SSD原理

一、固态硬盘的构成
固态硬盘（SSD）主要有主控芯片（黄圈），缓存（蓝圈），闪存颗粒（红圈）三部分组成。

主控芯片在SSD中的地位就相当于电脑中的CPU，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，作用二是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。目前主流的有Intel主控，SandForce主控，Marvell主控。

缓存用于存放临时数据之用，是内存和SSD的中转站。

闪存颗粒（NAND）是SSD的数据处，有MLC和SLC的区分，SLC全称为Single-Level Cell,MLC全称为Multi-Level Cell.两者均为不同类型的NAND颗粒.其中SLC可定义为单层单元闪存,而MLC则是多层单元闪存.两者的主要区别是SLC每一个单元储存一位数据,而MLC通过使用大量的电压等级,每一个单元储存两位数据,数据密度比较大.在实际使用当中,SLC拥有更多的擦写次数,一般为MLC的10倍左右,这就意味着使用寿命要远远高于使用MLC颗粒的SSD,不过由于SLC颗粒目前的良品率并不高导致基于SLC颗粒的SSD价格昂贵,通常只有行业领域才会考虑配置SLC颗粒的SSD.

固态硬盘（Solid State Disk、IDE FLASH DISK）是由控制单元和存储单元（FLASH芯片）组成，简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘(目前最大容量为32GB),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完全相同，.在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。

简单来说就是一读取速度非常快的大号U盘。

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。

基于闪存的固态硬盘　　  
  
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

　　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。

二、固态硬盘越用越慢的原因
固态硬盘会越用越慢，这和固态硬盘的工作原理有很大的关系。固态硬盘使用闪存（NAND）作为储存介质，在数据写入时是以一个页面为单元（通常是4K）。但在数据擦除时却是以块为单位。一般来说，一个块相当于128个页面单元，即512KB。例如，在X块中有A,B,C,D等页面单元。当要擦除A页面单元数据时，SSD会把整个X块的数据从闪存芯片中读出并写入缓存，随后擦除缓存中X块内的A页面数据，然后擦除闪存芯片中的X块，最后用缓存中不包含A页面的新X块数据重新写入闪存中。也就是说虽然擦除的只是A页面数据，但B，C,D页面数据也要重新擦除写入。因此即便只要擦除4KB的数据，SSD也要进行512KB的数据搬运工作。这个擦除过程包括：缓存从闪存内读取指定数据—擦除闪存中原有的指定数据—在缓存中修改指定数据—将缓存中修改完成的指定数据写入闪存。

SSD的基本架构

在SSD的优势一章中，我们对比过HDD和SSD的内部区别。现在，我们再谈一下SSD的基本架构。
            
       上图为一款典型的SSD架构图解，各部分的解释如下：
       操作系统：即我们使用的操作系统，如：WINDOWS,MAC OS,LINUX等。
       文件系统：每个操作系统都有自己的文件系统，如WINDOWS上常见的NTFS,FAT32等。
       底层驱动：就是驱动程序，没有它，硬件是无法和软件交流的。
       ATA接口：ATA数据通道接口标准。（这部分后面会有详细介绍） 外置缓存：目前很多SSD都带了一定容量的DRAM作为缓存的。缓存里面可以存放用户数据，也可以存放映射表之类的数据。
       NAND控制器（此处即SSD主控），它包含： 
       A.主机接口：用于和主机交流，控制数据传输的部分。
       B.FTL闪存转换层：内部包含许多模块，例如坏块管理，磨损平衡，ECC纠错，交叉读写算法和最主要的逻辑物理地址转换功能，请参考相关的章节。
       C.NAND接口：主控和闪存交流，控制数据传输的部分。
       Legacy/ONFI/Toggly:闪存数据通道接口标准。（这部分后面会详细介绍）
       NAND闪存：我们平日看到的SLC，MLC闪存颗粒。
SSD的硬件架构并不复杂，各种SSD产品的差异表现，主要都是由软件部分（即FTL）的影响而造成。

三、固态硬盘使用的注意事项

2.分区方法：小分区、少分区
SSD有一种技术叫做“垃圾回收机制”，前面已经讲过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中的擦除只能是“将无效数据所在的整个区域摧毁”，不能像机械硬盘那样实现“点对点精确定位打击”，因此“垃圾回收机制”过程也显得很繁琐—先把区域内的有效数据集中起来，转移到空闲的位置，然后把“问题区域”整个清除，清除出来的地方可以作为下次垃圾回收时的转移地点。
所以“小分区”的概念就出来了。所谓“小分区”就是不要把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。当然如果你十分注重SSD性能，也可以在此基础上继续增加预留空间，在分区的时候只分100G或者更少

“少分区”则是另外一种概念，关系到4k对齐对SSD的影响。一方面现在主流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），另一方面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。

3.不要使用碎片整理

消费级固态硬盘使用的MLC NAND FLASH作为储存介质，这种芯片一般只有5000~10000次的擦写寿命(P/E)，碎片整理需要对硬盘频繁擦写，会大大减少SSD的使用寿命，其实，SSD自带的垃圾回收机制就已经是一种很好的“磁盘整理”，再多的整理完全没必要。

4.禁用win7的预读(Superfetch)和快速搜索(Windows Search)功能，在SSD平台这两个功能的实用意义不大，通过禁用这两项功能降低硬盘读写频率。

5.4.刷新固件：最有效的提速方法
“固件”好比主板上的BIOS，固态硬盘的一切内部操作都要依靠固件来控制，可以说固件质量的好坏直接关系到SSD的性能表现。优秀的固件包含先进的算法能减少固态硬盘不必要的写入，从而减少闪存芯片的磨损，维持性能的同时也延长了固态硬盘的寿命。因此及时更新官方发布的最新固件显得十分重要。