固态硬盘 原理(硬盘原理视频讲解)

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大家好，谢谢邀请。今天性病网给大家分享一下固态硬盘的原理以及与固态硬盘原理视频教程的一些困惑。如果你还是不太明白也没关系，因为接下来我会分享给你。希望能帮到你，解决你的问题。现在就开始吧！

SSD的存储介质和原理是什么？1.固态硬盘的原理是一种主要使用闪存(NAND Flash)作为永久存储器的计算机存储设备。这里，相对于使用机械臂带动磁头旋转进行读写的磁盘，NAND或其他固态存储以不同的电位电平或相位状态记录0和1。

2.固态硬盘介质采用SATA 3、M.2或PCI Express、mSATA、U.2、ZIF、IDE、CF、CFast等接口。但由于价格和存储空间与机械硬盘的巨大差距，固态硬盘目前还不能完全取代机械硬盘。

扩展数据

固态硬盘的特性

1.与机械硬盘相比，固态硬盘的读写速度要优越得多，这也是它的主要功能。还具有低功耗、无噪音、抗振动、低发热等特点。这些特性可以延长由电池供电的计算机设备的运行时间。

2.固态硬盘防震抗摔。传统硬盘是磁盘式的，数据存储在磁盘扇区。固态硬盘由闪存颗粒(即mp3、u盘和其他存储介质)制成，固态硬盘内部没有机械部件。

参考来源百度百科-固态硬盘

了解固态硬盘的工作原理。固态硬盘的缩写是它的英文缩写SSD:solid State Disk。机械硬盘的名字叫HDD:Hard Driver Disk，不是由液体或固体材料制成，而是一个铝合金磁盘作为存储介质，电机驱动磁盘旋转，磁头读写数据。这是机械硬盘的基本构成，类似于光盘的一些特性。

【机械硬盘】:瓶颈无法突破。

，我们需要简单了解一下机械硬盘(HDD)的基本工作原理。当机械硬盘需要读写数据时，它会接收指令，然后磁头会移动到相应的位置，磁盘也会旋转，使数据操作的区域能够到达指定的位置。这些操作所需的时间是寻道时间和等待时间。因为设备的移动需要发生，所以这些过程都需要几毫秒。，对于人类来说，几毫秒并不是很长的时间。为什么我们经常会觉得机械硬盘经常很慢，甚至时间长了会更慢？

这得益于操作系统的读写机制硬盘被划分为若干个区域作为最基本的操作单位，这个单位被称为“扇区”。当写入新数据时，将选择一个或几个扇区进行数据写入。这些扇区彼此相邻，从逻辑上讲，它们是连续的，读或写所需的时间相对较短。问题的关键在于简历之后所有数据永远不会被更改。当原始写入的数据被修改时，例如添加内容和数据量，并且在原始扇区旁边的位置存在其他数据时，这些新数据将不得不被写入其他位置。那么，我们在操作系统中看到的一个文件，在实际物理地址中是不连续的，所以当我们读取该文件时，磁盘的工作负载就会增加。最坏的情况，这种情况在我们的实际使用中并不少见。比如打开一个程序需要很长时间。这是因为程序要加载很多系统文件和组件，都要从硬盘上一个一个的读取。比如游戏的加载时间，要读取的数据很多，而且数据不一定是连续的，甚至大部分都不可能是连续的。并且，根据我们的经验，我们知道电脑会越用越慢，慢路受不了，重装系统会让速度恢复，这些都是万恶的HDD工作原理造成的。

可以说磁盘存储技术的发展并不慢，只是在存储密度方面。随着单位面积存储容量的增加，我们可以享受到更高容量的硬盘，读写数据的速度并没有太大的突破。因为决定寻道时间和潜伏期的关键因素磁头的移动速度和磁盘的转速已经接近极限，继续提高会带来其他不利因素如成本、噪音、温度等的增加。换句话说，在人类科技没有重大突破之前，HDD的结构不会改变，工作机制不会有明显改变，读写性能不会突破。

了解SSD:为什么这么快？

前面简单介绍了HDD的基本结构和工作原理。，关于HDD的详细分析还有很多细节，但我想我已经说清楚了，HDD最大的弊端在于它的物理运动磁头运动和磁盘旋转造成读写速度慢。不连续的文件越多，读写速度越慢。读写这种不连续文件的操作称为随机读写。其实我们日常使用中的大部分硬盘读写操作都是随机的，SSD和HDD最大的区别就在于随机的读写速度。这是SSD的基本结构决定的。

SSD的系统接口、电源部分、驱动方式与HDD没有区别，主要变化是其组成单元和物理工作方式。SSD的内部结构包括PCB板、主控制器芯片和闪存芯片，部分产品还有缓存。SSD最基本的单元是闪存芯片，英文名为Nand Flash。这是一种非易失性存储芯片，通过充电和放置点来写入和擦除数据，速度相当快。因为读写操作中信号完全通过电路传输，所以不存在磁头的移动，磁盘的旋转等。像硬盘驱动器，从而大大减少了处理时间。，Nand Flash有几种。目前，MLC(多层单元)闪存用于消费级SSD，甚至很多企业级SSD。这种闪存的写入性能不如SLC(单层单元)闪存，寿命也短很多，但价格却低很多。即便如此，目前SSD的成本还没有降低到可以接受的程度，价格仍然是SSD进一步普及的障碍。

切割后Nand闪存芯片

SSD由多个Nand闪存颗粒组成。我们可以把每个区组看成一个独立的存储单元，然后主控制器把它们以RAID的方式并联起来。也就是说SSD的读写是“多线程”的，每一项工作都不局限于一个粒子。高手可以分解数据，在不同的粒子上写字，速度自然会更快。这也是SSD速度快的原因之一。，大师要做的事情远没有那么简单。

固态硬盘的心脏主控制器介绍

SSD也有一个最小操作单元。与机械硬盘相比，Nand Flash的一个特殊区别是写入和擦除的最小单位不同。写入的最小单位是4KB，称为“页”，擦除的最小单位是512KB，称为“块”。也就是说，可以以页为单位在空白单元上进行写入，要删除这些数据，需要擦除整个块。并且当一个块中的数据需要删除时，会先标记要删除的数据，而不是物理擦除，然后当需要写入同一物理位置时，会保留有效数据，复制到新的块中，再擦除原块。听起来很复杂。简单来说，SSD的写机制就是它原本需要写1MB的数据，实际的操作量会大于这个值。具体的量取决于主控制器的算法是否高效，而实际的随机写入速度取决于运算速度是否足够快。

与HDD类似，SSD也需要逻辑地址来管理。操作系统逻辑地址的最小单位是512B，写SSD的最小单位是4KB，需要CPU、芯片组、主控制器依次工作。，主控制器还负责分配各个flash芯片的任务，监控整个flash存储器的状态，管理各个块，检查数据等。相当复杂。这也是为什么一些新的主控制器会采用ARM双核处理器的原因，因为主控制器的性能会直接影响SSD的速度。

主控和闪存谁更重要？

关于主控和闪存，不是几句台词就能完整详细解释清楚的。但现在我们对它们有了一个基本的认识闪存是基本的存储单元，而主控制器是SSD的心脏，负责计算和任务分配。两者的结合才是一块SSD性能的真实体现。那么，主控和闪存哪个更重要呢？

通用英特尔闪存

其实答案很明显。两者都很重要。主控能力不足的话，闪存高速存取的特性无法充分发挥，闪存质量低的话，主控再强也无济于事。但目前市面上的SSD主控方案基本只有两种SandForce生产的SF-2281系列主控和Marvell生产的88SS9174主控，市面上90%以上的产品都采用以上两种主控。闪存方面，Nand闪存芯片目前也分为两大阵营Magnum、Intel、Hynix使用ONFI标准闪存，分为同步和异步，同步闪存更快。三星、东芝、闪迪使用Toggle DDR标准。两个标准的接口和传输速率不同。，抛却大师是无法比较两个标准更好的表现的。除此之外，不同厂商的闪存也有一些差异。，闪存出厂后会根据身体状况分为不同的等级，性能也有好有坏。

SSD的闪存芯片和主控制器可以说是半导体行业最先进的技术结晶，绝非山寨厂所能模仿。闪存和主控的销售都是开放的。无论Intel，Magnum，三星，Sandforce，Marvell，都会把自己的产品卖给别人。这样制造固态硬盘并不是一件困难的事情，所以我们可以看到固态硬盘厂商在近两年如雨后春笋般出现，除了大家熟知的存储品牌，新面孔也在不断出现。

在购买了主控制器和芯片之后，生产一个SSD并不难。甚至还有全能代工厂负责组装测试，有的厂商只需要贴牌销售就可以了。它们之间在质量上会有或多或少的差异。同一个主控和闪存的固态硬盘性能和质量有区别吗？这是什么原因呢？

答案是“固件”。固件是写入电路的基本控制程序，负责集成电路的基本操作、控制和协调。它是电子产品最底层的软件，SSD也不例外。和其他电子产品一样，SSD也存在设计缺陷、bug等问题，从性能下降到彻底报废。由于SSD是新产品，各厂商都急于抢占市场，SSD产品出现问题的概率不低，至少比HDD高。而一旦数据丢失，恢复起来是相当困难甚至不可能的，所以固件的及时更新、稳定可靠成为SSD的关键。

主厂商会提供固件，不同的SSD厂商与主厂商的合作程度不同，导致不同产品之间的固件存在差异。除了性能，稳定性、寿命等问题更不可预测但对SSD影响很大。有实力的厂商在固件更新、售后服务、技术支持方面会更好，任何商品都一样。，选择SSD不一定要选择知名品牌。毕竟有了成熟稳定的解决方案和固件，或者来自可靠的代工厂，产品也可以放心使用。

SSD的使用正确设置它以获得最佳性能

使用原生SATA 6Gbps接口。

和HDD一样，SSD使用SATA接口进行数据传输。最近两年推出的主板大多已经标配SATA 6Gbps接口，接口速率为6Gbps。比如Intel平台的P67、Z68、H67和7系列，AMD 9系列和A75芯片组主板，对应的笔记本移动平台芯片组SATA 6Gbps支持特性也是一致的。不过有些主板除了芯片组原生SATA 6Gbps接口外，还会提供第三方SATA 6Gbps接口。需要注意的是，SSD作为系统盘，尽量不要使用这些接口。否则由于第三方桥接芯片造成的延迟和SATA控制器的性能，SSD性能和原生接口会有一些差距。对于不支持SATA 6Gbps的主板，使用原生SATAII接口在随机读取方面并不逊色于第三方接口。

使用AHCI模式

很久以前，存储系统使用的是IDE传输模式，在硬件接口规范发展到SATA接口之后，这种模式依然存在。因为SATA接口下的AHCI模式有NCQ技术，支持热插拔，所以对SSD的性能和寿命影响很大。请注意，个别主板不支持AHCI模式。比如Intel H61芯片组主板，AHCI模式被软件屏蔽(有些厂商会开放支持)。在这样的主板上使用SSD会限制产品的性能，降低使用寿命。

4KB对齐

很多用户都知道这个词，那么它到底是什么意思呢？前面我们提到过，SSD中闪存的最小操作单位是4KB，而大部分机械硬盘扇区是512B。所以，如果没有选择正确的逻辑地址和物理地址的对应关系，操作系统在发出指令的时候会对SSD进行额外的无用计算，完全浪费CPU和控制器的资源。所以我们需要对齐它的4KB分区。重装Windows 7操作系统或者使用新版Ghost都可以实现。

不要经常跑步。

如果说前三个经常被新手用户忽略的话，那么一个就是一些高手和DIY老玩家也容易犯的错误跑分。由于闪存的特殊性，它的运行会极大地影响其使用寿命。尤其是水晶盘标这类软件，一次测试的实际写入量可以多达几十G，甚至可能比你一个月的实际使用量还要大。所以，如果没有特殊需要，尽量避免跑步。

开机有特效。

与机械硬盘不同，SSD内部有非常复杂的主控制器，即使是好的主控制器CPU，性能也比基于网络的CPU要好。当SSD性能突然下降，出现bug等特殊情况时，根据主控特性和固件能力，电源不会只做任何操作，或者只接电源线不接数据线。这时，如果主控有恢复、复原等特殊功能，就会开始工作。所以，当你的SSD出了事，开机，说不定就能焕发青春，甚至起死回生！

SSD是如何工作的？固态存储盘由闪存组成，即闪存芯片阵列制成的硬盘。它用的芯片和u盘是一样的，只是两者的区别在于接口和容量不同。SSD的接口规格和普通HDD完全一样。工作原理SSD由128个4G闪存芯片组成，为512G。工作过程当CPU要读取或存储数据时，接口电路将CPU发来的信息(扇区和磁道)翻译成地址码(注机械硬盘控制电机和磁头)。这些地址的前7位寻址128个FLASH芯片中的一个(这个芯片被激活)，后22位送到FLASH芯片进行解码，寻找FLASH芯片的某个单元，读取或写入这个单元的数据。如果要说清楚，还需要讲一下存储文件时的开头和结尾的定义。简单来说——闪存内部的阵列卡(还有控制芯片等。)都有不同的容量(同系列的)，所以闪存越大读写越快。因为它不是磁头、磁盘之类的机械结构，所以在寻找时几乎是瞬间反应。阵列模式解决了闪存本身读写慢的问题。

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