1、 固态硬盘工作原理 固态硬盘 Solid State Drives 简称 SSD 是 用固态电子 存储芯片 阵列而制成的硬盘 由 控制单元 和 存储单元 组成 分类 固态硬盘的 存储介质 分为两种 一种是 闪存 FLASH 芯片 另外一种是 DRAM 基于 闪存 的固态硬盘是固态硬盘的主要类别 主要由控制芯片 缓存芯片和闪存芯片 构成 其中控制芯片主要承担数据调配 数据中转以及 连接闪存芯片和外部 SATA 接口 缓存芯片主要用于辅助控制芯片进行数据处理 而闪存芯片则是用于数据读写 此外 基于闪存的固态硬盘 中存储单元又分 SLC Single Level Cell 单层 存储单元 MLC M
2、ulti Leveled Cell 多层 存储单元以及 TLC Triple cell per bit 三层存储单元 等 在 SLC 架构 中 每 Cell 可 存储 1bit 数据 MLC 架构 中 每 Cell 可以存储 2bit 数据 而 TLC 架构每 Cell 可以存储 3 bit 数据 存储原理 Flash 的最小存储单元是晶浮栅晶体管 对 应于磁盘中的一个 bit 的存储单元 SSD 中 在存储单元晶体管的栅 Gate 中 注入不同数量的电子 通过改变栅的导电性能 来 改 变晶体管的导通效果 从而 实现对不同状态的记录和识别 在 SLC 架构中 栅中的电子数 目多与少 带来的只有
3、两种导通状态 对应读出的数据就只有 0 1 MLC 架构中 栅中电 子数目不同时 可以读出多种状态 能够对应出 00 01 10 11等不同数据 因此 SSD 数据处理都要进行加电处理 加电的过程等同于 HDD 硬盘的数据写入操 作 断电的过程电位恢复 相当于 HDD 硬盘的擦除 数据完整的一次 P E 循环就是 NAND 的写入循环 因为 P E 循环次数是有限的 这也就直接影响到 SSD 的寿命 但是 根据存储架构的不同 SDD 的寿命也是有差别的 由于 SLC 结构简单 在写入数据时电压变化的区间小 所以寿命较长 传统的 SLC NAND 闪存可以经受 10万次的读写 而且因为一组电压即
4、可驱动 所以其速度更好 而 MLC 采用较高的电压驱动 通过不同级别的电压在一个块中记录两组位信息 这样就可以 将原本 SLC 的记录密度理论提升一倍 不过 MLC 的缺点也很明显 其写入寿命较短 读写方面的能力也比 SLC 低 TLC 采用三层存储单元 因此可以以较低的成本实现更大 的容量 但是 由于 TLC 拥有多达 8个电平状态 因此在电位控制上更加复杂 特别是写 入速度会大受影响 延迟增加 加之 众 多的电平状态 其使用寿命更短 基于 DRAM 的固态硬盘 是 采用 DRAM作为 存储 介质 应用范围较窄 它仿效传统硬 盘的设计 可被绝大部分 操作系统 的 文件系统 工具进行卷设置和管
5、理 并提供工业标准的 PCI 和 FC接口用于连接主机或者 服务器 应用方式可分为 SSD 硬盘和 SSD 硬盘阵列两 种 它是一种高性能的 存储器 而且使用寿命很长 但是 基于 DRAM 的固态硬盘的费用也 是非常昂贵 因为基于 DRAM 的固态硬盘内部必须持续供电 而且还得为其做备份 固态硬盘对比传统机械硬盘 优点 1 固态硬盘 没有风扇和机械马达 所以 没有噪音 2 快速随机读取 读取速度快 3 启动快 没有电机加速旋转的过程 4 固态硬盘比传统的硬盘工作温度范围大 普通 的硬盘驱动器只能在 5 到 55 摄氏度范围 内工作 而固态硬盘可在 10 70 摄氏度工作 一些工业级的固态硬盘还
6、可在 40 85 摄 氏度 甚至更大的温度范围下工作 5 内部不存在机械活动因此 不怕碰撞 冲击 振动 6 相对固定的读取时间 由于寻址时间与数据存储位置无关 因此磁盘碎片不会影响读 取时间 缺点 1 价格贵 当然随着现在技术的发展 SSD 价格逐渐偏向亲民化 但是对比同等容量的 HDD 来说还是依然显贵 2 普遍容量较低 这是相对 HDD 主流为 TB 级而言 当然不久前三星就发布了 目前世界 上容量最大的硬盘 16TB 且为 SSD 虽然 三星未公布它的价格 但 不难想象 对 于我们普通用户来说 只有仰望的份了 3 数据损坏难以恢复 一般的机械式硬盘如果发生损坏 通过数据恢复也许还能挽回一 部分数据 但是如果是固态存储 一但芯片发生损坏 想要恢复几乎不可能 4 写入寿命有限 基于闪存 一般闪存写入寿命为 1 万到 10万次 特制的可达 100万 到 500万次 然而整台计算机寿命期内 文件系统的某些部分 如文件分配表 的写 入次数仍将超过这一极限
