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      固態(tài)硬盤實用基礎(chǔ)知識

      時間: 懷健0 分享

      受助其超快的讀寫速度以及當(dāng)前較為親民的售價,固態(tài)硬盤終于在2016年搖身一變,成為了當(dāng)下PC市場的標(biāo)配單品。下面就讓小編帶你去看看固態(tài)硬盤實用基礎(chǔ)知識,希望能幫助到大家!

      固態(tài)硬盤常用知識

      常見的固態(tài)硬盤接口SATA、M.2以及msata

      固態(tài)硬盤雖然已經(jīng)鋪設(shè)到整裝PC市場,但同時作為一款DIY單品,根據(jù)接口類型不同,依然存在著種類不同的產(chǎn)品。所以選購固態(tài)硬盤的第一步,一定要根據(jù)電腦需求和主板接口進(jìn)行挑選。

      常見的固態(tài)硬盤,主要包含SATA接口、M.2以及msata接口這三種物理接口產(chǎn)品。

      SATA接口不但是目前最為常見的接口類型,也是當(dāng)下最為主流,產(chǎn)品線最為豐富的固態(tài)硬盤類型,作為目前絕大部分的固態(tài)廠商都會生產(chǎn)的產(chǎn)品類型,幾乎所有主板都能支持。而由于SATA接口的產(chǎn)品主要依照SATA標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,因而其在讀寫速度上有著明顯的限制。

      SATA接口

      M.2接口則是原生于主板上的接口,此種接口根據(jù)總線不同,還可分為SATA標(biāo)準(zhǔn)及PCIE標(biāo)準(zhǔn),未來還會出現(xiàn)NVMe標(biāo)準(zhǔn)。此種產(chǎn)品的特性在于,產(chǎn)品尺寸纖薄,根據(jù)長短不同,還可分為2230/2242/2260以及2280等四種產(chǎn)品,不僅如此,采用M.2接口的優(yōu)勢還在于其有著遠(yuǎn)超SATA接口的讀寫速度,是固態(tài)硬盤未來的發(fā)展方向。

      M.2接口

      對于mSATA接口,其本質(zhì)不過是SATA接口的變種,多用于筆記本電腦中,在一體機(jī)領(lǐng)域較少使用,這里也就不做介紹了。

      mSATA接口

      AHCI開關(guān)很重要

      AHCI,全名 Advanced HostController Interface高級主機(jī)控制接口,它是由Intel主導(dǎo)的一項技術(shù),旨在發(fā)揮SATA硬盤的潛在加速功能,大約可增加30%的硬盤讀寫速度。而只有安裝使用固態(tài)硬盤時,打開AHCI才能充分發(fā)揮硬盤性能。

      目前的主流主板基本都是默認(rèn)開啟AHCI選項。但對于少數(shù)主板以及以前的老主板,還得通過BIOS設(shè)置,手動將默認(rèn)的IDE選項改為AHCI選項才行。

      除了在主板中可以看到是否開啟AHCI模式外,也可以通過測試軟件AS SSD benchmark來確定是否開啟了AHCI。

      4K對齊才能“飆車”

      4K對齊是指符合“4K扇區(qū)”定義格式化過的硬盤,并且按照“4K 扇區(qū)”的規(guī)則寫入數(shù)據(jù)。

      隨著時代發(fā)展,硬盤容量不斷擴(kuò)展,使得之前定義的每個扇區(qū)512字節(jié)不再是那么的合理,于是將每個扇區(qū)512字節(jié)改為每個扇區(qū)4096 個字節(jié),也就是現(xiàn)在常說的“4K扇區(qū)”。隨著NTFS成為了標(biāo)準(zhǔn)的硬盤文件系統(tǒng),其文件系統(tǒng)的默認(rèn)分配單元大小(簇)也是4096字節(jié),為了使簇與扇區(qū)相對應(yīng),即使物理硬盤分區(qū)與計算機(jī)使用的邏輯分區(qū)對齊,保證硬盤讀寫效率,所以就有了“4K對齊”的概念。

      在固態(tài)硬盤時代,如果4K不對齊,不但會極大的降低數(shù)據(jù)寫入和讀取速度,還會增加固態(tài)硬盤不必要的寫入次數(shù),影響壽命。

      所以在使用固態(tài)硬盤的時候,要想體驗固態(tài)硬盤飆車的快感,必須先進(jìn)行4K對齊,才能讓固態(tài)硬盤真正飆起來。

      在日常生活中,我們可以直接使用win7,8或win10系統(tǒng)內(nèi)置的磁盤管理工具來進(jìn)行格式化操作后,以實現(xiàn)4K對齊。也可以使用一些專業(yè)的硬盤分區(qū)軟件來實現(xiàn)4K對齊,例如DiskGenius(硬盤分區(qū)),分區(qū)助手等。

      同時還可以使用AS SSDBenchmark這款軟件來查看固態(tài)硬盤是否4K對齊,如上圖紅框所示,如果在1024,2048之類的數(shù)字后面帶有“OK”的字樣,說明SSD已經(jīng)4K對齊。如果沒有“OK”的字樣,說明4K沒有對齊。

      如果“OK”前面的數(shù)字非常的大,并不是1024,2048之類的數(shù)字,則說明在安裝操作系統(tǒng)時,硬盤劃分了隱藏分區(qū)。在安裝時win7系統(tǒng),會自動生成100M的隱藏分區(qū)。在安裝時win8系統(tǒng),會自動生成350M的隱藏分區(qū)。只要不保留C盤之前的硬盤隱藏分區(qū),那么“OK”前面就會顯示1024,2048之類的數(shù)字。保留的話,那“OK”前面的數(shù)字就會變得很大。

      固態(tài)硬盤-基礎(chǔ)知識篇

      一、什么是SSD

      SSD即是固態(tài)硬盤,英文全稱為SolidStateDrive,或者SolidStateDisk

      二、SSD的主要構(gòu)成

      1、主控芯片 2、閃存芯片顆粒NANDFlash

      常見主控芯片:

      Marvell 88SS9189主控

      SandForce 2281主控

      三星主控

      常見閃存芯片顆粒:

      東芝顆粒

      三星

      Intel

      三、閃存芯片顆粒類型分析

      主要有三種類型,分別為SLC、MLC、TLC。

      SLC、MLC、TLC閃存芯片顆粒有什么區(qū)別?

      SLC = Single-Level Cell ,即1bit/cell,速度快壽命長,價格貴,約10萬次擦寫壽命;

      MLC = Multi-Level Cell,即2bit/cell,速度一般壽命一般,價格一般,約3000---10000次擦寫壽命

      TLC = Trinary-Level Cell,即3bit/cell,也有Flash廠家叫8LC,速度慢壽命短,價格便宜,約500-1000次擦寫壽命。

      性能:SLC > MLC > TLC

      例如我想存入一個十進(jìn)制數(shù)字3141592653589793:

      在SLC中就會是二進(jìn)制10110010 10010100 00110000 10100010 01010110 11010010 0001

      在MLC中為四進(jìn)制23022110 03002202 11123102 01

      在TLC中為八進(jìn)制13122414 12112664 41

      肉眼讀出原始的數(shù)據(jù)。SLC直接辨別黑白即可,最為快速。對于MLC,肉眼尚可分辨出0123。對于TLC,非常吃力而且還容易看錯。人眼尚且如此,閃存也是一樣。TLC中的電流值已經(jīng)難以準(zhǔn)確讀取,需要加入大量的冗余措施避免出錯。總結(jié)下來就是一分錢一分貨,SLC最貴,性能也最好,MLC其次,TLC最差。

      在固態(tài)硬盤中,目前MLC顆粒固態(tài)硬盤是主流,其價格適中,速度與壽命相對較好。對于TLC來說,各個廠家也逐步推出了相關(guān)產(chǎn)品,代表廠家為三星、閃迪?;趦r格上的優(yōu)勢,TLC雖然算不上好產(chǎn)品,但是推動了大容量普及的趨勢。而且即便是TLC,壽命在日常應(yīng)用中也是夠用的。

      四、SSD壽命

      壽命的基礎(chǔ)與硬盤的大小有關(guān)。例如128G,寫入128G就叫1個PE.現(xiàn)在市場主流的是MLC,以最低次數(shù)計算

      128X3000=384000GB=384T

      假設(shè)你每天喪心病狂寫入100G的寫入量計算(其實家庭正常使用一天也用不了幾個G)

      384000÷100÷365=10.5年

      這個硬盤也要10年才可以寫完。這之前只會因各種其他原因提前退休。所以壽命并不是需要擔(dān)心的問題,只要在幾年的使用過程中,穩(wěn)定,不出問題就好。

      5.SSD優(yōu)點 :

      1、啟動快

      沒有電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)的過程。

      2、讀取延遲小

      不用磁頭,快速隨機(jī)讀取,讀延遲極小。

      3、碎片不影響讀取時間

      相對固定的讀取時間。由于尋址時間與數(shù)據(jù)存儲位置無關(guān),因此磁盤碎片不會影響讀取時間。

      4、寫入速度快

      基于DRAM的固態(tài)硬盤寫入速度極快

      5、無噪音

      因為沒有機(jī)械馬達(dá)和風(fēng)扇,工作時噪音值為0分貝。某些高端或大容量產(chǎn)品裝有風(fēng)扇,因此仍會產(chǎn)生噪音。

      6、發(fā)熱量較低

      低容量的基于閃存的固態(tài)硬盤在工作狀態(tài)下能耗和發(fā)熱量較低,但高端或大容量產(chǎn)品能耗會較高。

      7、不會發(fā)生機(jī)械故障

      內(nèi)部不存在任何機(jī)械活動部件,不會發(fā)生機(jī)械故障,也不怕碰撞、沖擊、振動。這樣即使在高速移動甚至伴隨翻轉(zhuǎn)傾斜的情況下也不會影響到正常使用,而且在筆記本電腦發(fā)生意外掉落或與硬物碰撞時能夠?qū)?shù)據(jù)丟失的可能性降到最小。

      8、工作溫度范圍更大

      典型的硬盤驅(qū)動器只能在5到55℃范圍內(nèi)工作。而大多數(shù)固態(tài)硬盤可在-10~70℃工作。

      9、體積小重量輕

      低容量的固態(tài)硬盤比同容量硬盤體積小、重量輕。但這一優(yōu)勢隨容量增大而逐漸減弱。

      10、抗震動

      比起傳統(tǒng)硬盤,固態(tài)硬盤抗震能力要強(qiáng)很多,使得數(shù)據(jù)能更加安全地保存。

      固態(tài)硬盤SSD知識匯總

      問:外部使用環(huán)境會如何影響固態(tài)硬盤?

      答:由于沒有活動部件,固態(tài)硬盤比傳統(tǒng)硬盤更加抗沖擊和震動。另外,由于不使用磁性存儲介質(zhì),也不會有被磁化導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的危險。因此,筆記本制造商如果使用固態(tài)硬盤,可以省去很多的硬盤防震保護(hù)配件,進(jìn)一步節(jié)約機(jī)身內(nèi)空間和重量。對于桌面PC來說,使用固態(tài)硬盤更是不需要擔(dān)心任何使用環(huán)境問題。

      有人問到機(jī)場安檢透視掃描儀是否會影響固態(tài)硬盤,這是一個相當(dāng)有趣的問題,我并不能給出一個權(quán)威答案。但要知道,固態(tài)硬盤從物理特性來看和U盤、存儲卡、手機(jī)中的閃存沒有什么區(qū)別,因此應(yīng)當(dāng)不需要擔(dān)心X射線會對其產(chǎn)生影響。

      問:如何保證固態(tài)硬盤的可靠性?

      答:首先,閃存是一項成熟技術(shù),經(jīng)過了長期的實際測試。雖然閃存顆粒有一定的讀寫壽命,但以目前的技術(shù)來說,其壽命已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實際使用年限。比如,Intel固態(tài)硬盤的官方數(shù)據(jù)顯示,無論使用頻度高低,它最少也有5年的有效使用期。如果應(yīng)用頻率不高的話還可以再延長5年。另外,Intel固態(tài)硬盤內(nèi)置了ATA SMART監(jiān)控功能,隨時可以查看其健康狀況。用戶可以放心,數(shù)據(jù)安全絕對是固態(tài)硬盤制造商的第一考量。

      問:為什么沒有3.5寸的固態(tài)硬盤?

      答:最主要的原因是,“合理容量”的閃存從物理規(guī)格上來看占不了太大空間,做成2.5寸或1.8寸規(guī)格更合適。這里我說的“合理容量”是指能夠提供實際應(yīng)用中足夠的存儲空間,同時價格較為合理。如果將閃存裝滿一個3.5寸硬盤位,其價格肯定相當(dāng)驚人。

      很多人可能會對此有誤解,認(rèn)為SSD沒有3.5寸型號是因為它只針對筆記本市場。實際上,固態(tài)硬盤從未排斥過桌面PC,在臺式機(jī)的3.5寸硬盤位中安裝2.5寸固態(tài)硬盤沒有任何難度。而且,3.5寸和2.5寸硬盤的SATA接口也沒有任何區(qū)別。

      問:固態(tài)硬盤需要整理磁盤碎片么?

      答:這個問題的答案比較復(fù)雜。固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)存儲方式和傳統(tǒng)硬盤有明顯的區(qū)別,比如為了防止頻繁讀取某存儲單元而導(dǎo)致快速老化,固態(tài)硬盤往往使用“損耗平衡”機(jī)制,將讀寫各個區(qū)塊的次數(shù)平均化。目前的操作系統(tǒng)對此也沒有準(zhǔn)備。

      磁盤碎片整理程序的主要原理是,將那些需要頻繁讀取的數(shù)據(jù)放在可以高速訪問的地方,很少訪問的數(shù)據(jù)就堆在邊邊角角。而固態(tài)硬盤的原理決定,它能夠非??焖俚恼业饺魏我粔K數(shù)據(jù)。目前的磁盤整理工具對優(yōu)化固態(tài)硬盤的文件系統(tǒng)就顯得無能為力了。因此,我的建議是,固態(tài)硬盤用戶應(yīng)當(dāng)禁用自動磁盤碎片整理,也不要手動進(jìn)行整理。

      當(dāng)然,對于固態(tài)硬盤來說也同樣存在存儲分布的優(yōu)化問題,只是這個問題在SSD上遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)硬盤那么重要。目前,各固態(tài)硬盤廠商都在用固件優(yōu)化的形式解決這一問題。未來也可能會出現(xiàn)專門針對固態(tài)硬盤的“碎片整理”工具,不過它需要首先了解各廠商固態(tài)硬盤的具體工作方式。

      問:固態(tài)硬盤會越用越慢么?

      答:這是一個復(fù)雜的問題。在SSD的壽命周期中,很多因素都會影響它的性能表現(xiàn)。其中最重要的就是數(shù)據(jù)碎片問題。很不幸,目前尚無任何方法從外部衡量固態(tài)硬盤 的數(shù)據(jù)破碎程度的影響。就像上面說的一樣,測試程序也許能夠檢測出固態(tài)硬盤內(nèi)部存儲條理與否的性能差別,但這并不會明顯影響用戶體驗。對固態(tài)硬盤文件系統(tǒng) 的優(yōu)化未來還將進(jìn)一步解決這一問題。

      問:Intel固態(tài)硬盤支持熱插拔么?

      答:沒問題,完全支持SATA規(guī)范定義的熱插拔功能。

      問:當(dāng)固態(tài)硬盤被裝滿的時候,性能會下降么?

      答:很好的問題。對于固態(tài)硬盤來說,性能和存儲數(shù)據(jù)的多少沒有什么關(guān)系。無論空空如也還是接近爆滿,閃存的損耗均衡管理算法都會照常工作。一些常見文件系統(tǒng)如 NTFS、FAT32在空間不足時可能會出現(xiàn)性能下降,但這是軟件的問題,和是否使用固態(tài)存儲沒有關(guān)聯(lián)。未來當(dāng)專門針對固態(tài)硬盤的文件系統(tǒng)問世時,可能也 會出現(xiàn)硬盤存儲數(shù)據(jù)量多少對性能的影響的例子。

      問:哪種文件系統(tǒng)最適合固態(tài)硬盤?

      答:目前的的各種文件系統(tǒng)都沒有對固態(tài)硬盤進(jìn)行什么優(yōu)化。計算機(jī)行業(yè)花了幾十年的時間,針對旋轉(zhuǎn)磁介質(zhì)存儲進(jìn)行優(yōu)化,但固態(tài)硬盤的出現(xiàn)讓這些優(yōu)化徹底作廢。幸運的是,以目前固態(tài)硬盤的速度,遵循舊文件系統(tǒng)的要求像傳統(tǒng)硬盤那樣工作,并不會有太大的損失。不過在不遠(yuǎn)的將來,我們肯定將看到專為固態(tài)硬盤優(yōu)化的文件系統(tǒng)。

      微軟在Windows 7中就將對SSD進(jìn)行優(yōu)化,比如系統(tǒng)會在使用固態(tài)硬盤時禁用自動磁盤碎片整理功能。其中我最關(guān)注的是ATA trim命令,它能夠通知固態(tài)硬盤,某區(qū)塊已經(jīng)不再使用,SSD可以將其空間收回,納入下一步的“損耗平衡”運算中。

      在Linux系統(tǒng)中,你可非常簡單的通過禁用內(nèi)核disk IO scheduler模塊來對固態(tài)硬盤進(jìn)行優(yōu)化。由于不存在磁頭讀寫的移位問題,該模塊在磁盤讀寫時進(jìn)行重新排序?qū)虘B(tài)硬盤沒有任何意義,甚至?xí)档托阅堋?Windows 7估計也會進(jìn)行同樣的改進(jìn),只是目前還未公布。

      問:固態(tài)硬盤RAID 0的性能怎樣?可以在SSD內(nèi)部實現(xiàn)RAID 0么?

      答:先來回答第二個問題。固態(tài)硬盤的讀寫本身就是并行進(jìn)行的,目前Intel固態(tài)硬盤使用10條并行通道來訪問閃存,一定意義上就相當(dāng)于內(nèi)置10路RAID 0。

      使用多塊固態(tài)硬盤組建RAID 0陣列的性能相當(dāng)可觀,但需要注意的是,一定要保證RAID控制器能夠滿足其要求。固態(tài)硬盤在陣列模式下工作的數(shù)據(jù)量相當(dāng)龐大,很多RAID控制器在設(shè)計時可能完全沒有考慮過這樣的速度。

      問:固態(tài)硬盤速度的決定因素是什么?目前的瓶頸在哪里?

      答:任何固態(tài)硬盤的性能,都是由原始的閃存帶寬,損耗平衡算法的效率(固件)以及接口(SATA、PCI-E 等)共同決定的。有SATA接口速度卡在那里,閃存性能再強(qiáng)也沒有意義。和業(yè)界其他廠商一樣,我們也將逐步提升固態(tài)硬盤性能。雖然不能說固態(tài)硬盤在“趕著 ”SATA-III標(biāo)準(zhǔn)上馬,但一旦第三代SATA標(biāo)準(zhǔn)推出,固態(tài)硬盤肯定會從中受益。

      問:SSD和HDD相比有何優(yōu)劣?

      答:和其他任何事情的兩面一樣,SSD和HDD各有優(yōu)劣。目前固態(tài)硬盤最大的劣勢就是成本和容量,而最大的優(yōu)勢就是性能。另外,固態(tài)硬盤完成相同的操作所需的電能更少,這意味著筆記本可以延長電池續(xù)航時間,數(shù)據(jù)中心能夠大大節(jié)約電費。由于更加耐震動沖擊,固態(tài)硬盤 也比HDD更適合移動設(shè)備。如果容量需求不高的話,固態(tài)硬盤甚至可以比傳統(tǒng)硬盤更便宜。比如目前售價最低的上網(wǎng)本基本上都是使用小容量固態(tài)硬盤。

      下面我們來具體看固態(tài)硬盤的性能優(yōu)勢,簡單比較數(shù)據(jù)會讓你忽略掉很多東西。

      比如,Intel X25-M硬盤的持續(xù)讀取速度為250MB/s,一塊常見SATA硬盤則為100MB/s,從字面上來看SSD速度是HDD的2.5倍。這時你就忽略隨機(jī)訪問時間的問題。X25-M的平均“尋道時間”僅為85微妙,而傳統(tǒng)硬盤大多在4到15毫秒,差距達(dá)到50甚至150倍。

      因此,兩者的性能區(qū)別要視應(yīng)用而定。操作系統(tǒng)啟動主要依賴隨機(jī)讀取小塊數(shù)據(jù),因此固態(tài)硬盤可比傳統(tǒng)硬盤快100倍。而在應(yīng)用程序連續(xù)讀取大尺寸文件時,固態(tài)硬盤的優(yōu)勢就只有2.5倍左右了。

      同時,仍有一些應(yīng)用并不適合固態(tài)硬盤,比如大規(guī)模數(shù)據(jù)存檔。那些極少訪問的數(shù)據(jù)用閃存來存儲顯然是一種浪費。另外,在視頻播放時使用固態(tài)硬盤也不會有任何優(yōu)勢,只要達(dá)到視頻不卡殼的速度需求就可以了。只不過,HTPC用戶可能會青睞固態(tài)硬盤的靜音和尺寸。

      問:為什么大家都用MLC顆粒,SLC不是更快么?

      答:沒錯,SLC NAND閃存更快,但只有在面對面比較的時候才能看到明顯區(qū)別。而且,只要大規(guī)模使用并行讀寫機(jī)制,MLC同樣可以實現(xiàn)高速度。在這樣的情況下,SSD廠 商肯定會更加關(guān)注成本和容量問題,MLC的低價大容量就成了優(yōu)勢。我想大家都看到了,Intel的M系列固態(tài)硬盤使用的就是MLC顆粒,不是照樣很快么?

      問:固態(tài)硬盤的功耗相比傳統(tǒng)硬盤孰高孰低?

      答:我曾看過一些報告宣稱固態(tài)硬盤比傳統(tǒng)硬盤更費電,但也有一些調(diào)查顯示SSD更省電。通常來看,SSD和 HDD在同樣高負(fù)載工作,或同樣處在休眠狀態(tài)下時,功耗是類似的。但固態(tài)硬盤仍然在功耗表現(xiàn)上有一些優(yōu)勢,比如SSD內(nèi)部沒有旋轉(zhuǎn)馬達(dá),因此在閑置狀態(tài)時 的功耗明顯更低。第二,由于不存在轉(zhuǎn)速提升或下降的啟動時間,SSD進(jìn)入休眠狀態(tài)或從休眠狀態(tài)喚醒的時間更短,也更頻繁。最后,固態(tài)硬盤能夠在更短時間內(nèi) 完成同樣的工作,因此更早進(jìn)入休眠狀態(tài)。以上這些優(yōu)勢讓固態(tài)硬盤在實際使用中確實比傳統(tǒng)硬盤省電。

      問:是否存在不同等級的閃存?為什么U盤比同樣容量的固態(tài)硬盤便宜的多?

      答:確實,閃存有不同的質(zhì)量,對應(yīng)不同的成本,就像CPU一樣。U盤一般使用較低檔次的閃存,如果你把U盤當(dāng)作 硬盤來使用,我想你馬上就能感受到性能差別。另外在可靠性上,優(yōu)劣閃存的區(qū)別也是明顯的,高質(zhì)量的閃存芯片在整個壽命周期內(nèi)的出錯幾率要低得多。雖然我們 完全可以用廉價閃存造出便宜的移動硬盤,但便宜沒好貨的道理我想大家都是明白的。

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