❶ 【科普向】磁碟（三）固態硬碟
我們在上一期講了機械硬碟的原理，以及在選購機械硬碟時的注意事項，那麼這一期我們就來講一講一種更為高端的硬碟——固態硬碟
固態硬碟發展史
1970年，StorageTek開發了第一個固態硬碟驅動器。
1989年，英特爾發布了世界上第一款固態硬碟。
2006年，三星發布了一款32GB容量的固態硬碟筆記本電腦，標志著固態硬碟正式走入移動設備。
2007年，SanDisk發布了1.8寸32GB固態硬碟產品和2.5寸32GB型號。
2009年，大量的廠商湧入固態硬碟市場，固態硬碟技術得到了飛速發展。
存儲顆粒
固態硬碟，又被成為SSD（Solid State Disk），是一種現代的儲存硬碟。拿到一塊固態硬碟，可以看到它和之前我們所講的機械硬碟有很大的不同。一般的固態硬碟並不像機械硬碟那樣被包在一個密封的鐵盒子里，而是由一大塊PCB板組成。電路板上這些小的黑色的方格子就是存儲顆粒了。作為固態硬碟最核心的東西，用來存儲數據。
存儲顆粒分為三種：SLC顆粒、MLC顆粒和TLC顆粒。
我們知道，硬碟在電腦中就像一個倉庫，它儲存著我們的數據。倉庫中很多貨架用來存放數據，不同的顆粒就相當於不同類型的貨架
SLC顆粒
SLC中的S是single的縮寫，就是單一的意思。意味著SLC顆粒的存儲顆粒上每一個存儲單元只存放1bit的數據。
我們將顆粒理解為倉庫里的貨架，那麼SLC顆粒就是每個貨架上放有一個貨物。當需要調取貨物時，因為貨架上只有一個貨物，所以不需要對貨物進行篩選和分類，只需要找到對應的貨架之後直接將貨物拿走就可以了，調取的速度非常快。也就是說SLC顆粒時固態硬碟中速度最快的顆粒，同時也是壽命最長的。
MLC顆粒
MLC中的M是multi的縮寫，是多個的意思。MLC存儲顆粒每個儲存單元存放2bit的數據。也就是說每一個MLC的貨架上放有兩個貨物，在提取貨物時需要先鑒別兩個貨物，然後再取走需要的那個貨物。這就浪費了一些時間。所以MLC顆粒的速度要比SLC顆粒的速度慢一些，壽命也比SLC更短一些。
TLC顆粒
TLC中的T是triple的縮寫，就是三個的意思。所以TLC的存儲顆粒每個儲存單元存放3bit的數據。不過有一些廠商也會將自己的TLC顆粒稱之為3bit-MLC顆粒。
同樣的道理，TLC的每個貨架放有三個貨物，調取的速度更慢了，所以TLC顆粒是這三種顆粒中速度最慢的那一個。由於其「貨架」的使用頻率高於MLC和SLC，所以TLC同時也是這三種儲存顆粒中壽命最短的那個。
由於TLC價格較低，所以現在市面上大多數的固態硬碟使用的都是TLC顆粒。
這三種儲存顆粒在速度和壽命上都有差距，不過即使壽命最短的TLC也可以正常使用五年左右，這一點不要擔心。
存儲顆粒作為固態硬碟的核心部件，並不是所有廠商都有自主生產的能力，很大一部分廠商只能購買別家的存儲顆粒用來生產自己的固態硬碟。
英特爾、三星、美光、海力士、閃迪和東芝是目前具有自主生產儲存顆粒能力的廠商。
那廠商口中的白片黑片都是什麼呢?
原片
指的是有固態硬碟廠商親自認證的原廠合格的儲存顆粒。
白片
是檢驗不合格的瑕疵品，被廠商檢測後淘汰。由一寫末流廠商進行簡單的加工製成價格較低、品質較差的固態硬碟。
黑片
可以說就是廢料，幾乎沒有價值。由於其性能低下，大部分的黑片用來製作成了U盤和SD卡。
匯流排
是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線。我們可以簡單理解為從固態硬碟到CPU用來傳輸數據的道路。在固態硬碟中，匯流排非為兩類：SATA匯流排和PCI-E匯流排。我們可以把CPU和固態硬碟想像成兩個城市，而SATA匯流排就是兩個城市之間的普通火車軌道，PCI-E匯流排就是高鐵軌道。
目前SATA匯流排的最快速度也只有550MB/s，而PCI-E匯流排最高可達3000MB/s。
不過PCI-E也是有不同等級的，PCI-E x1、PCI-E x2、PCI-E x4、PCI-E x8和PCI-E x16。而固態硬碟通常使用的都是PCI-E x2和PCI-E x4。PCI-E x2匯流排要比PCI-E x4慢一些，大概只有1000MB/s左右。而更高的PCI-E x8和PCI-E x16通常都是顯卡在使用。
介面
目前常見的固態硬碟介面分為三種：SATA介面、M.2介面和PCI-E介面。
SATA介面
機械硬碟一般使用的都是SATA介面，不過SATA介面也可以被用在固態硬碟上。使用SATA介面的固態硬碟一般體積都比較大，而且只能走SATA匯流排。所以一般SATA介面的固態硬碟速度比較慢。
（SATA介面）
M.2介面
使用M.2介面的固態硬碟又可以分為三種，按速度由低到高的順序排列分別是走SATA匯流排的、走PCI-E x2匯流排的以及是走PCI-E x4匯流排的。這三種匯流排的區別已經在上文提到過了，這里不再是贅述。
而使用M.2介面走PCI-E x4匯流排的硬碟又可以分為兩種，一種是支持NVME協議的，另一種是不支持NVME協議的。
NVME協議是什麼呢？
其實，造成上文提到的那兩種匯流排速度差異的主要原因就是協議不同。SATA匯流排使用的是AHCI協議，而PCI-E匯流排上使用的是NVME協議。說白了就是這兩條軌道對與在軌道上行駛的列車做出了不同的要求和限制。由於SATA軌道製作不精細，導致SATA軌道上無法行駛高速列車，從而導致了速度變慢。
支持NVME協議的M.2介面的固態硬碟就像高速火車（NVME協議）跑在高速鐵路上（PCI-E匯流排），速度是最快的，能達到3000MB/s。而不支持NVME協議的硬碟就像普通火車（不支持NVME協議）跑在高速鐵路上（PCI-E匯流排），速度自然就慢一些，能達到1500MB/s。
需要注意的是雖然都叫M.2介面，但是走不同的匯流排，介面的形狀其實是也是不一樣的。
走PCI-E x4匯流排的硬碟介面有兩個金手指，對應的插槽是socket 3介面。
（socket 3介面）
走SATA匯流排和PCI-E x2匯流排的硬碟介面有三個金手指，專屬插槽是socket 2介面。
（socket 2介面）
不過這種擁有三個金手指的介面通用性更強一點，socket 2和socket 3插槽都是可以用的。
PCI-E介面
使用PCI-E介面的固態硬碟走的是PCI-E x4匯流排，一般都是支持NVME協議的。
值得注意的是介面只是物理上的插孔而已，並不會直接影響性能。如果廠商願意，無論多麼奇怪的介面都是可以的。真正影響硬碟速度的是介面背後的協議和匯流排。所以使用SATA介面SATA匯流排AHCI協議的固態硬碟和機械硬碟的速度是相近的。
而使用M.2介面PCI-E x4匯流排NVME協議的硬碟和使用PCI-E介面PCI-E x4匯流排NVME協議的硬碟速度是相近的。雖然他們一個使用了M.2介面，一個使用了PCI-E介面，但是因為它們背後的匯流排和協議是一樣的，所以速度並不會出現明顯的差距。
（不同的PCI-E介面）
為了防止大家混亂，我在這里做個小的導圖幫助理解。
緩存
一般情況下，緩存的讀寫速度是比碟片的速度快的，緩存就像一個數據的臨時存放點，硬碟在寫入數據時，先將數據寫入到緩存，寫入完成後，系統就會提示數據寫入完成了，用戶就可以做別的事情了，而在計算機後台，數據再從緩存中寫入硬碟。
緩存分為兩種，一種是DDR緩存，一種是SLC-cache緩存
DDR緩存
這種緩存和和內存條中上使用的是同一種規格的，這種緩存的優點在於速度非常快，但是它的空間一般比較小，無法儲存大量的數據，對SSD性能的提升不大。
SLC-cache緩存
也叫SLC緩存。我們在前文已經提到，SLC顆粒是所有固態硬碟顆粒中速度最快的，但是為了節約成本，市面上大多數固態硬碟都是MLC和TLC顆粒的。但是為了提高讀寫性能，廠商會讓一部分MLC或TLC模擬SLC顆粒工作，這就是SLC緩存。
這就可以解釋為什麼很多固態硬碟在傳輸大文件時，前一段時間速度非常快，但是一段時間後硬碟的速度會斷崖式下跌。原因就是SLC緩存顆粒已經全部填滿文件了，這時，硬碟就會恢復正常的MLC或者TLC的速度，整體的讀寫速度就慢下來了。
SLC緩存也時目前市面上最為常見的一種緩存行駛，對小文件的讀取速度有顯著提升。
主控
主控負責整個固態硬碟的數據管理和調控，可以簡單的理解為固態硬碟的CPU。由於主控對整個固態硬碟進行管理，所以主控也對硬碟性能有著較大的影響。目前第一梯隊的主控廠商有三星、英特爾和馬牌。
讀寫速度
我們經常能在某個固態硬碟的產品界面看到「順序讀寫」和「4K隨機讀寫」，那麼這兩種有什麼區別呢？
順序讀寫
順序讀寫速度一般非常快，賣家也常常會將這個數值作為宣傳的速度。但是日常使用中，順序讀寫速度對我們的影響並沒有那麼大。
順序讀寫就是對一個大文件進行讀寫，比如對一個100GB的大文件進行讀寫，用到的就是順序讀寫。而如果要對100個1GB的文件進行讀寫，用到的就是4K隨機讀寫。
4K隨機讀寫
4K隨機讀寫速度更加貼近我們日常的使用，我們很少會對一個大型文件進行讀寫，通常都是一個一個文件進行讀寫的。4K隨機讀寫速度通常是要比順序讀寫速度慢的，所以在選購固態硬碟時，我們更要關注4K隨機讀寫速度。
以上就是固態硬碟的基本參數了，希望能對各位在選購固態硬碟時提供幫助。
我們作為一個新團隊十分缺乏經驗，可能會存在種種疏漏，還請各位大佬嘴下留情，反饋問題。感激不盡！
文/ 同兒睡不著。
責編/ M.微博
圖/ 網路、同兒睡不著。
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