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一、硬盤的基本分類
1.機械硬盤，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。
小知識點：
機械硬盤顧名思義就是采用磁性碟片來存儲數(shù)據(jù)，以機械結構驅動磁頭來讀取數(shù)據(jù)的硬盤。主要由磁盤盤片、磁頭、主軸與傳動軸等組成，數(shù)據(jù)就存放在磁盤盤片中。
機械硬盤結構
2.固態(tài)硬盤，也就是SSD，通過閃存顆粒來存儲數(shù)據(jù)。固態(tài)硬盤因為沒有了機械硬盤的物理結構，所以相比機械硬盤具有了低能耗、無噪聲、抗震動、低散熱、體積小和速度快的優(yōu)勢。從外形上來說有2.5寸形式，也有卡片形式。
小知識點：
固態(tài)電子器件是指利用固體內部電子運動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、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、閃存顆粒等半導體。
固態(tài)硬盤結構
二、3個維度描述硬盤：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標準接口，這是在飛凌的底板上最常見的硬盤接口，對于3.5寸的機械硬盤來說還需要12V的供電，所以飛凌在底板設計時如果涉及到標準SATA接口的話一般都會加一個硬盤的專用供電接口。右圖是四針供電轉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技術整合在小尺寸的裝置上，同時提供與SATA標準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 |
小知識點：
mSATA和miniPCIe的區(qū)別：這兩個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。如果要實現(xiàn)一個接口同時兼容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，一個是miniPCIe硬盤很少見，幾乎沒有；另一個就是看說明書。。。
如何區(qū)分mSATA接口和miniPCIe接口？從外觀上也無法區(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是一種標準連接器，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。
小知識點：
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可以內置的數(shù)據(jù)信號見上圖。其中B key中可以有PCIe X2，SATA3.0，USB2.0，USB3.0這些信號，M Key只有PCIe X4和SATA3.0信號。還有一種B+M Key，這種接口形式其實是為了兼容底板上不同的接口形態(tài)，這種接口的設備只能走B Key內的數(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，一般都是服務器使用。穩(wěn)定性和安全性很高，消費級或民用一般用不到，都是大規(guī)模數(shù)據(jù)中心使用。
小知識點：
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。從接口標準上而言，SATA是SAS的一個子標準 但是SAS硬盤卻不能使用在SATA的環(huán)境中，因為SATA控制器并不能對SAS硬盤進行控制。
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e. U.2接口 目前在一些新的主板或者服務器上開始出現(xiàn)的新接口，內部也是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miniPCIe接口的硬盤，其實是在PCB上有一個SATA轉PCIe的芯片。這個SSD硬盤已經(jīng)停產(chǎn)了，早期時對只有miniPCIe接口的筆記本來說是個很好的擴展方式。
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存或CPU間通過哪種總線進行數(shù)據(jù)傳輸。
a. SATA協(xié)議：這個是SATA協(xié)會公布的技術規(guī)范標準，目前最新的是SATA 6Gbps，也就是sata3.0（目前最新版本應該是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：這個是PCI-SIG組織公布的技術規(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，事實上目前PCIe4.0也剛開始進入市場，5.0的設備還沒有。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的速率對比。
小知識點：
關于PCIe Xn：PCIe可以多個通道并行吞吐數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)吞吐帶寬也會成倍增長，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通道同時吞吐數(shù)據(jù)也就是X16。
PCIe插槽及金手指對比
PCIe插槽中前22針都是供電，隔斷后面是數(shù)據(jù)線，x1設備可以插在x4 x8 x16插槽中，但是只能按x1速率工作，x4設備及x8設備以此類推。反之X16設備遮蓋住后面的針腳后就可以工作在x1 x4 x8速率上，x8 x4設備也以此類推。
下圖是PCIe4.0和PCIe3.0的SSD的讀寫速度對比，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
硬盤最早是機械結構構成，包括馬達，磁頭，盤面等機械部件。要提高讀寫速率，就要不斷的優(yōu)化內部磁頭讀寫的方式，所以產(chǎn)生了工作模式之分。
a. IDE并口模式，對應老舊的IDE硬盤（ATA或者叫PATA），現(xiàn)在已經(jīng)沒有這種設備。
b. AHCI串口模式，這個是對應SATA硬盤出現(xiàn)后而出現(xiàn)的新的工作模式，相對IDE模式提高了數(shù)據(jù)讀寫速度，優(yōu)化了讀寫方式，但依然是基于機械硬盤的方式進行優(yōu)化。
c. NVMe非易失性存儲接口規(guī)范，這個是專門針對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
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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 |
|
機械硬盤 |
SATA |
SATA2.0/SATA 3.0 |
AHCI |
3Gbps/6Gbps |
|
SSD |
SATA |
SATA2.0/SATA 3.0 |
AHCI |
3Gbps/6Gbps |
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mSATA |
SATA2.0/SATA 3.0 |
AHCI |
3Gbps/6Gbps |
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M.2 B Key M.2 B+M Key |
SATA 3.0 |
AHCI |
6Gbps |
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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，但是沒有這樣的設備，SATA相對PCIeX4來說速率太低了。在這些接口中還用SATA模式是種浪費。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 |
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FETMX6Q-C |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
1個PCIe2.0通道 |
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FETMX6Q-S3 |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
1個PCIe2.0通道 |
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FET1012A-C |
1*SATA 3.0 |
SATA |
AHCI |
最多1個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 |
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FET1046A-C |
1*SATA 3.0 |
mSATA |
AHCI |
可配出PCIeX4 3.0 |
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FET5718-C |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
2個PCIe3.0通道 |
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FETA40i-C |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
無PCIe |
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FETT3-C |
1*SATA 2.0 |
SATA |
AHCI |
無PCIe |
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FET3399-C |
1*PCIeX4 2.0 |
M.2 M Key |
NVMe |
PCIeX4 2.0 |
注：具體請聯(lián)系飛凌嵌入式客服或銷售人員
四、本地硬盤測試
下面是筆者以自己的筆記本做的測試，正好這個筆記本有一個SSD和一個機械硬盤可以對比。
左面是SSD，右面是機械硬盤，實際上機械硬盤的測試筆者沒做完就結束了，太慢了。從這里也可看出實際上機械硬盤的讀取速率是遠遠低于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硬盤必須逐漸轉到更高速的通信協(xié)議和專門基于SSD進行優(yōu)化的工作模式下的原因。
SSD型號：HFS128G39TND海力士M.2 B+M Key 2280 SATA3.0 AHCI模式
機械盤型號：WD10SPZX西部數(shù)據(jù)5400轉128MB緩存SATA3.0 AHCI模式
五、硬盤的未來
自上世紀50年代硬盤被發(fā)明以來至今，其自身已經(jīng)歷了無數(shù)的進化和演變。但是萬變不離其宗，這一切的變化無不是在速度、容量、安全、穩(wěn)定上做文章。無論是機械硬盤提高轉速的做法還是以半導體芯片的高速讀取能力的來提升工作效率，硬盤技術都是在持續(xù)不斷的向更快更強更便捷的方向發(fā)展著。
而飛凌嵌入式也是步步緊跟硬盤進化的趨勢，從略顯老舊的SATA機械硬盤到如今最熱火的NVMe SSD硬盤都已納入了支持的范圍。無論以后硬盤技術再如何發(fā)展，飛凌嵌入式都仍會保持著自己技術的先進性站在潮流的最前端。
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