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)，簡稱SSD(固盤)，是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，由控制單元和存儲單元(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。

　　固態(tài)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)詳解

　　下面我們簡單的聊了聊關(guān)于固態(tài)硬盤的發(fā)展歷程，以及固態(tài)硬盤行業(yè)當下的市場格局，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，主控芯片其實也和CPU一樣，是整個固態(tài)硬盤的核心器件，其作用一是合理調(diào)配數(shù)據(jù)在各個閃存芯片上的負荷，二則是承擔了整個數(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，對閃存芯片的讀取寫入控制上會有非常大的不同，直接會導(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，應(yīng)用于不同層級的固態(tài)產(chǎn)品。

　　以臺系廠商siliconmotion慧榮為例，此款主控芯片主要特點在于能夠為固態(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，存儲單元絕對是核心器件。在固態(tài)硬盤里面，閃存顆粒則替代了機械磁盤成為了存儲單元。

　　閃存(Flash Memory)本質(zhì)上是一種長壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息)的存儲器，數(shù)據(jù)刪除不是以單個的字節(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的特性，即斷電后仍能保存數(shù)據(jù)，被大范圍運用。

　　根據(jù)NAND閃存中電子單元密度的差異，又可以分為SLC(單層次存儲單元)、MLC(雙層存儲單元)以及TLC(三層存儲單元)，此三種存儲單元在壽命以及造價上有著明顯的區(qū)別。

　　SLC(單層式存儲)，單層電子結(jié)構(gòu)，寫入數(shù)據(jù)時電壓變化區(qū)間小，壽命長，讀寫次數(shù)在10萬次以上，造價高，多用于企業(yè)級高端產(chǎn)品。

　　MLC(多層式存儲)，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，造價可接受，多用民用高端產(chǎn)品，讀寫次數(shù)在5000左右。

　　TLC(三層式存儲)，是MLC閃存延伸，TLC達到3bit/cell。存儲密度最高，容量是MLC的1.5倍。 造價成本最低， 使命壽命低，讀寫次數(shù)在1000~2000左右，是當下主流廠商首選閃存顆粒。

　　海力士16nm TLC閃存顆粒

　　當前，固態(tài)硬盤市場中，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，也是主要的存儲單元，因而它的制造成本占據(jù)了整個產(chǎn)品的70%以上的比重，極端一點說，選擇固態(tài)硬盤實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沒有那么明顯，在用戶群體的認知度也沒有那么深入，相應(yīng)的就無法以此為噱頭進行鼓吹。

　　實際上，緩存芯片的存在意義還是有的，特別是在進行常用文件的隨機性讀寫上，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)部的磨損機制，就導(dǎo)致固態(tài)硬盤在讀寫小文件和常用文件時，會不斷進行數(shù)據(jù)的整塊的寫入緩存，然而導(dǎo)出到閃存顆粒，這個過程需要大量緩存維系。特別是在進行大數(shù)量級的碎片文件的讀寫進程，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)硬盤在用了一段時間后，開始掉速。當前，緩存芯片市場規(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，但是市場反響卻差強人意，不知道最新的無外置緩存的固態(tài)硬盤的表現(xiàn)如何，也請大家拭目以待。

　　主控芯片、閃存顆粒、緩存芯片，這三者有機的結(jié)合在一塊PCB板上，構(gòu)成了固態(tài)硬盤的整體形態(tài)。我們在選購固態(tài)硬盤或是評價固態(tài)硬盤的時候，可以從這三者出發(fā)，進行產(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。

　　補充：硬盤常見故障：

　　一、系統(tǒng)不認硬盤

　　二、硬盤無法讀寫或不能辨認

　　三、系統(tǒng)無法啟動 。

　　系統(tǒng)無法啟動基于以下四種原因：

　　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)機的習(xí)慣

　　三、正確移動硬盤，注意防震

　　開機時硬盤無法自舉，系統(tǒng)不認硬盤

　　相關(guān)閱讀：固態(tài)硬盤保養(yǎng)技巧

　　一、不要使用碎片整理

　　碎片整理是對付機械硬盤變慢的一個好方法，但對于固態(tài)硬盤來說這完全就是一種“折磨”。

　　消費級固態(tài)硬盤的擦寫次數(shù)是有限制，碎片整理會大大減少固態(tài)硬盤的使用壽命。其實，固態(tài)硬盤的垃圾回收機制就已經(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”功能是機械硬盤時代的產(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。這兩個功能的實用意義不大，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”整個清除。

　　這一機制意味著，分區(qū)時不要把SSD的容量都分滿。例如一塊128G的固態(tài)硬盤，廠商一般會標稱120G，預(yù)留了一部分空間。但如果在分區(qū)的時候只分100G，留出更多空間，固態(tài)硬盤的性能表現(xiàn)會更好。這些保留空間會被自動用于固態(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對齊”對固態(tài)硬盤的影響。一方面主流SSD容量都不是很大，分區(qū)越多意味著浪費的空間越多，另一方面分區(qū)太多容易導(dǎo)致分區(qū)錯位，在分區(qū)邊界的磁盤區(qū)域性能可能受到影響。最簡單地保持“4k對齊”的方法就是用Win7自帶的分區(qū)工具進行分區(qū)，這樣能保證分出來的區(qū)域都是4K對齊的。

　　三、保留足夠剩余空間

　　固態(tài)硬盤存儲越多性能越慢。而如果某個分區(qū)長期處于使用量超過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，也會影響到壽命。優(yōu)秀的固件包含先進的算法能減少固態(tài)硬盤不必要的寫入，從而減少閃存芯片的磨損，維持性能的同時也延長了固態(tài)硬盤的壽命。因此及時更新官方發(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，因為對固態(tài)硬盤來說，每做一次Trim重置就相當于完成了一次完整的擦寫操作，對磁盤壽命會有影響。

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)信息的存儲需求也在不斷提升，現(xiàn)在多家存儲廠商推出了自己的便攜式固態(tài)硬盤，更有支持Type-C接口的移動固態(tài)硬盤和支持指紋識別的固態(tài)硬盤推出。