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海盗船、Intel、金士顿、金泰克、科美、镁光、OCZ、三星、威刚和影驰固态硬盘

2012-05-15 22:40 来源: 未知 作者:RenSeng 浏览量:12752次
机械硬盘受限于物理构造,虽然价格便宜、存储量大,但是性能无法带来大的突破,同时发热、噪音等问题无法解决。随着产品愈发成熟,价格趋于稳定,已经越来越多的PC用户开始关注固态硬盘(SSD)。 目前我们使用的PC系统存在着木桶效应:即最差的一块板决定了桶的盛水量。把PC看作木桶的话,硬盘无疑就是那块最短的板。不仅仅存在于消费级用 户,工业控制、车载、医疗、航空、 军事等领域中,SSD也同样可以发挥巨大作用,并且能胜任更严苛使用环境下的应用。由于工作原理与机械硬盘完全不同,固态硬盘拥有速度上的绝对优势,以及 零噪音、低功耗、高低温皆适应、抗震性好的物理特性,尽管价格偏高,但是为PC系统配备一块SSD可以带来颠覆性的使用体验。 除了构造上的不同,固态硬盘的品牌也相当多,与接卸硬盘仅有西部数据、希捷、日立、三星、东芝等寥寥几家制造商不同,市场上常见的固态硬盘品牌多达 上百种。这就让消费者在选购时产生了困扰:面对如此众多的品牌,我究竟该如何挑选固态硬盘呢?本文将会介绍一些固态硬盘的基本知识,让大家对固态硬盘有更 好的了解,并对市面主流千元级固态硬盘进行一次全面横评,目的在于让广大网友更加了解固态硬盘,并可以在选购时做一个参考。 固态硬盘的简称是其英文缩写SSD:Soild State Disk。而机械硬盘名字是HDD:Hard Driver Disk,它也不是液态或固态材质制造的,而是以铝合金材质的磁盘作为存储介质,马达来驱动盘片旋转,并由磁头来读写数据。这就是机械硬盘的基本构成,这 与光盘的一些特性比较类似。 提高SSD,我们都知道它很快要想更加了解SSD的构造、工作原理以及特性和优势,首先我们还要简单了解机械硬盘(HDD)的基本工作原理。当机械 硬盘需要读写数据时,将会接到指令,然后磁头会移动到相应位置,盘片也会转动以便让数据发生操作的区域到达指定位置。这些动作所需要的时间就是寻道时间和 潜伏周期,由于需要发生装置的移动,这些过程都需要几毫秒的时间。当然,对于人类来说,几毫秒的时间并不算很久,为什么我们经常会觉得机械硬盘经常会很 慢,甚至用久了会更慢呢? 这是由于操作系统的读写机制造成的:硬盘被分为若干个区域作为最基本的操作单位,这个单位被叫做“扇区”,当一个新数据写入时,会选择一个或几个扇 区进行数据写入,这些扇区的位置都是挨着的,从逻辑上说它们是连续的,无论在读取还是写入的时候所需时间都比较短。而问题的关键在于:所有数据都不是在简 历之后就永远放在那里不会改变了,当原先写入的数据修改时,比如增加内容、数据量加大,而紧挨着原有扇区的位置已经有了其他数据,这些新数据就要写入到其 他位置去,那么我们在操作系统中看到的一个文件,在实际物理地址上并不是连续的,那么在再次读取该文件时,磁盘要进行的工作量就会加大,在最恶劣的情况, 磁头和盘片会进行多次移动和转动,最后的工作时间也是成倍的增加。这种情况在我们实际使用中并不少见,比如打开一个程序要很久,这是因为程序要加载很多系 统文件、组件,这些东西都要从硬盘中逐一读取,比如游戏的加载时间,有大量的数据要读取,并且数据并不一定是连续的,甚至大部分都不可能是连续的。以及, 我们从使用经验上来看,都会觉的电脑会越用越慢,慢道受不了了,重装系统会让速度有所恢复,都是万恶的HDD工作原理造成的。
机械硬盘的物理构造
从上边的标准3.5吋HDD拆解图片我们可以看到存储数据的盘片,一张这样的盘片容量可达几百GB甚至1TB,比如目前希捷推出的单碟1TB系列酷 鱼硬盘。可以说,磁盘存储技术的发展并不慢,不过仅限于存储密度方面,随着单位面积存储容量的提高,我们可以享用到更高容量的硬盘,但是读写数据的速度上 并没有太大突破。因为决定寻道时间、潜伏周期的关键因素:磁头移动速度和磁盘转动速度都已经接近了极限,继续增加会带来其他不利因素:比如成本增加、噪 音、温度的增加等等。换言之,在人类科技水平没有重大突破之前,HDD的构造不会发生改变,工作机制不会产生重大变化,其读写性能也就不会有突破了。 前边简单介绍了HDD的基本构造和工作原理,当然,关于硬盘的详细解析还有很多很多内容,不过我想我已经说清楚了HDD的最大弊端所在,它的物理移 动:磁头移动和盘片转动造成了读写速度慢,越是不连续的文件,读写速度就越慢。这个对不连续的文件进行读写的操作,我们称之为随机读写,实际上,我们在日 常使用中绝大多数硬盘读写操作都是随机类型的,而SSD与HDD的最大差异就在于随机读写速度。这就是由SSD的基本构造决定的。
Nand Flash的晶圆
SSD的系统接口、供电部分,以及驱动方式都与HDD没有差别,其主要改变是构成单元和物理工作方式。SSD的内部构造包括PCB板、主控制器芯片 和闪存芯片,有些产品还会有缓存。SSD最基本的单位就是闪存芯片,英文名字叫做Nand Flash,这是一种非易失性内存芯片,通过充电、放点的方式写入和擦除数据,速度相当快。由于在读写操作中完全通过电路来传输信号,因此不会存在类似 HDD那样移动磁头、旋转盘片等动作,因此大大减少了处理时间。然而,Nand Flash也分为几种,目前消费级SSD甚至不少企业级SSD都是用MLC(多层单元)闪存,这种闪存的写入性能不如SLC(单层单元)闪存,寿命也较之 短很多,但是价格要低很多。就算这样,目前SSD的成本也没有降低到人人都能接受的程度,价格仍然是影响SSD进一步普及的障碍。
切割后的Nand Flash芯片
一块SSD是由多个Nand flash闪存颗粒组成的,我们可以将每一个闪存颗粒看作是一个独立的存储单位,然后由主控制器将他们做了一个RAID并联。也就是说SSD的读写是“多 线程”的,每次的工作并不会只局限于一个颗粒之上,主控可以让数据分解并同时在不同颗粒上进行写入,这样以来速度自然会更快了。这也是SSD速度快的原因 之一。当然,主控要做的事情远非这么简单。 SSD闪存也是有最小操作单元的,和机械硬盘相比,Nand Flash的一个比较特殊的区别是写入与擦出操作最小单位不同,写入最小单位为4KB,这个4KB大小的单元称之为“页”(Page),而擦除则为 512KB,叫做“块”(Block)。也就是说,在空白单元上写入,可以以页为单位来进行,但是若要删除这个数据,就需要将整个块进行擦除操作。并且当 有一个块中的数据需要删除时,会先对需要删除的数据进行标记而非真正物理擦出,然后当再次需要在同一物理位置写入之时,会将有效数据保留,复制到新的块 上,然后擦写原来的块。听起来似乎很复杂,简单的说,SSD的写入机制就是原本需要写入1MB大小的数据,实际操作量是会大于这个数值的,具体是多少,就 要看主控制器的算法是否具备高效率,而实际随机写入速度则取决于运算速度是否够快。
最为流行的SF-2281主控芯片
和HDD的相同之处是,SSD也需要逻辑地址来管理,然而操作系统的逻辑地址最小单位是512B,SSD的最小写入单位则是4KB,这其中就需要 CPU、芯片组和主控制器依次工作。除此之外,主控制器还要负责分配每个闪存芯片的任务量,全盘闪存状态的监控,各个块的管理,数据校验等等,工作相当多 而繁杂,这也是为什么在一些新主控上会使用到ARM双核心处理器,因为主控的性能会直接影响到SSD的速度。 关于主控和闪存,并非寥寥几行字可以完全详细说清楚的。不过我们现在已经对他们有了基本的认知:闪存是基本存储单元,而主控制器则是SSD的心脏,负责运算和任务分配,两者的结合才是一款SSD性能的真正体现。那么,主控和闪存,到底哪个更重要呢?
常见的Intel闪存

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