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如果我们去看一看 SSD 硬盘的硬件构造,可以看到,它大概是自顶向下是这么构成的。
首先,自然和其他的 I/O 设备一样,它有对应的接口和控制电路。现在的 SSD 硬盘用的是 SATA 或者 PCI Express 接口。在控制电路里,有一个很重要的模块,叫作 FTL(Flash-Translation Layer),也就是闪存转换层。这个可以说是 SSD 硬盘的一个核心模块,SSD 硬盘性能的好坏,很大程度上也取决于 FTL 的算法好不好。
接下来是实际 I/O 设备,它其实和机械硬盘很像。现在新的大容量 SSD 硬盘都是 3D 封装的了,也就是说,是由很多个裸片(Die)叠在一起的,就好像我们的机械硬盘把很多个盘面(Platter)叠放再一起一样,这样可以在同样的空间下放下更多的容量。
接下来,一张裸片上可以放多个平面(Plane),一般一个平面上的存储容量大概在 GB 级别。一个平面上面,会划分成很多个块(Block),一般一个块(Block)的存储大小, 通常几百 KB 到几 MB 大小。一个块里面,还会区分很多个页(Page),就和我们内存里面的页一样,一个页的大小通常是 4KB。
在这一层一层的结构里面,处在最下面的两层块和页非常重要。
对于 SSD 硬盘来说,数据的写入叫作 Program。写入不能像机械硬盘一样,通过覆写(Overwrite)来进行的,而是要先去擦除(Erase),然后再写入。
SSD 的读取和写入的基本单位,不是一个比特(bit)或者一个字节(byte),而是一个页(Page)。SSD 的擦除单位就更夸张了,我们不仅不能按照比特或者字节来擦除,连按照页来擦除都不行,我们必须按照块来擦除。
而且,你必须记住的一点是,SSD 的使用寿命,其实是每一个块(Block)的擦除的次数。你可以把 SSD 硬盘的一个平面看成是一张白纸。我们在上面写入数据,就好像用铅笔在白纸上写字。如果想要把已经写过字的地方写入新的数据,我们先要用橡皮把已经写好的字擦掉。但是,如果频繁擦同一个地方,那这个地方就会破掉,之后就没有办法再写字了。
我们上面说的 SLC 的芯片,可以擦除的次数大概在 10 万次,MLC 就在 1 万次左右,而 TLC 和 QLC 就只在几千次了。这也是为什么,你去购买 SSD 硬盘,会看到同样的容量的价格差别很大,因为它们的芯片颗粒和寿命完全不一样。