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20190614：增加内容：M.2主要有2种接口；SSD芯片颗粒；SSD的容量并不是8的整数倍？；SSD的写入放大WAF；如何查看SSD硬盘信息

主板篇

传统的，历史上的主板主板通常有两块主要的芯片组——南桥和北桥。

  • 南桥主要负责低速的I/O，例如SATA和LAN；（硬盘，网络）
  • 北桥负责较高速的PCI-E和RAM的读取。（显卡，内存）

PCIe通道

由于CPU，显卡，内存速度及性能的增加，传统的北桥FSB总线成为瓶颈。

  • 然后就出现了内存与CPU直连，（AMD首先采用，intel随后跟进）。
  • CPU直连PCIe通道，通常16条,主要用于独立显卡。更多通道可接M.2的SSD。
  • PCH芯片的DMI3总线，提供共享PCIe通道。主要用于其他外设。

PCH芯片的DMI总线版本同PCIe版本，提供的共享通道也不仅仅只做成PCI-E插槽，像USB、SATA、网卡、声卡等也都会用到PCI-E通道连接CPU，所以即便主板提供了数条PCI-E 8×/16×插槽，也不是所有插槽都可以同时满通道（16×）运行的，有的甚至只有PCI-E 4×的水平。毕竟CPU提供的PCI-E通道有限，插槽和设备共享这些通道。
这个时期的主板，要看支持的PCIe通道数量，数量越多，可扩充性越强。价格自然越高。不要只看插槽。

PCIe规范

PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。

PCI Express
版本		 Line
编码		 原始传输率
GT/s		 带宽 GB/s
x1 x4 x8 x16
2003 PCIe 1 8b/10b 2.5 0.25 1 2 4
2007 PCIe 2 8b/10b 5 0.5 2 4 8
2010 PCIe 3 128b/130b 8 1 4 8 16
2019 PCIe 4 128b/130b 16 2 8 16 32
  PCIe 5 128b/130b 32 4 16 32 64

更多主板参数

http://www.365pcbuy.com/article-407.html
Intel主板芯片组参数速查表（201805版）

https://www.jb51.net/hardware/MotherBoard/671211.html
2019年5月主板性能天梯图 主板天梯图2019最新版

主板的选择

一线品牌就3家：华硕，技嘉，微星
主要关注的参数有

  • 内存插槽: 4个内存槽且支持双通道；版本及频率
  • SATA3: 4-6个
  • USB3.0; 4-10个
  • USB3.1; 2-6个
  • CPU PCIe: 16x PCI-E 3.0一般用于直连独立显卡; (AMD Ryzen: 4x PCIe直连M.2或者拆为2个SATA)(Ryzen APU: 8x PCI-E 3.0直连独显; )
  • PCH PCIe: 其他外设共享通道; (intel: 12~24x PCI-E 3.0); (AMD: 4,6,8x PCI-E 2.0)
  • M.2接口及支持协议: 有可能使用上面2者之一。

硬盘篇

早期的IDE机械硬盘速度100MB/s(ATA100)，当时最快并行ATA(即ATA/133)能达到133MB/s。现在只有在古董级电脑里才能看到。然后进入SATA时代。

SATA简介

串行ATA（Serial ATA: Serial Advanced Technology Attachment）(串行高级技术附件，一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口)
是一种计算机总线，负责主板和大容量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输，主要用于个人计算机。
串行ATA与串列SCSI（SAS: Serial Attached SCSI）的两者排线兼容，SATA硬盘可接上SAS接口。SATA的速度比以往更加快捷，并支持热插拔。

SATA标准

年份 SATA版本 编码bit 传输速率 数据传输率
2003 SATA 1 8b/10b 1.5Gbit/s 150MB/s
2005 SATA 2   3Gbit/s 300MB/s
2009 SATA 3   6Gbit/s 600MB/s


以优化为主的次要版本:
SATA 1a
2007 SATA 2.5,速度达到3000Mbps(理论上等同于375MB/s )。
2011 SATA 3.1
2013 SATA 3.2
2016 SATA 3.3
2018 SATA 3.4

SSD

目前主流的SATA 3.0通道的最大传输速度为6Gbps，实际速度最大为550MB/s。
SATA接口与AHCI标准是为高延时的机械硬盘而设计。高性能低延时的SSD使用SATA就会被限制。

NVMe协议和M.2接口

NVMe协议相对AHCI标准的优势：低延迟，低功耗，优化的IOPS并行处理等。

M.2接口
M.2最初叫做NGFF，全名是Next Generation Form Factor。
这个接口很特殊，同时支持SATA和PCI-E两个通道，很容易让人误解。
Socket2 (B key—ngff) , PCH南桥通道，SATA协议，实际最大550MB/s.
Socket3 (M key—nvme) , 支持PCI-Ex4, 即4个PCI-E通道，理论带宽可达4Gb/s.

所以并不是所有的M.2固态硬盘读写速度都很快，如果是采用SATA通道的M.2接口固态硬盘，读写速度最大550MB/s。
在部分中低端平台，为了不占用有限的PCIe通道，还是会选择：SSD走SATA通道。

若只有16条PCI-E可用，插PCI-E x16的独立显卡就占满了。
若增加(采用CPU直连的M.2固态硬盘), 要占用PCI-E的4条。这时，16x的独显就会降为8x。
结果是：8条用于独显，4条用于M.2，然后空出4条PCI-E通道。
不过大部分主板的M.2都是走南桥PCH提供的共享PCI-E通道，所以并不会影响独显的带宽。
注：通常使用中，显卡运行在16x或8x状态下，差异也并不明显。

M.2主要有2种接口

  • 主要用于SATA模式的B key插座，对应的插头是B&M key插头，短边6pin，防呆口在左边，插头2边都有防呆口；
  • 主要用于PCIE模式的M key插座，对应的插头也是M key插头，短边5pin，防呆口在右边；

注: PCIE的M key能兼容SATA模式，所以通常SATA模式的M.2接口的SSD都采用B&M key插头，就是这种SSD可以适应所有主板的M.2插座。

M.2 接口 Socket2 Socket3
  B key M key
  ngff nvme
插座特点 防呆在左边 防呆在右边
  短边6pin 短边5pin
可以支援 PCIe x2 PCIe x4
  SATA SATA
  USB,音频,
UIM,HSIC		 SMBus
主要用途 PCH南桥 CPU直连
  SATA协议 PCIe x4
  550Mb/s 4Gb/s
     
SSD插头 B&M key M key
  SATA PCIe x4

 

SSD芯片颗粒

原片 (Original) 正常的测试通过的成品
白片 (Good die) 封装后的原片中再检测到有瑕疵的颗粒
黑片 (Ink die) 原料阶段就被淘汰的次品

颗粒结构 时代 最小存储单元
bit/cell		 一个单元可以有的状态 可擦写次数 价格 速度 应用
SLC NAND 初代 1bit 2 100000 昂贵 速度快 高端SSD
MLC NAND 二代 2bit 4 10000     中端SSD
TLC NAND 三代 3bit 8 3000     U盘，低端SSD
QLC NAND 四代 4bit 16 1000 便宜 速度慢  

SSD的容量并不是8的整数倍？

  • SSD的可擦写次数代表SSD的使用寿命，不过首先说明，普通用户不用太担心这个参数。除非你每天都将硬盘写满几遍。
  • SSD还有一个效能问题就是在硬盘快要被塞满的时候，运行速度会突然降低。

商家为了避免这个问题出现，在出厂时就锁定的一部分空间不给普通用户使用。
比如通常会有120Gb, 230Gb的SSD，而不是128Gb和256Gb。
这样普通用户即使快要将120Gb塞满，也感觉不到速度降低。

    ⇑ 出厂时就保留的隐藏空间，128Gb的芯片，用户可用空间120Gb。

SSD的写入放大WAF


                      图示：Time --> 随着时间的推移，磁盘逐渐被塞满 ... 

如上图，用这些格子代表闪存的存储空间。蓝色的是存有数据的位置。
如果删除了某个文件，硬盘并不会立刻擦除对应位置的数据，而是做个标记[拆]。
当你要存储新的文件时，硬盘并不会使用标记的位置，而是使用空白的区域。
随着读写次数的增加，硬盘里的空白区域越来越少。


图示：将左上角区域的数据[ABCDE]-->移动到右上角空白区域; 然后擦除左上角片区。

如上图，当空白区域不够用时，就要将被标记的位置腾出来，也就是擦除其中的数据。
但是闪存要擦处数据就只能把一整块区域里的有用没用的数据同时擦除，
所以要首先将这里有用的数据移动到空白区域，然后再整块擦除。

这种过程被称为写入放大 WAF (Write Amplification Factor)
意味着更复杂的步骤，更长的耗时。更多的擦写次数。
这就是为什么当硬盘被塞的太满，硬盘的运行速度和寿命就会降低的原因。
https://www.youtube.com/watch?v=626XGdHveiw 

很多Linux系统安装指导，都会建议将swap分区放到机械硬盘上，除了能节省SSD的空间，也有上文写入放大问题的考量吧。

如何查看SSD硬盘信息

https://crystalmark.info/en/software/crystaldiskinfo/
https://briian.com/56279/
軟體名稱：mSMART
軟體版本：4.0.0
官方網站：MEMXPRO 敏博 http://www.memxpro.com/tw/service_software_service.html
軟體下載：下載 https://123.briian.com/forum.php?mod=viewthread&tid=9503

Windows下可使用娱乐大师等这里就不提了。

Linux系统下安装smartmontools, 这里在arch环境下安装使用，命令是smartctl。

$ sudo pacman -S smartmontools

常用选项有：更多选项请看-h帮助或man page

  • -i, --info Show identity information for device 显示设备的身份信息
  • -a, --all Show all SMART information for device 显示设备的所有SMART信息
  • -x, --xall Show all information for device 显示设备的所有信息
  • -d TYPE, 将设备类型指定为以下之一: ata, scsi[+TYPE], nvme[,NSID], sat[,auto][,N][+TYPE],...很多选项请看 -h帮助
  • -H, --health Show device SMART health status 显示设备SMART健康状态
  • -c, --capabilities(ATA, NVMe) Show device SMART capabilities 显示设备SMART功能
  • -A, --attributes Show device SMART vendor-specific Attributes and values 显示设备SMART供应商特定的属性和值
  • -t TEST, --test=TEST 运行测试。测试: offline, short, ...很多选项请看 -h帮助
  • -C, --captive Do test in captive mode (along with -t) 在圈养模式下进行测试（连同-t）
  • -X, --abort Abort any non-captive test on device 中止任何非设备测试

$ sudo smartctl -i /dev/sdb
smartctl 7.0 2018-12-30 r4883 [x86_64-linux-5.1.8-arch1-1-ARCH] (local build)
Copyright (C) 2002-18, Bruce Allen, Christian Franke, www.smartmontools.org
=== START OF INFORMATION SECTION ===
Model Family: OCZ/Toshiba Trion SSDs
Device Model: OCZ-TRION100
Serial Number: X5RB54XWKMCX
LU WWN Device Id: 5 e83a97 200320312
Firmware Version: SAFM11.2
User Capacity: 240,057,409,536 bytes [240 GB]
Sector Size: 512 bytes logical/physical
Rotation Rate: Solid State Device
Form Factor: 2.5 inches
Device is: In smartctl database [for details use: -P show]
ATA Version is: ACS-2 (minor revision not indicated)
SATA Version is: SATA 3.1, 6.0 Gb/s (current: 3.0 Gb/s)
Local Time is: Fri Jun 14 17:34:44 2019 CST
SMART support is: Available - device has SMART capability.
SMART support is: Enabled

$ sudo smartctl -A /dev/sdb
smartctl 7.0 2018-12-30 r4883 [x86_64-linux-5.1.8-arch1-1-ARCH] (local build)
Copyright (C) 2002-18, Bruce Allen, Christian Franke, www.smartmontools.org
=== START OF READ SMART DATA SECTION ===
SMART Attributes Data Structure revision number: 16
Vendor Specific SMART Attributes with Thresholds:
ID# ATTRIBUTE_NAME FLAG VALUE WORST THRESH TYPE UPDATED WHEN_FAILED RAW_VALUE
9 Power_On_Hours 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 18539
12 Power_Cycle_Count 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 2454
167 SSD_Protect_Mode 0x0022 100 100 000 Old_age Always - 0
168 SATA_PHY_Error_Count 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 0
169 Bad_Block_Count 0x0003 100 100 010 Pre-fail Always - 0
173 Erase_Count 0x0012 194 194 000 Old_age Always - 0
192 Unexpect_Power_Loss_Ct 0x0012 100 100 000 Old_age Always - 207
194 Temperature_Celsius 0x0023 064 045 030 Pre-fail Always - 36 (Min/Max 2/55)

内存篇

内存名词解释
SDRAM: Synchronous Dynamic Random Access Memory 同步动态随机存储器 (已退)
DDR: (DDR SDRAM) Double Data Rate SDRAM 双倍速率同步动态随机存储器 (内存)
GDDR: Graphics Double Data Rate SDRAM 图形双倍速率同步动态随机存储器 (显存)

CPU RAM 全称 位宽 每周期读取
80286 DIP Dual In-line Package    
80386 SIMM Single-Inline Memory Module 32bit 4字节
奔腾 DIMM Double-Inline Memory Module 64bit 8字节

 

内存描述 RAM 全称 用途 特点 命名 说明
无缓冲型模组 UDIMM Unbuffered DIMM 标准台式电脑 无ECC DDRx-yyy x代表第几代;yyy代表数据传输率;
zzzz代表最大带宽;zzzz=yyy * 8
DDR位宽为64位,8个字节,(位宽×频率=带宽)
小外型DIMM SO-DIMM Small Outline DIMM 笔记本电脑   PCx-zzzz
寄存型模组 RDIMM Registered DIMM 主要用于服务器 ECC  

 

DDR内存


年代 内存版本 电压 预取机制
Bit		 主要带宽型号有
  SDRAM 3.3v 1 PC-100/133/150
2002 DDR 2.5v 2 DDR-200/266/333/400
2004 DDR2 1.8v 4 DDR2-400/533/667/800
2007 DDR3 1.5v 8 DDR3-800/1066/1333/1600
2014 DDR4 1.2v 16 DDR4-1600/2133/2666/3200

 

基数   传输频率 贷款  
公式> VA*VB CC*2 Vv-Da Da*8 PC-Ea Ea/1000 1000/VB
Vv VA VB CC Da Db Ea Eb Ec FF
  预取
机制
(bit)		 存储器
时钟频率
(MHz)		 I/O总线
时钟频率
(MHz)		 传输速率
[yyy]>
(Mhz)		 内存型号
DDRx-yyy		 带宽
[zzzz]>
(Mib/s)		 模块名称
PCx-zzzz 		最大
传输率
(Gib/s)		 周期

(ns)
DDR 1 100 100 200 DDR-200 1600 PC-1600 1.6 10.0
1 133 133 266 DDR-266 2128 PC-2100 2.1 7.5
1 166 166 333 DDR-333 2664 PC-2700 2.7 6.0
1 200 200 400 DDR-400 3200 PC-3200 3.2 5.0
                   
DDR2 2 100 200 400 DDR2-400 3200 PC2-3200 3.2 10.0
2 133 266 533 DDR2-533 4264 PC2-4200 4.2 7.5
2 166 333 667 DDR2-667 5336 PC2-5300 5.3 6.0
2 200 400 800 DDR2-800 6400 PC2-6400 6.4 5.0
2 266 533 1066 DDR2-1066 8528 PC2-8500 8.5 3.8
                   
DDR3 4 100 400 800 DDR3-800 6400 PC3-6400 6.4 10.0
4 133 533 1066 DDR3-1066 8528 PC3-8500 8.5 7.5
4 166 667 1333 DDR3-1333 10664 PC3-10600 10.6 6.0
4 200 800 1600 DDR3-1600 12800 PC3-12800 12.8 5.0
4 233 933 1866 DDR3-1866 14928 PC3-14900 14.9 4.3
4 266 1066 2133 DDR3-2133 17064 PC3-17000 17.0 3.8
                   
DDR4 8 100 800 1600 DDR4-1600 12800 PC4-12800 12.8 10.0
8 133 1066 2133 DDR4-2133 17000 PC4-17000 17.0 7.5
8 150 1200 2400 DDR4-2400 19200 PC4-19200 19.2 6.7
8 166 1333 2666 DDR4-2666 21300 PC4-21300 21.3 6.0
8 183 1466 2933 DDR4-2933 23500 PC4-23500 23.5 5.5
8 187 1500 3000 DDR4-3000 24000 PC4-24000 24.0 5.4
8 200 1600 3200 DDR4-3200 25600 PC4-25600 25.6 5.0
8 225 1800 3600 DDR4-3600 28800 PC4-28800 28.8 4.4
8 233 1866 3733 DDR4-3733 29900 PC4-29800 29.8 4.3
8 250 2000 4000 DDR4-4000 32000 PC4-32000 32.0 4.0
8 266 2133 4266 DDR4-4266 34100 PC4-34100 34.1 3.8
8 287.5 2300 4600 DDR4-4600 36800 PC4-36800 36.8 3,5
8 300 2400 4800 DDR4-4800 38400 PC4-38400 38.4 3.3
8 333 2666 5333 DDR4-5333 42700 PC4-42700 42.7 3.0
  预取
机制
(bit)		 存储器
时钟频率
(MHz)		 I/O总线
时钟频率
(MHz)		 传输速率
[yyy]>
(Mhz)		 内存型号
DDRx-yyy		 带宽
[zzzz]>
(Mib/s)		 模块名称
PCx-zzzz 		最大
传输率
(Gib/s)		 周期
(ns)
公式> VA*VB CC*2 Vv-Da Da*8 PC-Ea Ea/1000 1000/VB
Vv VA VB CC Da Db Ea Eb Ec FF

显存GDDR

GDDR5是一种高性能显卡用内存，专为高带宽需求电脑应用设计。
GDDR5采用了DDR3的8bit预取技术，且使用了两条并行的DQ总线，从而实现双倍的接口带宽。
相当于提供了在GDDR3基础上多加了一条通道，而GDDR3显存却只有一条通道.所以GDDR5的理论速度可达GDDR3的4倍以上。

年代 显存版本 对应的
内存版本		 预取机制
bit		 电压 最大容量 位宽 封装针脚 描述
2004 GDDR DDR 2 2.5v 16/32 16/32 144 第一版，与内存差别不算大
  GDDR2 DDR2 4 2.5v 32 32 144 发热巨大，昙花一现
2008 GDDR3 DDR2 4 1.8v 128 32 136/144 优化加强，生命周期长达5年
  GDDR4 DDR3 8 1.5v 128 32 136 Nv不支持...AMD部分使用过
2012 GDDR5 DDR3 8 1.5v 1024 32 170 比较出色，目前主流配置
  GDDR5X DDR4 16 1.35v 2048 32/64 190 少数高端N卡专用
  GDDR6 DDR4 16 1.35v 4096 32/64 180 预计2020年

 

USB篇

Universal Serial Bus（通用串行总线）
（b是bit,位,比特），b/s 一般表示位传输速度，bps 表示位传输速率，数值上相等。
（B是Byte,字节），B/s与b/s，BPS(字节每秒)与bps（位每秒）相差8倍（1 Byte = 8 bit）。
1MB/s（兆字节/秒）=8Mbps（兆位/秒），比如:USB1.1（12Mbps=1.5MB/s）。

最新的USB3使用物理层编码8b/10b 

年代 USB版本 速率bps 速度 电压V 电流mA 速率称号 中文 接口基座 针脚
1994 USB 0.7                
1996 USB 1 1.5Mb/s 192KB/s 5 500mA Low-Speed 低速    
1998 USB 1.1 12Mb/s 1.5MB/s 5 500mA Full-Speed 全速    
2000 USB 2 480Mb/s 60MB/s 5 500mA High-Speed 高速 黑色或白色 4
2009 USB 3 5.0Gb/s 500MB/s 5 500mA Super-Speed 超高速 蓝色 9
2013 USB 3.1 Gen1 5.0Gb/s 500MB/s 5 500mA        
2017 USB 3.2 Gen1x1 5.0Gb/s 500MB/s 5 500mA        
2013 USB 3.1 Gen2 10Gbps 1280MB/s 20 5A Super-Speed+ 超高速+    
2017 USB 3.2 Gen2x1 10Gbps 1280MB/s 20 5A        
2017 USB 3.2 Gen2x2 20Gbps 2.5GB/s 20 5A     Type-C  
2019 USB 4 40Gbps 5GB/s 20 5A        

 

年代 USB版本 速率Gbps
  Thunderbolt 1 10Gbps
  Thunderbolt 2 20Gbps
2017 Thunderbolt 3 40Gbps

 

USBOTG

USB OTG是USB On-The-Go的缩写, OTG技术就是实现在没有Host的情况下，实现从设备间的数据传送。
例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备间的USB口，将拍出的相片立即打印出来；
也可以将数码照相机中的数据，通过OTG发送到USB接口的移动硬盘上，野外操作就没有必要携带价格昂贵的存储卡，或者背一个便携电脑。

USB-HID

是Human Interface Device的缩写，由其名称可以了解HID设备是直接与人交互的设备，例如键盘、鼠标与游戏杆等。不过HID设备并不一定要有人机接口，只要符合HID类别规范的设备都是HID设备。

在HID协议下，U盘的固件可以被黑客修改，植入恶意代码，将U盘伪装成键盘、网卡，进而操纵电脑、篡改DNS，完成下一步的攻击。除了U盘，其他USB设备同样可以伪装，例如利用充电宝盗取数据也屡见不鲜。

其他项目

电源
电源最大的发展是转化率提高了不少。效能更好。
选择时至少选择金牌80%以上转换率的。
注意总功率，CPU供电接口，显卡供电接口等。
不要选杂牌。淘宝上有好评无数，销量过万的，里面竟然有水泥块…
（好的电源用料足，通常也比较重。）要买主流大牌的，别买到水泥快…

机箱
至于机箱，基本没变。

  • 老机箱，电源在上面，全封闭。
  • 新机箱，电源下置，侧透。

把机箱倒置，就电源下置了；为方便静音散热，侧面盖板打开，实现侧透，不仅透光，还透风。
see, 机箱基本没变化。
好的机箱通常不会太轻巧…

光效
至于各种灯光效果，那完全是光污染。浪费资源，且毫无意义。
大部分是图新鲜，买回去开几天，之后能关的都会关掉。

水冷
水冷液可选不导电的矿物油，不怕漏液，不会变质。
（据说有人使用过植物油，时间长了会变质，就会有味道出来，虽然不漏液。）

SSD
注意别买到大号U盘。

关于带核显的CPU
AMD的核显效果比同级别的intel强。但是上面主板篇的。
如果在核显CPU上加装显卡。Intel支持PCI-e 3.0 16x；AMD只能支持PCI-e 3.0 8x；
仅参照前面的表的出的结论，没有具体查证主板芯片，仅供参考。