固态硬盘SSD的内部结构，从原理讲解固态硬盘为什么比普通硬盘快那么多。

早期的电脑CPU是可以直接从硬盘上面读取数据进行处理的，随着科技的进步，时代的发展，计算机硬件的发展速度也是极其迅猛。CPU主频的不断提升，从单核到双核，再到多核；CPU的处理速度越来越快，而硬盘的的读写速度已经远远跟不上CPU的读写速度，后来增加了内存这个读写速度相对较快的缓存，而内存也是蓬勃到发展，从SDRAM到DDR，从DDR到DDR2再到DDR3，但是无论怎样，内存缓存速度还是跟不上CPU的运算处理速度，后来便在CPU中增加了快速缓存机制！

硬盘的发展在不断的科技进步中快速提升，从容量以及速度再到接口方面。从早期的PATA变成SATA，SCSI变到SAS，以及垂直记录技术在容量上的突破，但这些进步亦未能改变磁盘的记录方式。随着人们对数据需求增多，存储系统的瓶颈越来越明显。而在嵌入式领域移动设备和工业自动化控制等恶劣环境下，传统硬盘机械结构已经无法满足要求，而所有这一切随着固态存储(SSD)的到来而发生了改变。

传统的机械硬盘(HDD)运行主要是靠机械驱动头，包括马达、盘片、磁头摇臂等必需的机械部件，它必须在快速旋转的磁盘上移动至访问位置，至少95%的时间都消耗在机械部件的动作上。SSD却不同机械构造，无需移动的部件，主要由主控与闪存芯片组成的SSD可以以更快速度和准确性访问驱动器到任何位置。传统机械硬盘必须得依靠主轴主机、磁头和磁头臂来找到位置，而SSD用集成的电路代替了物理旋转磁盘，访问数据的时间及延迟远远超过了机械硬盘。SSD有如此的“神速”，完全得益于内部的组成部件：主控--闪存--固件算法。

主控、闪存及固件算法三者的关系：

SSD最重要的三个组件就是NAND闪存，控制器及固件。NAND闪存负责重要的存储任务，控制器和固件需要协作来完成复杂且同样重要的任务，即管理数据存储、维护SSD性能和使用寿命等。

主控：

控制器是一种嵌入式微芯片(如电脑中CPU)，其功能就像命令中心，发出SSD的所有操作请求----从实际读取和写入数据到执行垃圾回收和耗损均衡算法等，以保证SSD的速度及整洁度，可以说主控是SSD的大脑中枢。目前主流的控制器有Marvell、SandForce、Samsung、Indilinx等。像Marvell各方面都很强劲，代表型号为Marvell 88SS9187/89/90主控，运用在浦科特、闪迪、英睿达等品牌的SSD上。

SandForce的性能也不错，它的特点是支持压缩数据，比如一个10M的可压缩数据可能被他压成5M的写入硬盘，但还是占用10M的空间，可以提高点速度，最大的特点是会延长SSD的寿命，但是CPU占用会高点而且速度会随着硬盘的使用逐渐小幅度降低。代表型号为SF-2281，运用在包括Intel、金士顿、威刚等品牌的SSD上。

Samsung主控一般只有自家的SSD上使用，性能上也是很强悍的，不会比Marvell差多少。目前三星主控已经发展到第五代MEX，主要运用在三星850EVO、850PRO上。

固件算法：

SSD的固件是确保SSD性能的最重要组件，用于驱动控制器。主控将使用SSD中固件算法中的控制程序，去执行自动信号处理，耗损平衡，错误校正码(ECC)，坏块管理、垃圾回收算法、与主机设备(如电脑)通信，以及执行数据加密等任务。由于固件冗余存储至NAND闪存中，因此当SSD制造商发布一个更新时，需要手动更新固件来改进和扩大SSD的功能。

开发高品质的固件不仅需要精密的工程技术，而且需要在NAND闪存、控制器和其他SSD组件间实现完美整合。此外，还必须掌握NADN特征、半导体工艺和控制器特征等领域的最先进的技术。固件的品质越好，整个SSD就越精确，越高效，目前具备独立固件研发的SSD厂商并不多，仅有Intel/英睿达/浦科特/OCZ/三星等厂商，希望我国能早日解决。

NAND闪存：

SSD用户的数据全部存储于NAND闪存里，它是SSD的存储媒介。SSD最主要的成本就集中在NAND闪存上。NAND闪存不仅决定了SSD的使用寿命，而且对SSD的性能影响也非常大。NAND闪存颗粒结构及工作原理都很复杂，接下来我们会继续推出系列文章来重点介绍闪存，这里主要来了解一下大家平常选购SSD经常接触到的SLC、MLC及TLC闪存。

SLC/MLC/TLC闪存：

三种闪存状态

这几年NAND闪存的技术发展迅猛同，从企业级标准的SLC闪存到被广泛运用在消费级SSD上的MLC闪存再到目前正在兴起的TLC闪存，短短时间里，我们看到NAND技术显著进步。对SLC、MLC及TLC闪存怎么理解呢？简单来说，NAND闪存中存储的数据是以电荷的方式存储在每个NAND存储单元内的，SLC、MLC及TLC就是存储的位数不同。

单层存储与多层存储的区别在于每个NAND存储单元一次所能存储的“位元数”。SLC(Single-Level Cell)单层式存储每个存储单元仅能储存1bit数据，同样，MLC(Multi-Level Cell)可储存2bit数据，TLC(Trinary-Level)可储存3bit数据。一个存储单元上，一次存储的位数越多，该单元拥有的容量就越大，这样能节约闪存的成本，提高NAND的生产量。但随之而来的是，向每个单元存储单元中加入更多的数据会使得状态难以辨别，并且可靠性、耐用性和性能都会降低。

一颗NAND芯片是32G的容量，也就是说128G的SSD，内部是5个NAND芯片做并行读取。读写的时候都依靠主控芯片来做控制，主控芯片还要对所有的NAND闪存芯片做磨损平衡，保证这帮兄弟要挂一起挂，假如是256G的，内部是8通道，并发的读写能力比128G会有了接近50%的提升。至于再大的容量，因为存储容量过大，导致主控芯片保存的地址映射表过大，性能可能会出现持平甚至下降的情况。

固态硬盘是无需移动的固态电子元件，可以直接进行数据读取。具体量化的概念就是，一台笔记本电脑在使用传统硬盘时可能需要等待36秒才能让操作系统完成启动，而现在如果使用固态硬盘，则只需等待不到9秒钟。基于这种高性能硬盘的协同工作，CPU的运行效率也会提高，其节省能耗的优点足以使电池延长15%的寿命，而且它更加抗震和轻便。而传统硬盘在读取及写入数据的时候，硬盘磁头需要花费时间转动并找到数据所在的位置。