Computer Fundamentals 简明教程
Computer - NVMe Memory
What is Non-volatile Memory Express (NVMe)?
NVMe（非易失性存储器 Express）是一个协议，它使用 PCI Express（PCIe）界面将固态硬盘（SSD）存储器链接到服务器或 CPU。它是连接到计算机主板的非易失性存储器 Express（NVMe）的最快速、最流行的协议。NVMe 于 2011 年由一群 IT 专业人员开发，该设备是 SATA 和串行附加 SCSI（SAS）协议的替代品，它提供了更高的吞吐量，以便获得更快速、更可靠的性能。除了存储和技术进步之外，NVMe 有助于加速物联网（IoT）、人工智能（AI）和机器学习（ML）等关键技术的开发。
NVMe 协议专用于数据传输，每个输入/输出操作的系统开销较低，且每秒操作次数较少。它用于带有闪存的 SSD。NVMe 解决 SATA 界面和通信协议中的瓶颈。NVMe 技术使用 PCIe 总线代替 SATA 总线，从而释放了存储设备的巨大带宽潜力。NVMe 技术通过跨不同平台提高经济性、性能和兼容性，为存储设备解锁了不同的可能性。
近年来数据存储技术的进步促使组织和个人从传统硬盘驱动器（HDD）转向快速数据传输和低延迟固态硬盘（SSD）。SSD 和 NVMe 是两种不同类型的驱动器，可以互补使用。SSD 是基于半导体的存储器，包括闪存，而 NVMe 是一个数据传输协议，它在带有闪存的 SSD 中降低了每个输入/输出操作的系统开销，且每秒操作次数更少。预期 NVMe 技术将在未来成为新的行业标准。
Why NVMe is Important?
NVMe 具有外设组件互连 Express（PCIe）总线，可以实现高达 20 千兆字节每秒（Gbps）的传输速度。NVMe 设备不需要电源来保持其存储器。与其他技术不同，NVMe 存储可以使用 PCIe 插槽直接连接到计算机的 CPU，并使驱动器的闪存能够通过 PCIe 运行。
NVMe 技术具有快速的数据传输速度并允许并行性和轮询；NVMe SSD 可以优化响应时间和写入速度，并减少延迟以避免 CPU 瓶颈。此外，NVMe 技术比流行的小型计算机系统接口（SCSI）消耗的功率更少。
Characteristics of NVMe
NVMe 的一些关键特征如下：
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High Throughput and Low Latency − NVMe 利用高速 PCIe 总线进行延迟，从而实现更快的传输速度。
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Performance Enhancement − 其低延迟和高速数据传输特性极大地提高了存储系统的性能。
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Scalability − NVMe 的结构设计使其具有可扩展性，可以通过提供对未来存储进步的兼容性来提高性能。
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Cost Efficiency − 其更高的性能和耐用性通常会带来长期成本优势，原因是提高了生产力并减少了停机时间。
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Future-proofing − NVMe 具有高度的可扩展性并且与所有新兴的持久性存储器技术兼容。
How does NVMe Work?
NVMe 是一种存储传输技术，它允许您快速访问来自 SSD 等闪存存储设备的数据。它允许闪存使用高速的外设组件互连 Express（PCIe）总线直接与计算机进行通信，从而实现快速、高吞吐量和并行数据传输。NVMe 通过高速外围组件互连 Express（PCIe）总线在存储接口和系统 CPU 之间进行通信。NVMe 协议被开发为与快速媒体一起使用。
NVMe 的工作始于主机；它们编写 I/O 命令。NVMe 控制器检索并执行 I/O 命令队列，然后返回 I/O 完成队列，随后向主机中断。与标准传输协议（例如串行附加 SCSI (SAS) 和串行 ATA (SATA)）相比，主机记录 I/O 完成队列并清除门寄存器，它可以减少开销。NVMe 针对非均匀内存访问 (NUMA) 进行了优化，这意味着它可以在多个 CPU 内核之间处理队列。