關(guān)于HDD和SSD的部分名詞解釋

1、1 硬盤接口中的技術(shù)IDEIntegrated Drive Electronics ，簡稱 IDE，中文“集成設(shè)備電路”，或稱 PATA。 IDE 是 一種計算機系統(tǒng)接口， 主要用于硬盤和 CD-ROM。IDE 是用傳統(tǒng)的 40-pin 并行數(shù)據(jù)線連 接主板與硬盤的，外部接口速度最大為 133MB/s ，因為并行線的抗干擾性太差，且排 線占空間，不利電腦散熱，被 SATA 所取代。SATASerial ATA (SATA, Serial Advanced Technology Attachment )，亦稱串行 ATA 。 SATA 是已經(jīng)完全取代 IDE 的新型硬盤接口，采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)

2、。 SATA 的速度比以往更 加快捷，并支持熱插拔，使電腦運作時可以插上或拔除硬件。另一方面，SATA 總線使用了嵌入式時鐘頻率信號， 具備了比以往更強的糾錯能力， 能對傳輸指令 (不僅是數(shù)據(jù)) 進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴，F(xiàn)時， SATA 分別有 SATA 1.5Gbit/s 、SATA 3Gbit/s 和 SATA 6Gbit/s 三種規(guī)格。SATA 版本帶寬速度SATA III6Gb/s600MB/sSATA II3Gb/s300MB/sSATA I1.5Gb/s150MB/sSCU03：使用 945GME 芯片組，支持 SATA ISCU04：使用 945

3、GSE 芯片組，支持 SATA ISCU06：使用 GM45 芯片組，支持 SATA IISCU07：使用 GM57 芯片組，支持 SATA IIAHCI高級主機控制器接口( AHCI, Advanced Host Controller Interface )，是一種由英特爾制 定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它允許軟件與 SATA存儲設(shè)備溝通的硬件機制，可讓 SATA 存儲設(shè)備激 活高級 SATA 功能，例如原生指令隊列( NCQ, Native Command Queuing )及熱插拔。多數(shù)的 SATA 硬盤提供了如下的運行模式：兼容老式 IDE 接口模擬。標(biāo)準(zhǔn) AHCI 模式。RAID 模式。Windo

4、ws Vista 核心已完全支持 AHCI ， Linux 從系統(tǒng)核心 2.6.19 版起支持，其他較舊操 作系統(tǒng)則需要相關(guān)硬件制造商提供驅(qū)動程序才可以支持。SCU03將 BIOS 的Integrated Peripherals 中的 OnChip IDE Device 中的 SATA Mode 設(shè)置成 AHCI 。如果選項失效，須先將 On-Chip Serial ATA 設(shè)置成 EnhancedModeSCU04 將 BIOS 的 Integrated Peripherals 中的 OnChip IDE Device 中的 On-Chip Serial ATA 設(shè)置成SATA OnlySC

5、U06將 BIOS 的Integrated Peripherals 中的 OnChip IDE Device 中的 SATA Mode 設(shè)置成 AHCISCU07將 BIOS 的Advanced 中的SATA Configuration 中的SATA Mode 設(shè)置成 AHCI Mode在安裝 Windows XP 和 Windows 2003 時，需要用軟驅(qū)加載 AHCI 驅(qū)動。也可以使用帶 AHCI 驅(qū)動的光盤安裝（一般帶 RAID 驅(qū)動的安裝光盤也帶 AHCI 驅(qū)動）。RAID獨立磁盤冗余數(shù)組（ RAID, Redundant Array of Independent Disks ），簡

6、稱硬盤陣列。 其基本思想就是把多個相對便宜的硬盤組合起來， 成為一個硬盤陣列組，使性能達(dá)到甚 至超過一個價格昂貴、容量巨大的硬盤。根據(jù)選擇的版本不同， RAID 比單顆硬盤有以 下一個或多個方面的好處： 增強數(shù)據(jù)集成度， 增強容錯功能， 增加處理量或容量。 另外， 磁盤陣列對于電腦來說， 看起來就像一個單獨的硬盤或邏輯存儲單元。分為RAID-0 ，RAID-1，RAID-1E，RAID-5，RAID-6，RAID-7，RAID-10，RAID-50 。RAID 0將多個軟盤合并成一個大的 硬盤，不具有冗余， 并行 I/O，速度最快。 RAID 0亦稱為帶區(qū)集。 它是將多個磁盤并列起來， 成為一

7、個大磁盤。 在存放數(shù)據(jù)時， 其將數(shù)據(jù)按磁盤的個數(shù)來進(jìn)行 分段，然后同時將這些數(shù)據(jù)寫進(jìn)這些盤中，所以在所有的級別中， RAID 0的速度是最快的。 但是 RAID 0沒有冗余功能，如果一個磁盤（物理）損壞，則所有的數(shù)據(jù)都會丟失。RAID 1兩組以上的 N 個磁盤相互作鏡像，在一些多線程操作系統(tǒng)中能有很好的讀取速度，另外寫 入速度有微小的降低。 除非擁有相同數(shù)據(jù)的主軟盤與鏡像同時損壞， 否則只要一個磁盤正常 即可維持運作，可靠性最高。 RAID 1 就是鏡像。其原理為在主硬盤上存放數(shù)據(jù)的同時也在 鏡像硬盤上寫一樣的數(shù)據(jù)。當(dāng)主硬盤（物理）損壞時，鏡像硬盤則代替主硬盤的工作。因為 有鏡像硬盤做數(shù)據(jù)備份

8、，所以 RAID 1 的數(shù)據(jù)安全性在所有的 RAID 級別上來說是最好的。 但無論用多少軟盤做 RAID 1 ，僅算一個軟盤的容量， 是所有 RAID 上磁盤利用率最低的一個級別。2 固態(tài)硬盤中的技術(shù)主控芯片SSD主控用于連接閃存芯片與內(nèi)存，接收系統(tǒng)發(fā)出的指令以讀取或者寫入數(shù)據(jù)，主要負(fù) 責(zé) ECC 糾錯、耗損平衡、壞塊映射、讀寫緩存、垃圾回收以及加密等。 主控廠商有 Marvell 、 SandForce、Intel 、 SAMSUNG、Toshiba 等，其中常見的是 Marvell 和 SandForce。Marvell 主控的 SSD主控發(fā)展的很快，性能、可靠性經(jīng)歷了玩家和市場的檢驗，市

9、面上 口碑較好的 SSD如美光 M4 、浦科特 M3/M2 都使用了 Marvell 方案。SandForce 主控是目前市面上使用最多的 SSD 主控了，因為它提供了包括主控、 固件以 及 PCB 設(shè)計在內(nèi)的一攬子方案，廠商只要自己組裝起來加個外殼就能生產(chǎn)SSD了，門檻很低，自然就受歡迎。 SF 目前的主力是 SF-2000 系列主控，有針對企業(yè)級的 SF-2500/2600 系列，消費級市場現(xiàn)在主要是 SF-2281 了。SF 主控也支持 TRIM 、 NCQ 等功能，最知名的技術(shù)就是 DuraWrite 數(shù)據(jù)壓縮了， 通過把需要寫入的數(shù)據(jù)壓縮處理之 后再寫入 SSD閃存中， SF 主控變

10、相提高了寫入速度，而且寫入放大也減少了，SF宣稱其寫入放大率小于 0.5，最低的甚至只有 0.14 ，極大地延長了 SSD使用壽命。有關(guān)垃圾 回收處理上， SandForce 主控并不會去做主動的垃圾回收，平時通過主控的固件程序算 法， SSD會自動為每一個經(jīng)過擦除處理的“空白”塊作一個標(biāo)記。當(dāng)SSD整盤的垃圾達(dá)到一定數(shù)量，需要進(jìn)行 GC垃圾回收的時候。主控芯片會自動尋找到標(biāo)記等級較低的塊 進(jìn)行垃圾回收。 這樣做可以減少 NAND 的損耗而且還能降低主控的占用率， 讓主控騰出 大量空余時間來進(jìn)行壓縮數(shù)據(jù)。不過這樣的算法會導(dǎo)致 SSD在使用一定時間后性能下 降，特別是在連續(xù)寫入速度上下降 10%

11、 20% 左右。KingSpce C3000-60 也使用 SF-2281 方案寫入次數(shù)限制SSD所用的閃存主要是 NAND 類型，是東芝在 1989 年提出來的。 NAND 是利用通電與 否代表計算機可識別的 1、0 狀態(tài)。加電的過程等同于 HDD 硬盤的數(shù)據(jù)寫入操作， 它被 成為“ Program （編程）”，斷電的過程電位恢復(fù)，這相當(dāng)于 HDD 硬盤的擦除數(shù)據(jù)，這 里成為“ Erase（擦除）”，完整的一次 P/E 循環(huán)就是 NAND 的寫入循環(huán)，從這里也可 以看出 SSD 要想寫入數(shù)據(jù)就需要恢復(fù)默認(rèn)電位，也就是以“擦除”為前提，這個特性決定了 SSD的數(shù)據(jù)寫入方式，也會帶來其他的一系列

12、問題。最直接的影響就是SSD 壽命，因為 P/E 循環(huán)次數(shù)是有限的， 浮柵極不像 HDD 的 GMR(巨磁阻尼) 效應(yīng)那樣是永久的， 存在次數(shù)限制SLC、MLC 和 TLC 閃存NAND 閃存也有三六九等之分， 這張金字塔排列就顯示了六種不同的 NAND 閃存， 從下到上性能、可靠性依次升高，但是價格也水漲船高NAND 是利用通電與否代表計算機可識別的 1、0 狀態(tài)，那么施加不同的電壓就會有更 多的電位變化， NAND 閃存單元就可以容納不同的信號組合，這也就是SLC、MLC 以及TLC 的區(qū)別。這幾種閃存的物理結(jié)構(gòu)是相同的， SLC (single-level-cell) 是最簡單的一種，加

13、電就是 1， 斷電就是 0 。MLC （multi-level-cell） 就是每個 cell 單元中有多個信號，通過控制不同的電壓來實現(xiàn)的， 常見的是 2 個電信號的，它的信號組合有 11 ，01，00 ，10 四種，也就是可儲存的容量 提升了。TLC （Triple-level-cell） 實際上也是 MLC 中的一種，不過常說的 MLC 幾乎就是特指 2 個 信號位的。 TLC 每個 Cell 單元中可榮內(nèi)的信號更多，有 000 ，001 ，010，011 ，111 ， 110 ， 100， 101 這 8 種，容量會更大。同樣一顆 16GB NAND 芯片，只可制成 16GB SLC，

14、但可制成 32GB MLC 或 48GB TLC。 提升容量、降低成本是 MLC及 TLC最大的優(yōu)點，但是負(fù)面影響也很嚴(yán)重。 MLC 需要更 精確的電壓控制， program 過程所需時間更多，因此寫入性能也會大幅下降，理論上只 有 SLC 的 1/4 ；讀取，特別是隨機讀取性能也會受影響，因為需要花更多的時間從四種 電信號狀態(tài)中區(qū)分所需數(shù)據(jù)，讀取性能只有 SLC的1/3 。SLC 閃存一次 P/E 循環(huán)只需要擊穿一次氧化層，而 MLC 需要不同的電壓多次擊穿氧化 層，物理損害比 SLC 要嚴(yán)重得多， MLC 的寫入次數(shù)指數(shù)級下降，比如 SLC 的理論壽命 是 1 萬-10 萬次，而 MLC的

15、寫入壽命上限就只有 1 萬次，而且隨著工藝的進(jìn)步， 這個數(shù) 值還在下降， 25nm MLC 普遍只有 3000-5000 次。KingSpce C3000-60 的 NAND 是 MLC 。SSD的基本組成也有 Page（頁面）、 Block （區(qū)塊）、 Plane（平面）之分， page 是最基 本的組成， 大小一般是 4KB，每個 block 通常包含 64 個 page，容量是 256KB ，也有 128 個 page 的，容量就是 512KB ，不過目前主流的 25nm 工藝閃存普遍都是 8KB page 容量， 128 個 page 配置。多個 block 再組成 plane ，而

16、plane 就是就是閃存中的一顆核心（ die）了，而我們看到 的閃存片其實是多顆 die 封裝在一起的，一般是 2-8 顆，而整個 SSD上則會由多片閃存組成。簡單的描述就是這樣： page block band plane-die 閃存片 SSD。數(shù)據(jù)讀寫的主要過程就在 page、block 以及 band 三個層面上。 在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)寫入是以 page 為單位的， SSD寫入新數(shù)據(jù)擦除原有的數(shù)據(jù)，但是擦除 過程只能以 block 為單位，要清除就得擦除整個 block 單元，哪怕只寫入了一個 page 的文件?？傊?， SSD的特性決定了它的寫入方式，不能直接覆寫數(shù)據(jù)使得SSD多了擦除的操

17、作，而寫入單位與擦除單位的不統(tǒng)一又讓 SSD 不停地在各個 Block 區(qū)塊之間折騰，而寫入 數(shù)據(jù)的延遲約為 0.2ms ，但擦除操作需要 2ms 左右， SSD用久了需要擦除的區(qū)塊就會越 多，性能自然也會變慢。4K 對齊 在了解“ 4K 對齊”之前我們先要知道什么是“ 4K 扇區(qū)”，最初硬盤容量是被切分成每 扇區(qū) 512 個字節(jié)來進(jìn)行文件管理和存儲的，而現(xiàn)在主流硬盤容量已經(jīng)攀升到 1TB 甚至 更高，再用老標(biāo)準(zhǔn)去管理現(xiàn)超大容量的硬盤不但顯得繁瑣，而且降低效率，因此將每個 扇區(qū) 512 字節(jié)改成每個扇區(qū) 4096 個字節(jié)，就是所謂的“ 4K 扇區(qū)”。在了解了“ 4K 扇區(qū)”這個定義后，就很容易

18、理解什么是叫做“ 4K 對齊”了。所謂“ 4K 對齊”就是符合“ 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)。而平常所說的 4K 沒對齊，是因為在 NTFS6.x 以前的規(guī)范中，數(shù)據(jù)的寫入點正好會介于 在兩個 4K 扇區(qū)的之間， 也就是說即使是寫入最小量的數(shù)據(jù)， 也會使用到兩個 4K 扇區(qū)， 顯然這樣對寫入速度和讀取速度都會造成很大的影響。 為此對于 4K 沒對齊的情況來說， 一定要修改成 4K 對齊才行，否則對于固態(tài)硬盤來說，不但會極大的降低數(shù)據(jù)寫入和讀 取速度，還會造成固態(tài)硬盤不必要的寫入次數(shù)。做到 4K 對齊，其實最簡單的就是 Windows 7 重新分一次

19、區(qū)，因為 Windows 7 分區(qū)是 按 4K 分區(qū)來進(jìn)行的。如果不想重新弄系統(tǒng)的話可以使用 Paragon Alignment Tool 來進(jìn) 行無損 4K 對齊。軟件會自動掃描沒對齊的盤，沒對齊好的盤是黃色的，點擊“ Align partitions ”對齊。Trim 指令TRIM 指令是微軟提出的， 但是 SSD廠商也有支持與不支持 TRIM 之分，所以還是跟 SSD 有一定關(guān)系。TRIM 是基于 SATA 控制器的一個指令，一旦有文件刪除或者分區(qū)格式化，操作系統(tǒng)就 會發(fā) TRIM 指令給 SSD主控告訴它某處的數(shù)據(jù)已經(jīng)刪除了， SSD 因而知道那些數(shù)據(jù)是能 動那些不能動的， 之后就可以進(jìn)行清空操作以恢復(fù)性能了。不過這個過程不是馬上就完 成的， TRIM 命令是即時發(fā)送到 SSD主控中的，但是什么時候開始清空數(shù)據(jù)是主控算法 的事。之所以有這么一個溝通過程還是跟 SSD與 HDD 的讀寫方式不同有關(guān)，首先操作系統(tǒng)的 刪除數(shù)據(jù)并不是真正把數(shù)據(jù)清空了，只是加了刪除的標(biāo)簽而已（就像摘了門牌號，房子 還在一樣）就是說真實的數(shù)據(jù)還在，不過普通的操作訪問不到了，但是一些專用的數(shù)據(jù) 恢復(fù)軟件可以把這些數(shù)據(jù)再找回來。HDD 機械硬盤是可以直接在原有數(shù)據(jù)上直接覆蓋，但是SSD不行，必須要清空原有數(shù)據(jù)才能寫入新數(shù)據(jù)，