硬盤（英文名：Hard Disc Drive，簡稱HDD，全名溫徹斯特式硬盤）是電腦中必不可少的存儲(chǔ)媒介之一。硬盤的組成是由一個(gè)或者多個(gè)鋁制碟片組成。這些碟片外覆蓋有鐵磁性材料。絕大多數(shù)硬盤都是固定硬盤，被永久性地密封固定在硬盤驅(qū)動(dòng)器中。

我們看到，硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，很多部件分工協(xié)作，當(dāng)硬盤通電后，馬達(dá)會(huì)帶動(dòng)磁盤高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)硬盤會(huì)接到系統(tǒng)發(fā)出的指示，由磁頭臂帶動(dòng)磁頭從停泊區(qū)出來，然后再磁盤上尋找數(shù)據(jù)所在的位置。而固態(tài)硬盤則跟機(jī)械硬盤相反，沒有任何機(jī)械裝置，簡單的有些夸張。

SSD固態(tài)硬盤的結(jié)構(gòu)

固態(tài)硬盤（SSD ：Solid State Disk）是在傳統(tǒng)硬盤上衍生出來的概念，簡單的說就是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列（NAND FLASH）而制成的硬盤。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的完全相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致，包括3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸等多種類型。上圖是一款I(lǐng)ntel 300GB的固態(tài)硬盤，當(dāng)把外殼拆下后，里面就是一個(gè)大的PCB板，上面有主控芯片、Flash顆粒和一些小的元器件。用最通俗的方式來形容，SSD其實(shí)就是一個(gè)體積更大的優(yōu)盤。

從內(nèi)部結(jié)構(gòu)對比來看，我們就可以得到以下的結(jié)論：由于SSD固態(tài)硬盤沒有磁頭，所以幾乎不存在尋道時(shí)間這一概念，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出指令時(shí)，不需要磁頭和盤片，而是直接從Flash顆粒上讀取，相對傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤的尋道時(shí)間來說要快多了。這也是為什么SSD固態(tài)硬盤對于系統(tǒng)啟動(dòng)、軟件加載方面獨(dú)具優(yōu)勢的原因。

游戲性能對比

上圖就是采用SSD固態(tài)硬盤后加載使命召喚6同一場景的時(shí)間對比。其中希捷1TB硬盤加載游戲的時(shí)間為16.94秒，而通過組建RAID 0模式后，性能有小幅提升，降至12.56秒。不過OCZ VERTEX 2固態(tài)硬盤則僅用了5.5秒就進(jìn)入游戲，如此懸殊的成績也只能由SSD硬盤來完成。

 
機(jī)械硬盤和SSD內(nèi)部差異明顯

當(dāng)然，除了0延遲的優(yōu)勢外，固態(tài)硬盤還憑借沒有任何機(jī)械裝置獲得了0噪音、相對抗震，超低功耗等特性。目前主流用戶的電腦基本都是采用機(jī)械硬盤，當(dāng)開機(jī)后硬盤開始高速旋轉(zhuǎn)，那么就會(huì)有噪音出現(xiàn)，并且在寫入數(shù)據(jù)時(shí)還會(huì)聽到硬盤咯咯的聲音。另外，盤片旋轉(zhuǎn)同空氣產(chǎn)生的摩擦就會(huì)生熱，再加上馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的熱量，也是夏天不得不面對的問題。

說了這么多優(yōu)點(diǎn)，為什么現(xiàn)在大家裝機(jī)還是不會(huì)選擇固態(tài)硬盤呢？歸結(jié)起來就是價(jià)格和容量的問題。我們看看下面的表格。

通過表格看出，機(jī)械硬盤擁有最高的容量，但是卻是容價(jià)比最高的。希捷1TB硬盤售價(jià)在370元左右，折合每GB容量的售價(jià)大約是0.37元。而剩下的三款固態(tài)硬盤雖然容量不同，但是容價(jià)比幾乎一致，均在每GB容量13元以上，可以說機(jī)械硬盤的容價(jià)比僅僅是固態(tài)硬盤的一個(gè)零頭。

目前的固態(tài)硬盤產(chǎn)品均基于NAND，相對于另一種閃存類型NOR，NAND能提供極高的單元密度可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度要比NOR快得多。另外NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的塊，這有點(diǎn)像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲(chǔ)器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。當(dāng)然，更重要的是NAND的可擦寫次數(shù)是NOR的10倍！對于硬盤產(chǎn)品來說，這非常重要！NAND的缺點(diǎn)之一是需要復(fù)雜的I/O，而這對一固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)來說，并不嚴(yán)重。

NAND Flash硬盤產(chǎn)品每個(gè)區(qū)塊可以確保至少100,000次的擦寫操作，這相當(dāng)于普通硬盤的1,000,000小時(shí)的MTBF，已經(jīng)可以滿足應(yīng)用需求。

NAND Flash的基本結(jié)構(gòu)

NAND Flash的基本存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)如上圖，是典型的N溝道MOSFET，幾個(gè)這樣的單元組成一個(gè)可以存儲(chǔ)1bit數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)閃存單元，稱為SLC。

● SLC和MLC

這樣在NAND Flash的底層存儲(chǔ)上就引出了兩種不同的模式，SLC（Single Level Cell）和MLC（Multi Levels Cell），它們之間各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)在在各類產(chǎn)品中都有采用。Intel的X25-E應(yīng)用SLC，X25-M則使用了MLC，下面這樣表格可以較為直觀的展示出他們性能區(qū)別。

SLC的一個(gè)Flash存儲(chǔ)單元只有兩種電荷值，高低不同的電荷值表明0或者1，因?yàn)橹恍枰唤M高低電壓就可以區(qū)分出0或者1信號，所以SLC最大的驅(qū)動(dòng)電壓可以做到很低。SLC結(jié)構(gòu)簡單，用一組變化電壓驅(qū)動(dòng)，速度很快同時(shí)壽命較長也更為可靠，不過這種一個(gè)Block只存儲(chǔ)一組數(shù)據(jù)的模式無法在相同的晶圓面積上實(shí)現(xiàn)較高的存儲(chǔ)密度，存儲(chǔ)容量提高完全依賴芯片工藝的提升。

MLC故名思義在存儲(chǔ)單元中實(shí)現(xiàn)多位存儲(chǔ)能力，典型的是2bit。它通過不同級別的電壓在一個(gè)單元中記錄兩組位信息（00、01、11、10），這樣就可以將原本SLC的記錄密度理論提升一倍。因?yàn)殡妷鹤兓l繁，所以MLC技術(shù)的Flash在壽命方面遠(yuǎn)劣于SLC，同時(shí)它的讀寫速度不如SLC，一個(gè)Block存儲(chǔ)兩組位數(shù)據(jù)，自然需要更長的時(shí)間，這里面還有電壓控制、CRC寫入方式等因素需要考慮。

SLC和MLC電壓驅(qū)動(dòng)的存儲(chǔ)能力區(qū)別

顯而易見，SLC在壽命和性能方面擁有獨(dú)特的優(yōu)勢，不過需要更好的工藝制程才能擁有較大的容量。而MLC雖然在容量方面有先天的優(yōu)勢，但在速度和壽命方面存在先天的不足。這就區(qū)格了它們的應(yīng)用，SLC用在不計(jì)成本追求速度和可靠性的企業(yè)級產(chǎn)品中，MLC更適合在消費(fèi)級產(chǎn)品中部署。

對于固態(tài)硬盤來說，影響其性能的主要有3個(gè)部分，一是主控，這也是SSD產(chǎn)品最核心的部分；二是NAND Flash芯片，主要分為SLC于MLC兩種；還有就是緩存?？傮w來說，主控芯片性能的高低是影響SSD性能的最主要因素，很多玩家認(rèn)為NAND Flash芯片類型才是決定性的，實(shí)際上這是一個(gè)誤區(qū)，一款優(yōu)秀的主控芯片即便配上相對廉價(jià)的MLC閃存，其性能也要優(yōu)于較低的主控芯片搭配SLC閃存。

● Jmicron主控（山寨SSD最常用）

提到Jmicron主控，相信不少用戶都記憶猶新，在最開始SSD普遍偏貴的時(shí)候，不少山寨SSD相繼問世，并且價(jià)格非常低，他們就是采用了Jmicron推出的JMF602芯片。早期JMF602A持續(xù)讀取143MB/s，寫入93MB/s，后來改良的JMicron JMF616方案最高讀取速度270MB/s，寫入210MB/s，持續(xù)寫入130MB/s，隨機(jī)讀寫20000IOPS。

JMicronJMF612主控芯片

● Intel主控

而目前市場上代表著SSD主控最頂尖水平的，莫過于Intel和SandForce兩家。先來介紹一下Intel，這家半導(dǎo)體業(yè)的統(tǒng)治者擁有無比強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力。也許它想做什么都沒有做不好的吧。由于其在芯片組南橋的開發(fā)過程中積累了豐厚的磁盤控制器經(jīng)驗(yàn)，其固態(tài)硬盤控制器產(chǎn)品異常優(yōu)秀，算法和固件都很先進(jìn)，實(shí)際性能也非常強(qiáng)大。

英特爾主控芯片特寫

● SandForce主控

SandForce則是目前業(yè)內(nèi)唯一能在SSD技術(shù)上與Intel抗衡的企業(yè)，盡管其在去年才發(fā)布首款SF-1500/SF-1200主控，但是其優(yōu)秀的性能使其產(chǎn)品已經(jīng)推出便狂收追捧，其獨(dú)有的Dual Class技術(shù)將MLC SSD的性能和壽命都大幅提高，其企業(yè)級產(chǎn)品SF-1500主控可以提供5年質(zhì)保。

而剛剛發(fā)布的SF-2200系列主控更是將性能達(dá)到極致，其讀取550MB/s，寫入520MB/s，4KB隨機(jī)寫入60000 IOPS，采用SATA 6Gbps接口。

SandForce固態(tài)硬盤主控芯片

● Marvell主控

Marvell主控是首款支持SATA 6Gbps接口的芯片，最早問世的產(chǎn)品為美光C300系列，內(nèi)部使用基于ARM架構(gòu)的處理核心，支持32-bit隊(duì)列深度的NCQ、支持S.M.A.R.T功能、原生支持微軟的Trim指令以及第三方的Secure Erase等等特性。

鎂光C300固態(tài)硬盤主控芯片

雖然說硬盤現(xiàn)在還占據(jù)市場的大半江山，但是隨著用戶需求的不斷變化，硬盤由于自身的結(jié)構(gòu)不能夠滿足這些變化，進(jìn)而開始流失疆土。比如新興的平板電腦就無法選擇機(jī)械硬盤，因?yàn)闄C(jī)械硬盤體積和重量大、噪音大、耗電量大等不足，就已經(jīng)被拋棄。當(dāng)然，這只是一小部分需求，不過從發(fā)展趨勢看，硬盤的未來注定是要退居二線的。

SanDisk發(fā)布integrated SSD

上圖是SanDisk發(fā)布的一種新的嵌入式硬盤“integrated SSD”(iSSD)，體積比一張普通郵票還要小，但是依然有相當(dāng)高的容量和性能。SanDisk iSSD使用小型BGA封裝、支持SATA接口標(biāo)準(zhǔn)的固態(tài)硬盤產(chǎn)品，尺寸僅為16×20×1.85毫米，重量不到1克，可以直接焊接在任何主板上，用于下一代移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)，并兼容所有現(xiàn)代操作系統(tǒng)。

由此可見，固態(tài)硬盤依然憑借其獨(dú)特的構(gòu)造還會(huì)扮演者越來越多的角色，而這些都是機(jī)械硬盤所無法達(dá)到了。而且隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展普及，越來越多的無線終端推出，如蘋果的Iphone2、iPad等等，這些都會(huì)采用SSD作為存儲(chǔ)介質(zhì)，勢必會(huì)增加SSD硬盤的占有率，再加上他們有抗震、節(jié)能的特性，可以大大增加終端的使用時(shí)間。

至于普及時(shí)間，其實(shí)SSD固態(tài)硬盤在2011年已經(jīng)呈現(xiàn)爆炸性的增長，主要集中在小容量產(chǎn)品方面。多數(shù)用戶選擇40GB或者60GB固態(tài)硬盤安裝Windows7操作系統(tǒng)和常用軟件，而機(jī)械硬盤則是負(fù)責(zé)存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，兩者各自發(fā)揮自有優(yōu)勢，使我們的系統(tǒng)平臺(tái)達(dá)到了最高的性能。

另外，隨著制造工藝的提高，不過隨著價(jià)格的不斷下調(diào)，也會(huì)是SSD硬盤的生產(chǎn)成本不斷降低。所以可以預(yù)見，未來2年內(nèi)固態(tài)硬盤的價(jià)格會(huì)有大幅的下跌，不過仍然不會(huì)對機(jī)械硬盤產(chǎn)生太大的影響，兩者同樣是處在共存時(shí)期，相信這個(gè)時(shí)期會(huì)很長。

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