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媒介之一。硬盤的組成是由一個或者多個鋁制碟片組成。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，當硬盤通電后，馬達會帶動磁盤高速旋轉(zhuǎn)，此時硬盤會接到系統(tǒng)發(fā)出的指示，由磁頭臂帶動磁頭從停泊區(qū)出來，然后再磁盤上尋找數(shù)據(jù)所在的位置。而固態(tài)硬盤則跟機械硬盤相反，沒有任何機械裝置，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，當把外殼拆下后，里面就是一個大的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其實就是一個體積更大的優(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間這一概念，當系統(tǒng)發(fā)出指令時，不需要磁頭和盤片，而是直接從Flash顆粒上讀取，相對傳統(tǒng)的機械硬盤的尋道時間來說要快多了。這也是為什么SSD固態(tài)硬盤對于系統(tǒng)啟動、軟件加載方面獨具優(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同一場景的時間對比。其中希捷1TB硬盤加載游戲的時間為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秒就進入游戲，如此懸殊的成績也只能由SSD硬盤來完成。

 
機械硬盤和SSD內(nèi)部差異明顯

當然，除了0延遲的優(yōu)勢外，固態(tài)硬盤還憑借沒有任何機械裝置獲得了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械硬盤，當開機后硬盤開始高速旋轉(zhuǎn)，那么就會有噪音出現(xiàn)，并且在寫入數(shù)據(jù)時還會聽到硬盤咯咯的聲音。另外，盤片旋轉(zhuǎn)同空氣產(chǎn)生的摩擦就會生熱，再加上馬達旋轉(zhuǎn)的熱量，也是夏天不得不面對的問題。

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

通過表格看出，機械硬盤擁有最高的容量，但是卻是容價比最高的。希捷1TB硬盤售價在370元左右，折合每GB容量的售價大約是0.37元。而剩下的三款固態(tài)硬盤雖然容量不同，但是容價比幾乎一致，均在每GB容量13元以上，可以說機械硬盤的容價比僅僅是固態(tài)硬盤的一個零頭。

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到高存儲密度，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，這有點像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。當然，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的缺點之一是需要復(fù)雜的I/O，而這對一固態(tài)硬盤設(shè)計來說，并不嚴重。

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

NAND Flash的基本結(jié)構(gòu)

NAND Flash的基本存儲單元結(jié)構(gòu)如上圖，是典型的N溝道MOSFET，幾個這樣的單元組成一個可以存儲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，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Flash存儲單元只有兩種電荷值，高低不同的電荷值表明0或者1，因為只需要一組高低電壓就可以區(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，速度很快同時壽命較長也更為可靠，不過這種一個Block只存儲一組數(shù)據(jù)的模式無法在相同的晶圓面積上實現(xiàn)較高的存儲密度，存儲容量提高完全依賴芯片工藝的提升。

MLC故名思義在存儲單元中實現(xiàn)多位存儲能力，典型的是2bit。它通過不同級別的電壓在一個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。因為電壓變化更頻繁，所以MLC技術(shù)的Flash在壽命方面遠劣于SLC，同時它的讀寫速度不如SLC，一個Block存儲兩組位數(shù)據(jù)，自然需要更長的時間，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)動的存儲能力區(qū)別

顯而易見，SLC在壽命和性能方面擁有獨特的優(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，很多玩家認為NAND Flash芯片類型才是決定性的，實際上這是一個誤區(qū)，一款優(yōu)秀的主控芯片即便配上相對廉價的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普遍偏貴的時候，不少山寨SSD相繼問世，并且價格非常低，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)治者擁有無比強大的技術(shù)實力。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，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，實際性能也非常強大。

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到極致，其讀取550MB/s，寫入520MB/s，4KB隨機寫入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，進而開始流失疆土。比如新興的平板電腦就無法選擇機械硬盤，因為機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，但是依然有相當高的容量和性能。SanDisk iSSD使用小型BGA封裝、支持SATA接口標準的固態(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，用于下一代移動計算平臺，并兼容所有現(xiàn)代操作系統(tǒng)。

由此可見，固態(tài)硬盤依然憑借其獨特的構(gòu)造還會扮演者越來越多的角色，而這些都是機械硬盤所無法達到了。而且隨著移動互聯(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，這些都會采用SSD作為存儲介質(zhì)，勢必會增加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間。

至于普及時間，其實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，而機械硬盤則是負責存儲海量數(shù)據(jù)，兩者各自發(fā)揮自有優(yōu)勢，使我們的系統(tǒng)平臺達到了最高的性能。

另外，隨著制造工藝的提高，不過隨著價格的不斷下調(diào)，也會是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)硬盤的價格會有大幅的下跌，不過仍然不會對機械硬盤產(chǎn)生太大的影響，兩者同樣是處在共存時期，相信這個時期會很長。

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