一文了解固态硬盘（SSD）

投稿 2024-01-03 10:27:02 110 0条评论

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摘要： 固态硬盘（SSD）, Solid State Disk，固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，主要由两部分组成。（注：本文主要介绍主流产品）1 主控单元：用来操作存储单元，...

固态硬盘（SSD）, Solid State Disk，固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，主要由两部分组成。（注：本文主要介绍主流产品）

1 主控单元：用来操作存储单元，并驻留一定固件，带有操作系统的部件。

2 存储阵列：闪存芯片（NAND FLASH）,单片FLASH芯片有64GB/128GB/256GB，也有少量SSD存储芯片采用DRAM芯片制作而成。

SSD的外观可以被制作成多种模样，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，适合于个人用户使用。

固态硬盘接口:

常见的固态硬盘内部如下图所示，主要由控制器、电源、NAND FLASH阵列、对外连接器组成。

对外接口主要保护以下：IDE、SATA、mSATA、PCIE、M.2，IDE接口的固态硬盘由于采用并行数据传输方式，数据线较多，且常常速度较慢已经逐步被淘汰；SATA2.0支持最大速率3Gbps，这类接口由于最大支持的速度有限，无法完全发挥出SSD的性能。SATA3.0支持最大速率达6Gbps（Gb per second）。而其最大的优点就是目前市场非常成熟，市场上很多硬盘都是这种接口。

m SATA 也称为mini-SATA，适用于对尺寸要求较高的场合，m SATA是一种小型化的SATA接口。

PCI-E接口也是最初出现的一种接口，开始主要应用于企业级SSD及其他数据传输场合，随着SATA接口速率瓶颈的到来， PCI-E硬盘才逐步开始在高端消费市场流行起来。

M.2原名是NGFF接口，这是为超级笔记本量身定做的新一代接口标准，主要用来取代mSATA接口。不管是从非常小巧的规格尺寸上讲，还是说从传输性能上讲，这种接口要比mSATA接口好很多。M.2可以同时支持SATA和PCIE接口，如今的M.2接口可支持PCI-E 3.0 x4通道，理论带宽达到了32Gbps，且该接口支持新的NVME标准，进一步提升了固态硬盘的数据传输性能。

NAND FLASH是如何存储信息的？

固态硬盘通常包含多片FLASH芯片，每一片FLASH内部可分为多个Plane，每个Plane又可分为多个Block。通常使用的是2D的NAND FLASH,目前最新研制的3D NAND FLASH已经面试，采用立体堆叠的方式可以使得单片NAND FLASH的容量大大提升。

Block就是我们通常说的块，对某个块进行数据读写的操作。而每个Block上，又可分为多个Page，绝大多数的固态硬盘的单个Page由4Kb的数据区+128b的OOB组成。

OOB（out of band，带外数据）在 NAND Flash 中是附加数据空间，用于存放额外的 ECC 纠错码和元数据。

在数据读写的过程中，Page是最小单位，即写数据和删除数据时只能对整个Page进行操作。所以Nand Flash在硬件设计时候，对于每一片（Plane），都有一个对应的区域专门用于存放缓存数据，将要写入到物理存储单元中去的或者刚从存储单元中读取出来的数据放入这个数据缓存区，本质上就是一个缓存buffer，也叫做page register 。固态电子盘在读写数据时的数据流向如下。