计算机组成原理之固态硬盘

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定义:

固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。

原理:

基于闪存技术,使用NAND闪存模块来存储数据,控制器负责将数据传输到和从NAND闪存模块之间,以及处理控制和管理NAND闪存模块的任务,以确保数据的安全性和可靠性。

架构:

闪存芯片(存储数据)+ 主控芯片(闪存的大脑)。

组成:

闪存翻译层:负责翻译逻辑块号,找到对应页。 存储介质:多个闪存芯片(Flash Chip),每个芯片包含多个块(Block),每个块包含多 个页(Page)。

读写性能:

以“页”为单位读写,以“块”为单位擦除。 支持随机访问,读快写慢。写操作的内存页如果有数据,不能直接写入,需将块内其他页全部复制到一个新的干净的块中,再在新的块中写入数据,原本的块擦除干净。

特点:

读写速度更快,随机访问性能高,用电路控制访问位置。 无机械结构,安静无噪音、耐摔抗震。 能耗低,但造价更贵。 磨损均衡技术可将擦除平均分布到不同的“块”上,以提升使用寿命。

性能指标:

IOPS(Input Output Operations Per Second):反映的是随机读写性能。 吞吐量(Throughput):单位MB/s,反映的是顺序读写性能。 Response Time/Latency(响应时间/时延):单位ms或μs,数值越低越好。 寿命(Endurance):衡量SSD寿命主要有DWPD(Drive Writes Per Day)和TBW(Terabytes Written)两个指标。 可靠性指标:UBER(不可修复的错误比特率)、RBER(原始错误比特率)、MTBF(平均故障间隔时间)。 功耗:包括空闲(Idle)功耗、Max active功耗、Standby/Sleep功耗、DevSleep功耗。

兼容性:

一块兼容性良好的SSD需要在各种操作系统、BIOS、南北桥型号中正常运行。

应用:

在AI PC等领域,SSD因其高速读写、大容量与低延迟等特性而被广泛应用。