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 PCIe 接口，可以直接连接物理引脚而无需额外芯片。
根据 M.2 规范，M.2 接口最大支持 3.3 V、3 A，约为 10 W。
总线、接口与协议
我们首先需要区分三个概念：物理接口、总线协议（或总线通道）以及通道（或协议）。
实际上，这些概念可以简化为两个，因为在本质上，通道或协议等同于总线协议（或总线通道）与物理总线（例如 PCIe、RJ45、Type-C 之类的物理接口、连接器、连接线等）之和。通道或协议是一个泛指，既可以指二者之和，也可以单独指其中之一。
通道 ≈ 协议；
物理总线 ≈ 物理接口；
物理接口：指实际的物理连接形式和传输介质，例如 M.2、USB Type-C 接口、SATA 接口、以太网线、USB 数据线等；
总线协议（或总线通道）：指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/总线通道。
注意
总线是指整个数据传输路径，是物理总线（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 数字信号数据。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，并未使用以太网协议，而是采用 HDMI 协议下的信号编码方式（TMDS）进行传输。
参考文献：
物理接口在理论上决定了其承载上限和电气性能，例如可承受的电压、电流和功率、IP 等级，以及尺寸规格（如具体的长宽尺寸）。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，我们讨论的通常是物理接口，但严格来说，将物理接口与其所承载的协议混为一谈是不准确的。因为在理论上，任何物理接口都可以通过适配器进行相互转换。
例如，USB Type-C 接口可以支持 USB 2.0、USB 3.x、DisplayPort、HDMI、Thunderbolt 和 USB Power Delivery 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（本文将直接连接到 CPU 的通道称为总线，而总线在本质上也是一种通道）。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 硬盘性能较低，主要是由协议设计所限制的，与 SATA 这一物理接口本身关系不大。并且 SATA-IO 组织已基本停止对 SATA 协议的性能演进，其倾向于引导用户转向 PCIe 硬盘，或通过桥接方式将 SATA 设备连接到 PCIe 总线上。目前已有通过桥接方式在 PCIe 总线上使用 SATA 设备的实现方案。
由于直接连接到 CPU 的通道被称为总线，因此其他通道通常被称为普通协议或普通通道。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）。
下面先介绍 2010 年以前大多数 x86 计算机（即第三代酷睿处理器之前）的典型架构：
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。
但在 PCIe 和新一代酷睿处理器大规模应用之后，北桥芯片逐渐从主板上消失。曾经的北桥负责高速设备（比如内存、集显），南桥负责低速设备（网卡、声卡、摄像头等）。南桥与北桥之间通常通过 PCI 或 PCIe 总线进行连接。
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 处理器中，主板上已不再独立存在北桥芯片，但其功能被集成进 CPU 内部，并由相关逻辑单元负责处理，同时 PCIe 总线也从 CPU 中引出。
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 与芯片组之间的互连在英特尔平台上称为 DMI（Direct Media Interface，直接媒体接口），而在 AMD 平台上则采用 PCIe 互连。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，从理论上讲，要获得最大带宽应采用方式 ①，但在实际应用中可能会受到平台稳定性和资源分配的限制。
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，英特尔处理器提供的 PCIe 通道数量是有限的，例如 PCIe 3.0 ×20，其中 3.0 表示 PCIe 版本，20 表示通道数量。
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。
从体系结构角度来看，北桥是否集成在 CPU 中在本质上并无根本区别。这是由冯·诺依曼架构所决定的。但在性能和效率上有所提升。
一般来说，设备之间的转换不仅需要在物理层面进行连接，还需要在软件层面（即驱动程序层面）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。
不需要单独安装驱动程序，并不意味着设备内部没有控制芯片，因为这类驱动通常已内置于操作系统中。
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，M.2 在物理连接层面上与 PCIe 通道直接对应（无 12V 供电）。无需任何芯片或电平转换。M.2 接口在设计理念上可视为 mini PCIe 的继任者，历史上二者也存在一定的继承关系。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。
从抽象层面看，总线可以视为一种协议，其特点在于作为公共通道，被多个设备直接或间接共享。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。从理论上讲，硬件信号可以通过电气和逻辑转换进行适配，但在实际应用中仍受成本、性能和稳定性等因素限制。
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