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通俗易懂的让你了解SSD固态硬盘结构和基本工作原理

日期: 2020-03-21
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从CPU处理速度越来越快,到内存的蓬勃发展,如今随着技术的进步,SSD的普及度也大大提升,在疫情期间,不少人也打算给自己的电脑升级一块高速大容量的SSD。之前的文章中,我们聊到了eMMC的工作原理,今天宏旺半导体就跟大家来聊一聊SSD固态硬盘的结构和基本工作原理

 

SSD 主要由 SSD 控制器,FLASH 存储阵列,板上DRAM,以及跟HOST接口(诸如SATA,SAS, PCIe等)组成。而其中最重要的三个组件就是NAND闪存,控制器及固件。NAND闪存负责重要的存储任务,控制器和固件需要协作来完成复杂且同样重要的任务,即管理数据存储、维护SSD性能和使用寿命等。

 

通俗易懂的让你了解SSD固态硬盘结构和基本工作原理

 

SSD 的基本工作原理是从主机PC端开始,用户从操作系统应用层面对SSD发出请求,文件系统将读写请求经驱动转化为相应的符合协议的读写和其他命令,SSD收到命令执行相应操作,然后输出结果,每个命令的输入和输出经协议标准组织标准化,这是标准的东西,和HDD无异,只不过HDD替换成SSD硬件存储数据,访问的对象变成SSD。

 

宏旺半导体之前说过,由于闪存不能覆盖写,闪存块需擦除才能写入。主机发来的某个数据块,它不是写在闪存固定位置,SSD可以为其分配任何可能的闪存空间写入。因此,SSD内部需要FTL这样一个东西,完成逻辑数据块到闪存物理空间的转换或者映射。

 

举个例子,假设SSD容量为128GB,逻辑数据块大小为4KB,所以该SSD一共有128GB/4KB = 32M个逻辑数据块。每个逻辑块都有一个映射,即每个逻辑块在闪存空间都有一个存储位置。闪存地址大小如果用4字节表示,那么存储32M个逻辑数据块在闪存中的地址则需要32M*4B = 128MB大小的映射表。

 

SSD用户的数据全部存储于NAND闪存里,它是SSD的存储媒介。SSD最主要的成本就集中在NAND闪存上。NAND闪存不仅决定了SSD的使用寿命,而且对SSD的性能影响也非常大。这几年NAND闪存的技术发展迅猛同,从企业级标准的SLC闪存到被广泛运用在消费级SSD上的MLC闪存再到目前正在兴起的TLC闪存,短短时间里,我们看到NAND技术显著进步。对SLC、MLC及TLC闪存怎么理解呢?宏旺半导体归纳一下,NAND闪存中存储的数据是以电荷的方式存储在每个NAND存储单元内的,SLC、MLC及TLC就是存储的位数不同。

 

通俗易懂的让你了解SSD固态硬盘结构和基本工作原理

一个存储单元上,一次存储的位数越多,该单元拥有的容量就越大,这样能节约闪存的成本,提高NAND的生产量。但随之而来的是,向每个单元存储单元中加入更多的数据会使得状态难以辨别,并且可靠性、耐用性和性能都会降低。

 

通俗易懂的让你了解SSD固态硬盘结构和基本工作原理

随着全球疫情的蔓延,SSD等存储产品不仅普遍涨价,还可能因为交通受阻、物流运输等问题面临着无法及时出货的问题,因而国产替代成为当前存储的主流方案之一。宏旺半导体推出的M.2 NVME SSD N800 TX系列采用M.2 NVME PCIE3.0接口,支持Agile ECC纠错技术,优化NAND纠错性能,从而提高硬盘的可靠性和寿命。性能方面, N800 TX系列实测连续读写速度为2500MB/s和1800MB/s,容量可达512GB。秉承“存储中国芯”的初衷,宏旺半导体将致力于推出更多的满足国产化和信息安全需求的存储产品,全面助力国产存储生态芯崛起。


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