固态硬盘的结构和工作原理是什么?

科技2021-09-16 08:00:10
导读固态硬盘之所以比传统机械硬盘块快,并不是因为它读取数据快,而是因为它查找数据的时间几乎等于0,比传统机械硬盘最快的寻道时间快得多,

固态硬盘之所以比传统机械硬盘块快,并不是因为它读取数据快,而是因为它查找数据的时间几乎等于0,比传统机械硬盘最快的寻道时间快得多,同样需要0.1秒。

比如搜索10个文件分别读取时,机械硬盘找到这些文件加上正在读取的数据传输时间至少需要1秒,而固态硬盘找到这些文件需要不到1/10秒,读取速度比机械硬盘块快。这就是为什么机械硬盘比普通硬盘快,但不同材质的固态硬盘读取速度还是不一样的原因。固态硬盘的存储介质分为两种,其中一种采用FLASH芯片作为其存储介质。以上两种介质的区别,请跳转到:固态硬盘的优缺点。

固态硬盘的结构非常简单,我们只需拧下外壳上的四个固定螺钉,就可以轻松拆卸一个固态硬盘。通过拆解可以知道,SSD的主体其实是一块PCB板,这块PCB板上最基本的元器件是控制芯片、缓存芯片和存储数据的闪存芯片(有些低端机型没有配备缓存芯片)。以英特尔X25-M的反汇编图为例3360。

图中的方形芯片是SSD的主控芯片,与传统机械硬盘Marvell独霸全国的局面不同。市场上常见的SSD主控芯片包括JMicron、INDILINX、三星、英特尔等。主控芯片是SSD的大脑,它的功能是合理分配每个闪存芯片上的数据负载,并承担整个数据传输,将闪存芯片与外部SATA接口连接起来。不同主控之间的能力差异很大,闪存芯片的数据处理能力、算法、读写控制都会有很大的差异,直接导致SSD产品的性能差距高达几十倍。在上述大师中,英特尔和三星的整个主控方案应该说是比较领先的,而INDILINX则是主控芯片中的新贵,其搭配64MB缓存方案的性能也非常令人印象深刻,而JMicron的主控则主要面向中低端市场,以性价比取胜。主控芯片下有一个缓存芯片。固态硬盘作为硬盘,和传统硬盘一样,需要一个高速缓存芯片来辅助主控芯片进行数据处理。然而,由于廉价的固态硬盘方案节省了成本,因此省略了这种动态随机存取存储器芯片。这样做的结果虽然节省了成本,但却显著增加了主控芯片和各闪存芯片的负担。当它被用作普通的数据存储磁盘时,可能会有太大的影响。一旦用作系统盘,就频繁读写碎片文件,固态硬盘产品没有缓存方案。除了主控芯片和缓存芯片,剩下的大面积是NAND FLASH芯片。目前,NAND FLASH的主要供应商是三星和英特尔。大多数固态硬盘产品使用三星的NAND闪存,而英特尔自己的X18和X25系列则使用英特尔的NAND闪存。NAND闪存有两种类型,SLC和MLC,它们的特性和实际性能有很大的不同。具体的区别,可以看下一页关于SLC和MLC的比较。

我们之前说过,SSD使用的闪存芯片寿命非常有限,MLC闪存寿命只有1万次左右,SLC闪存只有10万次左右,这也造成了初期SSD产品寿命非常短,无法大规模应用的情况。因此,SSD厂商开发了“磨损平衡技术”(该技术的中文译法有很多),该技术的一般含义是通过分配主控芯片,将读写操作平均分配到不同的闪存芯片上,以避免。但是同样的磨损平衡技术的应用在不同的大师之间有很大的不同,涉及到的相关技术也太专业了,暂时不需要深究,简单了解一下就可以了。下面列出了两种由不同材料制成的固态硬盘,显示了价格和读取速度的差异。金士顿V系列SSDNow套装(30GB)。

氧化镁至关重要realsd C300(64GB)。

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固态存储盘由闪存组成,闪存是由闪存芯片阵列制成的硬盘。它用的是和u盘一样的芯片,不同的是接口和容量不同。固态硬盘的接口规格和普通硬盘完全一样。工作原理:让SSD由128个4G FLASH芯片和512G组成。工作时当CPU想要读取或存储数据时,接口电路将CPU发送的信息(扇区和磁道)翻译成地址码(注:机械硬盘用于控制电机和磁头),这些地址的前7位寻址128个FLASH芯片中的一个(此芯片被激活),最后22位发送给FLASH芯片进行解码,从而找到FLASH芯片的某个单元并读取或写入此单元的数据。想要讲清楚,需要讲一下存储文件时头尾的定义。简单来说就是闪存内部阵列卡(控制芯片等)的容量(同系列)。)在于闪存的数量不同,所以闪存的数量越大,读写速度越快。因为它不是磁头,所以像磁盘这样的机械结构几乎是瞬间寻找的。阵列模式解决了闪存本身读写速度慢的问题。

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