固态硬盘SSD内部结构是怎样的

　　固态硬盘(Solid State Drive)，简称SSD(固盘)，是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)以及缓存单元组成，现在很多用户都在使用，容量大，读取和存储速度又快，那么内部结构组成是怎样的呢，如果你有兴趣的话，可以看看小编给大家科普的固态硬盘内部结构知识。

　　固态硬盘内部结构详解

　　下面我们简单的聊了聊关于固态硬盘的发展历程，以及固态硬盘行业当下的市场格局，而这些都是比较大比较宏观的东西。今天，将从微观出发，从固态硬盘本身出发，简单剖析固态硬盘的内外构造，让更多的人知道固态硬盘究竟长什么样子。

　　SSD主要由电子芯片及电路板组成：

　　根据固态硬盘的定义，我们可以知道固态硬盘的内部结构，其实就是由三大块主控芯片、闪存颗粒、缓存单元构成，那么接下来，我们逐一来看。

　　1、固态硬盘大脑：主控芯片

　　正如同CPU之于PC一样，主控芯片其实也和CPU一样，是整个固态硬盘的核心器件，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。

　　不同的主控之间能力相差非常大，在数据处理能力、算法上，对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致固态硬盘产品在性能上产生很大的差距。

　　慧荣主控

　　当前主流的主控芯片厂商有 marvell 迈威(俗称“马牌”)、SandForce、siliconmotion慧荣、phison群联、jmicron智微等。而这几大主控厂商，又都有着自己的相应特点，应用于不同层级的固态产品。

　　以台系厂商siliconmotion慧荣为例，此款主控芯片主要特点在于能够为固态硬盘厂商提供包括软件和硬件在内的一体化主控方案，包括主控芯片、电路板以及存储单元，能够极大的提升产品的更新速度和使用寿命，并且不存在兼容等问题。

　　2、核心器件：闪存颗粒单元

　　作为硬盘，存储单元绝对是核心器件。在固态硬盘里面，闪存颗粒则替代了机械磁盘成为了存储单元。

　　闪存(Flash Memory)本质上是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器，数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位。

　　固态硬盘中闪存颗粒占据大部分比重

　　在固态硬盘中，NAND闪存因其具有非易失性存储的特性，即断电后仍能保存数据，被大范围运用。

　　根据NAND闪存中电子单元密度的差异，又可以分为SLC(单层次存储单元)、MLC(双层存储单元)以及TLC(三层存储单元)，此三种存储单元在寿命以及造价上有着明显的区别。

　　SLC(单层式存储)，单层电子结构，写入数据时电压变化区间小，寿命长，读写次数在10万次以上，造价高，多用于企业级高端产品。

　　MLC(多层式存储)，使用高低电压的而不同构建的双层电子结构，寿命长，造价可接受，多用民用高端产品，读写次数在5000左右。

　　TLC(三层式存储)，是MLC闪存延伸，TLC达到3bit/cell。存储密度最高，容量是MLC的1.5倍。 造价成本最低， 使命寿命低，读写次数在1000~2000左右，是当下主流厂商首选闪存颗粒。

　　海力士16nm TLC闪存颗粒

　　当前，固态硬盘市场中，主流的闪存颗粒厂商主要有toshiba东芝、samsung三星、Intel英特尔、micron美光、skhynix海力士、sandisk闪迪等。

　　东芝闪存颗粒

　　由于闪存颗粒是固态硬盘中的核心器件，也是主要的存储单元，因而它的制造成本占据了整个产品的70%以上的比重，极端一点说，选择固态硬盘实际上就是在选择闪存颗粒。

　　3、锦上添花：缓存芯片

　　缓存芯片，是固态硬盘三大件中，最容易被人忽视的一块，也是厂商最不愿意投入的一块。和主控芯片、闪存颗粒相比，缓存芯片的作用确实没有那么明显，在用户群体的认知度也没有那么深入，相应的就无法以此为噱头进行鼓吹。

　　实际上，缓存芯片的存在意义还是有的，特别是在进行常用文件的随机性读写上，以及碎片文件的快速读写上。

　　南亚缓存

　　由于固态硬盘内部的磨损机制，就导致固态硬盘在读写小文件和常用文件时，会不断进行数据的整块的写入缓存，然而导出到闪存颗粒，这个过程需要大量缓存维系。特别是在进行大数量级的碎片文件的读写进程，高缓存的作用更是明显。

　　这也解释了为什么没有缓存芯片的固态硬盘在用了一段时间后，开始掉速。当前，缓存芯片市场规模不算太大，主流的厂商基本也集中在南亚、三星、金士顿等。根据最新消息，无外置缓存的固态硬盘产品将于不久后问世，虽然很早之前就有诸如sandforce2281 自带缓存主控产品，但是市场反响却差强人意，不知道最新的无外置缓存的固态硬盘的表现如何，也请大家拭目以待。

　　主控芯片、闪存颗粒、缓存芯片，这三者有机的结合在一块PCB板上，构成了固态硬盘的整体形态。我们在选购固态硬盘或是评价固态硬盘的时候，可以从这三者出发，进行产品性能的预估，避免被有些商贩鼓吹的高速读写，蒙蔽双眼。

　　补充：硬盘常见故障：

　　一、系统不认硬盘

　　二、硬盘无法读写或不能辨认

　　三、系统无法启动 。

　　系统无法启动基于以下四种原因：

　　1. 主引导程序损坏

　　2. 分区表损坏

　　3. 分区有效位错误

　　4. DOS引导文件损坏

　　正确使用方法：

　　一、保持电脑工作环境清洁

　　二、养成正确关机的习惯

　　三、正确移动硬盘，注意防震

　　开机时硬盘无法自举，系统不认硬盘

　　相关阅读：固态硬盘保养技巧

　　一、不要使用碎片整理

　　碎片整理是对付机械硬盘变慢的一个好方法，但对于固态硬盘来说这完全就是一种“折磨”。

　　消费级固态硬盘的擦写次数是有限制，碎片整理会大大减少固态硬盘的使用寿命。其实，固态硬盘的垃圾回收机制就已经是一种很好的“磁盘整理”，再多的整理完全没必要。Windows的“磁盘整理”功能是机械硬盘时代的产物，并不适用于SSD。

　　除此之外，使用固态硬盘最好禁用win7的预读(Superfetch)和快速搜索(Windows Search)功能。这两个功能的实用意义不大，而禁用可以降低硬盘读写频率。

　　二、小分区 少分区

　　还是由于固态硬盘的“垃圾回收机制”。在固态硬盘上彻底删除文件，是将无效数据所在的整个区域摧毁，过程是这样的：先把区域内有效数据集中起来，转移到空闲的位置，然后把“问题区域”整个清除。

　　这一机制意味着，分区时不要把SSD的容量都分满。例如一块128G的固态硬盘，厂商一般会标称120G，预留了一部分空间。但如果在分区的时候只分100G，留出更多空间，固态硬盘的性能表现会更好。这些保留空间会被自动用于固态硬盘内部的优化操作，如磨损平衡、垃圾回收和坏块映射。这种做法被称之为“小分区”。

　　“少分区”则是另外一种概念，关系到“4k对齐”对固态硬盘的影响。一方面主流SSD容量都不是很大，分区越多意味着浪费的空间越多，另一方面分区太多容易导致分区错位，在分区边界的磁盘区域性能可能受到影响。最简单地保持“4k对齐”的方法就是用Win7自带的分区工具进行分区，这样能保证分出来的区域都是4K对齐的。

　　三、保留足够剩余空间

　　固态硬盘存储越多性能越慢。而如果某个分区长期处于使用量超过90%的状态，固态硬盘崩溃的可能性将大大增加。

　　所以及时清理无用的文件，设置合适的虚拟内存大小，将电影音乐等大文件存放到机械硬盘非常重要，必须让固态硬盘分区保留足够的剩余空间。

　　四、及时刷新固件

　　“固件”好比主板上的BIOS，控制固态硬盘一切内部操作，不仅直接影响固态硬盘的性能、稳定性，也会影响到寿命。优秀的固件包含先进的算法能减少固态硬盘不必要的写入，从而减少闪存芯片的磨损，维持性能的同时也延长了固态硬盘的寿命。因此及时更新官方发布的最新固件显得十分重要。不仅能提升性能和稳定性，还可以修复之前出现的bug。

　　五、学会使用恢复指令

　　固态硬盘的Trim重置指令可以把性能完全恢复到出厂状态。但不建议过多使用，因为对固态硬盘来说，每做一次Trim重置就相当于完成了一次完整的擦写操作，对磁盘寿命会有影响。

　　随着互联网的飞速发展，人们对数据信息的存储需求也在不断提升，现在多家存储厂商推出了自己的便携式固态硬盘，更有支持Type-C接口的移动固态硬盘和支持指纹识别的固态硬盘推出。