固态硬盘（SSD）工作原理与技术详解

固态硬盘（SSD）工作原理与技术详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_69884785/article/details/136110849

固态硬盘（SSD）原理

固态硬盘（SSD）与传统的机械硬盘（HDD）在存储数据的方式上有本质的区别。机械硬盘通过盘面的磁性物质来记录二进制的0和1，而固态硬盘则是基于闪存技术（FLASH Memory），属于电可擦除ROM（EEPROM）。

固态硬盘的组成

固态硬盘主要由闪存翻译层和存储介质组成。存储介质由多个闪存芯片构成，系统通过I/O总线向SSD发送要读/写的逻辑块号（即逻辑地址）。这一逻辑地址经过闪存翻译层的翻译后，会映射到对应的物理地址。闪存翻译层可以将逻辑地址转换为物理地址，由于固态硬盘的读写以页为单位，所以每一个逻辑块对应闪存芯片的一个页。

固态硬盘包括多个闪存芯片，这些闪存芯片都能存储数据。每个闪存芯片由多个数据块组成，每个块的大小在16KB到512KB之间，而每一个块又能进一步拆分为页，每页大小在512B到4KB之间。系统对固态硬盘的读写是以页为单位的，而对机械硬盘的读写是以块/扇区为单位的。

固态硬盘的读写性能

1. 对固态硬盘的读/写是以页为单位的，相当于磁盘的"扇区"。
2. 固态硬盘是以块（block）为单位“擦除”的，擦干净的块，其中的每页都可以写一次（也就是当某页已经有数据，那么就不能写入数据了，只能将页所在的块擦干净，再往其中写入数据），读无限次。
3. 读快，写慢。要写的页如果有数据，则不能写入，需要将块内其他页全部复制到一个新的（擦除过的）块中，再写入新的页。
4. 支持随机访问，系统给定一个逻辑地址，闪存翻译层可通过电路迅速定位到对应的物理地址。

固态硬盘与机械硬盘比较

1. SSD读写速度快，随机访问性能高，用电路控制访问位置；机械硬盘通过移动磁臂旋转磁盘控制访问位置，有寻道时间和旋转延迟。
2. SSD安静无噪音、耐摔抗震、能耗低、造价更贵。
3. SSD的一个"块"被擦除次数过多（重复写同一个块）可能会坏掉，而机械硬盘的扇区不会因为写的次数太多而坏掉。

磨损均衡技术

由于SSD的一个"块"被擦除次数过多（重复写同一个块）可能会坏掉，所以引入了磨损均衡技术，将"擦除"平均分布在各个块中，以提升使用寿命。

动态磨损均衡

写入数据时，优先选择累计擦除次数少的新闪存块，因为系统无论选择什么位置，闪存翻译层都能将逻辑块号与物理地址进行正确映射。

静态磨损均衡

SSD监测并自动进行数据分配、迁移，让老旧的闪存块承担以读为主的储存任务，让较新的闪存块承担更多的写任务。

例如，某固态硬盘采用磨损均衡技术，大小为2^40B=1TB，闪存块的擦写寿命只有2^10=1K次。某男子平均每天会对该固态硬盘写2^37B=128GB数据。在最理想的情况下，这个固态硬盘可以用多久？

SSD采用磨损均衡技术，最理想情况下，SSD中每个块被擦除的次数都是完全均衡的。

1TB/128GB=8

因此，平均每8天，每个闪存块需要擦除一次。每个闪存块可以被擦除1K次，因此，经过8K天，约23年后，该固态硬盘被男子玩坏。