SATA，也称为串行高级技术附件（ATA），是计算机中央电路板和存储设备之间传输数据的接口，存储设备可以是内部的（如硬盘驱动器和固态驱动器）或外部的（如独立磁盘冗余阵列或 RAID 阵列）。重要的是，串行通信一次发送一位数据，这与多个并行流不同，这是 SATA 的核心功能之一。

SATA 现在已经取代了以前流行的 PATA 或并行 ATA 接口。它是大多数消费级硬盘驱动器使用的最普遍的存储接口。自 2003 年英特尔开发并发布 SATA 以来，它一直是将 HDD 连接到笔记本电脑或台式电脑的首选方法。

SATA 1.0 标准于 2001 年 8 月首次发布，作为 IBM 兼容系统使用的并行 ATA 接口的替代方案。磁盘阵列中的每个驱动器都可以通过 SerialATA 接收 1.5 Gbps 的容量。它可与其他 PATA 设备互操作，并包括一个细而紧凑的电缆选项。 

与 ATA 驱动器使用的较旧的带状连接电缆相比，此电缆有助于更轻松地布线并改善计算机通风。

SATA 的主要特点是：

适用于低电压连接：SATA 的信号峰峰值为 500mV (0.5V)。这有助于减少电线之间的失真和串扰。

利用差分信号：差分信号是一种通过两条相邻线路同时??传输同相和异相信号的方法。通过在接收器端识别两个信号之间的相位变化，以最小的工作电压和降低的功耗传输高速数据是可行的。

使用相对简单的电缆结构：PATA 电缆使用 40 针/80 线带状电缆构建，这是一种复杂的结构。相比之下，SATA 由一条 7 针数据线和一条 15 针电缆连接组成。这会增加信号速率，从而导致更快的数据吞吐量。

实现快速数据传输：SATA 的数据传输速率为每秒 150、300 或 600 MB。SATA 的这一特性允许更快的程序加载、改进的图像加载和快速的文档加载。

外部 SATA，通常称为 eSATA，通过称为 SATA 端口的指定插件区域提供对外部驱动器的支持。 

与其他选项相比，eSATA 具有多项优势。它支持热插拔，提供更高的传输速率而无需担心瓶颈（如 USB 和 FireWire），并且与磁盘驱动器技术兼容。可以将单个 eSATA 连接器连接到外部 SATA 盒以扩展存储并构建RAID 存储阵列。eSATA 驱动器的典型用途包括视频编辑、音频创建和数据备份。

然而，eSATA 有一些限制，例如不能像 USB 那样通过电缆传输电力。这意味着它将需要额外的驱动电源。

Non-volatile memory express (NVMe) 是一种计算机存储接口，它利用外围组件互连高速 (PCIe) 总线与固态硬盘 (SSD) 高速传输数据。PCI Express 总线的更高速度和延迟使其成为替代 SATA、串行连接小型计算机系统接口 (SCSI) 或 SAS 以实现存储互操作性的主要候选者。

NVMe 技术于 2011 年推出，旨在克服 SATA 接口和网络协议的限制。它采用 PCIe 总线而不是 SATA 总线来释放存储设备的巨大带宽潜力。PCIe 4.0（当前版本）支持多达 32 条通道，理论上可以以高达 64,000MB/s 的速度传输数据，而 SATA III 的最大传输速率为 600MB/s。

此外，NVMe 标准允许 65535 个命令队列。通过提高存储设备的效率、可靠性和跨各种平台的互操作性，这为存储设备提供了巨大的可能性。

由于它们旨在与缓慢/较慢的 HDD 和基于磁带的内存一起使用，因此 SAS 和 SATA 等传统存储连接接口会在现代网络中产生拥塞。NVMe 旨在使用固态硬盘 (SSD) 内存的更高速度和并行处理能力。

这项技术可以提供更高的速度，因为：

与多核 CPU 并行执行输入/输出 (I/O) 活动以实现高吞吐量。

它不通过 SAS 或 SATA 控制器传递，而是直接与主机 CPU 交互。

有多个命令队列，因此每个队列可以传输多个命令。

通过使用更少的 CPU 周期将延迟减少到不到三微秒。

支持具有一系列非易失性内存 (NVM) 类型的 SSD。

支持 NVMe 工作的关键特性是：

最大限度地减少驱动程序定制需求：早期的 PCIe 连接 SSD 需要单独的设备驱动程序来执行所有操作。如果用户升级了操作系统或只是安装了安全补丁，通常需要部署全新的设备驱动程序才能访问 SSD。最流行的操作系统和管理程序开箱即用地支持 NVMe SSD。鉴于接口是标准化的，任何制造商构建的任何 NVMe SSD 都可以由单个设备驱动程序支持。

捕获异步事件：NVMe 协议还允许异步事件，例如自我监控、分析和报告技术 (SMART) 状态检查、错误报告、固件提交、清理等。这些对于主机理解、响应、并在必要时控制小工具。这些事件既不会立即执行，也不会过期。此外，主机可以执行异步固件升级并使其在特定时间段可访问。

简化引导过程：NVMe 规范定义了一个引导分区，该分区在控制器运行之前就可以被读取。甚至需要启动到预操作系统状态的程序，如统一可扩展固件接口 (UEFI)，也可能包含在分区区域中。此选项也有利于安全启动。

值得注意的是，SATA 和 NVMe 都用于 SSD 环境，但只有后者是专门为 SSD 构建的。除此之外，SATA 和 NVMe 之间还存在一些差异： 

如前所述，固态驱动器 (SSD) 使用非易失性快速存储器 (NVMe) 或串行高级技术附件 (SATA) 与计算机的其余部分进行通信。NVMe 是一种主机控制器接口，旨在通过计算机的 PCIe 总线加快企业和客户端系统之间的数据传输速率。PCIe 组件可确保更低的延迟和更高的每秒输入/输出操作数 (IOPS)。因此，NVMe 比 SATA 更??快地读取和访问数据。

另一方面，SATA 通过高级主机控制器接口 (AHCI) 驱动访问数据。AHCI 可加速机械驱动器并通过使用本机命令队列 (NCQ) 功能实现热插拔。SATA 向后和向前兼容所有 SATA 标准，但它是与 NVMe 完全不同的接口。

NVMe 驱动器具有更高更快的传输速率，即使 SATA 和 NVMe 驱动器都采用单一外形。 

例如，第三代 NVMe PCIe 连接器 3.0 最高速度可达 3,500 MB/s，而第四代 NVMe PCIe 连接器 4.0 最高速度可达 7,500MB/s。相比之下，SATA 驱动器的传输速率相对较慢。SATA SSD 的速度最高可达 500MB/s，而 SATA HDD 的速度最高可达 160MB/s。各个 SATA 型号也有不同的性能速度。然而，这些速度可能足以满足消费级使用，这需要超级计算所需功率的一小部分。

在 SSD 中，传输速率还取决于个别型号和驱动器的 PCIe 连接器代数。驱动器的速度会影响编辑文档、网页浏览、加载文件和复制文件等任务。

NVMe SSD 通常用于 M.2 外形尺寸（为内部安装的计算机卡定义的规格）的预制台式计算机和笔记本电脑中。其他形式，例如 U.2、U.3 以及企业和数据中心标准外形规格 (EDSFF)，也存在但在 NVMe 中不太常见。 

相比之下，SATA 固态硬盘要么以标准 2.5 英寸形式提供，要么以更小更薄的 M.2 驱动器形式提供。2.5 英寸外形规格是最常见的 SATA SDD 形式，而 M.2 SATA SSD 主要用于平板电脑、小型计算机和超薄笔记本电脑。

一般来说，NVMe SSD 比 SATA SSD 贵。即使 NVMe 和 SATA 驱动器具有相同的存储容量，NVMe 驱动器的成本也更高。 

250GB NVMe SSD 存储空间的成本从 50 美元到 90 美元不等，500GB 的成本从 70 美元到 160 美元不等，1TB 存储空间的成本从 120 美元到 200 美元不等。此外，速度更快的 NVMe SSD 成本更高。1TB NVMe PCIe 3.0 的价格从 115 美元到 120 美元不等，而 1TB NVMe PCIe 4.0 的价格从 120 美元到 200 美元不等。

SATA SSD 比 NVMe 驱动器更便宜、更实惠。250GB SATA 驱动器的价格从 40 美元到 70 美元不等，500GB 的价格从 50 美元到 90 美元不等，1TB 的价格从 90 美元到 140 美元不等。

速度和存储容量是 SSD 价格的主要决定因素。更快的驱动器成本更高，容量更大的驱动器成本更高，并且某些 SSD 型号的成本高于其他型号。 

NVMe 驱动器比 SATA 驱动器更节能、更环保。NVMe SSD 使用半导体模块来存储和访问数据，从而显着降低功耗。备用 NVMe SSD 的平均功耗为 0.0032 W，而活动 NVMe 的平均功耗为 0.08 W。 

此外，NVMe SSD 可以识别 IO 模式以确定温度变化。这种能力使他们能够灵活地为写入密集型工作负载分配更高效的功率，并为读取为主的工作负载分配更少的能量。低功耗 SSD 产生的热量较少，是更密集的服务器和存储设备的理想解决方案。

SATA SSD耗电量更大，待机SATA平均功耗为0.195W，使用中SATA平均功耗为0.279W。 

由于网络威胁的增加，安全存储和访问数据的需求已成为任何寻找存储介质的人的重要关注点。NVMe 驱动器提供比 SATA 驱动器更好的加密。NVMe SSD 使用 XTS-AES 256 位加密标准来保护用户数据。AES-256 加密无法破译，使其成为保护私人数据免受网络攻击的首选方法。  

此外，NVMe 还集成了 McAfee 和 Symantec 等加密提供商提供的安全管理解决方案。NVMe SSD 还具有额外的安全功能，例如锁定 2.0，它使管理员能够允许用户在驱动器的某些部分上读取和写入数据，同时禁用其他功能以防止用户对驱动器进行意外更改。 

此外，NVMe SSD 具有传输层安全 (TLS) 协议，可加密数据并验证计算机之间的连接。相比之下，SATA SSD 的安全机制非常少——您只能使用擦除和清理命令来远程保护存储。

处理更多命令队列的固态硬盘对于需要多任务处理的用户和企业来说是必不可少的。 

NVMe 架构支持 65,535 个输入/输出 (I/O) 命令队列，每个队列同时支持 65,535 个命令。NVMe 具有非统一内存访问 (NUMA) 功能，允许多个内核共享队列的所有权。它还允许创建无限数量的队列以满足预期的工作负载。另一方面，SATA SSD 只有一个队列，每个队列有 32 个命令。

此外，IOPS 是企业和托管服务提供商在给定时间检索多个文件时的关键性能指标。对于企业来说，他们的存储介质必须具有高 IOPS 以保持高性能，以处理许多用户访问与广泛的数据仓库相关的软件程序。NVMe 驱动器通常具有更高的 IOPS，因为它们以超过 1,500,000 的读取和写入速度推出，而 SATA 驱动器的最高读取 IOPS 约为 75,000。

选择使用 NVMe SSD 还是 SATA SSD 因个人用途和企业用途而异。对于个人使用，SATA SSD 是物有所值的选择。它为存储多个文件提供了负担得起的廉价存储空间，并允许用户高速执行各种功能。

它还向后兼容，因此可以与遗留组件一起使用。与 NVMe SSD 不同，它不会对其他主板组件造成压力，例如处理能力较低的处理器。

对于企业和托管解决方案等商业用途，NVMe SSD 是首选。此外，关键业务应用程序需要高 IOPS 来同时处理多个请求，以确保流畅的用户体验。因此，在线商店可能会使用 NVMe SSD 作为他们的首选存储介质。 

NVMe 对于需要交易密集型数据库的企业（例如金融机构）也很有价值。

NVMe 相对于 SATA 驱动器的主要优势是速度。NVMe SSD 的最高速度是 SATA SSD 的十倍以上。当这款 NVMe SSD 与其他高端主板配对时，计算机可以达到极快的速度。 

SATA SSD 的主要重点是在速度和可负担性之间取得良好的平衡。虽然其高达 500MB/S 的最高速度与 NVMe 驱动器的速度相比可能看起来并不多，但对于典型用户而言，该速度已经足够高了。SATA SSD 让用户能够从他们的计算机上体验到更好、更实惠的性能，同时还能节省成本。

多年来，随着越来越多的制造商进入存储市场，SSD 的成本越来越低。然而，即使对于与 SATA 相同的存储容量，NVMe 成本仍然高得令人望而却步。此外，尽管价格高昂，但购买 NVMe SSD 并不一定能保证更好的性能，除非您是拥有配套设备的企业用户。

另一方面，SATA SSD 不适合在需要快速数据传输和低延迟率的环境中使用。这是由于它们的 IOPS 非常低，无法有效管理关键应用程序。此外，与 NVMe SSD 相比，它们的电源效率低下使得它们对企业的环保和维护成本更高。