(24)--12 电存储技术 固态硬盘数据存储那些事儿.pptVIP

存储那些事儿

电存储技术——固态硬盘

固态硬盘

固态硬盘（SolidStateDrive）是由固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。

目前，适用于个人用户的固态硬盘，都是采用FLASH闪存芯片作为存储介质的

固态硬盘的基本构造

固态硬盘的基本构造：

闪存芯片

主控芯片

缓存芯片

固态硬盘的基本构造

闪存芯片

最小的存储单元是浮栅晶体管

根据内部存储单元的密度大小，闪存芯片可以分为三类：

SLC(SingleLayerCell单层单元)，一个存储单元内存放1位数据

MLC(Multi-LevelCell多层单元)，一个存储单元内存放2位数据

TLC(Triple-LevelCell三层单元)，一个存储单元内存放3位数据

固态硬盘的基本构造

闪存芯片的分类

把存储空间想象成一个超大的停车场，每一个存储单元就是一个停车位，1bit的数据就是一辆汽车

SLC：一台车独占一个车位，这辆车来去自如，不会出现错误，而且速度很快，由于车位使用频率不高，所以寿命也很长，但是成本很高。

MLC：两辆车共用一个车位，车辆进出车库时，需要管理员调度，效率稍低，所以速度会慢一些，车位使用频率高了一倍，所以寿命也会变短一些。

TLC：三辆车挤在一个车位里，进出调度更复杂，效率较低，所以速度慢，还容易出错，寿命会更短一些。

固态硬盘的基本构造

闪存芯片的分类

个人用户使用的SSD多为TLC和MLC型的闪存架构

SLC型的SSD多应用在工业级别场合

固态硬盘的基本构造

主控芯片

如果说存储空间是一个超大的停车场，那么主控就是这个超大停车场的“管理员”

主控芯片的功能：

首先，管理员要负责指挥所有的车辆进出停车场，也就是负责连接闪存芯片和外部数据接口，控制和管理所有数据的吞吐；

第二，要指挥每一辆车准确、合理的进出自己的停车位，也就是合理调配数据在各个闪存芯片上、各个存储单元内的负荷。

固态硬盘的基本构造

对主控芯片的要求

首先必须要有好的硬件基础，比如：不同的核心架构、核心数量、和工作频率高低都直接决定着主控芯片的性能

其次，要有高效的数据处理和读写控制算法

固态硬盘的基本构造

缓存芯片

SSD的缓存芯片，是我们所认识到的第一个高速缓存实例

大量数据存入——一次性有很多车要停入停车场里

主控芯片处理速度不够快——停车场管理员忙不过来

CPU等待——计算机变得“慢”和“卡”

数据暂存于缓存芯片——车辆快速停入临时停车场

CPU迅速切换——计算机运行”快”和“流畅”

固态硬盘的基本构造

关于缓存芯片需要说明的两个问题：

第一，如果SSD没有断电保护措施的话，万一出现断电情况，停在缓存这个“临时停车场”中的车就会不翼而飞，造成部分数据的丢失。

第二，一些廉价的SSD方案为了节省成本，会省去缓存芯片，这么做虽然降低了造价，但是显著加重了主控芯片和每块闪存芯片的负担，导致SSD产品性能急剧下降。

ROM的分类

按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：

掩膜式ROM（MaskROM，MROM）：制造商在大批量生产ROM时，会先制作一颗写好原始数据的ROM作为样本，并利用这个样本ROM作为模板，进行大量复制，从而完成携带有相同原始信息ROM的批量生产。

优点：程序数据可靠、制造成本低

缺点：每次需要修改程序数据，就必须重新制作样本模板

ROM的分类

按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：

可编程ROM（ProgrammableROM，PROM）：是一种可以用刻录机进行一次性信息写入的ROM

一般情况下，PROM在出厂时，存储的所有内容全被设置为1，用户可以根据需要将其中的某些存储元改写为数据0，以实现对其“编程”的目的。

ROM的分类

按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：

可擦除可编程ROM（ErasablePROM，EPROM）：是一种具有可擦除功能，擦除后还可再次进行编程的ROM。

EPROM利用高电压将数据编程写入

通过将芯片中的电路直接曝光于紫外线的照射之下，实现数据擦除

这一类ROM的封装外壳上预留了一个石英玻璃窗，以方便曝光来清除数据

ROM的分类

按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：

电擦除可编程ROM（ElectricallyEPROM，EEPROM）：可以直接用电信号擦除信息，也可以用电信号写入数据的ROM

EEPROM的制作工艺复杂，制造成本高，存储容量也比较小

ROM的分类

按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：

闪存（FlashMemory）

闪存是EEPROM的一个变种

闪存（FlashMemory）

闪存的缺点：

闪存写入数据的速度比较慢

闪存可重复擦写的次数较少（大约为10000次），换句话说，就是它的寿命相对