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固态硬盤閃存和緩存

科技更新时间:2024-05-09 21:43:04

固态硬盤閃存和緩存（基于閃存的存儲技術）1

固态硬盤（Solid State Disk，SSD）是一種基于閃存的存儲技術，在某些情況下是傳統旋轉磁盤的極有吸引力的替代産品。

下圖展示了固态硬盤的基本思想，SSD封裝插到I/O總線上标準硬盤插槽（通常是USB或SATA）中，行為和其他硬盤一樣，處理來自CPU的讀寫邏輯磁盤塊的請求。

固态硬盤閃存和緩存（基于閃存的存儲技術）2

一個SSD封裝由一個或多個閃存芯片和閃存翻譯層（flash translation layer）組成，閃存芯片替代傳統旋轉磁盤中的機械驅動器，而閃存翻譯層是一個硬件/固件設備，扮演與磁盤控制器相同的角色，将邏輯塊的請求翻譯成對底層物理設備的訪問。

一個閃存由B個塊的序列組成，每個塊由P頁組成。通常頁的大小是512字節~4KB，塊由32~128頁組成，塊的大小為16KB~512KB。

數據是以頁為單位讀寫的。隻有在一頁所屬的塊整個被擦除了，才能寫這一頁。在大約進行100000次重複寫之後，塊就會磨損壞。一旦一個坑磨損壞之後，就不能再使用了。

下圖展示了典型SSD的性能特性，SSD的讀比寫要快，随機讀和寫的性能差别是由底層閃存基本屬性決定的。

固态硬盤閃存和緩存（基于閃存的存儲技術）3

随機寫很慢，有兩個原因。一個是擦除塊需要相對較長的時間，1ms級，比訪問頁所需時間要高一個數量級。還有一個是如果寫操作試圖修改一個包含已經有數據的頁p，那麼這個塊中所有帶有數據的頁都必須被複制到一個新塊，然後才能對頁p進行寫。

固态硬盤閃存和緩存（基于閃存的存儲技術）4

比起旋轉磁盤，SSD有很多優點。它們由半導體存儲器構成，沒有移動的部件，因此随機訪問時間比旋轉磁盤要快，能耗更低，同時也更結實。

不過SSD也有一些缺點。首先是反複寫之後，閃存塊會磨損，所以SSD也容易磨損。其次SSD每字節比旋轉磁盤貴大約30倍，因此常用的存儲容量比旋轉磁盤小100倍。

不過随着SSD越來越受歡迎，它的價格下降得也非常快。在便攜音樂設備中，SSD已經完全取代了旋轉磁盤，在筆記本電腦中也越來越多地作為硬盤的替代品。

固态硬盤閃存和緩存（基于閃存的存儲技術）5

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