固態硬碟原理

① 固態硬碟和內存卡原理一樣嗎，什麼原理，和機械硬碟光碟比起來

固態硬碟和大容量內存卡是一樣的。
固態硬碟和大容量笑脊內存卡都是Nand
Flash，是快閃記憶體的一種，支持多次笑前擦除，壽命更長。
而機械硬碟是採用磁性介質作為存儲，是一種物理的存儲方法，容易損壞，尤碰升滲其是磁頭損壞以後容量就會下降很多。

② 求固態硬碟工作原理

固態硬碟的簡稱是其英文縮寫SSD：Soild State Disk。而機械硬碟名字是HDD：Hard Driver Disk，它也不是液態或固態材質製造的，而是以鋁合金材質的磁碟作為存儲介質，馬達來驅動碟片旋轉，並由磁頭來讀寫數據。這就是機械硬碟的基本構成，這與光碟的一些特性比較類似。
【機械硬碟】：無法突破瓶頸

首先我們還要簡單了解機械硬碟（HDD）的基本工作原理。當機械硬碟需要讀寫數據時，將會接到指令，然後磁頭會移動到相應位置，碟片也會轉動以便讓數據發生操作的區域到達指定位置。這些動作所需要的時間就是尋道時間和潛伏周期，由於需要發生裝置的移動，這些過程都需要幾毫秒的時間。當然，對於人類來說，幾毫秒的時間並不算很久，為什麼我們經常會覺得機械硬碟經常會很慢，甚至用久了會更慢呢？

這是由於操作系統的讀寫機製造成的：硬碟被分為若干個區域作為最基本的操作單位，這個單位被叫做「扇區」，當一個新數據寫入時，會選擇一個或幾個扇區進行數據寫入，這些扇區的位置都是挨著的，從邏輯上說它們是連續的，無論在讀取還是寫入的時候所需時間都比較短。而問題的關鍵在於：所有數據都不是在簡歷之後就永遠放在那裡不會改變了，當原先寫入的數據修改時，比如增加內容、數據量加大，而緊挨著原有扇區的位置已經有了其他數據，這些新數據就要寫入到其他位置去，那麼我們在操作系統中看到的一個文件，在實際物理地址上並不是連續的，那麼在再次讀取該文件時，磁碟要進行的工作量就會加大，在最惡劣的情況，磁頭和碟片會進行多次移動和轉動，最後的工作時間也是成倍的增加。這種情況在我們實際使用中並不少見，比如打開一個程序要很久，這是因為程序要載入很多系統文件、組件，這些東西都要從硬碟中逐一讀取，比如游戲的載入時間，有大量的數據要讀取，並且數據並不一定是連續的，甚至大部分都不可能是連續的。以及，我們從使用經驗上來看，都會覺的電腦會越用越慢，慢道受不了了，重裝系統會讓速度有所恢復，都是萬惡的HDD工作原理造成的

可以說，磁碟存儲技術的發展並不慢，不過僅限於存儲密度方面，隨著單位面積存儲容量的提高，我們可以享用到更高容量的硬碟，但是讀寫數據的速度上並沒有太大突破。因為決定尋道時間、潛伏周期的關鍵因素：磁頭移動速度和磁碟轉動速度都已經接近了極限，繼續增加會帶來其他不利因素：比如成本增加、噪音、溫度的增加等等。換言之，在人類科技水平沒有重大突破之前，HDD的構造不會發生改變，工作機制不會產生重大變化，其讀寫性能也就不會有突破了。
認識SSD：為什麼這么快

前邊簡單介紹了HDD的基本構造和工作原理，當然，關於硬碟的詳細解析還有很多很多內容，不過我想我已經說清楚了HDD的最大弊端所在，它的物理移動：磁頭移動和碟片轉動造成了讀寫速度慢，越是不連續的文件，讀寫速度就越慢。這個對不連續的文件進行讀寫的操作，我們稱之為隨機讀寫，實際上，我們在日常使用中絕大多數硬碟讀寫操作都是隨機類型的，而SSD與HDD的最大差異就在於隨機讀寫速度。這就是由SSD的基本構造決定的。
SSD的系統介面、供電部分，以及驅動方式都與HDD沒有差別，其主要改變是構成單元和物理工作方式。SSD的內部構造包括PCB板、主控制器晶元和快閃記憶體晶元，有些產品還會有緩存。SSD最基本的單位就是快閃記憶體晶元，英文名字叫做Nand Flash，這是一種非易失性內存晶元，通過充電、放點的方式寫入和擦除數據，速度相當快。由於在讀寫操作中完全通過電路來傳輸信號，因此不會存在類似HDD那樣移動磁頭、旋轉碟片等動作，因此大大減少了處理時間。然而，Nand Flash也分為幾種，目前消費級SSD甚至不少企業級SSD都是用MLC（多層單元）快閃記憶體，這種快閃記憶體的寫入性能不如SLC（單層單元）快閃記憶體，壽命也較之短很多，但是價格要低很多。就算這樣，目前SSD的成本也沒有降低到人人都能接受的程度，價格仍然是影響SSD進一步普及的障礙。
切割後的Nand Flash晶元

一塊SSD是由多個Nand flash快閃記憶體顆粒組成的，我們可以將每一個快閃記憶體顆粒看作是一個獨立的存儲單位，然後由主控制器將他們做了一個RAID並聯。也就是說SSD的讀寫是「多線程」的，每次的工作並不會只局限於一個顆粒之上，主控可以讓數據分解並同時在不同顆粒上進行寫入，這樣以來速度自然會更快了。這也是SSD速度快的原因之一。當然，主控要做的事情遠非這么簡單。

SSD的心臟：主控制器介紹
SSD快閃記憶體也是有最小操作單元的，和機械硬碟相比，Nand Flash的一個比較特殊的區別是寫入與擦出操作最小單位不同，寫入最小單位為4KB,這個4KB大小的單元稱之為「頁」（Page），而擦除則為512KB，叫做「塊」（Block）。也就是說，在空白單元上寫入，可以以頁為單位來進行，但是若要刪除這個數據，就需要將整個塊進行擦除操作。並且當有一個塊中的數據需要刪除時，會先對需要刪除的數據進行標記而非真正物理擦出，然後當再次需要在同一物理位置寫入之時，會將有效數據保留，復制到新的塊上，然後擦寫原來的塊。聽起來似乎很復雜，簡單的說，SSD的寫入機制就是原本需要寫入1MB大小的數據，實際操作量是會大於這個數值的，具體是多少，就要看主控制器的演算法是否具備高效率，而實際隨機寫入速度則取決於運算速度是否夠快。

和HDD的相同之處是，SSD也需要邏輯地址來管理，然而操作系統的邏輯地址最小單位是512B，SSD的最小寫入單位則是4KB，這其中就需要CPU、晶元組和主控制器依次工作。除此之外，主控制器還要負責分配每個快閃記憶體晶元的任務量，全盤快閃記憶體狀態的監控，各個塊的管理，數據校驗等等，工作相當多而繁雜，這也是為什麼在一些新主控上會使用到ARM雙核心處理器，因為主控的性能會直接影響到SSD的速度。

主控和快閃記憶體，誰更重要？

關於主控和快閃記憶體，並非寥寥幾行字可以完全詳細說清楚的。不過我們現在已經對他們有了基本的認知：快閃記憶體是基本存儲單元，而主控制器則是SSD的心臟，負責運算和任務分配，兩者的結合才是一款SSD性能的真正體現。那麼，主控和快閃記憶體，到底哪個更重要呢？
常見的Intel快閃記憶體

答案其實是顯而易見的，兩者都重要。如果主控能力不足，會無法完全發揮快閃記憶體高速存取的特性，而如果快閃記憶體品質較低，那麼主控再強也無濟於事。不過目前市場上SSD主控方案基本只有兩大類：SandForce出品的SF-2281系列主控好Marvell出品的88SS9174主控，市面上90%以上的產品都採用上述兩款主控。快閃記憶體晶元方面，目前Nand Flash晶元同樣分為兩大陣營：鎂光、Intel、海力士使用ONFI標准快閃記憶體，分為同步和非同步兩種，同步快閃記憶體的速度更快。而三星、東芝、Sandisk則使用了Toggle DDR標准。這兩種標準的介面、傳輸速率都不一樣，當然，拋離主控是無法對比兩者誰的性能更好的，此外不同製造商的快閃記憶體之間也多少存在差異。此外，快閃記憶體還會依據體質在出廠後劃分為不同的等級，性能也有好壞之分。
SSD的快閃記憶體晶元和主控制器都可以說是半導體行業最尖端的技術結晶，絕非山寨工廠可以模仿製造的。但是快閃記憶體和主控的銷售卻都是開放的，無論Intel、鎂光、三星，還是Sandforce、Marvell，都會將自己的產品出售給別人。這樣以來製造SSD卻不是什麼困難的事情，所以我們會看到近兩年來固態硬碟廠商如雨後春筍一般滋生，除了我們熟知的存儲品牌之外，還不斷有新面孔出現。

購買了主控和晶元之後，生產一款SSD並不困難，甚至還有無所不能的代工廠負責組裝測試，一些廠商只需要貼牌出售即可。但是他們之間的品質或多或少會有差異。難道相同主控和快閃記憶體組成的SSD之間，性能表現、質量也不同？這又是什麼緣故呢？

答案是「固件」。固件是寫入到電路中的基本控製程序，負責集成電路的基本運行、控制和協調工作。它是電子產品最底層的軟體，SSD也不例外。與其他電子產品一樣，SSD也有產品存在設計缺陷、Bug等問題，小則性能降低，重則全盤報廢。由於SSD是一個新興產品，各家廠商又急於搶占市場，SSD產品發生問題的幾率並不低，至少和HDD相比要高一些。並且數據一旦丟失恢復有相當大的難度甚至成為不可能的任務，那麼固件的及時更新、穩定、可靠就成為SSD的關鍵了。

主控供應商會提供固件，而不同SSD製造商與主控廠商之間也有不同程度的合作，這就使得不同產品之間的固件形成差異，除了性能之外，穩定性、壽命等問題是更加無法預知卻對SSD影響很大的問題。有實力的廠商在固件更新、售後服務、技術支持等方面會更出色一些，這對於任何商品來說都是一樣的。但是選SSD並非一定要選擇知名品牌，畢竟有成熟穩定的方案和固件，或者出自可靠的代工廠，產品也一樣可以用的放心。
SSD的使用：合理設置發揮最佳性能

●使用原生SATA 6Gbps介面
SSD和HDD一樣都使用SATA介面進行數據傳輸。近兩年內推出的主板大部分都已經標配了SATA 6Gbps介面，介面速率為6Gbps，比如Intel平台的P67、Z68、H67，7系列全系，AMD 9系、A75晶元組主板，對應的筆記本移動平台晶元組SATA 6Gbps支持特性也一致。不過部分主板除了晶元組原生SATA 6Gbps介面之外，還會提供第三方SATA 6Gbps介面，需要注意的是做為系統盤的SSD盡量不要使用這些介面，否則由於第三方橋接晶元帶來的延遲，以及SATA控制器的性能等問題，SSD的性能表現與使用原生介面相比會有一些差距。而對於不支持SATA 6Gbps的主板來說，使用原生SATAII介面在隨機讀取上也不遜色於第三方介面。
●使用AHCI模式
在很久之前，存儲系統使用的是IDE傳輸模式,而硬體設備介面規范發展至SATA介面之後，這一模式卻得以保留下來。由於SATA介面下的AHCI模式擁有NCQ技術、支持熱插拔，因此對於SSD的性能和壽命都有著比較大的影響。需要注意的是，個別主板不支持AHCI模式。比如Intel H61晶元組主板，AHCI模式被軟體方式屏蔽（一些廠商會破解開放以支持）。在這樣的主板上使用SSD會讓產品性能發揮受到限制，同時降低使用壽命。
●4KB對齊
很多用戶都知道這個詞，那麼它到底是什麼意思呢？前邊我們介紹過，SSD中快閃記憶體最小操作單元是4KB，而大部分機械硬碟扇區為512B，因此如果如果沒有選擇正確的邏輯地址與物理地址的對應關系，那麼操作系統在下達指令時對SSD來說會進行額外的無用計算，完全浪費CPU、控制器的資源。因此我們需要讓其4KB分區對齊。重新安裝Windows 7操作系統或使用新版本Ghost都可以實現。
●不要頻繁跑分
如果說前三條是菜鳥小白級用戶常常容易忽略的，那麼最後一條可是一些高手和老DIY玩家也容易犯的錯誤：跑分。由於快閃記憶體的特殊性質，跑分會大大影響使用壽命。尤其是諸如Crystal Disk Mark這樣的軟體，一次測試真實寫入量可以多達幾十個G，甚至可能比你一個月實際使用量還大。因此，如無特殊需要盡可能避免跑分。
●開機通電有特效
與機械硬碟不同，SSD內部擁有非常復雜的主控制器，甚至一款好的主控處理器CPU性能比一台上網本的CPU還要強。當SSD性能突然下降、出現Bug等特殊狀況時，根據主控特性和固件能力，開機通電不僅行任何操作，或者僅連接電源線不接數據線，此時如果主控有恢復、還原等特殊功能，就會開始工作。因此，當你的SSD發生什麼意外時，通電開機，沒准可以返老還童甚至起死回生！

③ 固態硬碟的存儲介質和原理是什麼

1、固態硬碟原理是一種主要以快閃記憶體(NAND Flash)作為永久性存儲器的計算機存儲設備，此處固態主要相對於以機械臂帶動磁頭轉動實現讀寫操作的磁碟而言，NAND或者其他固態存儲以電位高低或者相位狀態的不同記錄0和1。

2、固態硬碟介質採用SATA 3、M.2或者PCI Express、mSATA、U.2、ZIF、IDE、CF、CFast等介面。但由於價格及存儲空間與機械硬碟有巨大差距，固態硬碟當前仍無法完全取代機械式硬碟。

(3)固態硬碟原理擴展閱讀

固態硬碟特點

1、固態硬碟和機械硬碟相比讀寫速度遠遠勝出，這也是其最主要的功能，還具有低功耗、無噪音、抗震動、低熱量的特點，這些特點可以延長靠電池供電的計算機設備運轉時間。

2、固態硬碟防震抗摔性傳統硬碟都是磁碟型的，數據儲存在磁碟扇區里。而固態硬碟是使用快閃記憶體顆粒（即mp3、U盤等存儲介質）製作而成，所以SSD固態硬碟內部不存在任何機械部件。

④ 固態硬碟的工作原理是什麼

固態硬碟原理是一種主要以快閃記憶體作為永久性存儲器的計算機存儲設備，此處固態主要相對於以機械臂帶動磁頭轉動實現讀寫操作的磁碟而言，NAND或者其他固態存儲以電位高低或者相位狀態的不同記錄0和1。

固態硬碟將數據保存在快閃記憶體中，而不是像硬碟驅動器之類的磁性系統。固態硬碟之所以如此命名，是因為它們不依賴於移動部件或旋轉磁碟。相反，數據被保存到一組存儲庫中，就像可以隨身攜帶的快閃記憶體一樣。

固態硬碟的存儲介質分為兩種，一種是採用快閃記憶體作為存儲介質，另外一種是採用DRAM作為存儲介質。

1、基於快閃記憶體的固態硬碟：採用FLASH晶元作為存儲介質，這也是通常所說的SSD。它的外觀可以被製作成多種模樣，例如：筆記本硬碟、微硬碟、存儲卡、U盤等樣式。

這種SSD固態硬碟最大的優點就是可以移動，而且數據保護不受電源控制，能適應於各種環境，適合於個人用戶使用。

一般它擦寫次數普遍為3000次左右，以常用的64G為例，在SSD的平衡寫入機理下，可擦寫的總數據量為64G X 3000 = 192000G，它像普通硬碟HDD一樣，理論上可以無限讀寫。

2、基於DRAM的固態硬碟：採用DRAM作為存儲介質，應用范圍較窄。它仿效傳統硬碟的設計，可被絕大部分操作系統的文件系統工具進行卷設置和管理，並提供工業標準的PCI和FC介面用於連接主機或者伺服器。

應用方式可分為SSD硬碟和SSD硬碟陣列兩種，是一種高性能的存儲器，而且使用壽命很長，美中不足的是需要獨立電源來保護數據安全。DRAM固態硬碟屬於比較非主流的設備。

(4)固態硬碟原理擴展閱讀：

固態硬碟特點：

1、固態硬碟和機械硬碟相比讀寫速度遠遠勝出，這也是其最主要的功能，還具有低功耗、無噪音、抗震動、低熱量的特點，這些特點可以延長靠電池供電的計算機設備運轉時間。

2、固態硬碟防震抗摔性傳統硬碟都是磁碟型的，數據儲存在磁碟扇區里。而固態硬碟是使用快閃記憶體顆粒（即mp3、U盤等存儲介質）製作而成，所以SSD固態硬碟內部不存在任何機械部件。