摘要：伴隨著科技的不斷發(fā)展以及人們對(duì)生活品質(zhì)的要求不斷增加，計(jì)算機(jī)的讀取速度與硬盤容量成為了新時(shí)期人們廣泛關(guān)注的話題。眾所周知機(jī)械式硬盤的讀取速度很低，除去黑盤外，大部分的機(jī)械式硬盤的讀取速度顯然并不能滿足現(xiàn)如今的市場(chǎng)發(fā)展那要求。固態(tài)硬盤憑借著良好的抗震性、快速的讀寫優(yōu)點(diǎn)成為了越來越多人青睞的系統(tǒng)盤。本文將簡單介紹固態(tài)硬盤的特征與概念，并簡要分析其性能和使用。

關(guān)鍵詞：固態(tài)硬盤；性能；應(yīng)用

前言：在云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，數(shù)據(jù)容量也呈現(xiàn)出幾何式的爆炸增長。面對(duì)這一情況，很多行業(yè)在儲(chǔ)存與處理數(shù)據(jù)時(shí)都面臨著巨大的壓力與問題。因固態(tài)硬盤有著較好的防震能力、熱量較低、讀取速度快，可以大幅度提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取速度，所以固態(tài)硬盤被人們視為了新時(shí)期數(shù)據(jù)處理最重要的工具。現(xiàn)本文就以固態(tài)硬盤性能和應(yīng)用做簡要探討，希望幫助更多人去認(rèn)識(shí)固態(tài)硬盤。

一、固態(tài)硬盤概念、特點(diǎn)

（一）概念

固態(tài)硬盤又稱固態(tài)電子盤、電子硬盤，固態(tài)硬盤利用半導(dǎo)體存儲(chǔ)片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工作。固態(tài)硬盤和機(jī)械硬盤在外形并沒有什么差距，且固態(tài)硬盤的應(yīng)用、性能、定義以及接口也和機(jī)械硬盤基本相同。

（二）特點(diǎn)

1.存儲(chǔ)速度快：這一特征是人們青睞固態(tài)硬盤最主要的原因。固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不受任何外在因素的影響，例如馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。相較于機(jī)械硬盤來說固態(tài)硬盤在結(jié)構(gòu)上要更加簡單。

2.防震能力強(qiáng)：這一特征決定了硬盤的應(yīng)用壽命。因?yàn)楣虘B(tài)硬盤抗震能力更好，所以固態(tài)硬盤不僅使用壽命長，同時(shí)在其安全水平也比較突出。

3.低功耗：在能耗上固態(tài)硬盤要遠(yuǎn)低于機(jī)械硬盤。

4.無噪音：固態(tài)硬盤并沒有風(fēng)扇與機(jī)械馬達(dá)，因此在工作狀態(tài)下固態(tài)硬盤噪音值只有0分貝。閃存類固態(tài)硬盤工作時(shí)發(fā)熱量與能耗很低，不過大容量固態(tài)硬盤與高端固態(tài)硬盤有著較高的能耗。固態(tài)硬盤內(nèi)部沒有機(jī)械部件，因此也不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械問題，不用擔(dān)心振動(dòng)、沖擊、碰撞對(duì)其造成影響。因內(nèi)部使用閃存芯片，無其他機(jī)械部件，故有著散熱快、發(fā)熱小的優(yōu)勢(shì)。

5.工作溫度范疇大：普通機(jī)械硬盤只能在5至55攝氏度區(qū)間工作，固態(tài)硬盤則能夠在-10至70攝氏度區(qū)間工作。在同等容量情況下，相較于機(jī)械硬盤來說固態(tài)硬盤不僅重量輕，而且體積小。固態(tài)硬盤在使用方法、功能、定義與接口規(guī)范上和機(jī)械硬盤基本相同，甚至在尺寸與產(chǎn)品外形上也基本一致。不過其芯片工作溫度相較于機(jī)械硬盤來說范圍很廣，在-40至85攝氏度范圍區(qū)間[1]。

二、固態(tài)硬盤類型

根據(jù)介質(zhì)不同可以將固態(tài)硬盤分成下述兩類。

（一）閃存顆粒

以閃存顆粒作為介質(zhì)的固態(tài)硬盤有著移動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高設(shè)備性能。此外閃存顆粒固態(tài)硬盤電源的控制并不會(huì)受到外在因素影響，適用于各種環(huán)境，因此是市面中比較常見的固態(tài)硬盤類型，常用于個(gè)人電腦。

（二）DRAM

該種固態(tài)硬盤市面不易見到。DRAM固態(tài)硬盤的應(yīng)用方式包括SSD硬盤陣列與SSD硬盤兩種，有著使用壽命長、性能高的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然這種硬盤的缺點(diǎn)也比較突出，那就是對(duì)于數(shù)據(jù)保護(hù)而言必須使用專用的獨(dú)立電源，否則將無法發(fā)揮數(shù)據(jù)保護(hù)的意義。

三、固態(tài)硬盤性能解析

（一）管理層結(jié)構(gòu)

所謂的NAND Flash芯片指的是將若干存儲(chǔ)模塊整合到一起，形成存儲(chǔ)區(qū)單元，由若干頁組成的存儲(chǔ)塊在讀寫中需要以頁為單位，而在擦除時(shí)則會(huì)以塊為單位。改寫與刪除數(shù)據(jù)時(shí)并不會(huì)修改原先的內(nèi)容，而是需要擦除掉整個(gè)塊內(nèi)容，并在隨后的步驟中，再次寫入數(shù)據(jù)。利用這一操作程序，系統(tǒng)的性能可以得到大幅度提升。需注意的是擦除同一存儲(chǔ)塊時(shí)，必須要控制好擦除次數(shù)，事實(shí)上無限制擦寫是錯(cuò)誤的程序性問題，會(huì)對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量造成嚴(yán)重?fù)p害。所以管理層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)，合理的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)地址映射、讀寫調(diào)度、提高讀寫速度、延長固態(tài)硬盤使用壽命、提高硬盤安全性的目的，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（二）地址映射

為減少地址映射表所占空間，必須在傳統(tǒng)NFTL映射基礎(chǔ)上，將塊級(jí)地址的映射方法納入在內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)直接將數(shù)據(jù)寫進(jìn)主塊，在主塊出現(xiàn)空間不足問題時(shí)，替代塊中繼續(xù)寫入，進(jìn)而降低地址映射表占用空間大小。

四、固態(tài)硬盤應(yīng)用

（一）服務(wù)器

對(duì)固態(tài)硬盤來說服務(wù)器存儲(chǔ)是其核心，該方式利用PCI-E卡進(jìn)行存儲(chǔ)部署。在市場(chǎng)供應(yīng)商中可以購買到基于服務(wù)器的固態(tài)硬盤。以技術(shù)層面視角來看，基于服務(wù)期的固態(tài)硬盤和CPU告訴Cache有著很大的相似之處，能夠?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)全部放在固態(tài)硬盤當(dāng)中，且耗時(shí)很少，充分體現(xiàn)固態(tài)硬盤優(yōu)點(diǎn)和特征。此外該類固態(tài)硬盤還能避免因SAN網(wǎng)絡(luò)帶來的設(shè)備延遲問題。所以這類硬盤部署于服務(wù)器，在提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取中能夠發(fā)揮很大的作用。

（二）緩存

眾所周知固態(tài)硬盤近些年之所以存在普及慢的問題與其高額的造價(jià)成本有很大關(guān)系，而之所以造價(jià)成本高是因?yàn)殚W存顆粒生產(chǎn)能力有限所致。據(jù)了解當(dāng)前能夠生產(chǎn)閃存顆粒的廠家只有寥寥數(shù)家包括三星、海力士、鎂光等等。為了獲得低成本固態(tài)硬盤，各種各樣的降成本方案在近些年不斷出現(xiàn)。這些方案中的共通點(diǎn)為將固態(tài)硬盤當(dāng)成存儲(chǔ)系統(tǒng)中的高速緩存來使用[2]。通過這種方式防止兼容問題發(fā)生，此外這種方式還能在機(jī)械硬盤基礎(chǔ)上增加更多存儲(chǔ)容量。在降低整體成本的同時(shí)，擴(kuò)大緩存容量。如今對(duì)于緩存的應(yīng)用在筆記本電腦中獲得了很好的應(yīng)用。

（三）分層式存儲(chǔ)

這一方法是根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀取頻率、重要性和保留時(shí)間等參數(shù)做分析的依靠不同存儲(chǔ)方式做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。分層存儲(chǔ)能夠?qū)崿F(xiàn)不同媒介上的存儲(chǔ)[3]。利用這種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式可以大大提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性價(jià)比，在優(yōu)化存儲(chǔ)性能中有著很大的意義。

五、固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)

固態(tài)硬盤總架構(gòu)包括Flash存儲(chǔ)單元、控制器與硬盤接。因?yàn)镾ATA接口帶寬很大，因此很多主流固態(tài)硬盤還保留了SATA接口。這為固態(tài)硬盤的普及和發(fā)展予以了一定支持。

在固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)中，核心為控制器。如今的固態(tài)硬盤大多應(yīng)用FPGA實(shí)現(xiàn)變成邏輯器件。硬盤控制器包括FLASH控制模塊以及SATA接口協(xié)議邏輯模塊。需注意的是SATA協(xié)議模塊為計(jì)算機(jī)與固態(tài)硬盤的溝通提供了很大的幫助。FLASH控制模塊除了包括存儲(chǔ)和讀取管理外，還需要負(fù)責(zé)NAND FLASH地址映射、壞點(diǎn)管理、損耗均衡等內(nèi)容。

結(jié)語：受科技發(fā)展的影響，如今人們對(duì)于電腦的性能，尤其是處理器、顯卡、硬盤等硬件設(shè)備的性能產(chǎn)生了越來越高的要求。過去性能低下的機(jī)械式硬盤顯然已經(jīng)無法再滿足人們的使用要求，而固態(tài)硬盤則憑借著眾多優(yōu)勢(shì)比如抗震性能好、存儲(chǔ)讀取速度快的優(yōu)勢(shì)成為了廣受好評(píng)的硬件設(shè)備。騎在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用大幅提高了電腦使用性能，如將系統(tǒng)安裝在固態(tài)硬盤中可以大幅提高開機(jī)速度，將游戲安裝在固態(tài)硬盤中能夠大幅提高游戲讀取、渲染速度。在緩存、服務(wù)器、分層存儲(chǔ)技術(shù)不斷成熟以及閃存顆粒生產(chǎn)力提高的未來，固態(tài)硬盤很有可能會(huì)完全取代機(jī)械硬盤，全面提高計(jì)算機(jī)整體能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳琦.淺談固態(tài)硬盤的性能與應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2016（20）：8.

[2]張珮，王曉曼.固態(tài)硬盤SSD性能分析及RAID 0方案設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016，35（06）：26-28.

[3]孫也.固態(tài)硬盤性能分析與存儲(chǔ)技術(shù)研究[J].通訊世界，2015（22）：258-259.

作者簡介：陳東江（1990.5-），男，漢，福建泉州人，集美大學(xué)軟件工程學(xué)士，就職于泉州華光職業(yè)學(xué)院。