
固态硬盘(SSD),又称固态电子存储盘,是由固态电子存储芯片阵列制成的硬盘,其构成主要涵盖两部分。
第一部分是主控单元,这一单元用于操作存储单元,并驻留固件及搭载操作系统部件。主控单元是SSD的大脑,掌控着整个硬盘的运行。
第二部分是存储阵列,这一阵列主要由闪存芯片(NAND FLASH)构成。这些单片FLASH芯片拥有多种容量规格,如64GB、128GB、256GB等。也有部分SSD采用DRAM芯片制作。
SSD的形态多样,可以制作成笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等多种样式。其最大的优点在于可移动性,并且数据保护不受电源控制影响,能适应各种环境,尤其适合个人用户使用。
关于固态硬盘接口,常见的内部构造包含控制器、电源、NAND FLASH阵列及对外连接器。对外接口主要包括IDE、SATA、mSATA、PCIE以及M.2等。
IDE接口的固态硬盘因采用并行数据传输方式,数据线较多且速度较慢,已逐渐被淘汰。SATA2.0接口的最大支持速率达3Gbps,而SATA3.0则支持最大速率6Gbps,因其市场成熟度高而被广泛应用。
mSATA接口是一种小型化的SATA接口,适用于对尺寸有严格要求的情况。PCI-E接口最初主要用于企业级SSD及其他数据传输场合,随着SATA接口速率瓶颈的到来,PCI-E硬盘开始在高端消费市场流行。而M.2接口,作为为超级笔记本设计的新一代接口标准,不仅尺寸小巧,传输性能也远超mSATA接口,同时支持SATA和PCIE接口,理论带宽高达32Gbps。
至于NAND FLASH如何存储信息,其内部包含多片FLASH芯片,每片FLASH内部又可分为多个Plane和Block。Plane是FLASH的基本存储单元,而Block则是进行数据传输的最小单位。在数据读写过程中,Page是最小操作单位。
存储颗粒是存储数据的最小单元,主要有SLC、MLC和TLC三种。这些颗粒的寿命直接决定了固态硬盘的使用寿命。在达到固态硬盘的寿命后,FLASH内部的坏块数量将指数级上升,硬盘将无法继续使用。目前市面上主流的固态硬盘主要使用TLC颗粒,其容量大、价格低。
在写入数据时,会在CONTROL施加电压,使电子由SOURCE流经DRAIN时部分电子跃迁至FLOATING层。擦除数据时,则在底下的半导体施加电压,释放掉悬浮层中的电子。这种单个颗粒仅有高或低两种状态的颗粒即为SLC的工作模式。在不断擦写的过程中,电子需要不断穿越中间的SiO2衬底,会逐渐影响其隔离电子的性能,直至颗粒损坏。
为了保护固态硬盘的寿命,采取了多种机制。例如通过容量冗余操作,用备用的区域替代损坏的Page颗粒。写数据均衡操作能避免长时间对同一个OCK进行重复读写。除此之外,还有很多其他的保护操作共同确保固态硬盘的稳定运行。欢迎大家留言一起交流、讨论。
