「科普向」磁盘（三）固态硬盘

我们在上一期讲了机械硬盘的原理，以及在选购机械硬盘时的注意事项，那么这一期我们就来讲一讲一种更为高端的硬盘——固态硬盘

固态硬盘发展史

1970年，StorageTek开发了第一个固态硬盘驱动器。

1989年，英特尔发布了世界上第一款固态硬盘。

2006年，三星发布了一款32GB容量的固态硬盘笔记本电脑，标志着固态硬盘正式走入移动设备。

2007年，SanDisk发布了1.8寸32GB固态硬盘产品和2.5寸32GB型号。
2009年，大量的厂商涌入固态硬盘市场，固态硬盘技术得到了飞速发展。

存储颗粒

固态硬盘，又被成为SSD（Solid State Disk），是一种现代的储存硬盘。拿到一块固态硬盘，可以看到它和之前我们所讲的机械硬盘有很大的不同。一般的固态硬盘并不像机械硬盘那样被包在一个密封的铁盒子里，而是由一大块PCB板组成。电路板上这些小的黑色的方格子就是存储颗粒了。作为固态硬盘最核心的东西，用来存储数据。

存储颗粒分为三种：SLC颗粒、MLC颗粒和TLC颗粒。

我们知道，硬盘在电脑中就像一个仓库，它储存着我们的数据。仓库中很多货架用来存放数据，不同的颗粒就相当于不同类型的货架

SLC颗粒

SLC中的S是single的缩写，就是单一的意思。意味着SLC颗粒的存储颗粒上每一个存储单元只存放1bit的数据。

我们将颗粒理解为仓库里的货架，那么SLC颗粒就是每个货架上放有一个货物。当需要调取货物时，因为货架上只有一个货物，所以不需要对货物进行筛选和分类，只需要找到对应的货架之后直接将货物拿走就可以了，调取的速度非常快。也就是说SLC颗粒时固态硬盘中速度最快的颗粒，同时也是寿命最长的。

MLC颗粒

MLC中的M是multi的缩写，是多个的意思。MLC存储颗粒每个储存单元存放2bit的数据。也就是说每一个MLC的货架上放有两个货物，在提取货物时需要先鉴别两个货物，然后再取走需要的那个货物。这就浪费了一些时间。所以MLC颗粒的速度要比SLC颗粒的速度慢一些，寿命也比SLC更短一些。

TLC颗粒

TLC中的T是triple的缩写，就是三个的意思。所以TLC的存储颗粒每个储存单元存放3bit的数据。不过有一些厂商也会将自己的TLC颗粒称之为3bit-MLC颗粒。

同样的道理，TLC的每个货架放有三个货物，调取的速度更慢了，所以TLC颗粒是这三种颗粒中速度最慢的那一个。由于其“货架”的使用频率高于MLC和SLC，所以TLC同时也是这三种储存颗粒中寿命最短的那个。

由于TLC价格较低，所以现在市面上大多数的固态硬盘使用的都是TLC颗粒。

这三种储存颗粒在速度和寿命上都有差距，不过即使寿命最短的TLC也可以正常使用五年左右，这一点不要担心。

存储颗粒作为固态硬盘的核心部件，并不是所有厂商都有自主生产的能力，很大一部分厂商只能购买别家的存储颗粒用来生产自己的固态硬盘。

英特尔、三星、美光、海力士、闪迪和东芝是目前具有自主生产储存颗粒能力的厂商。

那厂商口中的白片黑片都是什么呢?

原片

指的是有固态硬盘厂商亲自认证的原厂合格的储存颗粒。

白片

是检验不合格的瑕疵品，被厂商检测后淘汰。由一些末流厂商进行简单的加工制成价格较低、品质较差的固态硬盘。

黑片

可以说就是废料，几乎没有价值。由于其性能低下，大部分的黑片用来制作成了U盘和SD卡。

总线

是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。我们可以简单理解为从固态硬盘到CPU用来传输数据的道路。在固态硬盘中，总线非为两类：SATA总线和PCI-E总线。我们可以把CPU和固态硬盘想象成两个城市，而SATA总线就是两个城市之间的普通火车轨道，PCI-E总线就是高铁轨道。

目前SATA总线的最快速度也只有550MB/s，而PCI-E总线最高可达3000MB/s。

不过PCI-E也是有不同等级的，PCI-E x1、PCI-E x2、PCI-E x4、PCI-E x8和PCI-E x16。而固态硬盘通常使用的都是PCI-E x2和PCI-E x4。PCI-E x2总线要比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通常都是显卡在使用。

接口

目前常见的固态硬盘接口分为三种：SATA接口、M.2接口和PCI-E接口。

SATA接口

机械硬盘一般使用的都是SATA接口，不过SATA接口也可以被用在固态硬盘上。使用SATA接口的固态硬盘一般体积都比较大，而且只能走SATA总线。所以一般SATA接口的固态硬盘速度比较慢。

（SATA接口）

M.2接口

使用M.2接口的固态硬盘又可以分为三种，按速度由低到高的顺序排列分别是走SATA总线的、走PCI-E x2总线的以及是走PCI-E x4总线的。这三种总线的区别已经在上文提到过了，这里不再是赘述。

而使用M.2接口走PCI-E x4总线的硬盘又可以分为两种，一种是支持NVME协议的，另一种是不支持NVME协议的。

NVME协议是什么呢？

其实，造成上文提到的那两种总线速度差异的主要原因就是协议不同。SATA总线使用的是AHCI协议，而PCI-E总线上使用的是NVME协议。说白了就是这两条轨道对于在轨道上行驶的列车做出了不同的要求和限制。由于SATA轨道制作不精细，导致SATA轨道上无法行驶高速列车，从而导致了速度变慢。

支持NVME协议的M.2接口的固态硬盘就像高速火车（NVME协议）跑在高速铁路上（PCI-E总线），速度是最快的，能达到3000MB/s。而不支持NVME协议的硬盘就像普通火车（不支持NVME协议）跑在高速铁路上（PCI-E总线），速度自然就慢一些，能达到1500MB/s。

需要注意的是虽然都叫M.2接口，但是走不同的总线，接口的形状其实是也是不一样的。

走PCI-E x4总线的硬盘接口有两个金手指，对应的插槽是socket 3接口。

（socket 3接口）

走SATA总线和PCI-E x2总线的硬盘接口有三个金手指，专属插槽是socket 2接口。

（socket 2接口）

不过这种拥有三个金手指的接口通用性更强一点，socket 2和socket 3插槽都是可以用的。

PCI-E接口

使用PCI-E接口的固态硬盘走的是PCI-E x4总线，一般都是支持NVME协议的。

值得注意的是接口只是物理上的插孔而已，并不会直接影响性能。如果厂商愿意，无论多么奇怪的接口都是可以的。真正影响硬盘速度的是接口背后的协议和总线。所以使用SATA接口SATA总线AHCI协议的固态硬盘和机械硬盘的速度是相近的。

而使用M.2接口PCI-E x4总线NVME协议的硬盘和使用PCI-E接口PCI-E x4总线NVME协议的硬盘速度是相近的。虽然他们一个使用了M.2接口，一个使用了PCI-E接口，但是因为它们背后的总线和协议是一样的，所以速度并不会出现明显的差距。

（不同的PCI-E接口）

为了防止大家混乱，我在这里做个小的导图帮助理解。

缓存

一般情况下，缓存的读写速度是比盘片的速度快的，缓存就像一个数据的临时存放点，硬盘在写入数据时，先将数据写入到缓存，写入完成后，系统就会提示数据写入完成了，用户就可以做别的事情了，而在计算机后台，数据再从缓存中写入硬盘。

缓存分为两种，一种是DDR缓存，一种是SLC-cache缓存

DDR缓存

这种缓存和和内存条中上使用的是同一种规格的，这种缓存的优点在于速度非常快，但是它的空间一般比较小，无法储存大量的数据，对SSD性能的提升不大。

SLC-cache缓存

也叫SLC缓存。我们在前文已经提到，SLC颗粒是所有固态硬盘颗粒中速度最快的，但是为了节约成本，市面上大多数固态硬盘都是MLC和TLC颗粒的。但是为了提高读写性能，厂商会让一部分MLC或TLC模拟SLC颗粒工作，这就是SLC缓存。

这就可以解释为什么很多固态硬盘在传输大文件时，前一段时间速度非常快，但是一段时间后硬盘的速度会断崖式下跌。原因就是SLC缓存颗粒已经全部填满文件了，这时，硬盘就会恢复正常的MLC或者TLC的速度，整体的读写速度就慢下来了。

SLC缓存也时目前市面上最为常见的一种缓存行驶，对小文件的读取速度有显著提升。

主控

主控负责整个固态硬盘的数据管理和调控，可以简单的理解为固态硬盘的CPU。由于主控对整个固态硬盘进行管理，所以主控也对硬盘性能有着较大的影响。目前第一梯队的主控厂商有三星、英特尔和马牌。

读写速度

我们经常能在某个固态硬盘的产品界面看到“顺序读写”和“4K随机读写”，那么这两种有什么区别呢？

顺序读写

顺序读写速度一般非常快，卖家也常常会将这个数值作为宣传的速度。但是日常使用中，顺序读写速度对我们的影响并没有那么大。

顺序读写就是对一个大文件进行读写，比如对一个100GB的大文件进行读写，用到的就是顺序读写。而如果要对100个1GB的文件进行读写，用到的就是4K随机读写。

4K随机读写

4K随机读写速度更加贴近我们日常的使用，我们很少会对一个大型文件进行读写，通常都是一个一个文件进行读写的。4K随机读写速度通常是要比顺序读写速度慢的，所以在选购固态硬盘时，我们更要关注4K随机读写速度。

以上就是固态硬盘的基本参数了，希望能对各位在选购固态硬盘时提供帮助。

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文/ 同儿睡不着。

责编/ M.微博

图/ 网络、同儿睡不着。

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