固态硬盘的工作过程浅析

　　固态硬盘的高速读写性能和强大的多线程寻道能力，是用户看重的优点。但其也存在着使用寿命的问题。固态硬盘的工作原理和U盘相似，当闪存的读写数据次数达到使用寿命值，U盘就无法正常使用，固态硬盘也如此。下文是其具体的工作流程浅析。

　　了解如何以及为什么SSD不同于旋转盘，我们需要谈谈硬盘一点点。硬盘存储数据在一系列旋转磁盘盘片，称为：有读/写磁头驱动臂，连接到它。这手臂位置的读写磁头驱动器在读取或写入信息的正确区域。

　　因为驱动器的磁头必须在磁盘区为读或写数据(和盘不断旋转)，有一个非零的等待时间才可以访问的数据。驱动可能需要从多个位置看，启动一个程序或加载文件，这意味着它可能要等待旋转到适当的位置多次才能完成命令的盘片。如果驱动器是睡着了还是在低功耗状态，它可能需要几秒钟的磁盘旋转至全功率开始操作。

　　从一开始，很明显，硬盘不可能匹配的CPU运行速度。在硬盘驱动器的延迟以毫秒为单位，为典型的CPU时间相比。一毫秒是1000000纳秒，它通常需要10-15毫秒到硬盘驱动器上的数据并开始阅读它。硬盘行业推出了更小的盘片，磁盘高速缓存，更快的转速来抵消这种趋势，但只有这么快，驱动器可以旋转。西部数码的10000 RPM的速龙家族最快的驱动器的消费市场之一，而一些企业带动旋转15000转。问题是，即使最快的旋转驱动，最大和最小的磁盘缓存仍然尽你的CPU而言慢极了。

　　如何固态硬盘是不同的

　　“如果我问人们他们想要什么，他们会说更快的马。”亨利福特

　　固态硬盘被称为，是因为他们不依靠移动部件或旋转磁盘。相反，数据保存到一个池的NAND闪存。NAND本身是由所谓的浮栅晶体管。不像晶体管设计中使用的DRAM，必须每秒多次刷新，NAND闪存设计保持充电状态，即使没有动力了。这使得NAND型非易失性存储器。

　　下面的图显示了一个简单的闪存单元的设计。电子存储在浮栅，然后读取电荷的“0”或不收取“1。”是的，在NAND Flash，0意味着数据存储在一个细胞正相反我们通常认为一零或一。NAND闪存被组织在一个网格。整个网格的布局被称为一个块，而组成的网格的单个行称为一个页面。常见的页面大小是2K，4K，8K，或16K，128至256页/块。块的大小，因此一般变化256KB和4MB之间。

　　这个系统的优势应该是显而易见的。由于固态硬盘没有移动部件，它们可以在远高于典型的硬盘运行速度。下面的图表显示了典型的存储介质在微秒的延迟。

　　NAND是远不及快速内存，但它的多个数量级的速度比硬盘驱动器。而写入延迟是NAND Flash的读延迟明显比慢，他们依然高于传统的旋转介质。

　　有两件事要在上面的图表中的通知。第一，注意增加每单元NAND更多比特对内存的性能有显著的影响。更糟糕的是为写而读-典型的三级单元(TLC)延迟4差相比，单级单元(SLC)NAND读取，但不写6。清除潜伏期也显著影响。的影响不成比例，要么TLC NAND是近两倍的MLC NAND一样慢，尽管只持有50%的更多的数据(三位/细胞，而不是两个)。

　　原因是比TLC NAND MLC或SLC与如何数据移入和移出NAND细胞慢。与SLC NAND，控制器只需要知道如果位是0或1。随着MLC NAND，细胞可能有四个值，00，01，10，或11。用TLC NAND，细胞可以有八个值。阅读的正确价值的细胞需要内存控制器使用一个非常精确的电压以确定是否有任何特定的细胞是带电的或不。

　　其中的一个功能的局限性固态硬盘是这样的，他们可以阅读并很快写数据一个空的驱动，重写数据慢得多。这是因为，虽然固态硬盘读取数据在页面级(NAND存储器的网格中的单个行的意思)，可以在页面级写，假设周围的细胞都是空的，他们只能擦除数据块级的。这是因为擦除NAND Flash的行为需要大量的电压。虽然理论上你能擦除NAND在页面级，电压所需的强调个体细胞周围的细胞被重新书写。擦除数据块级的有助于缓解这一问题。

　　一个SSD更新现有页面的唯一方法是复制整个块的内容到内存，擦除块，然后把旧街区+更新页面的内容。如果驱动器是完全没有可用的空页，SSD必须先扫描块，标记为删除，但没有删除，删除它们，然后写数据到现在删除页面。这就是为什么固态硬盘可以成为他们年龄慢空旷的驱动全是块，可立即写入，最全驱动更可能被迫通过整个程序/擦除序列。

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