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“老头”变“小伙”神奇不神秘 简聊固态硬盘那点事-世界杯正规买球app

系统开机时间长、程序加载过久、游戏卡顿、大量拷贝文件慢怀疑人生……不是cpu不够快,也不是内存不够多,真正的“罪魁祸首”是那块“古老”的机械硬盘。因此,只需一块就能让“老头”摆脱换脸盆的命运,满血变成“小伙”再战三年。但多数人对于固态硬盘的了解可能仅停留在“速度快”,本文就来简单聊聊固态硬盘的那点事。

01 固态硬盘简史

计算机相关的中文词汇基本来自于台湾,固态硬盘也同样沿袭台湾对solidstatedrive(简写为)英文直译。由于大规模应用不过十几年时间,不少人认为固态硬盘是新兴事物,实际上早在1970年,美国storagetek公司就开发出第一个固态存储器,1976年dataram公司推出第一款半导体固态存储器bulk core,直到1989年英特尔才发布了世界上第一款真正意义上的固态硬盘,而此时pc刚进入486时代。

为何固态硬盘在30多年后才成为主流存储?主要原因就是价格昂贵。有网友翻出1989年4月26日的《参考消息》中的一条电脑广告,只有两个360kb软盘驱动器的主流pc售价要六千多人民币,当时的固态硬盘1mb换算下来更高达3500美元,因此仅用于医疗、军事等特殊领域。即使到1991年,闪迪为ibm研发了世界上第一块2.5寸固态硬盘,20mb容量的售价也高达1000美元。随着技术的发展,现在固态的容量和价格逐渐向机械硬盘看齐,旧时的“王谢堂前燕”终于“飞入寻常百姓家”。

02 固态硬盘有何优势?

我们知道,机械硬盘内部由旋转的磁盘片和磁头组件两大机械结构组成,不仅怕摔、怕磕碰,速度也基本到达天花板。而固态硬盘克服了机械硬盘的近乎所有缺点。结构上看,固态硬盘是在一块pcb上集成了若干芯片,不存在任何机械部件,很多行业习惯称之为电子盘。固态硬盘通过电子方式写入和擦除数据,读写速度可达到机械硬盘的十倍以上。

不仅比机械硬盘更加“皮实”,固态硬盘在实现和机械硬盘相同容量的同时,体积大为减小也更加省电,搭载固态硬盘的笔记本电脑更加轻薄,2010年乔布斯从牛皮纸袋中掏出的第一款苹果macbook air更是吸引了全世界的眼球,到今天固态硬盘更在手机、平板电脑等移动设备中被广泛应用。

03 固态硬盘上都有什么?

主控芯片

在固态硬盘中,主控芯片承担指挥、运算和协作的作用,也被称作固态硬盘的cpu。主控芯片的性能直接决定固态硬盘的性能。常见的主控芯片基于arm架构,部分产品采用运算能力更强risc架构,未来的pcie5.0固态硬盘也将采用速度更快risc-v架构的主控芯片。

除了架构,制造工艺和工作频率也是关乎主控芯片性能、功耗以及发热量的重要因素。除了硬件层面,不同厂家推出的主控芯片在算法上也有着很大的不同,包括信号处理、损耗平衡、错误校正码、坏块管理和垃圾回收、接口通讯以及数据加密等,直接导致固态硬盘在性能和使用寿命上的差距,故坊间有“买固态硬盘就是买主控”的说法。

存储芯片

存储芯片nand 是固态硬盘存储数据的容器,也是固态硬盘中中成本最高的部件,直接关系到ssd的容量读写速度、容量、寿命以及价格。从工作原理看,数据是以电荷的方式存储在nand flash的存储单元中,加上没有机械硬盘中的潜伏时间和转速的制约以及极短的巡道时间,读写速度得到大幅度提升。

如果说nand flash是一个容器,存储单元就可看做容器中的一个个“格子”,根据格子中存储数据的位数不同,存储芯片又分为slc、mlc、tlc、qlc等几种颗粒。其中slc每个存储单元可储存1bit数据,mlc可储存2bit数据,tlc可储存3bit数据,qlc以此类推。可见单个存储单元存储的数据的位数越高,闪存颗粒的容量就越大,pcb上的存储芯片数量也随之减少,极大降低固态硬盘的制造成本。

除了容量,读写速度、数据读写精准性和擦写寿命也是存储芯片的重要指标,简单来说slc颗粒读写速度最快、精准性最高、价格最贵,寿命也最长,目前市面基本没有此类产品销售;mlc颗粒次之,但相关产品也已经比较少见。目前市场主流产品为tlc颗粒,也有部分低价产品采用qlc。而为了保证tlc和qlc颗粒的耐久度和数据精准性,主控芯片的损耗平衡和错误校正算法就显得尤为重要了。

缓存芯片

最后就是缓存芯片。其实在机械硬盘时代就已经用上了缓存,起到数据交换缓冲的作用。在固态硬盘上缓存通常由一到两颗高速的ddr dram颗粒构成,能极大提升固态硬盘的读写性能,因此有无缓存芯片也成为划分固态硬盘档次的一道分水岭。但通过模拟slc缓存和hmb(host memory buffer,主机内存缓冲器)机制,也可大幅提升tlc固态硬盘的读写性能,这就是后话了。

04 后记

虽然2006年三星就推出了搭载固态硬盘的笔记本电脑,但是固态硬盘的普及仍然经历了十几年的时间,期间甚至还出现两款过渡产品:迅盘和混合硬盘,后续文章我们将对其进行回顾解析,敬请关注。

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