第 0.2 节 总线接口与协议
我们知道 M.2 只是一个物理接口，它本质上是一种迷你的 PCIe 接口，可以直接连接物理引脚而无需额外的芯片。
根据 M.2 规范和 PCIe 规范，M.2 接口最大支持 3.3V 3A，约为 10W。
总线、接口与协议
我们需要首先区分三个概念：物理接口、总线协议（通道）和通道（协议）。实际上，从本质上来看，这些概念可以简化为两个，因为通道（协议）本质上等同于总线协议（通道）和物理总线（例如 PCIe、USB、SATA 等物理接口、连接器、连接线）。
物理接口：指的是实际的物理连接和传输介质，例如 M.2、Type-C 口、SATA、以太网线、USB 数据线等；
通道 = 协议；
物理总线：即物理接口；
总线协议（通道）：指的是用于数据传输的规则和标准，例如 PCIe 协议、USB 协议、SATA 协议、TCP/IP 协议；
总线（通道）：总线（通道） = 物理总线（物理介质） + 总线协议（通道）。总线是指整个数据传输路径的概念，包括物理总线（即物理连接和传输介质）和总线协议（即数据传输的规则和标准）的组合。
例如，可以使用以太网线来传输 HDMI 数字信号。这展示了物理总线的可复用性。
参考绿联（UGREEN）HDMI延长器50米 HDMI转RJ45网传网口转换器 单网线网络高清1080P视频传输信号放大器 一对装 90811。它使用以太网线来延长 HDMI 信号，其传输的物理介质是以太网线，接头是 RJ45。
从设计上讲，以太网线通常使用以太网协议传输数据，物理介质是以太网线，接头是 RJ45。然而，该产品的存在表明，物理总线可以承载不同的信号类型。以太网线作为物理介质，既可以用于传输以太网协议下的 TCP/IP 数据，也可以通过不同的信号编码和转换器传输 HDMI 的数据。
并且该产品在实际传输 HDMI 数据时，并不是使用以太网协议，而是通过 HDMI 协议下的信号编码（TMDS）传输。
参考文献：
物理接口在理论上决定了其承载的上限和电气性能，如能够承受的电压、电流和功率，IP 等级，以及尺寸规格如多少 X 多少。常见的物理接口包括 M.2、U.2、SATA、USB（包括 Type-C）、HDMI、DP 和 RJ45。
在大多数情况下，我们通常讨论的是物理接口，但严格来说，将物理接口和其承载的协议混为一谈是不准确的。因为任何物理接口在理论上都可以通过适配器相互转换。
例如，Type-C 接口可以支持 USB2.0、USB3.0、DP、HDMI、Thunderbolt 和 USB PD 等多种协议。因此，M.2 接口在理论上既可以连接 NVMe 硬盘，也可以连接 SATA 硬盘，还可以连接显卡、声卡以及主板上的 PCIe 设备，而无需任何驱动，但可能需要额外的 12V 电源供应。
总线协议（我们将直接连接到 CPU 的通道称为总线，总线本质上也是通道）。现代 x86 计算机通常只有三种总线：USB、SATA、PCIe。
例如，现代消费者型号的英特尔处理器通常仅直接支持这三种总线。
SATA 协议或 SATA 硬盘之所以慢，是由于协议设计问题造成的，与 SATA 这个物理接口本身关系不大。并且 SATA 协会已经摆烂了，他们认为与其设计更多不兼容传统 SATA 设备的新协议，去改造 SATA 这个总线协议，还不如让用户去用使用 PCIe 硬盘或者直接把 SATA 硬盘接到 PCIe。SATA 目前也兼容了 PCIe 总线。
因为直接连接到 CPU 的通道我们称之为总线协议，因此其他通道则被称为普通协议或通道。对于现代处理器而言，只有 USB、SATA 和 PCIe 这三种总线直接连接到 CPU。而大多数其他设备，如网卡、显卡、声卡、摄像头通常连接到 PCIe 接口。
需要注意的是，尽管这些设备连接到了 PCIe 总线，但并非所有设备都是直接连接到了 CPU（通常是通过主板上的 DMI 通道转接的）。
我们需要先来介绍一下 2010 以前的大部分 X86 计算机（即酷睿三代以前）的架构：
CPU——>前端总线 FSB—>北桥—>PCI—>南桥—>PCI—>其他设备。
以上 PCI 也可以替换为 PCIe。
但是在 PCIe 和新一代酷睿大规模使用后北桥在主板上就消失了。北桥负责高速设备（比如内存、集显），南桥负责低速设备（网卡、声卡、摄像头等）。南北桥直接通过 PCI 总线连接。
在某种意义上，以前的 PS/2 鼠标、PS/2 键盘相当于直连 CPU（北桥）。
但是现在仍然有直连 CPU 的 USB 总线，一样可以接入键盘和鼠标。所以，用是否直连 CPU 来论证 PS/2 接口的优越性是毫无道理可言的。
在现代 x86 CPU 中，已经在主板上看不见北桥了，但是北桥并未真正消失，他只是被集成到了 CPU 而已，并且由若干 CPU 核心负责处理这些，PCIe 总线也从这些核心上面引出。
我们所说的直连到 CPU 的 PCIe，本质上就是之前直连北桥的 PCI。现代 CPU 通过引脚连接到主板，CPU 和主板之间的 PCIe 被英特尔称为 DMI（Direct Media Interface，直接媒体接口），而 AMD 则称之为 PCIe。DMI 3.0x4 相当于 PCIe 3.0x4。
在主板上的设备要么直连到 CPU，要么通过主板上的 DMI 总线转接到 CPU。
由于北桥已经集成到了 CPU 中，看上去就有了两种方式连接 CPU：
① CPU -> PCIe（处理器上的 PCIe） -> 设备（任何设备），我们称之为直连 CPU 的 PCIe；
② CPU -> PCIe（DMI，芯片组/PCH 上的 PCIe） -> 主板 -> PCIe（或转换成其他接口，如 SATA、USB、M.2） -> 设备。
因此，理论上要获得最大速度，需要使用 ①，但可能会影响 CPU 和设备的稳定性。
同时需要注意，PCIe 并不是无限多的，这由 CPU 的规格决定，一般情况下，英特尔 CPU 可能只有 20 条 PCIe，例如 PCIe 3.0x20，其中的 3.0 表示 PCIe 的版本号，20 表示通道数。
因此，DMI 的上限也不是无穷大的，如果在主板上安装了很多 PCIe x16 插槽，由于 DMI 通道的限制，这只是看上去很好，但实际上不能达到预期效果（如果插满，肯定不会符合预期）。
除了直连到 CPU 的设备外，所有其他设备都共享主板上的 DMI 总线。
其实从根本上说无论是否将北桥进行集成没有任何区别。在本质上都是相同的。这是由冯·诺依曼架构所决定的。但在性能和效率有所提升。
一般来说，任何设备要进行转换，不仅需要在物理上连接（将线连接在一起），还需要在软件层面（即驱动程序）进行适配。例如，所谓 NVMe 转 USB 的正确说法应该是 USB 3.1 Gen 2 到 PCIe Gen3 x2 桥接控制器。这种转换并不是将 NVMe 转换为 USB，而是将 PCIe 转换为 USB。
并不是因为不需要安装驱动就意味着设备内部没有芯片，因为大多数这类驱动程序都是内置在操作系统中的。
事实上，总线、接口与协议这三者在严格意义上应该是分开的。因此，当我们谈论 M.2 转换为 PCIe 时，只是物理上将它们连接起来，不需要额外的芯片（因此也不需要驱动程序）。但是，如果要将 M.2 支持 SATA，就需要进行协议转换。
例如，虽然 M.2 物理接口相同，但如果要连接 SATA 硬盘，就必须通过转换芯片进行连接。
同样，严格来说并不是 SATA 转换为 M.2，而是 SATA 转换为 PCIe，即使用的是 PCIe Gen3 x1 转 2xSATA 桥接控制器。
因此，当我们提及 M.2 NVMe SSD 时，应该明确它是一种 PCIe 硬盘，NVMe 则是基于 PCIe 的应用层协议。就像英特尔连接主板与 CPU 的通道的 DMI 在本质上也是 PCIe 一样。
首先，任何 M.2 在物理上都完全等于 PCIe。无需任何芯片或电平转换。M.2 接口=mini PCIe，并且在历史上也的确如此。但是 M.2 没有 12V （U.2 接口支持，可以视为增强型的 M.2）。
标准的 PCIe 接口同时供电 3.3V、12V，最大支持 75W。而标准的 M.2 最高支持 3.3V 3A，即 10W。
总线就是协议的一种，无非总线是公用通道，大家都直接或间接兼容而已。真正存在的东西只有两种，物理的接口和软件的协议。与协议分层实际上无关。只要是硬件就可以随便转（硬件本质也是电压电流，电信号随便转）。
最后更新于