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什么是固态硬盘

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  固态硬盘,一般简称SSD(Solid State Disk、IDE FLASH DISK),它是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片)组成。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同,在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。

  基本信息

  固态硬盘(Solid State Drive、IDE FLASH DISK)由控制单元和存储单元(FLASH芯片)组成,简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的相同,在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。其芯片的工作温度范围很宽(-40~85℃)。目前广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。虽然目前成本较高,但也正在逐渐普及到DIY市场。由于固态硬盘技术与传统硬盘技术不同,所以产生了不少新兴的存储器厂商。厂商只需购买NAND存储器,再配合适当的控制芯片,就可以制造固态硬盘了。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口及SATA-3接口。

  分类

  固态硬盘的存储介质分为两种,一种是采用闪存(FLASH芯片)作为存储介质,另外一种是采用DRAM作为存储介质。

  基于闪存的固态硬盘

  基于闪存的固态硬盘(IDE FLASH DISK、Serial ATA Flash Disk):采用FLASH芯片作为存储介质,这也是我们通常所说的SSD。它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,但是使用年限不高,适合于个人用户使用。

  基于DRAM的固态硬盘

  基于DRAM的固态硬盘:采用DRAM作为存储介质,目前应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计、可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理,并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器,而且使用寿命很长,美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。DRAM固态硬盘属于比较非主流的设备。

固态硬盘

固态硬盘漫长艰辛的发展历程
1956年 IBM公司发明的世界上第一块硬盘
1968年 IBM重新提出“温彻斯特”(Winchester)技术的可行性,奠定了硬盘发展方向
上世纪七十年代 StorageTek公司(Sun StorageTek)开发了第一个固态硬盘驱动器
1989年 世界上第一款固态硬盘出现
2006年3月 三星率先发布一款32GB容量的固态硬盘笔记本电脑
2007年1月 SanDisk公司发布了1.8寸32GB固态硬盘产品,3月又继续发布了2.5寸32GB型号
2007年6月 东芝推出了其第一款120GB固态硬盘笔记本电脑
2008年9月 忆正MemoRight SSD的正式发布,标识着中国企业加速进军固态硬盘行业
2009年 SSD井喷式发展,各大厂商蜂拥而来,存储虚拟化正式走入新阶段
2010年2月 美光发布了全球首款SATA 6Gbps接口固态硬盘,终于突破了SATAII接口300MB/s的读写速度极限
2011年 SSD的容量完成从32G到256G跨越,读取速度高达500MB/s

  结构

  基于闪存的固态硬盘是固态硬盘的主要类别,其内部构造十分简单,固态硬盘内主体其实就是一块PCB板,而这块PCB板上最基本的配件就是控制芯片、缓存芯片和用于存储数据的闪存芯片。   目前市面上比较常见的固态硬盘有Indilinx、SandForce、JMicron、Marvell、Samsung以及Intel等多种主控芯片。主控芯片是固态硬盘的大脑,其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷,二则是承担了整个数据中转,连接闪存芯片和外部SATA接口。不同的主控之间能力相差非常大,在数据处理能力,算法,对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同,直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数十倍。  

 

大固态硬盘主控芯片品牌、型号、产品一览
品牌 型号 代表产品
Intel PC29AS21AA0、PC29AS21BA0 Intel 320 Series G3(80G)
SandForce SF-1500/SF-1200、SF-2000系列 OCZ Agility 3 SATA3 60G
JMicron JMF602、JMF612、JMF618 金士顿的SSD Now V系列
Marvell 88SS9174-BJP2、88SS9174-BKK2 Intel的510系列、镁光C400、浦科特 PX-128M2S
Indilinx IDX110M00-LC、IDX110M01-LC SOLIDATA K5-64Me
三星 S3C49RBX01-YH80、S3C29RBB01-YK40 三星 SLC 3.5 100GB
东芝 TC58NCF602GAT、TC58NCF618GBT、T6UG1XBG 金士顿 SSDNow V+100系列

  主控芯片旁边是缓存芯片,固态硬盘和传统硬盘一样需要高速的缓存芯片辅助主控芯片进行数据处理。这里需要注意的是,目前有一些廉价固态硬盘方案为了节省成本,省去了这块缓存芯片,这样对于使用时的性能会有一定的影响。

  除了主控芯片和缓存芯片以外,PCB板上其余的大部分位置都是NAND Flash闪存芯片了。NAND Flash闪存芯片又分为SLC(单层单元)和MLC(多层单元)NAND闪存:

  1.SLC全称是单层式储存 (Single Level Cell),因为结构简单,在写入数据时电压变化的区间小,所以寿命较长,传统的SLC NAND闪存可以经受10万次的读写。而且因为一组电压即可驱动,所以其速度表现更好,目前很多高端固态硬盘都是都采用该类型的Flash闪存芯片。
  2.MLC全称是多层式储存(Multi Leveled Cell),它采用较高的电压驱动,通过不同级别的电压在一个块中记录两组位信息,这样就可以将原本SLC的记录密度理论提升一倍。作为目前在固态硬盘中应用最为广泛的MLC NAND闪存,其最大的特点就是以更高的存储密度换取更低的存储成本,从而可以获得进入更多终端领域的契机。不过,MLC的缺点也很明显,其写入寿命较短,读写方面的能力也比SLC低,官方给出的可擦写次数仅为1万次。

  特点

  1、读写速度快。采用闪存作为存储介质,读取速度相对机械硬盘更快。固态硬盘不用磁头,寻道时间几乎为0。持续写入的速度非常惊人,现在的固态硬盘厂商大多会宣称自家的固态硬盘持续读写速度超过了500MB/s云云,这相对机械硬盘的100MB/s的速度着实是相当可观的。   固态硬盘的快绝不仅仅体现在持续读写上,随机读写速度快才是固态硬盘的终极奥义,这最直接体现在绝大部分的日常操作中。与之相关的还有极低的存取时间,目前机械硬盘最快也要14毫秒左右,而固态硬盘可以轻易达到0.1毫秒甚至更低。

  2、物理特性,低功耗、无噪音、抗震动、低热量 、体积小、工作温度范围大。固态硬盘没有机械马达和风扇,工作时噪音值为0分贝。基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低(但高端或大容量产品能耗会较高)。内部不存在任何机械活动部件,不会发生机械故障,也不怕碰撞、冲击、振动。典型的硬盘驱动器只能在5到55摄氏度范围内工作。而大多数固态硬盘可在-10~70摄氏度工作。固态硬盘比同容量机械硬盘体积小、重量轻。   这些优势机械硬盘都不具备,固态硬盘比机械硬盘还要耐用,更低温、更抗震、更便携。因此固体硬盘才能广泛应用于军事、车载、工业、医疗、航空等领域。

  3、容价比低。这里指的是容量和价格的比,相比机械硬盘,固态硬盘的容价比的确低得没话说。如今1TB机械硬盘750元,平均0.75元/GB。120GB固态硬盘一般在1300元甚至更高,平均10.8元/GB。

  4、寿命限制。固态硬盘闪存具有擦写次数限制的问题,这也是许多人诟病其寿命短的所在。闪存完全擦写一次叫做1次P/E,因此闪存的寿命就以P/E作单位。34nm的闪存芯片寿命约是5000次P/E,而25nm的寿命约是3000次P/E。是不是看上去寿命更短了?理论上是这样没错,但随着SSD固件算法的提升,新款SSD都能提供更少的不必要写入量。再来一个具体的例子,一款120G的固态硬盘,要写入120G的文件才算做一次P/E。普通用户夸正常使用,即使每天写入50G,平均2天完成一次P/E,那么一年就有180次P/E。大家可以自行计算3000个P/E能用几年,相信到那时候,固态硬盘早就被你换成别的什么新奇玩意了。

  对比

  

固态硬盘和传统硬盘特性的比较
项目 固态硬盘 传统硬盘
容量 较小
价格
随机存取 极快 一般
写入次数 SLC:10万次
MLC:1万次
无限制
盘内阵列 极难
工作噪音
工作温度 极低 较明显
防震 很好 较差
数据恢复 可以
重量

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