固态硬盤（SSD）, Solid State Disk，固态硬盤是用固态電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，主要由兩部分組成。（注：本文主要介紹主流産品）

1 主控單元：用來操作存儲單元，并駐留一定固件，帶有操作系統的部件。

2 存儲陣列：閃存芯片（NAND FLASH）,單片FLASH芯片有64GB/128GB/256GB，也有少量SSD存儲芯片采用DRAM芯片制作而成。

SSD的外觀可以被制作成多種模樣，例如：筆記本硬盤、微硬盤、存儲卡、U盤等樣式。這種SSD固态硬盤最大的優點就是可以移動，而且數據保護不受電源控制，能适應于各種環境，适合于個人用戶使用。

固态硬盤接口:

常見的固态硬盤内部如下圖所示，主要由控制器、電源、NAND FLASH陣列、對外連接器組成。

對外接口主要保護以下：IDE、SATA、mSATA、PCIE、M.2，IDE接口的固态硬盤由于采用并行數據傳輸方式，數據線較多，且常常速度較慢已經逐步被淘汰；SATA2.0支持最大速率3Gbps，這類接口由于最大支持的速度有限，無法完全發揮出SSD的性能。SATA3.0支持最大速率達6Gbps（Gb per second）。而其最大的優點就是目前市場非常成熟，市場上很多硬盤都是這種接口。

m SATA 也稱為mini-SATA，适用于對尺寸要求較高的場合，m SATA是一種小型化的SATA接口。

PCI-E接口也是最初出現的一種接口，開始主要應用于企業級SSD及其他數據傳輸場合，随着SATA接口速率瓶頸的到來， PCI-E硬盤才逐步開始在高端消費市場流行起來。

M.2原名是NGFF接口，這是為超級筆記本量身定做的新一代接口标準，主要用來取代mSATA接口。不管是從非常小巧的規格尺寸上講，還是說從傳輸性能上講，這種接口要比mSATA接口好很多。M.2可以同時支持SATA和PCIE接口，如今的M.2接口可支持PCI-E 3.0 x4通道，理論帶寬達到了32Gbps，且該接口支持新的NVME标準，進一步提升了固态硬盤的數據傳輸性能。

NAND FLASH是如何存儲信息的？

固态硬盤通常包含多片FLASH芯片，每一片FLASH内部可分為多個Plane，每個Plane又可分為多個Block。 通常使用的是2D的NAND FLASH,目前最新研制的3D NAND FLASH已經面試，采用立體堆疊的方式可以使得單片NAND FLASH的容量大大提升。

Block就是我們通常說的塊，對某個塊進行數據讀寫的操作。而每個Block上，又可分為多個Page，絕大多數的固态硬盤的單個Page由4Kb的數據區 128b的OOB組成。

OOB（out of band，帶外數據）在 NAND Flash 中是附加數據空間，用于存放額外的 ECC 糾錯碼和元數據。

在數據讀寫的過程中，Page是最小單位，即寫數據和删除數據時隻能對整個Page進行操作。所以Nand Flash在硬件設計時候，對于每一片（Plane），都有一個對應的區域專門用于存放緩存數據，将要寫入到物理存儲單元中去的或者剛從存儲單元中讀取出來的數據放入這個數據緩存區，本質上就是一個緩存buffer，也叫做page register 。固态電子盤在讀寫數據時的數據流向如下。

存儲顆粒是什麼？

存儲顆粒是存儲數據的最小單元，目前主要有三種：SLC、MLC和TLC。

顆粒都是有壽命的，即固态硬盤是有壽命的，在達到固态硬盤壽命以後，FLASH 内部的壞塊數量将以指數形式上升，很快使得硬盤不能使用。而直接影響壽命的因素就是存儲顆粒的重複擦寫次數。

其中SLC為30000~100000次；MLC為：3000~5000次；TLC為：500~1000次。市面上主流固态硬盤均為TLC 顆粒，容量大，價格低。在可靠性要求較高的場合可使用MLC顆粒，SLC通常應用于國防軍工等高可靠性場合，通常單片64GB的SLC顆粒的FLASH價格可達幾千元。

計算機中所有的信息都會回歸到0和1上，因此隻要能用來區分0和1的物體都可以用來記錄數據，例如原來用繩子打結來計數的方式。

寫入數據時，在CONTROL施加電壓，電子由SOURCE流經DRAIN時就會有部分電子躍遷至FLOATING層。

擦除時，在底下的半導體施加電壓，即可釋放掉懸浮層中的電子，在沒有外來電場的作用下，懸浮層中的電子由于上下兩個SiO2層的作用使其無法逃離，電荷/數據可以保存十多年之久。

這種單個顆粒僅有高或者低兩種狀态的顆粒就是SLC的工作模式，由于在不斷擦寫的過程中，電子需要不斷的穿越中間的SiO2襯底，會逐漸破壞其隔離電子通過的性能，直到顆粒徹底損壞。

SLC單個顆粒有兩種電平，可以保存1bit數據，MLC可以保存2bit數據，TLC可以保存3bit數據，QLC可以保存4bit的數據，但是由于其壽命僅有一百餘次，目前市面上很少見到這種産品出現。

固态硬盤的壽命保護機制：擦寫次數不夠，容量來湊。

1容量冗餘操作:為什麼我們買的512GB的硬盤到手隻有四百多GB，除了部分用來存放SSD本身的固件外，還有一大部分用來備用，當某個Page顆粒壞掉以後，将其标記為不可用以後，用備用的區域來替代。

2 寫數據均衡操作：你重複的寫4KB數據到一塊TLC顆粒的固态硬盤中1000次，盤會壞掉嗎？答案當然是否定的，控制器會自動分配操作FLASH單元的物理地址，會盡量避免長時間對同一個BLOCK進行重複讀寫，以免影響壽命。

還有很多其他的保護操作，歡迎大家留言一起交流、讨論

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