固态硬盘相对于磁盘的(写入/读出)工作原理详细介绍
程序员文章站
2023-09-23 11:51:59
固态硬盘相对于磁盘的(写入/读出)工作原理详细介绍人们多数使用的是基于Flash闪存的固态盘，下面的介绍大家将会知道：固态盘写入，就是改变晶体管里栅中电子数目的过程，读出，就是向晶体管施加电压，获取不同导通状态，对应识别存储... 13-06-07...
目前，人们多数使用的是基于flash闪存的固态盘。相变存储尚在实验室，dram固态盘采用常见内存颗粒，数据需要额外的电源才能保存，使用者不多。
固态盘常见接口有sata(普通pc使用的串行ata接口)、pci-express(常见于显卡设备的接口，特点在于高速)等多种。不同的接口，其实都是为了通用、高速的目的。
flash的最小存储单元是晶浮栅晶体管，对应于磁盘中的一个bit的存储单元。
磁盘中，利用磁极的不同来标记0,1，当磁头扫过盘面，通过感应电流就可以识别出不同状态，即读取数据;增强磁头的磁性，可以改变盘面记录单元的状态，实现写入数据。
固态盘中，在存储单元晶体管的栅(gate)中，注入不同数量的电子，通过改变栅的导电性能，改变晶体管的导通效果，实现对不同状态的记录和识别。有些晶体管，栅中的电子数目多与少，带来的只有两种导通状态，对应读出的数据就只有0/1;有些晶体管，栅中电子数目不同时，可以读出多种状态，能够对应出00/01/10/11等不同数据。所以，flash的存储单元可分为slc(一个萝卜一个坑)和mlc(2个/多个萝卜一个坑)两种。
区别在于slc的状态简单，所以读取很容易，mlc有多种状态，读取时，容易出错，需要校验，速度相对较慢。实际mlc的状态识别过程比上述复杂很多，读取一次mlc的功耗比slc大很多。由于材料本身的缘故，slc可以接受10万次级的擦写，而mlc材料只能接受万次级擦写操作，所以mlc的寿命比slc少很多。但是，也是最重要的，由于mlc中的信息量大，同一个存储单元，信息量是slc的n倍，所以相同容量的磁盘，mlc类型flach成本更低，存储单元体积更小，这也导致市面上多数固态盘都采用了mlc型的flash颗粒。slc由于其特性，仅在高端的高速存储设备中使用。
有了上述介绍，不难理解，固态盘写入，就是改变晶体管里栅中电子数目的过程。读出，就是向晶体管施加电压，获取不同导通状态，对应识别存储数据的过程。
flash颗粒便是大量这种浮栅晶体管的阵列，一般的u盘中会有1-2粒这种flash颗粒，视容量而定;在ssd硬盘中，常见会有8-16粒flash颗粒。
不过，用户在使用过程中，对器件的负面特性并不需要担心太多，生产厂商已经做出了考虑。如，由于单个存储单元的访问次数有限，如果长期在同一个区域重复读写，会导致该存储区域失效，进而影响整块盘的寿命。于是，业界研究了负载平衡技术，将用户的访问请求均匀分布在所有存储单元中，以延长整个盘寿命。而这个“不要在一只羊身上薅羊毛”的事情，就是固态盘控制器的任务了。
固态盘常见接口有sata(普通pc使用的串行ata接口)、pci-express(常见于显卡设备的接口，特点在于高速)等多种。不同的接口，其实都是为了通用、高速的目的。
flash的最小存储单元是晶浮栅晶体管，对应于磁盘中的一个bit的存储单元。
磁盘中，利用磁极的不同来标记0,1，当磁头扫过盘面，通过感应电流就可以识别出不同状态，即读取数据;增强磁头的磁性，可以改变盘面记录单元的状态，实现写入数据。
固态盘中，在存储单元晶体管的栅(gate)中，注入不同数量的电子，通过改变栅的导电性能，改变晶体管的导通效果，实现对不同状态的记录和识别。有些晶体管，栅中的电子数目多与少，带来的只有两种导通状态，对应读出的数据就只有0/1;有些晶体管，栅中电子数目不同时，可以读出多种状态，能够对应出00/01/10/11等不同数据。所以，flash的存储单元可分为slc(一个萝卜一个坑)和mlc(2个/多个萝卜一个坑)两种。
区别在于slc的状态简单，所以读取很容易，mlc有多种状态，读取时，容易出错，需要校验，速度相对较慢。实际mlc的状态识别过程比上述复杂很多，读取一次mlc的功耗比slc大很多。由于材料本身的缘故，slc可以接受10万次级的擦写，而mlc材料只能接受万次级擦写操作，所以mlc的寿命比slc少很多。但是，也是最重要的，由于mlc中的信息量大，同一个存储单元，信息量是slc的n倍，所以相同容量的磁盘，mlc类型flach成本更低，存储单元体积更小，这也导致市面上多数固态盘都采用了mlc型的flash颗粒。slc由于其特性，仅在高端的高速存储设备中使用。
有了上述介绍，不难理解，固态盘写入，就是改变晶体管里栅中电子数目的过程。读出，就是向晶体管施加电压，获取不同导通状态，对应识别存储数据的过程。
flash颗粒便是大量这种浮栅晶体管的阵列，一般的u盘中会有1-2粒这种flash颗粒，视容量而定;在ssd硬盘中，常见会有8-16粒flash颗粒。
不过，用户在使用过程中，对器件的负面特性并不需要担心太多，生产厂商已经做出了考虑。如，由于单个存储单元的访问次数有限，如果长期在同一个区域重复读写，会导致该存储区域失效，进而影响整块盘的寿命。于是，业界研究了负载平衡技术，将用户的访问请求均匀分布在所有存储单元中，以延长整个盘寿命。而这个“不要在一只羊身上薅羊毛”的事情，就是固态盘控制器的任务了。