù)據(jù)5400轉(zhuǎn)128MB緩存SATA3.0 AHCI模式
五、硬盤的未來
自上世紀(jì)50年代硬盤被發(fā)明以來至今，其自身已經(jīng)歷了無(wú)數(shù)的進(jìn)化和演變。但是萬(wàn)變不離其宗，這一切的變化無(wú)不是在速度、容量、安全、穩(wěn)定上做文章。無(wú)論是機(jī)械硬盤提高轉(zhuǎn)速的做法還是以半導(dǎo)體芯片的高速讀取能力的來提升工作效率，硬盤技術(shù)都是在持續(xù)不斷的向更快更強(qiáng)更便捷的方向發(fā)展著。
而飛凌嵌入式也是步步緊跟硬盤進(jìn)化的趨勢(shì)，從略顯老舊的SATA機(jī)械硬盤到如今最熱火的NVMe SSD硬盤都已納入了支持的范圍。無(wú)論以后硬盤技術(shù)再如何發(fā)展，飛凌嵌入式都仍會(huì)保持著自己技術(shù)的先進(jìn)性站在潮流的最前端。
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