SSD硬盘解析

电子鱼

简介
　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。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳。其芯片的工作温度范围很宽（-40~85摄氏度）。目前广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。目前由于成本较高，正在逐渐普及到DIY市场。

分类
　　固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。

                               
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　　基于闪存的固态硬盘（IDE FLASH DISK、Serial ATA Flash Disk）：采用FLASH芯片作为存储介质，这也是我们通常所说的SSD。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SSD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，但是使用年限不高，适合于个人用户使用。在基于闪存的固态硬盘中，存储单元又分为两类：SLC（Single Layer Cell 单层单元）和MLC（Multi-Level Cell多层单元）。SLC的特点是成本高、容量小、但是速度快，而MLC的特点是容量大成本低，但是速度慢。MLC的每个单元是2bit的，相对SLC来说整整多了一倍。不过，由于每个MLC存储单元中存放的资料较多，结构相对复杂，出错的几率会增加，必须进行错误修正，这个动作导致其性能大幅落后于结构简单的SLC闪存。此外，SLC闪存的优点是复写次数高达100000次，比MLC闪存高10倍。此外，为了保证MLC的寿命，控制芯片都校验和智能磨损平衡技术算法，使得每个存储单元的写入次数可以平均分摊，达到100万小时故障间隔时间(MTBF)。
　　基于DRAM的固态硬盘：采用DRAM作为存储介质，目前应用范围较窄。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。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。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。
固态硬盘的优点
　　固态硬盘与普通硬盘比较，拥有以下优点：
　　1. 启动快，没有电机加速旋转的过程。
　　2. 不用磁头，快速随机读取，读延迟极小。根据相关测试：两台电脑在同样配置的电脑下，搭载固态硬盘的笔记本从开机到出现桌面一共只用了18秒，而搭载传统硬盘的笔记本总共用了31秒，两者几乎有将近一半的差距。
　　3. 相对固定的读取时间。由于寻址时间与数据存储位置无关，因此磁盘碎片不会影响读取时间。
　　4. 基于DRAM的固态硬盘写入速度极快。
　　5. 无噪音。因为没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝。某些高端或大容量产品装有风扇，因此仍会产生噪音。
　　6. 低容量的基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低，但高端或大容量产品能耗会较高。
　　7. 内部不存在任何机械活动部件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。
　　8. 工作温度范围更大。典型的硬盘驱动器只能在5到55摄氏度范围内工作。而大多数固态硬盘可在-10~70摄氏度工作，一些工业级的固态硬盘还可在-40~85摄氏度，甚至更大的温度范围下工作。
　　9. 低容量的固态硬盘比同容量硬盘体积小、重量轻。但这一优势随容量增大而逐渐减弱。直至256GB，固态硬盘仍比相同容量的普通硬盘轻。

固态硬盘的缺点
　　固态硬盘与传统硬盘比较，拥有以下缺点：
　　1. 成本高。每单位容量价格是传统硬盘的5~10倍（基于闪存），甚至200~300倍（基于DRAM）。
　　2. 容量低。目前固态硬盘最大容量远低于传统硬盘。固态硬盘的容量仍在迅速增长，据称IBM已测试过4TB的固态硬盘。
　　3. 由于不像传统硬盘那样屏蔽于法拉第笼中，固态硬盘更易受到某些外界因素的不良影响。如断电（基于DRAM的固态硬盘尤甚）、磁场干扰、静电等。
　　4. 写入寿命有限（基于闪存）。一般闪存写入寿命为1万到10万次，特制的可达100万到500万次，然而整台计算机寿命期内文件系统的某些部分（如文件分配表）的写入次数仍将超过这一极限。特制的文件系统或者固件可以分担写入的位置，使固态硬盘的整体寿命达到20年以上。
　　5. 基于闪存的固态硬盘在写入时比传统硬盘慢很多，也更易受到写入碎片的影响。
　　6. 数据损坏后难以的恢复。传统的磁盘或者磁带存储方式，如果硬件发生损坏，通过目前的数据恢复技术也许还能挽救一部分数据。但如果固态硬盘发生损坏，几乎不可能通过目前的数据恢复技术在失效（尤其是基于DRAM的）、破碎或者被击穿的芯片中找回数据。
　　7. 根据实际测试，使用固态硬盘的笔记本电脑在空闲或低负荷运行下，电池航程短于使用7200RPM的2.5英寸传统硬盘。
　　8. 基于DRAM的固态硬盘在任何时候的能耗都高于传统硬盘，尤其是关闭时仍需供电，否则数据丢失。
　　9. 据用户反映，使用低廉的MLC的固态硬盘在Windows操作系统下运行比传统硬盘慢。这是由于Windows操作系统的文件系统机制不适于固态硬盘。在Linux下无此问题。

固态硬盘产品
　　现有的固态硬盘产品有3.5英寸，2.5英寸，1.8英寸等多种类型，容量一般为16~256GB，比一般的闪存盘（U盘）大。接口规格与传统硬盘一致，有UATA、SATA、SCSI等。
　　在CES 2008上，专业固态硬盘厂商BitMicro Networks展示了一款采用SCSI接口的专业级固态硬盘产品的内部结构（见图）。

                               
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该产品在一块PCB上焊接了32颗TSOP封装的NAND闪存芯片。BitMicro透露，该产品每GB平均价格为10美元左右，大约是主流机械硬盘的5倍。
　　朗科在2008年也推出了号称“国内第一款”固态硬盘产品。而忆正则宣称已于2007年就已推出国内第一款固态硬盘产品。紧随其后中基伟业也推出号称"全球最快"的固态硬盘产品，镁光堪称推出速度为1GB/S的固态硬盘（用固态硬盘作阵列）。
　　
传统硬盘与固态硬盘优缺点对比
　　1、防震抗摔性：目前的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（即目前内存、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，这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在发生碰撞和震荡时能够将数据丢失的可能性降到最小。相较传统硬盘，固硬占有绝对优势。
　　2、数据存储速度：从PConline评测室的评测数据来看，固态硬盘相对传统硬盘性能提升2倍多。
　　3、功耗：固态硬盘的功耗上也要高于传统硬盘。
　　4、重量：固态硬盘在重量方面更轻，与常规1.8英寸硬盘相比，重量轻20-30克。
　　5、噪音：由于固硬属于无机械部件及闪存芯片，所以具有了发热量小、散热快等特点，而且没有机械马达和风扇，工作噪音值为0分贝。传统硬盘就要逊色很多。
　　6、价格：目前市场上80G Intel固态硬盘，价格为4000元左右。而这个价钱足够买几个容量为1TB的传统硬盘了。
　　7、容量：固态硬盘目前最大容量仅为256G(目前IBM公司已经开始测试容量为4TB的高速固态硬盘组)，和传统硬盘最大按TB容量衡量相比差距很大。
　　8、使用寿命：SLC只有10万次的读写寿命，成本低廉的MLC，读写寿命仅有1万次；比起传统硬盘毫无优势可言。