浅谈固态硬盘

固态和机械

Hard Disk Drive：主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。读写需要移动磁头，物理运动。

Solid State Drives：固态电子存储芯片阵列而制成的的硬盘

• 历史：

  • 机械硬盘：1956年
  • 固态硬盘: 1970年

• 速度：

  • 机械硬盘：
    • 5400转：50-90MB/s
    • 7200转：90-190MB/s
  • 固态硬盘:
    • r:400M/s
    • w:130M/s

• 抗震：

  • 机械硬盘：需要磁头寻道，震动敏感
  • 固态硬盘：电子电路，较不敏感

• 功耗和噪音

  • 机械：磁头物理运动，功耗大，有噪音
  • 固态：功耗小，无噪音

• 数据恢复：

  • 机械：成功率还是比较高的
  • 固态：很难恢复，需要足够幸运，特别是遇到动态GC技术，不可恢复

固态硬盘选择

主控：

• 基本是基于ARM架构的处理核心。

• 固态硬盘的功能、规格、工作方式等正是由这颗小小的芯片控制的

• 主控芯片在SSD中的作用 类似CPU对于电脑：

  • 主要面向调度、协调和控制整个SSD系统
  • 负责合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷
  • 承担整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口
  • ECC纠错、耗损平衡、坏块映射、读写缓存、垃圾回收以及加密等一系列的功能。

NAND闪存：

• 产品的用料

• 颗粒的传统分类：

  • SLC:Single-Level Cell

    • 1bit/存储单元
    • 只有0/1 状态， 速度最快

  • MLC:Multi-Level Cell

    • 2bit/存储单元
    • 分类：
      • Enterprise Synch MLC（企业级同步MLC） 可靠性和寿命针
      • Synch/Toggle MLC（同步颗粒），其中Toggle MLC多为东芝出品，
      • Asynch MLC（异步颗粒），价格便宜量又足，不过性能比同步颗粒差。
    • MLC的P/E次数至少还有3000-5000次

  • TLC:Trinary-Level

    • 3bit/存储单元
    • TLC会花更多时间来读取数据
    • 提升了容量
    • 实现复杂，需要精确的电压控制
    • TLC公认的P/E指标是1000次

• 3D NAND闪存

  • 传统平面NAND闪存现在还谈不上末路，主流工艺是15/16nm
  • 工艺越先进，NAND的氧化层越薄，可靠性也越差
  • 堆叠更多的层数

固件算法：

• SSD的固件是确保SSD性能的最重要组件，用于驱动控制器。
• 主控将使用SSD中固件算法中的控制程序，去执行自动信号处理，耗损平衡，错误校正码（ECC），坏块管理、垃圾回收算法、与主机设备（如电脑）通信，以及执行数据加密等任务。
• 由于固件冗余存储至NAND闪存中，因此当SSD制造商发布一个更新时，需要手动更新固件来改进和扩大SSD的功能。
• 一块SSD中颗粒对性能的影响大约占60%，而固件与主控的影响会在20%左右
• Intel、闪迪、英睿达、浦科特、OCZ、三星

关注点

• 看主控
  Marvell：浦科特、闪迪

• 看看闪存

  • 大小推荐256
  • P/E 不是问题，但是没必要买TLC
  • 首先是那些可以自己生产闪存的厂家：Intel、美光、三星、海力士、东芝、闪迪。

• 看固件

  • Intel、英睿达、浦科特、OCZ、三星
  • 市面上绝大部分SSD使用时间长了，速度都会变慢，这是SSD的写入方式导致的

• 看缓存

  • 市面上绝大部分SSD使用时间长了，速度都会变慢，这是SSD的写入方式导致的

为了真实的反映TLC SSD的性能，最简单的方法就是将测试数据区块扩大，测试数据大小大于缓存，才能让TLC真实读取性能现出原形。如三星850 EVO当遇到大量写入，持续大数据写入量的话，后劲会明显不足，用完缓存很快溢出，此时三星850 EVO就该露馅了，从400MB/S降到70MB/S甚至更小。
　　一般来说，缓存越大越好。

• 看性能

  • 读写速度不是最大的关注点，大数据量的读写场景并不常见
  • SSD的4K IOPS性能（即每秒输入输出值）
  • IOPS是指存储每秒可接受多少次主机发出的访问

• 考虑参数：

  • 有无断电保护
    • SSD有意外断掉导致不认盘的可能性，可能导致资料无法找回。
  • 功耗
    • 笔记本通常都不能发挥SSD最大的实力，所以没必要花这么多钱去购买旗舰级产品
  • 售后
    • 如三星、闪迪的支持十年质保，闪迪支持全球联保，可以大胆海淘。
    • 浦科特售后顺丰快递寄回去即可。等等。

tip:

• 三星唯一一家拥有主控、闪存、缓存、PCB板、固件算法一体式开发、制造实力的厂商
• 三星、闪迪、东芝、美光都拥有其他SSD厂商可望不渴求的上游芯片资源。
• 至于英特尔，暂时无心留恋消费级ssd市场，深耕企业ssd市场。消费级产品较少，性能中庸，但是稳定性奇好。

固态硬盘使用注意事项

系统支持：

>=win7
安装时只接SSD 可以得到优化，避免古怪问题

SATA3，开启AHCI模式

• SATA3 支持600MB/s
• AHCI（Serial ATA Advanced Host Controller Interface)
• CrystalDiskInfo软件可检查。

分区4K对齐

• 极大的降低数据写入和读取速度

如果4K不对齐，不但会极大的降低数据写入和读取速度，还会增加固态硬盘不必要的写入次数，影响寿命。非常重要！略。AS SSD Benchmark、DiskGenius、分区助手可检查或纠正。

分区方法：小分区、少分区

SSD有一种技术叫做“垃圾回收机制”，Trim是系统用来告诉SSD主控哪些数据所占据的地址是“无效”的，而“垃圾回收机制”就是SSD内部对这些“无效”数据进行清理的过程。

• SSD中的擦除：将无效数据所在的整个区域摧毁
• 机械硬盘：点对点精确定位打击
• 整理-清除 算法

小分区:

不要把SSD的容量都分满，保留一部分容量作为“空闲位置”，

• 用于SSD内部的优化操作，如磨损平衡、垃圾回收和坏块映射。
• 一般情况下这一步骤厂商已经帮我们设定好了，例如NAND容量128G的SSD，厂家会标称120G，剩下的部分就被设置成了预留空间。
• 可以在此基础上继续增加预留空间，如：128G的固态硬盘在分区的时候只分120G或者更少。

少分区:

关系到4k对齐对SSD的影响。

• 现在主流SSD容量都不是很大，分区越多意味着浪费的空间越多（每个分区总有那么些空间是用不到的），
• 分区太多容易导致分区错位，在分区边界的磁盘区域SSD性能可能受到影响。
• 如：128G的固态硬盘分2个分区，256G的分2-4个分区为宜。

保留足够的剩余空间

固态硬盘存储越多性能越慢。而如果某个分区长期处于使用量超过90%的状态，固态硬盘崩溃的可能性将大大增加。所以及时清理无用的文件，设置合适的虚拟内存大小，将电影音乐等大文件存放到机械硬盘非常重要，必须让固态硬盘分区保留足够的剩余空间。

平时保养：

1. SSD不需要碎片整理,也就是不需要手动垃圾回收，或者说最好不要

2. 刷新固件

3. 恢复指令：对付SSD降速的终极手段

4. PCIe 3.0 SSD享受CPU直连待遇。这是史无前例的待遇！

SSD 寿命：

• SSD一生能够写入的总数据量是有限的，当写入数据量达到那个值时SSD就会死去
• 通常我们用闪存的P/E次数来计算，闪存完全擦写一次叫做1次P/E。

这个总数据量的值是通过实际容量x闪存能够承受的P/E次数来计算的，
比如一个30G的SSD，用的是5000P/E的闪存，一生能写入的总数据量是15000G.算出了SSD能够承受的总数据写入量，接下来就是分析我们一年会有多少写入，然后总数据写入量除以每年的写入量，就可以得到直观SSD的寿命：xx年。

簇

一个簇只能容纳一个文件，但是一个簇可以包含多个扇区，

• 小簇 节省空间

• 簇和扇区不是属于一个范畴。

  • 簇是系统在硬盘上读写文件时的单位，是一个数据块。
  • 而扇区是硬盘划分的最小单位值，就是簇（数据块）占用的地方。

• 簇的大小总是扇区大小的整数倍

• 不同文件系统对于不同大小的卷（分区）会有不同的默认簇大小，

  • 比如FAT32对于8GB以下的分区，默认簇大小为4KB，对于8GB～16GB的分区，默认簇大小为16个扇区（8KB），
  • NTFS对于大于2GB的分区，默认簇大小为8个扇区（4KB）。

块可以包含若干页，页可以包含若干簇，簇可以包含若干扇区
这里“若干”一般是二的方次。例如：一簇等于128扇区，一页等于64簇，一块等于4页，那么一块就等于4x64x128扇区。

绝大多数的机械硬盘默认是512字节的扇区，采用的是DRAM作为存储介质;
而机械硬盘，无论是SLC颗粒还是MLC颗粒，都属于NAND闪存存储单元。 这种硬盘的扇区是4K，这就是4K的由来!

• NTFS，虽然这种格式性能更高更安全，但是兼容性差

4k对齐

• 对齐： 簇和扇区对齐

随着时代发展，硬盘容量不断扩展，使得之前定义的每个扇区512字节不再是那么的合理，于是将每个扇区512字节改为每个扇区4096 个字节，也就是现在常说的“4K扇区”。

NTFS

随着NTFS成为了标准的硬盘文件系统，其文件系统的默认分配单元大小（簇）也是4096字节，为了使簇与扇区相对应，即使物理硬盘分区与计算机使用的逻辑分区对齐，保证硬盘读写效率，所以就有了“4K对齐”的概念。

图解4k对齐

• 最过分的是这样子排列下去，恰好每到一个扇区的4K位置，就会造成一个数据存2个扇区的情况
• 4k 对齐就是把图中黑线位置右移到4k 分割点

SATA硬盘接口

使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘：

• SATA硬盘接口很小
• 连接线小巧
• 结构简单、支持热插拔 (所以硬盘损坏时可以开机再插进去尝试恢复)
• 现在是主流的接口类型

为什么串行的SATA比并行ATA快？

因为现实中，在高速信号领域，要求并行信号的信号线必须同步，可能第一根信号线和第二根信号线传输到接收端会错开一个bit，这个影响就太大了，导致数据失真。
而串行的，线路上没有时钟信号

windown 下查看硬件参数

多内存条，频率要一致比较好

1. 查看磁盘信息：

    wmic LOGICALDISK get name,Description,filesystem,size,freespace

2. CPU信息

    wmic cpu
    wmic cpu get name

上面显示的有位宽，最大始终频率， 生产厂商，二级缓存等信息

3.内存信息

    wmic memorychip

可以显示出来三条内存，两条256，一条1G的，速度400MHz

4.BIOS信息

    wmic bios