固態(tài)硬盤簡(jiǎn)介

固態(tài)硬盤簡(jiǎn)介固態(tài)硬盤(SolidStateDisk或SolidStateDrive),也稱作電子硬盤或者固態(tài)電子盤，是由控制單元和固態(tài)存儲(chǔ)單元(DRAM或FLASH芯片)組成的硬盤。由于固態(tài)硬盤沒(méi)有普通硬盤的旋轉(zhuǎn)介質(zhì)，因而抗震性極佳。簡(jiǎn)介分類固態(tài)硬盤的優(yōu)點(diǎn)固態(tài)硬盤的缺點(diǎn)固態(tài)硬盤產(chǎn)品固態(tài)硬盤的安全性SSD固態(tài)存儲(chǔ)的局限性簡(jiǎn)介固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也與普通硬盤一致。其芯片的工作溫度范圍很寬（-40~85°C）。目前廣泛應(yīng)用于軍事、車載、工控、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)終端、電力、醫(yī)療、航空等、導(dǎo)航設(shè)備等領(lǐng)域。目前由于成本較高，正在逐漸普及到DIY市場(chǎng)。由于固態(tài)硬盤技術(shù)與傳統(tǒng)硬盤技術(shù)不同，所以產(chǎn)生了不少新興的存儲(chǔ)器廠商。廠商只需購(gòu)買NAND存儲(chǔ)器，再配合適當(dāng)?shù)目刂菩酒涂梢灾圃旃虘B(tài)硬盤了。新一代的固態(tài)硬盤普遍采用SATA-2接口。[1][2]分類固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)介質(zhì)分為兩種，一種是采用因存（FLASH芯片）作為存儲(chǔ)介質(zhì)，另外一種是采用DRAM作為存儲(chǔ)介質(zhì)?；陂W存的固態(tài)硬盤（IDEFLASHDISK、SerialATAFlashDisk）：采用FLASH芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì)，這也是我們通常所說(shuō)的SSD。它的外觀可以被制作成多種模樣，例如：筆記本硬盤、微硬盤、存儲(chǔ)卡、優(yōu)盤等樣式。這種SSD固態(tài)硬盤最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以移動(dòng),而且數(shù)據(jù)保護(hù)不受電源控制，能適應(yīng)于各種環(huán)境，但是使用年限不高，適合于個(gè)人用戶使用。在基于閃存的固態(tài)硬盤中，存儲(chǔ)單元又分為兩類：SLC（SingleLayerCell單層單元）和MLC（Multi-LevelCell多層單元)。SLC的特點(diǎn)是成本高、容量小、但是速度快，而MLC的特點(diǎn)是容量大成本低，但是速度慢。MLC的每個(gè)單元是2bit的，相對(duì)SLC來(lái)說(shuō)整整多了一倍。不過(guò)，由于每個(gè)MLC存儲(chǔ)單元中存放的資料較多，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，出錯(cuò)的幾率會(huì)增加，必須進(jìn)行錯(cuò)誤修正，這個(gè)動(dòng)作導(dǎo)致其性能大幅落后于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的SLC閃存。此外，SLC閃存的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)寫次數(shù)高達(dá)100000次，比MLC閃存高10倍。此外，為了保證MLC的壽命，控制芯片都校驗(yàn)和智能磨損平衡技術(shù)算法，使得每個(gè)存儲(chǔ)單元的寫入次數(shù)可以平均分?jǐn)偅_(dá)到100萬(wàn)小時(shí)故障間隔時(shí)間(MTBF)。基于DRAM的固態(tài)硬盤：采用DRAM作為存儲(chǔ)介質(zhì)，目前應(yīng)用范圍較窄。它仿效傳統(tǒng)硬盤的設(shè)計(jì)、可被絕大部分操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)工具進(jìn)行卷設(shè)置和管理，并提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI和FC接口用于連接主機(jī)或者服務(wù)器。應(yīng)用方式可分為SSD硬盤和SSD硬盤陣列兩種。它是一種高性能的存儲(chǔ)器，而且使用壽命很長(zhǎng)，美中不足的是需要獨(dú)立電源來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)安全。固態(tài)硬盤的優(yōu)點(diǎn)固態(tài)硬盤與普通硬盤比較，擁有以下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)快，沒(méi)有電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程。不用磁頭，快速隨機(jī)讀取，讀延遲極小。根據(jù)相關(guān)測(cè)試：兩臺(tái)電腦在同樣配置的電腦下，搭載固態(tài)硬盤的筆記本從開(kāi)機(jī)到出現(xiàn)桌面一共只用了18秒，而搭載傳統(tǒng)硬盤的筆記本總共用了31秒，兩者幾乎有將近一半的差距。相對(duì)固定的讀取時(shí)間。由于尋址時(shí)間與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置無(wú)關(guān)，因此磁盤碎片不會(huì)影響讀取時(shí)間?；贒RAM的固態(tài)硬盤寫入速度極快。無(wú)噪音。因?yàn)闆](méi)有機(jī)械馬達(dá)和風(fēng)扇，工作時(shí)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(huì)產(chǎn)生噪音。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(huì)較高。內(nèi)部不存在任何機(jī)械活動(dòng)部件，不會(huì)發(fā)生機(jī)械故障，也不怕碰撞、沖擊、振動(dòng)。這樣即使在高速移動(dòng)甚至伴隨翻轉(zhuǎn)傾斜的情況下也不會(huì)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(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)丟失的可能性降到最小。工作溫度范圍更大。典型的硬盤驅(qū)動(dòng)器只能在5到55°C范圍內(nèi)工作。而大多數(shù)固態(tài)硬盤可在T0~70C工作，一些工業(yè)級(jí)的固態(tài)硬盤還可在-40~85C，甚至更大的溫度范圍下工作（e.g:RunCore軍工級(jí)產(chǎn)品溫度為-55~135C）。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(shì)隨容量增大而逐漸減弱。直至256GB,固態(tài)硬盤仍比相同容量的普通硬盤輕。固態(tài)硬盤的缺點(diǎn)固態(tài)硬盤與傳統(tǒng)硬盤比較，擁有以下缺點(diǎn)：成本高。每單位容量?jī)r(jià)格是傳統(tǒng)硬盤的5~10倍（基于閃存），甚至200~300倍（基于DRAM）。容量低。目前固態(tài)硬盤最大容量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)硬盤。傳統(tǒng)硬盤的容量仍在迅速增長(zhǎng)，據(jù)稱IBM已測(cè)試過(guò)4TB的傳統(tǒng)硬盤。由于不像傳統(tǒng)硬盤那樣屏蔽于法拉第籠中，固態(tài)硬盤更易受到某些外界因素的不良影響。如斷電（基于DRAM的固態(tài)硬盤尤甚）、磁場(chǎng)干擾、靜電等。寫入壽命有限（基于閃存）。一般閃存寫入壽命為1萬(wàn)到10萬(wàn)次，特制的可達(dá)100萬(wàn)到500萬(wàn)次，然而整臺(tái)計(jì)算機(jī)壽命期內(nèi)文件系統(tǒng)的某些部分（如文件分配表）的寫入次數(shù)仍將超過(guò)這一極限。特制的文件系統(tǒng)或者固件可以分擔(dān)寫入的位置，使固態(tài)硬盤的整體壽命達(dá)到20年以上。數(shù)據(jù)損壞后難以恢復(fù)。一旦在硬件上發(fā)生損壞，如果是傳統(tǒng)的磁盤或者磁帶存儲(chǔ)方式，通過(guò)數(shù)據(jù)恢復(fù)也許還能挽救一部分?jǐn)?shù)據(jù)。但是如果是固態(tài)存儲(chǔ)，一但芯片發(fā)生損壞，要想在碎成幾瓣或者被電流擊穿的芯片中找回?cái)?shù)據(jù)那幾乎就是不可能的。當(dāng)然這種不足也是可以犧牲存儲(chǔ)空間來(lái)彌補(bǔ)的，主要用RAID1來(lái)實(shí)現(xiàn)的備份，和傳統(tǒng)的存儲(chǔ)的備份原理相同。由于目前SSD的成本較高，采用這種方式備份還是價(jià)格不菲。6.根據(jù)實(shí)際測(cè)試，使用固態(tài)硬盤的筆記本電腦在空閑或低負(fù)荷運(yùn)行下，電池航程短于使用5400RPM的2.5英寸傳統(tǒng)硬盤?；贒RAM的固態(tài)硬盤在任何時(shí)候的能耗都高于傳統(tǒng)硬盤，尤其是關(guān)閉時(shí)仍需供電，否則數(shù)據(jù)丟失。據(jù)用戶反映，使用MLC的固態(tài)硬盤在WindowsXP系統(tǒng)下運(yùn)行會(huì)機(jī)率性出現(xiàn)假死現(xiàn)象。這是由于WindowsXP系統(tǒng)的文件系統(tǒng)機(jī)制不適于固態(tài)硬盤。而在Windows7則為固態(tài)硬盤進(jìn)行了優(yōu)化，禁用了SuperFetch、ReadyBoost以及啟動(dòng)和程序預(yù)取等傳統(tǒng)硬盤機(jī)制，可更好的發(fā)揮固態(tài)硬盤的性能。固態(tài)硬盤產(chǎn)品現(xiàn)有的固態(tài)硬盤產(chǎn)品有3.5英寸，2.5英寸，1.8英寸等多種類型，容量一般為160GB~1TB,比一般的閃存盤（U盤）大得多。接口規(guī)格與傳統(tǒng)硬盤一致，有UATA、SATA、SCSI等。例如國(guó)內(nèi)品牌廠商RunCore產(chǎn)品線涵蓋了所有標(biāo)準(zhǔn)接口固態(tài)硬盤，除此之外還包括面向上網(wǎng)本所適用的mini-PCIe接口，Zif接口和專門為Macair設(shè)計(jì)的1.8"Lif接口等各系列產(chǎn)品。在CES2008上，專業(yè)固態(tài)硬盤廠商BitMicroNetworks展示了一款采用SCSI接口的專業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（見(jiàn)右圖）。該產(chǎn)品在一塊PCB上焊接了32顆TSOP封裝的NAND閃存芯片°BitMicro透露，該產(chǎn)品每GB平均價(jià)格為10美元左右，大約是主流機(jī)械硬盤的5倍。朗科在2008年也推出了號(hào)稱“國(guó)內(nèi)第一款”固態(tài)硬盤產(chǎn)品。而憶正則宣稱已于2007年就已推出國(guó)內(nèi)第一款固態(tài)硬盤產(chǎn)品。緊隨其后中基偉業(yè)也推出號(hào)稱"全球最快"的固態(tài)硬盤產(chǎn)品，鎂光堪稱推出速度為1GB/S的固態(tài)硬盤(用固態(tài)硬盤作陣列)。固態(tài)硬盤的安全性與傳統(tǒng)的硬盤驅(qū)動(dòng)器相比,固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)提供更好的數(shù)據(jù)安全性，但是專家表示，它并沒(méi)有完全的清除數(shù)據(jù)，而且對(duì)來(lái)自LightSources高輸出型燈如紫外線激光器的物理攻擊的抵御能力較弱。盡管它們相對(duì)來(lái)說(shuō)成本較高,而且耐用性比較好,但是固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器還是廣受歡迎，特別是在便攜式計(jì)算機(jī)上，因?yàn)樗鼈兙邆潆娫聪牡?，?shù)據(jù)訪問(wèn)速度快的特點(diǎn)。專家表示，隨著固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的使用越來(lái)越廣泛，并且滲透到其它手持設(shè)備如智能手機(jī)領(lǐng)域之后,在固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器上保護(hù)數(shù)據(jù)的安全會(huì)成為一個(gè)更受關(guān)注的問(wèn)題一家半導(dǎo)體研究和咨詢公司ObjectiveAnalysis的總裁JimHandy說(shuō)，很多固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的、專為攝像機(jī)和MP3播放器設(shè)計(jì)的NAND閃存芯片，因此它們沒(méi)有物理安全漏洞，不會(huì)阻止其從存儲(chǔ)容器(Enclosure)中轉(zhuǎn)移。黑客可以輕松地將NAND芯片從固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器上分離開(kāi)，然后使用閃存芯片程序讀取其上的數(shù)據(jù)。一旦數(shù)據(jù)被讀取之后，就可以使用數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件來(lái)重組文件。Handy說(shuō)：“這個(gè)過(guò)程確實(shí)沒(méi)有什么復(fù)雜的?！辈┛驼军c(diǎn)bunnie工作室的一位專門攻擊芯片的黑客Bunnie說(shuō)，另一個(gè)物理攻擊包括使用紫外線激光器來(lái)消除鎖定位(lockbit)或者是加密鎖——其位于芯片的保險(xiǎn)絲上，用于保護(hù)固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器。在鎖定位消除之后，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)讀取SSD上的數(shù)據(jù)陣列。Bunnie說(shuō)：“一旦數(shù)據(jù)解除鎖定，根本不需要什么特別的設(shè)備就能夠讀取該數(shù)據(jù)陣列?！崩纾瑪?shù)據(jù)陣列可以使用常規(guī)的ROM讀取器來(lái)讀取，該設(shè)備通常意味著要燒錄并檢驗(yàn)不安全的ROM設(shè)備。Kilopass市場(chǎng)總監(jiān)CraigRawlings說(shuō)，為了降低黑客竊取數(shù)據(jù)的可能性，加密鎖可以整合到固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器控制器設(shè)備內(nèi)部，用于從硬件層上解決磁盤加密問(wèn)題。Kilopass出售的產(chǎn)品使用超級(jí)永久可編程存儲(chǔ)器(XPM)技術(shù)，在片上系統(tǒng)設(shè)備上存儲(chǔ)加密鎖。雖然加密鎖也會(huì)受到攻擊，但是專家認(rèn)為，加密是在固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器上保護(hù)數(shù)據(jù)安全的首要之事。很多公司，包括Safend和Encryptx都有這方面的產(chǎn)品，可以在存儲(chǔ)設(shè)備如SSD上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密oKrollOntrack數(shù)據(jù)恢復(fù)高級(jí)工程師SeanBarry說(shuō)，加密增加了又一道防線，因此，黑客們必須繞過(guò)加密層和控制器，然后重組原始數(shù)據(jù)，這樣才能成功地竊取數(shù)據(jù)。這需要花費(fèi)一定的時(shí)間，而這段時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)無(wú)效或者失去價(jià)值了。加密也使得固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器上的文件更易清除。iFixlt的CEOKyleWiens說(shuō)，和硬盤驅(qū)動(dòng)器一樣，雖然SSD創(chuàng)建了多個(gè)文件備份，但是加密軟件可以幫助你擦除受保護(hù)的文件。Wiens說(shuō)：“每一次當(dāng)你往SSD上寫數(shù)據(jù)時(shí)，其有可能寫到了硬盤的另一個(gè)地方，然后再修改目錄表。這樣，它就忘記了之前數(shù)據(jù)存放的地址。”用戶可能會(huì)刪除一個(gè)文件，但是另一個(gè)分區(qū)上的副本可能還是安然無(wú)恙。Wiens說(shuō)，固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器的損耗平衡功能(基于某一算法)可以在所有存儲(chǔ)芯片單元上均衡地消除和寫入數(shù)據(jù)，從而使各存儲(chǔ)芯片單元的老化速度達(dá)到均衡，這樣，文件就很難完全的清除。IntelFellowKnutGrimsrud表示，某些加密軟件會(huì)監(jiān)視損耗平衡過(guò)程來(lái)跟蹤文件的痕跡，然后，可以使用安全的消除命令來(lái)刪除這些痕跡。安全擦除(Secureerase)是一個(gè)用于安全刪除文件的命令，需要加密軟件的支持。Grimsrud說(shuō)：“如果所有軟件都是在邏輯塊尋址(LBA)頂層寫入數(shù)據(jù)的，我認(rèn)為它在固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器上的效率可能并不高，因?yàn)槠淇赡芤呀?jīng)失去先前的損耗平衡或其它類似功能所帶來(lái)的效率提高，而軟件并不知道這點(diǎn)。”邏輯塊尋址(LBA)指定了存儲(chǔ)設(shè)備上數(shù)據(jù)塊的存儲(chǔ)地址。總之，刪除固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)要比刪除硬盤驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)容易，這有好有壞。KrollOntrack的Barry說(shuō)，數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器的電子管上，消除電子管，數(shù)據(jù)就會(huì)被沖刷掉。而在硬盤驅(qū)動(dòng)器上，為了防止數(shù)據(jù)被讀取，數(shù)據(jù)不得不被覆蓋或者是遭受物理?yè)p壞。Barry說(shuō)，從快速的角度來(lái)看，數(shù)據(jù)沖刷有其自身的優(yōu)勢(shì)，但是從不好的角度來(lái)看，固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)往往比較隨意，很容易丟失。SSD固態(tài)存儲(chǔ)的局限性雖然SSD比磁盤技術(shù)似乎有巨大的優(yōu)越性，但是也存在著一些缺點(diǎn)。首先它的價(jià)格昂貴，因?yàn)閮?nèi)存的花費(fèi)差不多是磁盤存儲(chǔ)的100倍。其次，它們通常由易失型DRAM組成，一旦斷電，數(shù)據(jù)將永久地丟失。為了避免數(shù)據(jù)丟失，SSD應(yīng)該采用后備電池保護(hù)。最后，因?yàn)镾SD并不是緩存，因此，它不是將少量的數(shù)據(jù)塊刷新到非易失存儲(chǔ)，而是將SSD的整個(gè)內(nèi)容進(jìn)行拷貝。雖然對(duì)于目標(biāo)磁盤驅(qū)動(dòng)器或子系統(tǒng)，其容量及持續(xù)寫的傳輸率也不盡相同，但對(duì)這個(gè)操作的合理估計(jì)是1GB/min。其管理方法之一是使用磁盤驅(qū)動(dòng)器來(lái)鏡像SSD,然而，處理鏡像驅(qū)動(dòng)器的I/O卻需要額外的開(kāi)銷，這就對(duì)SSD的整體I/O傳輸率產(chǎn)生負(fù)面影響。但無(wú)論如何，至少在完成到鏡像磁盤的鏡像寫操作中，它所花費(fèi)的時(shí)間是極小的。由于某些原因，包括芯片密度、散熱性能等，SSD的容量總是小于磁盤驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)考慮到磁盤子系統(tǒng)時(shí)，容量差別更是巨大。這意味著使用SSD的應(yīng)用要受到SSD的存儲(chǔ)容量的限制。然而，值得指出的是，SSD可以用在磁盤子系統(tǒng)中以提供高性能的存儲(chǔ)。綜上所述，較高的售價(jià)阻礙了SSD固態(tài)硬盤的普及，價(jià)格高于同容量的機(jī)械硬盤幾倍甚至幾十倍。目前的SSD固態(tài)硬盤的容量較小，和目前動(dòng)輒500GB甚到上TB的硬盤，而SSD固態(tài)硬盤最高容量?jī)H為128GB。缺乏終端設(shè)備的支持也是SSD固態(tài)硬盤所面臨的另一大問(wèn)題。雖然目前固態(tài)