固态硬盘原理分析（固态硬盘原理分析）

大家好，今天本篇文章就来给大家分享固态硬盘原理分析，以及固态硬盘原理分析对应的知识和见解，内容偏长哪个，大家要耐心看完哦，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。

1固态硬盘的工作原理是什么？

固态硬盘的原理是，SSD固态硬盘就是把磁存储改为集成电路存储。磁存储需要扫描磁头的动作和旋转磁盘的配合。电路存储即固态存储靠的是电路的扫描和开关作用将信息读出和写入，不存在机械动作。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。

扩展资料：

基本结构

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（部分低端硬盘无缓存芯片）和用于存储数据的闪存芯片。

市面上比较常见的固态硬盘有LSISandForce、Indilinx、JMicron、Marvell、Phison、Goldendisk、Samsung以及Intel等多种主控芯片。

参考资料来源：百度百科-固态硬盘

2SSD 的工作原理是什么？

SSD硬盘与传统的温彻斯特硬盘在工作机制上有着本质的不同

首先 传统的温彻斯特是采用金属碟片+磁性材料进行数据记录的 内部主要由马达 磁头 金属碟片 主控电路构成

而SSD固态硬盘是采用NAND型Flash颗粒作为存储介质 由控制IC（主控芯片）进行数据的读/写过程协调 内部构造与传统硬盘相比 没有马达 磁片 因此是真正的“无噪音”的静音硬盘

因此 得益于SSD硬盘天生的“无机械构件”数据读取/写入模式 SSD硬盘在数据的读取/写入 突发读取速率等方面均大幅度超过传统硬盘 并且在省电（一般SSD硬盘功耗在2.5W-5W之间） 抗震性方面也优于传统硬盘 其中Intel的 X-25M MLC SSD硬盘 的读取/写入速度达到了惊人的250MB/s 70MB/s

而SSD硬盘根据存储介质的不同分为

SLC(single layer cell）单层单元

MLC(multi-level cell） 多层单元

在性能上 由于SLC得天独厚的优势 在读写和寿命上均大幅度超过MLC 但是容量上MLC占优 SLC局限于工艺技术 无法在有限的体积内更多的集成存储芯片 导致容量一直受限

但是 随着IC主控芯片和新算法的研究 现在MLC SSD在寿命和速度上已经渐渐缩小的与SLC SSD的差距 市面上比较常见的SSD产品现在多为MLC构造的

但是与温彻斯特硬盘相比 SSD产品在性价比上处于绝对劣势 其每GB数十元的成本与现在每GB不足一元成本的传统硬盘相比 高的离谱 并且在大容量上 SSD硬盘还无法做到与普通硬盘相提并论的程度 因此并不十分普及

3求固态硬盘工作原理

固态硬盘的简称是其英文缩写SSD：Soild State Disk。而机械硬盘名字是HDD：Hard Driver Disk，它也不是液态或固态材质制造的，而是以铝合金材质的磁盘作为存储介质，马达来驱动盘片旋转，并由磁头来读写数据。这就是机械硬盘的基本构成，这与光盘的一些特性比较类似。

【机械硬盘】：无法突破瓶颈

首先我们还要简单了解机械硬盘（HDD）的基本工作原理。当机械硬盘需要读写数据时，将会接到指令，然后磁头会移动到相应位置，盘片也会转动以便让数据发生操作的区域到达指定位置。这些动作所需要的时间就是寻道时间和潜伏周期，由于需要发生装置的移动，这些过程都需要几毫秒的时间。当然，对于人类来说，几毫秒的时间并不算很久，为什么我们经常会觉得机械硬盘经常会很慢，甚至用久了会更慢呢？

这是由于操作系统的读写机制造成的：硬盘被分为若干个区域作为最基本的操作单位，这个单位被叫做“扇区”，当一个新数据写入时，会选择一个或几个扇区进行数据写入，这些扇区的位置都是挨着的，从逻辑上说它们是连续的，无论在读取还是写入的时候所需时间都比较短。而问题的关键在于：所有数据都不是在简历之后就永远放在那里不会改变了，当原先写入的数据修改时，比如增加内容、数据量加大，而紧挨着原有扇区的位置已经有了其他数据，这些新数据就要写入到其他位置去，那么我们在操作系统中看到的一个文件，在实际物理地址上并不是连续的，那么在再次读取该文件时，磁盘要进行的工作量就会加大，在最恶劣的情况，磁头和盘片会进行多次移动和转动，最后的工作时间也是成倍的增加。这种情况在我们实际使用中并不少见，比如打开一个程序要很久，这是因为程序要加载很多系统文件、组件，这些东西都要从硬盘中逐一读取，比如游戏的加载时间，有大量的数据要读取，并且数据并不一定是连续的，甚至大部分都不可能是连续的。以及，我们从使用经验上来看，都会觉的电脑会越用越慢，慢道受不了了，重装系统会让速度有所恢复，都是万恶的HDD工作原理造成的

可以说，磁盘存储技术的发展并不慢，不过仅限于存储密度方面，随着单位面积存储容量的提高，我们可以享用到更高容量的硬盘，但是读写数据的速度上并没有太大突破。因为决定寻道时间、潜伏周期的关键因素：磁头移动速度和磁盘转动速度都已经接近了极限，继续增加会带来其他不利因素：比如成本增加、噪音、温度的增加等等。换言之，在人类科技水平没有重大突破之前，HDD的构造不会发生改变，工作机制不会产生重大变化，其读写性能也就不会有突破了。

认识SSD：为什么这么快

前边简单介绍了HDD的基本构造和工作原理，当然，关于硬盘的详细解析还有很多很多内容，不过我想我已经说清楚了HDD的最大弊端所在，它的物理移动：磁头移动和盘片转动造成了读写速度慢，越是不连续的文件，读写速度就越慢。这个对不连续的文件进行读写的操作，我们称之为随机读写，实际上，我们在日常使用中绝大多数硬盘读写操作都是随机类型的，而SSD与HDD的最大差异就在于随机读写速度。这就是由SSD的基本构造决定的。

SSD的系统接口、供电部分，以及驱动方式都与HDD没有差别，其主要改变是构成单元和物理工作方式。SSD的内部构造包括PCB板、主控制器芯片和闪存芯片，有些产品还会有缓存。SSD最基本的单位就是闪存芯片，英文名字叫做Nand Flash，这是一种非易失性内存芯片，通过充电、放点的方式写入和擦除数据，速度相当快。由于在读写操作中完全通过电路来传输信号，因此不会存在类似HDD那样移动磁头、旋转盘片等动作，因此大大减少了处理时间。然而，Nand Flash也分为几种，目前消费级SSD甚至不少企业级SSD都是用MLC（多层单元）闪存，这种闪存的写入性能不如SLC（单层单元）闪存，寿命也较之短很多，但是价格要低很多。就算这样，目前SSD的成本也没有降低到人人都能接受的程度，价格仍然是影响SSD进一步普及的障碍。

切割后的Nand Flash芯片

一块SSD是由多个Nand flash闪存颗粒组成的，我们可以将每一个闪存颗粒看作是一个独立的存储单位，然后由主控制器将他们做了一个RAID并联。也就是说SSD的读写是“多线程”的，每次的工作并不会只局限于一个颗粒之上，主控可以让数据分解并同时在不同颗粒上进行写入，这样以来速度自然会更快了。这也是SSD速度快的原因之一。当然，主控要做的事情远非这么简单。

SSD的心脏：主控制器介绍

SSD闪存也是有最小操作单元的，和机械硬盘相比，Nand Flash的一个比较特殊的区别是写入与擦出操作最小单位不同，写入最小单位为4KB,这个4KB大小的单元称之为“页”（Page），而擦除则为512KB，叫做“块”（Block）。也就是说，在空白单元上写入，可以以页为单位来进行，但是若要删除这个数据，就需要将整个块进行擦除操作。并且当有一个块中的数据需要删除时，会先对需要删除的数据进行标记而非真正物理擦出，然后当再次需要在同一物理位置写入之时，会将有效数据保留，复制到新的块上，然后擦写原来的块。听起来似乎很复杂，简单的说，SSD的写入机制就是原本需要写入1MB大小的数据，实际操作量是会大于这个数值的，具体是多少，就要看主控制器的算法是否具备高效率，而实际随机写入速度则取决于运算速度是否够快。

和HDD的相同之处是，SSD也需要逻辑地址来管理，然而操作系统的逻辑地址最小单位是512B，SSD的最小写入单位则是4KB，这其中就需要CPU、芯片组和主控制器依次工作。除此之外，主控制器还要负责分配每个闪存芯片的任务量，全盘闪存状态的监控，各个块的管理，数据校验等等，工作相当多而繁杂，这也是为什么在一些新主控上会使用到ARM双核心处理器，因为主控的性能会直接影响到SSD的速度。

主控和闪存，谁更重要？

关于主控和闪存，并非寥寥几行字可以完全详细说清楚的。不过我们现在已经对他们有了基本的认知：闪存是基本存储单元，而主控制器则是SSD的心脏，负责运算和任务分配，两者的结合才是一款SSD性能的真正体现。那么，主控和闪存，到底哪个更重要呢？

常见的Intel闪存

答案其实是显而易见的，两者都重要。如果主控能力不足，会无法完全发挥闪存高速存取的特性，而如果闪存品质较低，那么主控再强也无济于事。不过目前市场上SSD主控方案基本只有两大类：SandForce出品的SF-2281系列主控好Marvell出品的88SS9174主控，市面上90%以上的产品都采用上述两款主控。闪存芯片方面，目前Nand Flash芯片同样分为两大阵营：镁光、Intel、海力士使用ONFI标准闪存，分为同步和异步两种，同步闪存的速度更快。而三星、东芝、Sandisk则使用了Toggle DDR标准。这两种标准的接口、传输速率都不一样，当然，抛离主控是无法对比两者谁的性能更好的，此外不同制造商的闪存之间也多少存在差异。此外，闪存还会依据体质在出厂后划分为不同的等级，性能也有好坏之分。

SSD的闪存芯片和主控制器都可以说是半导体行业最尖端的技术结晶，绝非山寨工厂可以模仿制造的。但是闪存和主控的销售却都是开放的，无论Intel、镁光、三星，还是Sandforce、Marvell，都会将自己的产品出售给别人。这样以来制造SSD却不是什么困难的事情，所以我们会看到近两年来固态硬盘厂商如雨后春笋一般滋生，除了我们熟知的存储品牌之外，还不断有新面孔出现。

购买了主控和芯片之后，生产一款SSD并不困难，甚至还有无所不能的代工厂负责组装测试，一些厂商只需要贴牌出售即可。但是他们之间的品质或多或少会有差异。难道相同主控和闪存组成的SSD之间，性能表现、质量也不同？这又是什么缘故呢？

答案是“固件”。固件是写入到电路中的基本控制程序，负责集成电路的基本运行、控制和协调工作。它是电子产品最底层的软件，SSD也不例外。与其他电子产品一样，SSD也有产品存在设计缺陷、Bug等问题，小则性能降低，重则全盘报废。由于SSD是一个新兴产品，各家厂商又急于抢占市场，SSD产品发生问题的几率并不低，至少和HDD相比要高一些。并且数据一旦丢失恢复有相当大的难度甚至成为不可能的任务，那么固件的及时更新、稳定、可靠就成为SSD的关键了。

主控供应商会提供固件，而不同SSD制造商与主控厂商之间也有不同程度的合作，这就使得不同产品之间的固件形成差异，除了性能之外，稳定性、寿命等问题是更加无法预知却对SSD影响很大的问题。有实力的厂商在固件更新、售后服务、技术支持等方面会更出色一些，这对于任何商品来说都是一样的。但是选SSD并非一定要选择知名品牌，毕竟有成熟稳定的方案和固件，或者出自可靠的代工厂，产品也一样可以用的放心。

SSD的使用：合理设置发挥最佳性能

●使用原生SATA 6Gbps接口

SSD和HDD一样都使用SATA接口进行数据传输。近两年内推出的主板大部分都已经标配了SATA 6Gbps接口，接口速率为6Gbps，比如Intel平台的P67、Z68、H67，7系列全系，AMD 9系、A75芯片组主板，对应的笔记本移动平台芯片组SATA 6Gbps支持特性也一致。不过部分主板除了芯片组原生SATA 6Gbps接口之外，还会提供第三方SATA 6Gbps接口，需要注意的是做为系统盘的SSD尽量不要使用这些接口，否则由于第三方桥接芯片带来的延迟，以及SATA控制器的性能等问题，SSD的性能表现与使用原生接口相比会有一些差距。而对于不支持SATA 6Gbps的主板来说，使用原生SATAII接口在随机读取上也不逊色于第三方接口。

●使用AHCI模式

在很久之前，存储系统使用的是IDE传输模式,而硬件设备接口规范发展至SATA接口之后，这一模式却得以保留下来。由于SATA接口下的AHCI模式拥有NCQ技术、支持热插拔，因此对于SSD的性能和寿命都有着比较大的影响。需要注意的是，个别主板不支持AHCI模式。比如Intel H61芯片组主板，AHCI模式被软件方式屏蔽（一些厂商会破解开放以支持）。在这样的主板上使用SSD会让产品性能发挥受到限制，同时降低使用寿命。

●4KB对齐

很多用户都知道这个词，那么它到底是什么意思呢？前边我们介绍过，SSD中闪存最小操作单元是4KB，而大部分机械硬盘扇区为512B，因此如果如果没有选择正确的逻辑地址与物理地址的对应关系，那么操作系统在下达指令时对SSD来说会进行额外的无用计算，完全浪费CPU、控制器的资源。因此我们需要让其4KB分区对齐。重新安装Windows 7操作系统或使用新版本Ghost都可以实现。

●不要频繁跑分

如果说前三条是菜鸟小白级用户常常容易忽略的，那么最后一条可是一些高手和老DIY玩家也容易犯的错误：跑分。由于闪存的特殊性质，跑分会大大影响使用寿命。尤其是诸如Crystal Disk Mark这样的软件，一次测试真实写入量可以多达几十个G，甚至可能比你一个月实际使用量还大。因此，如无特殊需要尽可能避免跑分。

●开机通电有特效

与机械硬盘不同，SSD内部拥有非常复杂的主控制器，甚至一款好的主控处理器CPU性能比一台上网本的CPU还要强。当SSD性能突然下降、出现Bug等特殊状况时，根据主控特性和固件能力，开机通电不仅行任何操作，或者仅连接电源线不接数据线，此时如果主控有恢复、还原等特殊功能，就会开始工作。因此，当你的SSD发生什么意外时，通电开机，没准可以返老还童甚至起死回生！

4SSD 的工作原理是什么

SSD主要由SSD控制器，FLASH存储阵列，板上DRAM（可选），以及跟HOST接口（诸如SATA，SAS, PCIe等）组成。

SSD主控通过若干个通道（channel）并行操作多块FLASH颗粒，类似RAID0，大大提高底层的带宽。举个例子，假设主控与FLASH颗粒之间有8个通道，每个通道上挂载了一个闪存颗粒，HOST与FLASH之间数据传输速率为200MB/s。该闪存颗粒Page大小为8KB，FLASH page的读取时间为Tr=50us，平均写入时间为Tp=800us，8KB数据传输时间为Tx=40us。那么底层读取最大带宽为（8KB/(50us+40us)）*8 = 711MB/s，写入最大带宽为(8KB/(800us+40us))*8 = 76MB/s。从上可以看出，要提高底层带宽，可以增加底层并行的颗粒数目，也可以选择速度快的FLASH颗粒（或者让速度慢的颗粒变快，比如MLC配成SLC使用）。

HOST是通过LBA（Logical Block Address，逻辑地址块）访问SSD的，每个LBA代表着一个Sector（一般为512B大小），操作系统一般以4K为单位访问SSD，我们把HOST访问SSD的基本单元叫用户页（Host Page）。而在SSD内部，SSD主控与FLASH之间是FLASH Page为基本单元访问FLASH的，我们称FLASH Page为物理页（Physical Page）。HOST每写入一个Host Page, SSD主控会找一个Physical Page把Host数据写入，SSD内部同时记录了这样一条映射（Map）。有了这样一个映射关系后，下次HOST需要读某个Host Page 时，SSD就知道从FLASH的哪个位置把数据读取上来。

5简述下硬盘的工作原理？

硬盘分为机械硬盘与固态硬盘两者，各类型原理如下：

1、机械硬盘

机械硬盘由磁盘、马达和磁头等机械部件组成，当机械硬盘需要读取数据时，磁头需要移动到相应的位置，读取磁盘上的数据，而这个过程是需要时间的，称之为寻道时间和潜伏周期。

2、固态硬盘

固态硬盘的内部构造包括PCB板、主控制器芯片和闪存芯片。其中最基本的单位就是闪存芯片，这是一种非易失性内存芯片，通过充电、放电的方式写入和擦除数据。

扩展资料：

由于HDD在运行时需要转动，所以抗震能力和性能比较弱，而且待机转动时功耗也更高一些（停转除外），读写时会有明显“吱”的声响；由于SSD没有机械结构转动，所以抗震能力很强，性能也更好，同时功耗也低很多，工作时没有声音。

另外容量方面，2.5英寸HDD的容量可以做到最高4TB，主流为1TB和2TB，而SSD即使迎来QLC，目前主流容量还集中在256GB和512GB。SSD是完全可以做大容量的，但由于价格问题，中等容量SSD更容易被接受。

参考资料来源：中关村在线——SSD全面普及 新技术为PC提速灌注活力

6固态硬盘的存储介质和原理是什么？

1、固态硬盘原理是一种主要以闪存(NAND Flash)作为永久性存储器的计算机存储设备，此处固态主要相对于以机械臂带动磁头转动实现读写操作的磁盘而言，NAND或者其他固态存储以电位高低或者相位状态的不同记录0和1。

2、固态硬盘介质采用SATA 3、M.2或者PCI Express、mSATA、U.2、ZIF、IDE、CF、CFast等接口。但由于价格及存储空间与机械硬盘有巨大差距，固态硬盘当前仍无法完全取代机械式硬盘。

扩展资料

固态硬盘特点

1、固态硬盘和机械硬盘相比读写速度远远胜出，这也是其最主要的功能，还具有低功耗、无噪音、抗震动、低热量的特点，这些特点可以延长靠电池供电的计算机设备运转时间。

2、固态硬盘防震抗摔性传统硬盘都是磁碟型的，数据储存在磁碟扇区里。而固态硬盘是使用闪存颗粒（即mp3、U盘等存储介质）制作而成，所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件。

参考资料来源：百度百科—固态硬盘

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