关于HDD和SSD的部分名词解释

1、1 硬盘接口中的技术IDEIntegrated Drive Electronics ，简称 IDE，中文“集成设备电路”，或称 PATA。 IDE 是 一种计算机系统接口， 主要用于硬盘和 CD-ROM。IDE 是用传统的 40-pin 并行数据线连 接主板与硬盘的，外部接口速度最大为 133MB/s ，因为并行线的抗干扰性太差，且排 线占空间，不利电脑散热，被 SATA 所取代。SATASerial ATA (SATA, Serial Advanced Technology Attachment )，亦称串行 ATA 。 SATA 是已经完全取代 IDE 的新型硬盘接口，采用串行方式传输数据

2、。 SATA 的速度比以往更 加快捷，并支持热插拔，使电脑运作时可以插上或拔除硬件。另一方面，SATA 总线使用了嵌入式时钟频率信号， 具备了比以往更强的纠错能力， 能对传输指令 (不仅是数据) 进行检查，如果发现错误会自动矫正，提高了数据传输的可靠性。现时， SATA 分别有 SATA 1.5Gbit/s 、SATA 3Gbit/s 和 SATA 6Gbit/s 三种规格。SATA 版本带宽速度SATA III6Gb/s600MB/sSATA II3Gb/s300MB/sSATA I1.5Gb/s150MB/sSCU03：使用 945GME 芯片组，支持 SATA ISCU04：使用 945

3、GSE 芯片组，支持 SATA ISCU06：使用 GM45 芯片组，支持 SATA IISCU07：使用 GM57 芯片组，支持 SATA IIAHCI高级主机控制器接口( AHCI, Advanced Host Controller Interface )，是一种由英特尔制 定的技术标准，它允许软件与 SATA存储设备沟通的硬件机制，可让 SATA 存储设备激 活高级 SATA 功能，例如原生指令队列( NCQ, Native Command Queuing )及热插拔。多数的 SATA 硬盘提供了如下的运行模式：兼容老式 IDE 接口模拟。标准 AHCI 模式。RAID 模式。Windo

4、ws Vista 核心已完全支持 AHCI ， Linux 从系统核心 2.6.19 版起支持，其他较旧操 作系统则需要相关硬件制造商提供驱动程序才可以支持。SCU03将 BIOS 的Integrated Peripherals 中的 OnChip IDE Device 中的 SATA Mode 设置成 AHCI 。如果选项失效，须先将 On-Chip Serial ATA 设置成 EnhancedModeSCU04 将 BIOS 的 Integrated Peripherals 中的 OnChip IDE Device 中的 On-Chip Serial ATA 设置成SATA OnlySC

5、U06将 BIOS 的Integrated Peripherals 中的 OnChip IDE Device 中的 SATA Mode 设置成 AHCISCU07将 BIOS 的Advanced 中的SATA Configuration 中的SATA Mode 设置成 AHCI Mode在安装 Windows XP 和 Windows 2003 时，需要用软驱加载 AHCI 驱动。也可以使用带 AHCI 驱动的光盘安装（一般带 RAID 驱动的安装光盘也带 AHCI 驱动）。RAID独立磁盘冗余数组（ RAID, Redundant Array of Independent Disks ），简

6、称硬盘阵列。 其基本思想就是把多个相对便宜的硬盘组合起来， 成为一个硬盘阵列组，使性能达到甚 至超过一个价格昂贵、容量巨大的硬盘。根据选择的版本不同， RAID 比单颗硬盘有以 下一个或多个方面的好处： 增强数据集成度， 增强容错功能， 增加处理量或容量。 另外， 磁盘阵列对于电脑来说， 看起来就像一个单独的硬盘或逻辑存储单元。分为RAID-0 ，RAID-1，RAID-1E，RAID-5，RAID-6，RAID-7，RAID-10，RAID-50 。RAID 0将多个软盘合并成一个大的 硬盘，不具有冗余， 并行 I/O，速度最快。 RAID 0亦称为带区集。 它是将多个磁盘并列起来， 成为一

7、个大磁盘。 在存放数据时， 其将数据按磁盘的个数来进行 分段，然后同时将这些数据写进这些盘中，所以在所有的级别中， RAID 0的速度是最快的。 但是 RAID 0没有冗余功能，如果一个磁盘（物理）损坏，则所有的数据都会丢失。RAID 1两组以上的 N 个磁盘相互作镜像，在一些多线程操作系统中能有很好的读取速度，另外写 入速度有微小的降低。 除非拥有相同数据的主软盘与镜像同时损坏， 否则只要一个磁盘正常 即可维持运作，可靠性最高。 RAID 1 就是镜像。其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在 镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为 有镜像硬盘做数据备份

8、，所以 RAID 1 的数据安全性在所有的 RAID 级别上来说是最好的。 但无论用多少软盘做 RAID 1 ，仅算一个软盘的容量， 是所有 RAID 上磁盘利用率最低的一个级别。2 固态硬盘中的技术主控芯片SSD主控用于连接闪存芯片与内存，接收系统发出的指令以读取或者写入数据，主要负 责 ECC 纠错、耗损平衡、坏块映射、读写缓存、垃圾回收以及加密等。 主控厂商有 Marvell 、 SandForce、Intel 、 SAMSUNG、Toshiba 等，其中常见的是 Marvell 和 SandForce。Marvell 主控的 SSD主控发展的很快，性能、可靠性经历了玩家和市场的检验，市

9、面上 口碑较好的 SSD如美光 M4 、浦科特 M3/M2 都使用了 Marvell 方案。SandForce 主控是目前市面上使用最多的 SSD 主控了，因为它提供了包括主控、 固件以 及 PCB 设计在内的一揽子方案，厂商只要自己组装起来加个外壳就能生产SSD了，门槛很低，自然就受欢迎。 SF 目前的主力是 SF-2000 系列主控，有针对企业级的 SF-2500/2600 系列，消费级市场现在主要是 SF-2281 了。SF 主控也支持 TRIM 、 NCQ 等功能，最知名的技术就是 DuraWrite 数据压缩了， 通过把需要写入的数据压缩处理之 后再写入 SSD闪存中， SF 主控变

10、相提高了写入速度，而且写入放大也减少了，SF宣称其写入放大率小于 0.5，最低的甚至只有 0.14 ，极大地延长了 SSD使用寿命。有关垃圾 回收处理上， SandForce 主控并不会去做主动的垃圾回收，平时通过主控的固件程序算 法， SSD会自动为每一个经过擦除处理的“空白”块作一个标记。当SSD整盘的垃圾达到一定数量，需要进行 GC垃圾回收的时候。主控芯片会自动寻找到标记等级较低的块 进行垃圾回收。 这样做可以减少 NAND 的损耗而且还能降低主控的占用率， 让主控腾出 大量空余时间来进行压缩数据。不过这样的算法会导致 SSD在使用一定时间后性能下 降，特别是在连续写入速度上下降 10%

11、 20% 左右。KingSpce C3000-60 也使用 SF-2281 方案写入次数限制SSD所用的闪存主要是 NAND 类型，是东芝在 1989 年提出来的。 NAND 是利用通电与 否代表计算机可识别的 1、0 状态。加电的过程等同于 HDD 硬盘的数据写入操作， 它被 成为“ Program （编程）”，断电的过程电位恢复，这相当于 HDD 硬盘的擦除数据，这 里成为“ Erase（擦除）”，完整的一次 P/E 循环就是 NAND 的写入循环，从这里也可 以看出 SSD 要想写入数据就需要恢复默认电位，也就是以“擦除”为前提，这个特性决定了 SSD的数据写入方式，也会带来其他的一系列

12、问题。最直接的影响就是SSD 寿命，因为 P/E 循环次数是有限的， 浮栅极不像 HDD 的 GMR(巨磁阻尼) 效应那样是永久的， 存在次数限制SLC、MLC 和 TLC 闪存NAND 闪存也有三六九等之分， 这张金字塔排列就显示了六种不同的 NAND 闪存， 从下到上性能、可靠性依次升高，但是价格也水涨船高NAND 是利用通电与否代表计算机可识别的 1、0 状态，那么施加不同的电压就会有更 多的电位变化， NAND 闪存单元就可以容纳不同的信号组合，这也就是SLC、MLC 以及TLC 的区别。这几种闪存的物理结构是相同的， SLC (single-level-cell) 是最简单的一种，加

13、电就是 1， 断电就是 0 。MLC （multi-level-cell） 就是每个 cell 单元中有多个信号，通过控制不同的电压来实现的， 常见的是 2 个电信号的，它的信号组合有 11 ，01，00 ，10 四种，也就是可储存的容量 提升了。TLC （Triple-level-cell） 实际上也是 MLC 中的一种，不过常说的 MLC 几乎就是特指 2 个 信号位的。 TLC 每个 Cell 单元中可荣内的信号更多，有 000 ，001 ，010，011 ，111 ， 110 ， 100， 101 这 8 种，容量会更大。同样一颗 16GB NAND 芯片，只可制成 16GB SLC，

14、但可制成 32GB MLC 或 48GB TLC。 提升容量、降低成本是 MLC及 TLC最大的优点，但是负面影响也很严重。 MLC 需要更 精确的电压控制， program 过程所需时间更多，因此写入性能也会大幅下降，理论上只 有 SLC 的 1/4 ；读取，特别是随机读取性能也会受影响，因为需要花更多的时间从四种 电信号状态中区分所需数据，读取性能只有 SLC的1/3 。SLC 闪存一次 P/E 循环只需要击穿一次氧化层，而 MLC 需要不同的电压多次击穿氧化 层，物理损害比 SLC 要严重得多， MLC 的写入次数指数级下降，比如 SLC 的理论寿命 是 1 万-10 万次，而 MLC的

15、写入寿命上限就只有 1 万次，而且随着工艺的进步， 这个数 值还在下降， 25nm MLC 普遍只有 3000-5000 次。KingSpce C3000-60 的 NAND 是 MLC 。SSD的基本组成也有 Page（页面）、 Block （区块）、 Plane（平面）之分， page 是最基 本的组成， 大小一般是 4KB，每个 block 通常包含 64 个 page，容量是 256KB ，也有 128 个 page 的，容量就是 512KB ，不过目前主流的 25nm 工艺闪存普遍都是 8KB page 容量， 128 个 page 配置。多个 block 再组成 plane ，而

16、plane 就是就是闪存中的一颗核心（ die）了，而我们看到 的闪存片其实是多颗 die 封装在一起的，一般是 2-8 颗，而整个 SSD上则会由多片闪存组成。简单的描述就是这样： page block band plane-die 闪存片 SSD。数据读写的主要过程就在 page、block 以及 band 三个层面上。 在系统中，数据写入是以 page 为单位的， SSD写入新数据擦除原有的数据，但是擦除 过程只能以 block 为单位，要清除就得擦除整个 block 单元，哪怕只写入了一个 page 的文件。总之， SSD的特性决定了它的写入方式，不能直接覆写数据使得SSD多了擦除的操

17、作，而写入单位与擦除单位的不统一又让 SSD 不停地在各个 Block 区块之间折腾，而写入 数据的延迟约为 0.2ms ，但擦除操作需要 2ms 左右， SSD用久了需要擦除的区块就会越 多，性能自然也会变慢。4K 对齐 在了解“ 4K 对齐”之前我们先要知道什么是“ 4K 扇区”，最初硬盘容量是被切分成每 扇区 512 个字节来进行文件管理和存储的，而现在主流硬盘容量已经攀升到 1TB 甚至 更高，再用老标准去管理现超大容量的硬盘不但显得繁琐，而且降低效率，因此将每个 扇区 512 字节改成每个扇区 4096 个字节，就是所谓的“ 4K 扇区”。在了解了“ 4K 扇区”这个定义后，就很容易

18、理解什么是叫做“ 4K 对齐”了。所谓“ 4K 对齐”就是符合“ 4K 扇区”定义格式化过的硬盘，并且按照“ 4K 扇区”的规则写入数 据。而平常所说的 4K 没对齐，是因为在 NTFS6.x 以前的规范中，数据的写入点正好会介于 在两个 4K 扇区的之间， 也就是说即使是写入最小量的数据， 也会使用到两个 4K 扇区， 显然这样对写入速度和读取速度都会造成很大的影响。 为此对于 4K 没对齐的情况来说， 一定要修改成 4K 对齐才行，否则对于固态硬盘来说，不但会极大的降低数据写入和读 取速度，还会造成固态硬盘不必要的写入次数。做到 4K 对齐，其实最简单的就是 Windows 7 重新分一次

19、区，因为 Windows 7 分区是 按 4K 分区来进行的。如果不想重新弄系统的话可以使用 Paragon Alignment Tool 来进 行无损 4K 对齐。软件会自动扫描没对齐的盘，没对齐好的盘是黄色的，点击“ Align partitions ”对齐。Trim 指令TRIM 指令是微软提出的， 但是 SSD厂商也有支持与不支持 TRIM 之分，所以还是跟 SSD 有一定关系。TRIM 是基于 SATA 控制器的一个指令，一旦有文件删除或者分区格式化，操作系统就 会发 TRIM 指令给 SSD主控告诉它某处的数据已经删除了， SSD 因而知道那些数据是能 动那些不能动的， 之后就可以进行清空操作以恢复性能了。不过这个过程不是马上就完 成的， TRIM 命令是即时发送到 SSD主控中的，但是什么时候开始清空数据是主控算法 的事。之所以有这么一个沟通过程还是跟 SSD与 HDD 的读写方式不同有关，首先操作系统的 删除数据并不是真正把数据清空了，只是加了删除的标签而已（就像摘了门牌号，房子 还在一样）就是说真实的数据还在，不过普通的操作访问不到了，但是一些专用的数据 恢复软件可以把这些数据再找回来。HDD 机械硬盘是可以直接在原有数据上直接覆盖，但是SSD不行，必须要清空原有数据才能写入新数据，