固態(tài)硬盤(pán)價(jià)格一直下跌，很多人升級(jí)電腦首先要換一塊固態(tài)硬盤(pán)，作為#電腦硬件系列的第二篇，今天用大白話科普一下固態(tài)硬盤(pán)的一些基礎(chǔ)知識(shí)。
一、總線、協(xié)議、接口
首先來(lái)了解一個(gè)概念「總線」。電腦的各種硬件都插到主板上，各硬件之間通信的導(dǎo)線，可以簡(jiǎn)單的理解為總線，更準(zhǔn)確一點(diǎn)的定義是匯總起來(lái)的導(dǎo)線，即公共通信干線。一般主要有：SATA總線、PCIe總線、SAS總線。假想一下水管，管子粗細(xì)決定了水流量大小，只不過(guò)在總線這里，叫做「帶寬」，它決定了傳輸數(shù)據(jù)的速度上限。通常SATA3.0、PCIe3.0、PCIe4.0、SAS3.0的最大理論傳輸速度依次為：600MB/s，1GB/s，2GB/s，1.2GB/s。
上面說(shuō)的PCIe3.0單通道傳輸速度1GB/s，那么4條通道就是4GB/s，即PCIe3.0x4帶寬為4GB/s。同理，PCIe4.0x4帶寬為8GB/s。PCIe4.0x16那就是32GB/s。目前PCIE第七代都有了，不過(guò)常見(jiàn)的為三代和四代。
如果把硬盤(pán)看成汽車(chē)，總線看成是高速公路，在公路限速的條件下，汽車(chē)具有再快的能力，是不是也必須減速。所以總線決定了數(shù)據(jù)傳輸速度的上限。
光有總線把設(shè)備連接起來(lái)可不行，通信還得有「協(xié)議」，就是它們之間商量好的一些規(guī)定（比如電壓、時(shí)鐘、阻抗......），直白的理解就是，CPU說(shuō)：天王蓋地虎，硬盤(pán)回：小雞燉蘑菇。匹配成功！如果硬盤(pán)回：寶塔鎮(zhèn)河妖，顯然是沒(méi)對(duì)上，即「糗友協(xié)議」不匹配，沒(méi)法交流。所以說(shuō)，如果這個(gè)協(xié)議的效率非常高，那么二者交流起來(lái)就比較快。目前硬盤(pán)常見(jiàn)的協(xié)議有：AHCI、NVME協(xié)議。SCSI協(xié)議主要用于服務(wù)器，IDE協(xié)議已被淘汰。
有了總線，協(xié)議，那我怎么把硬盤(pán)接到主板上？那就需要一個(gè)插槽，也叫「接口」。主要接口有：PCIe、M.2、SATA、mSATA、SATA-E、U.2、SAS，我們看一下各種接口的物理形狀：
總結(jié)一句話：總線、協(xié)議、接口三者相互配合，才能讓硬盤(pán)發(fā)揮更大的性能。固態(tài)硬盤(pán)最常見(jiàn)的幾種形式，如下表。并不是M.2接口的速度就快...基本上都是取決于總線的帶寬。所以還要看主板是否支持...如果主板只支持PCIe3.0，你即使買(mǎi)了支持PCIe4.0的固態(tài)，也不能滿血發(fā)揮。去掉損耗（和做工、用料也有關(guān)）之類的，下圖中4GB/s的最高速度能達(dá)到3500MB左右，8GB/s的最高能達(dá)到7500MB/s左右。
二、固態(tài)硬盤(pán)組成
固態(tài)硬盤(pán)主要包括三個(gè)重要部分：主控芯片、閃存顆粒、緩存（有獨(dú)立緩存DRAM、模擬緩存SLC Cache）。
寫(xiě)入時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)主控芯片的處理后存放到閃存中，讀取時(shí)，主控從閃存讀取數(shù)據(jù)，然后通過(guò)M.2接口→PCIe總線發(fā)送給其他設(shè)備。
三、閃存芯片
如果把閃存顆粒拿放大鏡觀看，就像是一個(gè)密度超級(jí)大的魔方，每一個(gè)小方格（晶體管）里面可以存放不同數(shù)量的電子，閃存是通過(guò)電子來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。一個(gè)小方格如果只能存儲(chǔ)1bit數(shù)據(jù)則為SLC，2bit則為MLC，3bit則為TLC，4bit則為QLC。即閃存顆粒主要有SLC、MLC、TLC、QLC。
SLC速度最快，MLC、TLC、QLC依次遞減。原理也容易理解，1bit的數(shù)據(jù)只有0和1兩種可能，2bit數(shù)據(jù)有00/01/10/11四種可能，每種可能性都代表一定量的電子數(shù)量?？赡苄栽蕉啵瑥?fù)雜程度更高，電壓的控制就要更精確，因此花費(fèi)的時(shí)間就更長(zhǎng)。另外，假設(shè)存儲(chǔ)20bit的數(shù)據(jù)，SLC需要20個(gè)小方格，MLC則僅需要10個(gè)，SLC處理速度雖然快了，但是體積也比較大，價(jià)格也美麗。
無(wú)論是速度、壽命、還是價(jià)格，SLC>MLC>TLC>QLC。QLC壽命較低。目前TLC是主流。盡量避開(kāi)非主流~要么貴要么壽命低。
可以生產(chǎn)閃存顆粒的廠家有：三星、西部數(shù)據(jù)（閃迪被西數(shù)收購(gòu)）、海力士、鎧俠（原東芝存儲(chǔ)，目前與東芝沒(méi)關(guān)系了）、鎂光（英睿達(dá)）、長(zhǎng)江存儲(chǔ)（致態(tài)）。這些有能力制造原廠閃存顆粒的廠家，制作流程是：晶圓制造→檢測(cè)→封裝，合格產(chǎn)品貼上標(biāo)簽商標(biāo)即為原廠顆粒（原片）；不經(jīng)過(guò)檢測(cè)直接賣(mài)給其他廠家去封測(cè)的，即為原廠第三方封測(cè)顆粒，這里面有好的有不好的，理論上說(shuō)肯定是自己生產(chǎn)自己嚴(yán)格檢測(cè)封裝的效果更好吧？所以這類閃存顆粒品控整體略差一些，不過(guò)也還行；還有一些淘汰掉的顆粒會(huì)進(jìn)行技術(shù)處理，處理完成后再賣(mài)出去，這就是原廠降級(jí)片（大S顆粒），也叫白片。不進(jìn)行技術(shù)處理直接賣(mài)出去的是黑片。前兩種還行，后面這兩種的話，白片慎重考慮吧，避開(kāi)黑片。
電子產(chǎn)品再好的牌子也有一定故障率，概率上來(lái)說(shuō)原廠原封的顆?？隙ㄒ煤芏?，顆粒不好的壞起來(lái)可毫不含糊。顆粒有價(jià)，數(shù)據(jù)無(wú)價(jià)！
四、主控芯片
五、緩存
有外置的獨(dú)立緩存DRAM和模擬緩存SLC Cache，為了節(jié)省成本，并非所有的硬盤(pán)都有DRAM...
①DRAM主要有兩個(gè)作用：
存放FTL表：DRAM（外置的獨(dú)立緩存）中存放FTL表，可以理解為目錄，為了更方便快速的查找芯片中存放的文件。
緩解寫(xiě)放大：寫(xiě)入數(shù)據(jù)前要擦除整個(gè)block區(qū)塊，寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)一頁(yè)一頁(yè)的寫(xiě)入，即使數(shù)據(jù)不滿一頁(yè)，也要寫(xiě)一頁(yè)。當(dāng)所有頁(yè)都沾滿后，下次存數(shù)據(jù)時(shí)，就要把不足一頁(yè)的數(shù)據(jù)先搬出來(lái)合并，再擦除block。這樣加速讀寫(xiě)，容易降低壽命。所以每次寫(xiě)入數(shù)據(jù)前，主控芯片會(huì)把要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)先放到DRAM中，存滿一頁(yè)后再往閃存中寫(xiě)入。
通常1GB閃存顆粒需要1MB的DRAM，如果控制成本縮減DRAM，那么FTL表就存不全，只能存放一些常用的，剩余的部分FTL表就存放的閃存顆粒中，速度肯定就不如DRAM快。
閃存顆粒的讀寫(xiě)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于DRAM，所以對(duì)于無(wú)緩存的固態(tài)來(lái)說(shuō)，一般會(huì)借用內(nèi)存的一部分空間存放FTL表（每次開(kāi)機(jī)的時(shí)候，往內(nèi)存寫(xiě)入常用的FTL表，即HMB技術(shù)），速度同上。
②SLC Cache
對(duì)于主流的TLC固態(tài)硬盤(pán)，一個(gè)小方格存放3bit數(shù)據(jù)，也就是23個(gè)狀態(tài)（每個(gè)狀態(tài)為不同的電子數(shù)量）。因?yàn)镾LC速度快，如果人為的讓一部分硬盤(pán)空間，每次一個(gè)小方格只寫(xiě)1bit數(shù)據(jù)，那不就變成SLC了嗎？寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，首先往SLC區(qū)域?qū)懭?，等硬盤(pán)空閑了再轉(zhuǎn)入TLC區(qū)域，所以這種方法叫做模擬緩存。但這個(gè)SLC Cache區(qū)域設(shè)置多大，不同廠家的方案也不同。當(dāng)SLC空間用完，那么寫(xiě)入速度就會(huì)直線降下來(lái)（掉速，緩內(nèi)速度→緩?fù)馑俣?/strong>）。
那么掉速掉到什么程度？這就要看主控芯片的控制能力、閃存顆粒自身的能力了，所以不同牌子之間的細(xì)微區(qū)別就出來(lái)了。
如果是上面介紹的大DRAM方案，基本不會(huì)出現(xiàn)掉速的情況。以上就是有緩和無(wú)緩的區(qū)別~
六、4K隨機(jī)讀寫(xiě)
4K隨機(jī)讀寫(xiě)性能是一項(xiàng)直接影響使用體驗(yàn)的指標(biāo)。代表了硬盤(pán)數(shù)據(jù)吞吐的能力（iops）。主要參考下圖中的兩項(xiàng)指標(biāo)，看看我這個(gè)怎么樣？
七、售后、質(zhì)保
影響壽命的因素主要是擦寫(xiě)次數(shù)，SLC Cache既有好處也有缺點(diǎn)，比如會(huì)增加擦寫(xiě)次數(shù)降低壽命。一般硬盤(pán)簡(jiǎn)介都會(huì)寫(xiě)耐用度：500TBW、750TBW等等，1TB=1024GB，W是Write的意思，也就是說(shuō)500TBW表示寫(xiě)入硬盤(pán)500TB的數(shù)據(jù)，差不多硬盤(pán)就到頭了~自己算算能用多久？
最后
今天的內(nèi)容把固態(tài)硬盤(pán)的基本知識(shí)都介紹完了，首先看主控和顆粒，其次再看速度等參數(shù)。所以你會(huì)選擇固態(tài)硬盤(pán)了嗎？
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