在講解固态硬盤（SSD）前，我們先講幾個術語（名詞）。就像我們如果講解機械硬盤，我們要明白磁盤和磁頭，讀寫部分的機械結構等。

反正吧，磨刀不誤砍柴工。

為了更好地展開說明，列舉一些容易混淆的概念并加以說明。

• 固态存儲(Solid State Storage) ：使用矽晶半導體技術，而不是借助于機械旋轉對磁碟、光碟或者磁帶進行操作，從而實現數據存取的存儲方式 。 内存(RAM)、閃存(Flash)、相變存儲(Phase Change Memory， 簡稱為 PCM)等都被稱為固态存儲 。當前，因為閃存在價格、容量、可靠性等多方面達到了相對領先的平衡，因此被 廣泛應用于固态存儲領域。
• 閃存： 一種非易失性的半導體存儲器件。所謂“非易失性”，是指在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息，分NOR閃存和NAND閃存。NOR閃存常用于存放系統啟動程序，在嵌入式設備中較為常見;NAND閃存主要用于數據存儲，固态硬盤中使用的就是NAND閃存。
• 固态硬盤（SSD）：由控制器、内存、閃存顆粒（前面提到，因其多方面達到了領先的平衡，被廣泛用于固态存儲）等單元組成。控制器提供了外部主機接口、内部閃存管理接口，并通過内嵌的 CPU 來運行SSD固件，它管理着主機可見的存儲地址空間、閃存物理空間、垃圾回收、磨損均衡等。内存用于運行SSD固件，并保存在地址空間虛拟化所需要的各種表項。閃存隻是最終的存儲信息的實體，多顆閃存顆粒分布在SSD的電路闆上，共同為SSD提供存儲空間 。

閃存介紹

上面提到閃存在固态硬盤的廣泛應用，所以在講解固态硬盤的各種算法前需要重點介紹一下閃存的特性。

1. 概念與原理

閃存使用三端器件作為存儲單元，分别為源極、漏極和栅極，主要利用電場的效應來控制源極與漏極之間的通斷;在栅極 與矽襯底之間增加了一個浮置栅極，浮置栅極可以存儲電荷，利用電荷存儲來存 儲記憶。

擦除：釋放浮置栅極的電荷，從而使之變成‘1’，這個動作被稱為“擦除”。

編程：向浮置栅極注入電荷，從而使之變成‘0’，這個動作被稱為“編程”。

2. 内部組織結構

閃存顆粒内部一般由成千上萬個大小相同的塊(Block) 所組成，塊大小一般為數百 KB 倒數 MB。每一個塊的内部又分為若幹個大小相同的頁(Page)，頁的大小一般為 4KB 或者 8KB。

3. 數據寫入

• 向閃存中寫入數據時，隻能以頁為粒度進行寫入，如果閃存中某個頁已經被寫入了數據，那麼不能向這個頁中再次直接寫 入數據，隻能在這個頁的數據被清空以後才能再次寫入。
• 閃存進行數據清空的力度是塊，即一次清空動作會将一個塊的數據全部抹除。清空動作對應着閃存的擦除動作，即擦除了一個塊的數據後，這 個塊中所有的 bit 位都變成了 1。
• 寫入動作對應着閃存的編程動作，将數據寫入頁時，将特定的 bit 位從 1 變成 0，就使得這個頁保存了相應的數據。
• 閃存就工作在這樣的“擦除”和“編程”循環中，一次這樣的循環，被 稱為一次擦寫(Program/Erase，簡稱為 P/E)。閃存中每個塊的 P/E 次數有限;當某個塊的 P/E 次數達到上限後，就無法保證能夠繼續有效地存取數據。

4. 數據讀出

• 閃存中保存的數據，經過一段時間後，可能存在若幹 bit 位的錯誤。如果直接将頁中讀出的數據返回給上層業務，就可能造成業務失敗。
• 為了保證返回給上層業務的數據是正确有效的，閃存内部預留了部分空間用于保存業務數據的 ECC(Error Correcting Code，糾錯碼)。每當讀取數據時，控制器會使用相應的 ECC 對這些數據進行錯誤檢查和糾正。
• 受限于控制器的計算能力，ECC 的糾錯範圍有限，隻能在頁面數據中出現bit 位錯誤的數量不超過一定的上限時才有效。當前主流的 ECC 糾錯能力一般是 24bit/1KB，即每 1KB 數據(包含業務數據和 ECC 校驗數據) 内出現了 bit 位錯誤不超過24個時，控制器可以通過計算的方式得出正确有效的業務數據。
• 當某個頁中的 bit 位錯誤數超過控制器的計算能力後，該頁的業務數據無法被正确讀出，此時便産生一個 UNC(Uncorrectable)錯誤，UNC 錯誤隻能被更高層級的 RAID 機制所修複。

在通電 40°C 和斷電 30°C 溫度下，SSD 将将數據保留 52 周，即一年。如表所示，數據保留與活動溫度成正比，與斷電溫度成反比，這意味着較高的斷電溫度将導緻保留率下降。該活動溫度僅為 25-30°C 且斷電為 55°C 的最壞情況下，數據保留時間可能短至一周，這是許多網站所炒作“數據在幾天内丢失”的言論。是的，它在技術上可能發生，但不是在典型的用戶環境中。在現實中，55°C 的斷電溫度對于客戶端用戶來說根本不現實，因為SSD很可能在室溫下存儲在室内某處（壁櫥、地下室、車庫等），溫度往往低于 30°C。另一方面，活動的溫度通常至少為 40°C，因為電腦中的硬盤和其他元件會産生熱量，使之超過室溫

Control Gate: 控制栅ONO: 氧化層Floating Gate: 浮動栅Tunnel Oxide: 隧道氧化層Silicon: 矽與一般原理一樣，數據保留的時長是有技術解釋的。半導體的導電率随溫度而變化，這對NAND來說是個壞消息，因為當它不通電時，電子不應該移動，因為這會改變單元(cell)的電荷。換句話說，随着溫度的升高，電子更快地從浮動栅中逸出，最終改變單元的電壓狀态，使數據不可讀（即SSD不再保留數據）。對于正常通電使用時，溫度具有相反的效果。由于較高的溫度使矽導電性更高，因此在編程/擦除操作過程中電流較高，對隧道氧化層的壓力較小，從而提高了單元(cell)的耐久性，因為隧道氧化層保持電子在浮動栅内的能力實際上決定了SSD的耐久性[壽命]。總之，在典型的客戶環境中，絕對沒有理由擔心 SSD 數據保留時長。請記住，此處提供的數字适用于已通過其耐久性考核的SSD（寫入量達到标稱值）[潛台詞就是隧道氧化層将電子控制在浮動栅的能力已經變得較差了]。因此對于新SSD，數據保留時長要久得多，通常對于基于全新的MLC NAND的SSD來說，數據保留時長通常會超過十年。如果你今天買了一個SSD，并存儲數據，SSD本身将變得完全過時比它将失去它的數據更快。此外，考慮到 SSD 的成本，将它們用于冷存儲無論如何都不經濟高效，因此，如果您希望存檔的數據，我建議僅出于成本原因使用機械硬盤。

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