固態(tài)硬盤詳解

關于固態(tài)硬盤詳解第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

固態(tài)硬盤固態(tài)硬盤的定義固態(tài)硬盤的種類固態(tài)硬盤的優(yōu)缺點固態(tài)硬盤的前景固態(tài)硬盤的定義固態(tài)硬盤（SolidStateDisk或SolidStateDrive，也稱作電子硬盤或者固態(tài)電子盤），是由控制單元和固態(tài)存儲單元（DRAM或FLASH芯片）組成的硬盤,簡單的說就是用固態(tài)電子存儲芯片通過陣列的形式而夠成的硬盤（基本都是raid0模式，這也是SSD高速的原因之一）。其內部存儲單元利用固態(tài)電子存儲芯片陣列取代了傳統(tǒng)HDD硬盤的磁碟組。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范定義、功能及使用方法均與普通硬盤完全相同,在產品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致,包括3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸多種類型。

第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

固態(tài)硬盤固態(tài)硬盤的定義固態(tài)硬盤的優(yōu)缺點固態(tài)硬盤的前景Services固態(tài)硬盤的種類固態(tài)硬盤的存儲介質分為兩種：采用閃存（FLASH芯片）作為存儲介質采用DRAM作為存儲介質第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日基于閃存的固態(tài)硬盤基于閃存的固態(tài)硬盤（IDEFLASHDISK、SerialATAFlashDisk）：采用FLASH芯片作為存儲介質，這也是我們通常所說的SSD。在基于閃存的固態(tài)硬盤中，存儲單元又分為兩類：SLC（SingleLayerCell單層單元）和MLC（Multi-LevelCell多層單元）。它的外觀可以被制作成多種模樣，例如：筆記本硬盤、微硬盤、存儲卡、優(yōu)盤等樣式。它的最大優(yōu)點就是一經寫入數(shù)據不需要外界電力來維持其記憶，因此更適于作為常規(guī)硬盤的替代品．目前市場上絕大部分固態(tài)硬盤都是基于閃存的固態(tài)硬盤。第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日PS:

MLC容量更高，而且更容易出錯，速度慢，SLC更昂貴，但也更可靠，速度快，且寫次數(shù)更高（只是容量?。Ｖ源蠖鄶?shù)企業(yè)級硬盤都是基于SLC的，就是出于這個原因。要是硬盤價格高出一大截或者銷售時被冠以“企業(yè)級”硬盤，原因很可能是采用了slc閃存。如今消費級的固態(tài)硬盤大多采用mlc閃存。就是說，SLC由于成本問題，不可能成為主流，所以大家接觸到最多的SSD必然是MLC的，這點要有心理準備。不過廠商也注意到了MLC存在的問題，很多hybird（混合體）方案正呼之欲出，比如MLC+SLC，MLC+DRAM等。第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日基于DRAM的固態(tài)硬盤

基于DRAM的固態(tài)硬盤：采用DRAM作為存儲介質，目前應用范圍較窄。它完全按照普通硬盤的外形尺寸和接口設計，可以和絕大部分操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)工具兼容，而且擁有用于連接主機或者服務器的符合工業(yè)標準的PCI和FC接口。它是一種高性能的存儲器，而且使用壽命很長。因為這類存儲器需要靠外界電力維持其記憶，所以由此制成的固態(tài)硬盤還需要配合電池才能使用。因此需要獨立電源來保護數(shù)據安全。PS：Dram還是做內存的材料，它利用MOS電容存儲電荷來保存信息，必須每隔一段時間刷新才能使信息保持（計算機組成與結構課程里還做過相關的題呢~~如果是分散式刷新，刷新周期是多少，如果是集中式刷新，刷新間隔是多少），這就是它為什么需要電源的原因了。而正是需要獨立電源，也是限制其發(fā)展，提高其成本的最主要的因素。第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日SSD基于DRAM基于FLASHMLCMulti-LevelCell多層單元NAND型

與非NOR型

或非SLCSingleLayerCell單層單元第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日基于閃存的固態(tài)硬盤第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

固態(tài)硬盤固態(tài)硬盤的前景固態(tài)硬盤的定義Services固態(tài)硬盤的優(yōu)缺點固態(tài)硬盤的種類優(yōu)點第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日一、數(shù)據存取速度快。這也是固態(tài)硬盤最大的優(yōu)點。固態(tài)硬盤沒有傳統(tǒng)硬盤復雜的機械結構，既沒有磁碟，也不存在磁頭，它無需花費較長的時間尋道，讀取速度更不會受到轉速的限制，因此，SSD固態(tài)硬盤的讀取速度比傳統(tǒng)硬盤更快。PS：據有關統(tǒng)計，當按下筆記本電腦的電源開關時，搭載SSD固態(tài)硬盤的筆記本從開機到出現(xiàn)桌面一共只用了18秒，而搭載傳統(tǒng)硬盤的筆記本總共用時31秒，差距還是相當大的。第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日PS：下面我們來具體看固態(tài)硬盤的性能優(yōu)勢，簡單比較數(shù)據會讓你忽略掉很多東西。比如，IntelX25-M硬盤的持續(xù)讀取速度為250MB/s，一塊常見SATA硬盤則為100MB/s，從字面上來看SSD速度是HDD的2.5倍。這時你就忽略隨機訪問時間的問題。X25-M的平均“尋道時間”僅為85微妙，而傳統(tǒng)硬盤大多在4到15毫秒，差距達到50甚至150倍。因此，兩者的性能區(qū)別要視應用而定。操作系統(tǒng)啟動主要依賴隨機讀取小塊數(shù)據，因此固態(tài)硬盤可比傳統(tǒng)硬盤快100倍。而在應用程序連續(xù)讀取大尺寸文件時，固態(tài)硬盤的優(yōu)勢就只有2.5倍左右了。類推，有一些應用并不適合固態(tài)硬盤，比如大規(guī)模數(shù)據存檔。那些極少訪問的數(shù)據用閃存來存儲顯然是一種浪費。另外，在視頻播放時使用固態(tài)硬盤也不會有任何優(yōu)勢，只要達到視頻不卡殼的速度需求就可以了。第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日PS：當一個文件被刪除后，操作系統(tǒng)其實并沒有刪除數(shù)據，事實上，它只是在硬盤前的索引區(qū)里標記這塊文件占用的區(qū)域為可覆蓋的，所以下次數(shù)據將要再次寫入的時候，可以覆蓋寫入這塊被標記的區(qū)域。這也就是那些所謂的文件恢復軟件能恢復的道理。（因為數(shù)據未被刪除依然存在）。

第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日PS:大部分MLCNAND閃存的每一塊固定大小，是512KB。塊是可以擦除得最小結構。

傳統(tǒng)機械硬盤可以直接覆寫舊的區(qū)域，但是當用到NAND閃存上就行不通了，在全部閃存被寫滿在被覆蓋時，閃存不會直接覆寫區(qū)域，而是需要經過復雜的步驟來進行覆寫。從而速度就慢下來了。

要覆寫一個4KB頁的文件系統(tǒng)，首先要把整個512KB塊復制進緩存里。然后，在緩存里刪除這個4KB頁，替換成新的數(shù)據。接下來，清空整個閃存內的這個512KB區(qū)域，并從緩存里把新的數(shù)據寫回去。如果你需要同時覆寫很多的塊，例如是一系列小文件隨機寫入操作或者只是簡單的寫入一個大文件到SSD。這會讓你的SSD緩存快速過載，然后你的寫入速度就會直線下降。

為了修復這個問題，SSD廠商一個個都在新主控制器上加入了越來越大的外置緩存，這雖然一定程度上解決了隨機寫入卡的問題，但是卻不能解決SSD在覆寫時速度下降的問題，這引入了垃圾回收和STRIM技術。第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日PS：win7的trim技術 SSD一樣會復制整個包含刪除數(shù)據的塊到緩存，清空塊并寫入有效數(shù)據的頁回去，區(qū)別是這樣等于把這個延遲時間從覆寫數(shù)據的那個時間提前到了刪除數(shù)據的時候（這個時候對速度影響不大，如果你刪除了很大很大的數(shù)據，可以去觀察硬盤燈在你刪除之后幾秒內狂閃），所以就會顯得SSD的速度回來了，因為你寫入的時候有可用的空塊。所以我們可以說，SSDTRIM技術保證速度不下跌的真正秘密是：把將來要做的事提前做掉了。但是這件事遲早要做，所以基本不會影響SSD原有的寫入次數(shù)（壽命）。

加一句：所有的SSD都可支持Trim功能，需要有固件的支持才可以，更重要的是，并不是所有的SSD都可升級到支持Trim功能的固件版本。

這里要說明一下TRIM不支持RAID而GC支持RAID。

垃圾回收（GabageCollection,即GC）

這個操作有點像磁盤碎片整理，在SSD空閑時，全盤掃描有效的頁并合并整理起來變?yōu)橐粋€包含全部有效頁的塊，而那些無效的頁和塊都將被完全的清除。第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二，防震抗摔。SSD固態(tài)硬盤內部不存在任何機械部件，這樣即使在高速移動甚至伴隨翻轉傾斜的情況下也不會影響到正常使用，而且在筆記本電腦發(fā)生意外掉落或與硬物碰撞時能夠將數(shù)據丟失的可能性降到最小。Intel固態(tài)硬盤的官方數(shù)據顯示，無論使用頻度高低，它最少也有5年的有效使用期。如果應用頻率不高的話還可以再延長5年。三．沒有噪音，發(fā)熱低。由于與傳統(tǒng)硬盤物理結構不同，SSD固態(tài)硬盤不存在磁頭臂尋道的聲音和盤片高速旋轉的噪音，也沒有機械馬達和風扇，工作噪音值為0分貝。而且FLASH芯片的功耗極低，這對于筆記本用戶來說，這意味著電池續(xù)航時間的增加。第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日四．工作溫度范圍大。傳統(tǒng)機械硬盤只能在5~55攝氏度范圍內工作，而大多數(shù)固態(tài)硬盤的溫度范圍可達-10~70攝氏度，一些工業(yè)級固態(tài)硬盤的工作溫度范圍設置達到了-4-~85攝氏度。五，SSD固態(tài)硬盤比常規(guī)1.8英寸硬盤重量輕20到30克。可千萬別小看這些重量，在筆記本電腦、衛(wèi)星定位儀等隨身移動產品上，更小的重最有利于便攜。此外，重量的減輕也使得筆記本搭載多塊SSD固態(tài)硬盤成為可能。第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日缺點

成本高。每單位容量價格是傳統(tǒng)硬盤的5~10倍（基于閃存），甚至200~300倍（基于DRAM）。PS:閃存有不同的質量，對應不同的成本，就像CPU一樣。U盤一般使用較低檔次的閃存，如果你把U盤當作硬盤來使用，我想你馬上就能感受到性能差別。另外在可靠性上，優(yōu)劣閃存的區(qū)別也是明顯的，高質量的閃存芯片在整個壽命周期內的出錯幾率要低得多。第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日容量低。目前固態(tài)硬盤最大容量遠低于傳統(tǒng)硬盤。一般固態(tài)硬盤的容量是30、60、128G，256GB在目前的主流固態(tài)硬盤中處于高端。PS：像oczColossus等少數(shù)幾款例外，容量可高達500GB甚至1TB，據稱IBM已測試過4TB的傳統(tǒng)硬盤。迄今為止，只有OWC、OCZ兩家把2.5寸固態(tài)硬盤做到了480GB，OWCMercuryExtremePro480GB現(xiàn)已可在官方網站上購買，價格達到了驚人的1599.99美元。在企業(yè)市場，固態(tài)硬盤今年的賣點將從64GB過渡到128GB。在消費者市場，固態(tài)硬盤正在從128GB向256GB過渡。3.數(shù)據損壞后難以恢復。一旦在硬件上發(fā)生損壞，如果是傳統(tǒng)的磁盤或者磁帶存儲方式，通過數(shù)據恢復也許還能挽救一部分數(shù)據。但是如果是固態(tài)存儲，一但芯片發(fā)生損壞，要想在碎成幾瓣或者被電流擊穿的芯片中找回數(shù)據那幾乎就是不可能的。第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日寫入壽命有限（基于閃存）。SSD的壽命主要是閃存寫入次數(shù)的限制。一般閃存寫入壽命為1萬到10萬次，特制的可達100萬到500萬次，然而整臺計算機壽命期內文件系統(tǒng)的某些部分（如文件分配表）的寫入次數(shù)仍將超過這一極限。特制的文件系統(tǒng)或者固件可以分擔寫入的位置，使固態(tài)硬盤的整體壽命達到20年以上。PS：閃存磨損均衡算法（flashmemorywear-balancedalgorithms）。，由于Flash具有擦除次數(shù)有限（一般是在10萬次到100萬次之間）、先擦后寫的特點，會帶來使用壽命有限的缺陷。為延長閃存的使用期限，普遍采用解決方案就是磨損均衡算法。該算法核心思想在每次寫操作時將新數(shù)據寫入到最少被使用的物理塊中。第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日5.固態(tài)硬盤更易受到某些外界因素的不良影響。如斷電（基于DRAM的固態(tài)硬盤尤甚）、磁場干擾、靜電等。第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日一、把固態(tài)硬盤作為系統(tǒng)盤,而且是win7的系統(tǒng)

我們建議將操作系統(tǒng)和應用程序安裝到SSD硬盤上最為合適，另外可用機械硬盤保存文件，如電影、MP3、安裝程序和各種文檔。

據用戶反映，使用MLC的固態(tài)硬盤在WindowsXP系統(tǒng)下運行會機率性出現(xiàn)假死現(xiàn)象。這是由于WindowsXP系統(tǒng)的文件系統(tǒng)機制不適于固態(tài)硬盤。 Windows7則為固態(tài)硬盤進行了優(yōu)化，可更好的發(fā)揮固態(tài)硬盤的性能。但是微軟在操作系統(tǒng)和軟件支持上,目前包括WINDOWS7對于SSD固態(tài)硬盤的兼容性問題也沒有得到完善。當前主流的操作系統(tǒng)并沒有真正完全支持SSD固態(tài)硬盤,不僅固態(tài)硬盤工作原理不同于傳統(tǒng)的機械硬盤,而且原來應用在傳統(tǒng)硬盤的磁盤整理程序也不再適用。使用建議第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二、少用固態(tài)硬盤存儲數(shù)據。

理論上來說，由于固態(tài)硬盤只有在寫入數(shù)據時才會減少壽命，讀取數(shù)據時并不會縮減壽命。使用固態(tài)硬盤下載BT絕對是一種大錯特錯的方案。數(shù)據的下載和存儲則應該由傳統(tǒng)硬盤來完成。第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日三、緩存文件放傳統(tǒng)硬盤

許多購買了固態(tài)硬盤的用戶發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)啟動速度雖然快了，但是上網速度卻變慢了。其實是與緩存文件有關的。根據已有的評測數(shù)據來看，固態(tài)硬盤在寫入小文件的時候速度就會明顯降低，而上網的時候經常會在緩存文件夾中寫入小文件。