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作者: 浏览数:正在读取 更新时间:2013-08-30
  • 全面认识固态硬盘

      前言:目前电脑配件中CPU、内存、显卡等其他配件的发展,都已经超过了一般用户的使用需求。唯独硬盘一直没什么发展,从IBM公司在1956年9月份推出世界上第一块硬盘至今,主流硬盘的转速已在7200RPM停留了许多年,除了容量还能不断增加外,其他各方面性能一直无法获得更有效的提高,可以说硬盘的性能已经在一定程度上限制了电脑整体性能的提升。

     
    硬盘的性能成为整个平台的瓶颈


      究其原因,主要是由于传统机械硬盘在工作原理上的限制,导致在性能方面的提升很容易就会遇到瓶颈。为了改变硬盘性能成为整机瓶颈的这个现状,固态硬盘(SSD)就应运而生了。1984年,日本东芝公司发明了闪存这种全新的存储介质,而Intel则在1988年将闪存这种新技术包装成商品推向市场,在1989年以固态硬盘的形式出现在我们面前。

     
    固态硬盘(SSD)与传统硬盘


    那么,什么是固态硬盘呢?

      固态硬盘(Solid State Disk或Solid State Drive),也称作电子硬盘或者固态电子盘,是由控制单元和固态存储单元(DRAM或FLASH芯片)组成的硬盘。目前主要有两类:


     
    基于闪存的固态硬盘

      1.基于闪存的固态硬盘:采用FLASH芯片作为存储介质,这也是我们通常所说的固态硬盘。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、优盘等样式。这种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,但是使用寿命不高,适合于个人用户使用。

     
    基于DRAM的固态硬盘

      2.基于DRAM的固态硬盘:采用DRAM作为存储介质,目前应用范围比较窄。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。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。由于目前市面上较少见到该类固态硬盘,所以接下来本文将着重介绍基于闪存的固态硬盘。

    固态硬盘内部结构解析:

      目前固态硬盘产品有3.5英寸,2.5英寸,1.8英寸等多种类型,市面上能见到的最大容量为512GB,接口规格与传统硬盘一致。固态硬盘的内部构造十分简单,通过工具可以很轻松的拆开外壳固定螺丝看到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。
     

      主控芯片与缓存芯片

      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。

      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。
     


    闪存芯片

      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。
     

     

    固态硬盘与传统硬盘优劣势对比:

      随着越来越多的厂商加入到固态硬盘领域,存储市场即将面临新一轮洗牌,固态硬盘取代传统硬盘的呼声越来越大,固态硬盘时代似乎即将到来。但是就目前而言,固态硬盘真的全面优于传统硬盘吗?我们不妨先来看看传统硬盘与固态硬盘的优劣势对比。
     

    固态硬盘与传统硬盘优劣势对比
    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    


      上表是对固态硬盘和传统硬盘特性的一个比较。可以看到,固态硬盘相比传统机械硬盘有以下优势:

      1. 存取速度方面:SSD固态硬盘采用闪存作为存储介质,读取速度相对机械硬盘更快,而且寻道时间几乎为0,这样的特质在作为系统盘时候,可以明显加快操作系统启动速度和软件启动速度。

      2. 抗震性能方面:SSD固态硬盘由于完全没有机械结构,所以不怎么怕震动和冲击,不用担心因为震动造成无可避免的数据损失。

      3. 发热功耗方面:SSD固态硬盘不同于传统硬盘,不存在盘片的高速旋转,所以发热也明显低于机械硬盘,而且FLASH芯片的功耗极低,这对于笔记本用户来说,这意味着电池续航时间的增加。

      4. 使用噪音方面:SSD固态硬盘没有盘体机构,不存在磁头臂寻道的声音和高速旋转时候的噪音,所以SSD工作时候完全不会产生噪音。

      不过,虽然固态硬盘性能非常诱人、优点也极多,但价格、容量以及有限的数据读取擦写次数限制等缺点也同样不容小视:

      1. 写入速度问题: 写入速度是目前大多数SSD固态硬盘产品的瓶颈,尤其是对于小文件的写入速度还远远不足,这和闪存芯片本身的特质有关。

      2. 使用寿命问题:闪存芯片是有寿命的,其平均工作寿命要远远低于机械硬盘,这给固态硬盘作为存储介质带来了一定的风险。

      3. 性价比问题:目前固态硬盘的价格还是较为昂贵,折合到每G单价要几十倍于传统硬盘,并不是普通消费者能够承受的。

    Windows 7系统对固态硬盘技术优化:

      虽然固态硬盘现在还有诸多缺点,但是随着固态硬盘技术研发上的不断改进,加上对固态硬盘有更强优化处理的微软最新版视窗操作系统Windows 7的推出,固态硬盘的一些劣势也有了不错的解决方案。

    Windows 7和固态硬盘

      Windows 7系统对固态硬盘性能和寿命方面的技术进行了更好的改善。无需用户的任何设置,系统会自动辨识存储设备是机械硬盘还是固态硬盘,若为固态硬盘,就会关掉磁盘整理功能,避免固态硬盘不断执行重复读写工作,从而降低固态硬盘芯片的损耗。而Trim指令则可以有效地防止固态硬盘在长期使用后速度下滑,并延长闪存使用寿命。

     
    Windows 7下的磁盘碎片整理计划任务

      Windows 7在默认状态下,可以自动检测出固态硬盘设备,并在计划任务中对该设备的自动磁盘整理功能进行禁用,这样可以大大降低固态硬盘在日常使用的损耗、增加使用寿命。要知道,以目前的固态硬盘产品来说,主流的MLC芯片固态硬盘的写入寿命仅一万次,而昂贵的SLC芯片固态硬盘也只是10万次。