理解计算机硬件标准速度
关于各种计算机数据传输和存储标准（例如，USB、SATA、DDR、PCIe、以太网等）的速度，存在许多误解。 因此，我创建了几个摘要描述和表格，涵盖了主要标准及其速度。
计算机硬件标准的性能通常使用在理想实验室条件下测量的理论最大值来宣传（实际上，传输速率可能受到设备控制器、温度或其他瓶颈的限制）。 这些数据不一定反映实际使用速度，但它们非常适合比较，因为它们清楚地显示了技术世代之间的差异。
如果我们想有效地比较数据传输速率和存储容量，字节可以作为共同的衡量标准，因为所有数据最终都以字节存储。 因此，在这些比较中，我将所有数据都以字节表示，或者更具体地说，在可能的情况下，以兆字节每秒 (MB/s) 表示，以便这些数字易于比较。 我使用 MB/s（兆字节每秒）是因为它是目前衡量存储设备、内存和其他内部组件速度最常用的单位，即使从技术上讲，1 MB 在这种情况下通常指的是 10241024 字节（正式名称为 MiB，如下所述）。 在许多地方，为了便于阅读，我对数字进行了大幅舍入。 在我们查看各个标准的速度之前，让我们回顾一下测量单位的基础知识。
数据单位及其用途
数据测量单位构成了数字世界的基础。 最基本的单位是 位，它存储单个二进制值（0 或 1）。 较大的单位，如字节、千字节、兆字节、千兆字节等，用于测量存储容量和数据传输。 下表显示了最重要的单位、它们的大小以及常见的用途。
| 单位 | 缩写 | 大小（字节） | 常用用途 |
|---|---|---|---|
| 位 | b | 1/8 字节 | 数据传输速率（例如，互联网速度：Mbps、Gbps） |
| 字节 | B | 8 位 | 存储字符（例如，一个字母可能是一个字节） |
| 千字节 | KB | 1,024 字节 | 文本文件、简单图像 |
| 兆字节 | MB | 1,024 KB | MP3 文件、小型程序、照片 |
| 千兆字节 | GB | 1,024 MB | 电影、软件、内存、固态硬盘容量 |
| 太字节 | TB | 1,024 GB | 机械硬盘、大型数据库、服务器存储 |
| 拍字节 | PB | 1,024 TB | 大型数据中心、云存储 |
| 艾字节 | EB | 1,024 PB | 互联网数据量、全球数据存储 |
注意：该表使用了常见的约定，其中 KB、MB、GB 等代表 1024 的幂。 有关详细信息，请参阅下一节。
为什么是 1024 而不是 1000？
在计算机中，数据量基于二进制，因为计算机使用以 2 为基数的数字系统（0 和 1）。 因此，一组位的大小基于 2 的幂：
- 1 KB = 2¹⁰ = 1,024 B，
- 1 MB = 2²⁰ = 1,048,576 B，
- 1 GB = 2³⁰ = 1,073,741,824 B，等等。
这与标准公制 (SI) 系统不同，在公制系统中，1 千 = 1000，1 兆 = 1,000,000 等。 由于这种差异，IEC（国际电工委员会）标准为二进制单位引入了单独的名称，例如：
- 1 千字节 (KiB) = 1,024 B
- 1 兆字节 (MiB) = 1,024 KiB = 1,048,576 B
- 1 千兆字节 (GiB) = 1,024 MiB = 1,073,741,824 B
但是，大多数操作系统（如 Windows）和许多硬件环境仍然使用传统的 KB、MB、GB 缩写来指代基于 1024 的二进制单位。 相比之下，营销材料，尤其是硬盘和固态硬盘等存储设备的营销材料，通常使用公制（基于 1000）定义（例如，1 GB = 1,000,000,000 字节）。 这种差异解释了为什么“1 TB”硬盘在您的操作系统中可能显示为大约“931 GB”（因为 1,000,000,000,000 字节 / (102410241024) ≈ 931 GiB）。
1000 MB 的数据代表什么？
（使用 1000 MB ≈ 1 GB 十进制进行说明）
| 数据类型 | 1000 MB 大致相当于 |
|---|---|
| MP3 歌曲（320 kbps，约 5 MB/首） | 约 200 首歌曲（约 15-20 小时的音乐） |
| 电子书 (EPUB/PDF)（约 500 KB/本） | 约 2,000 本书 |
| 照片 (JPEG, 12 MP)（约 3 MB/张） | 约 333 张照片 |
| 高清电影 (720p, H.264)（约 1,000-1,500 MB/小时） | 约 40-60 分钟的视频 |
| 全高清电影 (1080p, H.264)（约 2,000-3,000 MB/小时） | 约 20-30 分钟的视频 |
| 4K 电影 (HEVC/H.265)（约 7,000-15,000 MB/小时） | 约 4-8 分钟的视频 |
注意：实际大小因压缩和质量设置而异。
使用区域及其主要单位
- 数据传输： 网络速度（如互联网或以太网）通常以 比特每秒（例如，Mbps、Gbps）为单位进行测量，因为数据流的特征在于每秒传输的位数。 但是，为了与存储速度进行比较，将这些转换为字节每秒（除以 8）很有用。
- 存储： 字节及其倍数（KB、MB、GB、TB 等）用于测量文件、硬盘驱动器、固态硬盘和内存模块的容量。
- 内存和存储设备： 内存 和 闪存 容量通常以 MB、GB 或 TB 为单位进行测量。 服务器和数据中心以 PB 或 EB 规模运行。
数据传输速度和估计复制时间
（时间使用理论最大速度计算）*
| 技术 | 最大速度 (MB/秒) | 复制 1,000 MB (1 GB) | 复制 10,000 MB (10 GB) | 复制 100,000 MB (100 GB) |
|---|---|---|---|---|
| 软盘 (1.44 MB) | 约 0.05 MB/秒 | 约 5.5 小时 | 约 2.3 天 | 约 23 天 |
| CD-ROM (1x 速度) | 0.15 MB/秒 | 约 1.9 小时 | 约 19 小时 | 约 8 天 |
| USB 1.1 | 1.5 MB/秒 | 约 11 分钟 | 约 1.8 小时 | 约 18 小时 |
| 旧式机械硬盘 (IDE, 5400 RPM) | 约 25 MB/秒 | 约 40 秒 | 约 7 分钟 | 约 1.1 小时 |
| USB 2.0 | 60 MB/秒 | 约 17 秒 | 约 3 分钟 | 约 28 分钟 |
| SATA 机械硬盘 (7200 RPM) | 约 150 MB/秒 | 约 7 秒 | 约 1.1 分钟 | 约 11 分钟 |
| USB 3.0 (Gen 1) | 约 500 MB/秒 (实际) | 约 2 秒 | 约 20 秒 | 约 3.5 分钟 |
| SATA III 固态硬盘 | 约 550 MB/秒 | 约 1.8 秒 | 约 18 秒 | 约 3 分钟 |
| PCIe 3.0 NVMe 固态硬盘 | 约 3,500 MB/秒 | 约 0.3 秒 | 约 3 秒 | 约 30 秒 |
| PCIe 4.0 NVMe 固态硬盘 | 约 7,000 MB/秒 | 约 0.15 秒 | 约 1.5 秒 | 约 15 秒 |
| PCIe 5.0 NVMe 固态硬盘 | 约 14,000 MB/秒 | 约 0.07 秒 | 约 0.7 秒 | 约 7 秒 |
| HBM3 内存带宽（每堆叠） | 约 819,200 MB/秒 | 约 0.0012 秒 | 约 0.012 秒 | 约 0.12 秒 |
在以下文章中，我详细介绍了最重要的数据传输标准的理论最大速度和简要描述，并以详细表格的形式呈现：