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太平洋电脑网固态硬盘普及的今天，上班族的你对“小伙伴”了解吗？


[PConline 资讯]对于上班一族来说 ， 每天离不开的估计是电脑跟手机 ， 而电脑当中存储文档跟数据重要介质则是硬盘 ， 随着固态硬盘普及 ， 估计有不少上班一族的办公电脑换上固态硬盘 ， 固态硬盘作为大家常接触“小伙伴” ， 大家真的了解吗？
自从2005年开始 ， 三星作为第一个进入固态硬盘市场的巨头 。 直到现在短短的15年间 ， 固态硬盘已经成为消费级的主流储存介质 。 相对于传统的机械硬盘 ， 固态硬盘的性能能达到机械硬盘的十倍甚至更多 。
不管是普通的SATA 固态硬盘 ， 还是NVMe 固态硬盘 ， 对于普通消费者来说 ， 只是介质和性能上的变化 ， 甚至有人会简单的认为 ， 只要使用了固态硬盘 ， 读写速度会有非常大的提升 ， 但这真得是这样吗？

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固态硬盘构成知多少？
对于固态硬盘来说 ， 最主要的两个部分就是硬盘颗粒和主控部分 ， 如今的主流固态硬盘使用的基本都是NAND颗粒来存储数据 。 每个颗粒可以存储1bit（SLC） ， 2bit（MLC） ， 3bit（TLC）和4bit（QLC）数据 。 存储颗粒的位数越多 ， 就代表密度越高 ， 制造成本更低 。 但相对而言 ， 颗粒的使用寿命也会更低 。 硬盘的擦写次数就更少 。
而固态硬盘读取和写入的最小单元并不是颗粒而是由一组颗粒组成的页（Page） 。 典型的页的大小是4KB 。 固态硬盘有一个重要特性 ， 是颗粒一旦被写入 ， 就无法类似于机械硬盘一样直接覆盖写入 ， 所以为了能反复使用 ， 固态硬盘就需要对已经写入过的颗粒进行发出操作 。 而擦除的最小单元既不是颗粒也不是页 ， 而是由若干个页组成的块（块） 。 块的典型大小是512KB或者1MB ， 也就是128Page 。 所以固态硬盘的优化手段 ， 都跟这些基本的特性有着密切的关系 。
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硬盘中数据操作和垃圾回收（GC）到底是什么？
任何硬盘数据操作包括读和写 ， 其中读延时相对稳定 ， 而写延时会发生一些变化 ， 具体情况取决于磁盘的使用情况 。 正常情况下都是几十微秒 。 与传统的机械硬盘相比 ， 固态硬多了一个擦除的操作 。 固态硬盘中的垃圾回收就是用于回收那些已经使用过的 ， 但是数据不再有效的那些块 。 硬盘的主控中会设置一个可用块数量的阈值 ， 当可用块低于这个阈值的时候就会启动垃圾回收 。
损耗均衡（Wear Leveling）和写放大（Write Amplification） 。 固态硬盘block可执行有限次数的擦除操作 ， 也称之为编程/擦写（P/E）周期 ， 当写入非常频繁时 ， 擦除操作发生得更频繁 。 一旦达到P/E最大数量 ， 这个block就不再能写入了 。
对于SLC ， 可擦除次数通常是10万次 ， MLC通常是1万多次 ， 而对于TLC块 ， 则是几千 。 为了确保容量可用和写延时性能 ， 固态硬盘控制器需要平衡各个block的擦除次数 ， 这是固态硬盘控制器的核心工作之一 ， 也称为“损耗均衡”机制 。
在损耗均衡期间 ， 数据会在各个block之间移动 ， 然后进行擦除 。 由于擦除的是不再有效的数据 ， 而移动的是有效数据 ， 因此固态硬盘中有效数据通常会大于实际写入的数据 ， 这称之为写放大WA（Write Amplification） 。

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以上这些操作基本上都是通过主控芯片来实现 ， 主控芯片绝对不是很多人想象的找个颗粒把数据写入 ， 需要的时候再读取那么简单 。 读写寻址、数据块的擦除、写放大的控制、损耗如何均衡等等 ， 这些都是通过主控芯片实现的 ， 这背后的具体原理都是通过很多逻辑电路实现的 ， 具体原理就不做过多解释了 。


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