固態(tài)硬盤SSD內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的
固態(tài)硬盤(Solid State Drive)，簡(jiǎn)稱SSD(固盤)，是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列而制成的硬盤，由控制單元和存儲(chǔ)單元(FLASH芯片、DRAM芯片)以及緩存單元組成，現(xiàn)在很多用戶都在使用，容量大，讀取和存儲(chǔ)速度又快，那么內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成是怎樣的呢，如果你有興趣的話，可以看看小編給大家科普的固態(tài)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)知識(shí)。
固態(tài)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)詳解
下面我們簡(jiǎn)單的聊了聊關(guān)于固態(tài)硬盤的發(fā)展歷程，以及固態(tài)硬盤行業(yè)當(dāng)下的市場(chǎng)格局，而這些都是比較大比較宏觀的東西。今天，將從微觀出發(fā)，從固態(tài)硬盤本身出發(fā)，簡(jiǎn)單剖析固態(tài)硬盤的內(nèi)外構(gòu)造，讓更多的人知道固態(tài)硬盤究竟長(zhǎng)什么樣子。
SSD主要由電子芯片及電路板組成：
根據(jù)固態(tài)硬盤的定義，我們可以知道固態(tài)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其實(shí)就是由三大塊主控芯片、閃存顆粒、緩存單元構(gòu)成，那么接下來，我們逐一來看。
1、固態(tài)硬盤大腦：主控芯片
正如同CPU之于PC一樣，主控芯片其實(shí)也和CPU一樣，是整個(gè)固態(tài)硬盤的核心器件，其作用一是合理調(diào)配數(shù)據(jù)在各個(gè)閃存芯片上的負(fù)荷，二則是承擔(dān)了整個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，連接閃存芯片和外部SATA接口。
不同的主控之間能力相差非常大，在數(shù)據(jù)處理能力、算法上，對(duì)閃存芯片的讀取寫入控制上會(huì)有非常大的不同，直接會(huì)導(dǎo)致固態(tài)硬盤產(chǎn)品在性能上產(chǎn)生很大的差距。
慧榮主控
當(dāng)前主流的主控芯片廠商有 marvell 邁威(俗稱“馬牌”)、SandForce、siliconmotion慧榮、phison群聯(lián)、jmicron智微等。而這幾大主控廠商，又都有著自己的相應(yīng)特點(diǎn)，應(yīng)用于不同層級(jí)的固態(tài)產(chǎn)品。
以臺(tái)系廠商siliconmotion慧榮為例，此款主控芯片主要特點(diǎn)在于能夠?yàn)楣虘B(tài)硬盤廠商提供包括軟件和硬件在內(nèi)的一體化主控方案，包括主控芯片、電路板以及存儲(chǔ)單元，能夠極大的提升產(chǎn)品的更新速度和使用壽命，并且不存在兼容等問題。
2、核心器件：閃存顆粒單元
作為硬盤，存儲(chǔ)單元絕對(duì)是核心器件。在固態(tài)硬盤里面，閃存顆粒則替代了機(jī)械磁盤成為了存儲(chǔ)單元。
閃存(Flash Memory)本質(zhì)上是一種長(zhǎng)壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息)的存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)刪除不是以單個(gè)的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位。
固態(tài)硬盤中閃存顆粒占據(jù)大部分比重
在固態(tài)硬盤中，NAND閃存因其具有非易失性存儲(chǔ)的特性，即斷電后仍能保存數(shù)據(jù)，被大范圍運(yùn)用。
根據(jù)NAND閃存中電子單元密度的差異，又可以分為SLC(單層次存儲(chǔ)單元)、MLC(雙層存儲(chǔ)單元)以及TLC(三層存儲(chǔ)單元)，此三種存儲(chǔ)單元在壽命以及造價(jià)上有著明顯的區(qū)別。
SLC(單層式存儲(chǔ))，單層電子結(jié)構(gòu)，寫入數(shù)據(jù)時(shí)電壓變化區(qū)間小，壽命長(zhǎng)，讀寫次數(shù)在10萬次以上，造價(jià)高，多用于企業(yè)級(jí)高端產(chǎn)品。
MLC(多層式存儲(chǔ))，使用高低電壓的而不同構(gòu)建的雙層電子結(jié)構(gòu)，壽命長(zhǎng)，造價(jià)可接受，多用民用高端產(chǎn)品，讀寫次數(shù)在5000左右。
TLC(三層式存儲(chǔ))，是MLC閃存延伸，TLC達(dá)到3bit/cell。存儲(chǔ)密度最高，容量是MLC的1.5倍。 造價(jià)成本最低， 使命壽命低，讀寫次數(shù)在1000~2000左右，是當(dāng)下主流廠商首選閃存顆粒。
海力士16nm TLC閃存顆粒
當(dāng)前，固態(tài)硬盤市場(chǎng)中，主流的閃存顆粒廠商主要有toshiba東芝、samsung三星、Intel英特爾、micron美光、skhynix海力士、sandisk閃迪等。
東芝閃存顆粒
由于閃存顆粒是固態(tài)硬盤中的核心器件，也是主要的存儲(chǔ)單元，因而它的制造成本占據(jù)了整個(gè)產(chǎn)品的70%以上的比重，極端一點(diǎn)說，選擇固態(tài)硬盤實(shí)際上就是在選擇閃存顆粒。
3、錦上添花：緩存芯片
緩存芯片，是固態(tài)硬盤三大件中，最容易被人忽視的一塊，也是廠商最不愿意投入的一塊。和主控芯片、閃存顆粒相比，緩存芯片的作用確實(shí)沒有那么明顯，在用戶群體的認(rèn)知度也沒有那么深入，相應(yīng)的就無法以此為噱頭進(jìn)行鼓吹。
實(shí)際上，緩存芯片的存在意義還是有的，特別是在進(jìn)行常用文件的隨機(jī)性讀寫上，以及碎片文件的快速讀寫上。
南亞緩存
由于固態(tài)硬盤內(nèi)部的磨損機(jī)制，就導(dǎo)致固態(tài)硬盤在讀寫小文件和常用文件時(shí)，會(huì)不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的整塊的寫入緩存，然而導(dǎo)出到閃存顆粒，這個(gè)過程需要大量緩存維系。特別是在進(jìn)行大數(shù)量級(jí)的碎片文件的讀寫進(jìn)程，高緩存的作用更是明顯。
這也解釋了為什么沒有緩存芯片的固態(tài)硬盤在用了一段時(shí)間后，開始掉速。當(dāng)前，緩存芯片市場(chǎng)規(guī)模不算太大，主流的廠商基本也集中在南亞、三星、金士頓等。根據(jù)最新消息，無外置緩存的固態(tài)硬盤產(chǎn)品將于不久后問世，雖然很早之前就有諸如sandforce2281 自帶緩存主控產(chǎn)品，但是市場(chǎng)反響卻差強(qiáng)人意，不知道最新的無外置緩存的固態(tài)硬盤的表現(xiàn)如何，也請(qǐng)大家拭目以待。
主控芯片、閃存顆粒、緩存芯片，這三者有機(jī)的結(jié)合在一塊PCB板上，構(gòu)成了固態(tài)硬盤的整體形態(tài)。我們?cè)谶x購固態(tài)硬盤或是評(píng)價(jià)固態(tài)硬盤的時(shí)候，可以從這三者出發(fā)，進(jìn)行產(chǎn)品性能的預(yù)估，避免被有些商販鼓吹的高速讀寫，蒙蔽雙眼。
補(bǔ)充：硬盤常見故障：
一、系統(tǒng)不認(rèn)硬盤
二、硬盤無法讀寫或不能辨認(rèn)
三、系統(tǒng)無法啟動(dòng) 。
系統(tǒng)無法啟動(dòng)基于以下四種原因：
1. 主引導(dǎo)程序損壞
2. 分區(qū)表損壞
3. 分區(qū)有效位錯(cuò)誤
4. DOS引導(dǎo)文件損壞
正確使用方法：
一、保持電腦工作環(huán)境清潔
二、養(yǎng)成正確關(guān)機(jī)的習(xí)慣
三、正確移動(dòng)硬盤，注意防震
開機(jī)時(shí)硬盤無法自舉，系統(tǒng)不認(rèn)硬盤
相關(guān)閱讀：固態(tài)硬盤保養(yǎng)技巧
一、不要使用碎片整理
碎片整理是對(duì)付機(jī)械硬盤變慢的一個(gè)好方法，但對(duì)于固態(tài)硬盤來說這完全就是一種“折磨”。
消費(fèi)級(jí)固態(tài)硬盤的擦寫次數(shù)是有限制，碎片整理會(huì)大大減少固態(tài)硬盤的使用壽命。其實(shí)，固態(tài)硬盤的垃圾回收機(jī)制就已經(jīng)是一種很好的“磁盤整理”，再多的整理完全沒必要。Windows的“磁盤整理”功能是機(jī)械硬盤時(shí)代的產(chǎn)物，并不適用于SSD。
除此之外，使用固態(tài)硬盤最好禁用win7的預(yù)讀(Superfetch)和快速搜索(Windows Search)功能。這兩個(gè)功能的實(shí)用意義不大，而禁用可以降低硬盤讀寫頻率。
二、小分區(qū) 少分區(qū)
還是由于固態(tài)硬盤的“垃圾回收機(jī)制”。在固態(tài)硬盤上徹底刪除文件，是將無效數(shù)據(jù)所在的整個(gè)區(qū)域摧毀，過程是這樣的：先把區(qū)域內(nèi)有效數(shù)據(jù)集中起來，轉(zhuǎn)移到空閑的位置，然后把“問題區(qū)域”整個(gè)清除。
這一機(jī)制意味著，分區(qū)時(shí)不要把SSD的容量都分滿。例如一塊128G的固態(tài)硬盤，廠商一般會(huì)標(biāo)稱120G，預(yù)留了一部分空間。但如果在分區(qū)的時(shí)候只分100G，留出更多空間，固態(tài)硬盤的性能表現(xiàn)會(huì)更好。這些保留空間會(huì)被自動(dòng)用于固態(tài)硬盤內(nèi)部的優(yōu)化操作，如磨損平衡、垃圾回收和壞塊映射。這種做法被稱之為“小分區(qū)”。
“少分區(qū)”則是另外一種概念，關(guān)系到“4k對(duì)齊”對(duì)固態(tài)硬盤的影響。一方面主流SSD容量都不是很大，分區(qū)越多意味著浪費(fèi)的空間越多，另一方面分區(qū)太多容易導(dǎo)致分區(qū)錯(cuò)位，在分區(qū)邊界的磁盤區(qū)域性能可能受到影響。最簡(jiǎn)單地保持“4k對(duì)齊”的方法就是用Win7自帶的分區(qū)工具進(jìn)行分區(qū)，這樣能保證分出來的區(qū)域都是4K對(duì)齊的。
三、保留足夠剩余空間
固態(tài)硬盤存儲(chǔ)越多性能越慢。而如果某個(gè)分區(qū)長(zhǎng)期處于使用量超過90%的狀態(tài)，固態(tài)硬盤崩潰的可能性將大大增加。
所以及時(shí)清理無用的文件，設(shè)置合適的虛擬內(nèi)存大小，將電影音樂等大文件存放到機(jī)械硬盤非常重要，必須讓固態(tài)硬盤分區(qū)保留足夠的剩余空間。
四、及時(shí)刷新固件
“固件”好比主板上的BIOS，控制固態(tài)硬盤一切內(nèi)部操作，不僅直接影響固態(tài)硬盤的性能、穩(wěn)定性，也會(huì)影響到壽命。優(yōu)秀的固件包含先進(jìn)的算法能減少固態(tài)硬盤不必要的寫入，從而減少閃存芯片的磨損，維持性能的同時(shí)也延長(zhǎng)了固態(tài)硬盤的壽命。因此及時(shí)更新官方發(fā)布的最新固件顯得十分重要。不僅能提升性能和穩(wěn)定性，還可以修復(fù)之前出現(xiàn)的bug。
五、學(xué)會(huì)使用恢復(fù)指令
固態(tài)硬盤的Trim重置指令可以把性能完全恢復(fù)到出廠狀態(tài)。但不建議過多使用，因?yàn)閷?duì)固態(tài)硬盤來說，每做一次Trim重置就相當(dāng)于完成了一次完整的擦寫操作，對(duì)磁盤壽命會(huì)有影響。
隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)需求也在不斷提升，現(xiàn)在多家存儲(chǔ)廠商推出了自己的便攜式固態(tài)硬盤，更有支持Type-C接口的移動(dòng)固態(tài)硬盤和支持指紋識(shí)別的固態(tài)硬盤推出。