存储——硬盘尺寸、接口、协议

前言：常听到硬盘有3.5寸的、2.5寸的；笔记本的、台式的......有时是SATA接口、有时是SAS接口、SCSI协议.....现在尝试对这三者（基于资料、实际应用）进行一个总结，以便分析某种术语在其语境中的意义。

一、硬盘尺寸

我们常用的有3.5寸和2.5寸的。后来固态硬盘的出现，又有别致的外形（像内存条）。其应用如下表所示。

大小/外形	应用
2.5英寸	固态、机械、混合硬盘。笔记本、外置盒
3.5英寸	固态、机械、混合硬盘。台式机、服务器，外置盒（需外接电源)
M.2外形	固态硬盘专用
PCIe 外形	固态硬盘专用

除此之外，还有较少使用的尺寸有1.8英寸、1英寸、0.85英寸。

二、接口

        接口的作用是：设备如何与计算机通信（接口标准）。分为物理接口和逻辑接口；其中物理接口就是主机和设备之间进行物理连接的直接接口，用于传输数据流；而逻辑接口是一种软件接口，用于控制通信过程。其名称除了代表接口还会代表其相应的控制器、总线以及协议（即相应控制器和协议的名称也同接口名称）,如下：

接口名称	标注
ATA	并行接口
SATA（新型-串行ATA)	通常用于２.５寸和３.５寸硬盘
PCIe	用于SSD
M.2	用于SSD
SAS（串行SCSI，SCSI技术升级版）	仅用于服务器领域和数据中心
FC（Fibre Channel）	仅用于服务器领域和数据中心
SCSI	通常用于服务器，稳定性强

需要注意的是：

• 没有特别说明时，该接口可以用固态或者机械或者混合硬盘。
• 不同的接口可以搭不同的通信协议；即这里的接口可以是指代物理接口或主机控制器接口。
• 接口的控制器也可以与另一个接口混搭，如M.2 SATA——M.2接口控制器为SATA。

三、协议 

        协议定义了如何在计算机与设备之间传输数据的标准，如物理接口和硬盘控制器之间、物理接口和主机控制器之间。通常协议名称与接口名称相关，如：

协议名称	标注
AHCI	常用于SATA接口
ATA	用于ATA接口
NVMe	（非易失性内存主机控制器接口规范），常用于PCIe接口

总结 

计算机和设备之间的层次可以分为：

1. 物理层接口/连接器
2. 传输层协议
3. 主机控制器接口（应用层底部）
4. Command Set（应用层上部）

其中：(把计算机称为主机，硬盘为“设备或从机”)

• 物理层接口/连接器代表物理接口(对于主机来说就是主板设备接口，主板设备接口根据标准组织制定的物理连接器标准来制作)，如ATA、SATA、SCSI、SAS、PCIe、M.2、eMMC等。
• 传输层协议代表接口之间所使用的协议(物理接口的传输格式控制)，如：ATA、STAT、SCSI、SAS、TCP、PCIe、eMMC等。
• 主机控制器接口代表主机（操作系统）的逻辑接口（对于主机来说如使用Linux就是设备接口的具体驱动；硬盘端也有主控，实现与物理接口相关操作），操作系统根据物理连接器(物理接口)来实现逻辑接口(也称主机控制器)。同时还会根据物理接口与逻辑接口所用的传输协议实现相应的驱动。如IDE/ATA、AHCI（SATA）、SCSI、NVMe、eMMC。
• Command Set就是传输用到的命令集。如：ATA命令集、SCSI命令集、NVMe命令集、eMMC。

而至于这几层使用哪种协议，通常是使用固定一套的，但是如果相互兼容的话，也是可以混合使用的。比如SATA-SCSI-SCSI-SCSI命令集。总结下表：

物理层接口/连接器	传输层协议	主机控制器接口（应用层底部）	Command Set（应用层上部）
ATA PCMCIA CompactFlash	ATA	IDE/ATA Interface	ATA命令集
SATA M.2 SFF8639(U.2) mMATA eSATA	STAT	AHCI	ATA命令集
SCSI FC SAS Ethernet Infiniband	SCSI FC SAS TCP(over IP) RDMA oE/oIB TCP(over IP)	SCSI	SCSI命令集
PCIe standard M.2 SFF8639（U.2）	PCIe	NVMe	NVMe命令集
eMMC/UFS	eMMC/UFS	eMMC/UFS	eMMC/UFS

             表来源：  NVMe 和 AHCI 到底是接口标准还是接口协议？ - 知乎

其它

总线，有多种意义:

•         一般指计算机和设备传输信息的物理通路，物理总线布置在计算机中。
•         计算机（设备）各种功能部件之间传送信息的公共通信干线