固態(tài)硬盤價格一直下跌,，很多人升級電腦首先要換一塊固態(tài)硬盤,，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)硬盤的一些基礎(chǔ)知識,。

一,、總線、協(xié)議,、接口

首先來了解一個概念「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,，可以簡單的理解為總線,，更準(zhǔn)確一點(diǎn)的定義是匯總起來的導(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,，不過常見的為三代和四代,。

如果把硬盤看成汽車，總線看成是高速公路,，在公路限速的條件下,，汽車具有再快的能力，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、時鐘,、阻抗......）,，直白的理解就是，CPU說：天王蓋地虎,，硬盤回：小雞燉蘑菇,。匹配成功,！如果硬盤回：寶塔鎮(zhèn)河妖，顯然是沒對上,，即「糗友協(xié)議」不匹配,，沒法交流。所以說,，如果這個協(xié)議的效率非常高,，那么二者交流起來就比較快。目前硬盤常見的協(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，那我怎么把硬盤接到主板上,？那就需要一個插槽,，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,，才能讓硬盤發(fā)揮更大的性能,。固態(tài)硬盤最常見的幾種形式，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,。

固態(tài)硬盤主要包括三個重要部分：主控芯片,、閃存顆粒,、緩存（有獨(dú)立緩存DRAM、模擬緩存SLC Cache）,。

寫入時,，數(shù)據(jù)經(jīng)過主控芯片的處理后存放到閃存中，讀取時,，主控從閃存讀取數(shù)據(jù),，然后通過M.2接口→PCIe總線發(fā)送給其他設(shè)備。

如果把閃存顆粒拿放大鏡觀看,，就像是一個密度超級大的魔方，每一個小方格（晶體管）里面可以存放不同數(shù)量的電子,，閃存是通過電子來存儲數(shù)據(jù),。一個小方格如果只能存儲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?，復(fù)雜程度更高，電壓的控制就要更精確,，因此花費(fèi)的時間就更長,。另外,，假設(shè)存儲20bit的數(shù)據(jù),，SLC需要20個小方格,，MLC則僅需要10個，SLC處理速度雖然快了,，但是體積也比較大,，價格也美麗。

無論是速度,、壽命,、還是價格，SLC>MLC>TLC>QLC,。QLC壽命較低,。目前TLC是主流。盡量避開非主流~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）、海力士,、鎧俠（原東芝存儲,，目前與東芝沒關(guān)系了）、鎂光（英睿達(dá)）,、長江存儲（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→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)過檢測直接賣給其他廠家去封測的，即為原廠第三方封測顆粒,，這里面有好的有不好的,，理論上說肯定是自己生產(chǎn)自己嚴(yán)格檢測封裝的效果更好吧？所以這類閃存顆粒品控整體略差一些,，不過也還行,；還有一些淘汰掉的顆粒會進(jìn)行技術(shù)處理，處理完成后再賣出去,，這就是原廠降級片（大S顆粒）,，也叫白片。不進(jìn)行技術(shù)處理直接賣出去的是黑片,。前兩種還行,，后面這兩種的話，白片慎重考慮吧,，避開黑片,。

電子產(chǎn)品再好的牌子也有一定故障率，概率上來說原廠原封的顆?？隙ㄒ煤芏?，顆粒不好的壞起來可毫不含糊,。顆粒有價，數(shù)據(jù)無價,！

有外置的獨(dú)立緩存DRAM和模擬緩存SLC Cache，為了節(jié)省成本,，并非所有的硬盤都有DRAM...

①DRAM主要有兩個作用：

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,。

緩解寫放大：寫入數(shù)據(jù)前要擦除整個block區(qū)塊,，寫入數(shù)據(jù)時一頁一頁的寫入，即使數(shù)據(jù)不滿一頁,，也要寫一頁,。當(dāng)所有頁都沾滿后，下次存數(shù)據(jù)時,，就要把不足一頁的數(shù)據(jù)先搬出來合并,，再擦除block。這樣加速讀寫,，容易降低壽命,。所以每次寫入數(shù)據(jù)前，主控芯片會把要寫入的數(shù)據(jù)先放到DRAM中,，存滿一頁后再往閃存中寫入,。

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,。

閃存顆粒的讀寫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于DRAM，所以對于無緩存的固態(tài)來說,，一般會借用內(nèi)存的一部分空間存放FTL表（每次開機(jī)的時候,，往內(nèi)存寫入常用的FTL表，即HMB技術(shù)）,，速度同上,。

②SLC Cache

對于主流的TLC固態(tài)硬盤，一個小方格存放3bit數(shù)據(jù),，也就是23個狀態(tài)（每個狀態(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空間,，每次一個小方格只寫1bit數(shù)據(jù),，那不就變成SLC了嗎？寫入數(shù)據(jù)時,，首先往SLC區(qū)域?qū)懭?，等硬盤空閑了再轉(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,，那么寫入速度就會直線降下來（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)別就出來了,。

如果是上面介紹的大DRAM方案,，基本不會出現(xiàn)掉速的情況。以上就是有緩和無緩的區(qū)別~

4K隨機(jī)讀寫性能是一項(xiàng)直接影響使用體驗(yàn)的指標(biāo),。代表了硬盤數(shù)據(jù)吞吐的能力（iops）。主要參考下圖中的兩項(xiàng)指標(biāo),，看看我這個怎么樣,？

影響壽命的因素主要是擦寫次數(shù),，SLC Cache既有好處也有缺點(diǎn),，比如會增加擦寫次數(shù)降低壽命。一般硬盤簡介都會寫耐用度：500TBW,、750TBW等等,，1TB=1024GB，W是Write的意思,，也就是說500TBW表示寫入硬盤500TB的數(shù)據(jù),，差不多硬盤就到頭了~自己算算能用多久？

今天的內(nèi)容把固態(tài)硬盤的基本知識都介紹完了,，首先看主控和顆粒,，其次再看速度等參數(shù)。所以你會選擇固態(tài)硬盤了嗎,？