淺析ssd固態(tài)硬盤

淺析ssd固態(tài)硬盤

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1、淺析SSD固態(tài)硬盤技術(shù)及其應(yīng)用摘要:本文就SSD固態(tài)硬盤存儲(chǔ)技術(shù)的概念、最新發(fā)展、優(yōu)缺點(diǎn)和具體應(yīng)用做了較為系統(tǒng)的闡述和分析。并對(duì)SSD技術(shù)的規(guī)?;瘧?yīng)用對(duì)相關(guān)行業(yè)可能產(chǎn)生的影響做了一定的分析和判斷。關(guān)鍵詞:SSD優(yōu)勢應(yīng)用一、SSD技術(shù)——引發(fā)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀寫革命的利器在過去的20多年間,計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速,CPU主頻不斷提升,其架構(gòu)從單核、雙核、再到多核;內(nèi)存技術(shù)也飛速發(fā)展,從SDRAM到DDR、從DDR到DDR2再到DDR3;作為計(jì)算機(jī)外存的硬盤在容量和讀寫速度也得到了相應(yīng)的提高,其接口從PATA變成了SATA,SCSI變成了SAS,同時(shí)由于垂直記錄技術(shù)的廣

2、泛使用,使傳統(tǒng)硬盤在容量上也取得重大突破。然而,隨著人們對(duì)各種數(shù)據(jù)信息快速讀寫需求的不斷增多,以傳統(tǒng)硬盤為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)系統(tǒng)的讀寫瓶頸越來越明顯。尤其是在面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上越來越多的高清視頻/圖像流數(shù)據(jù)的快速響應(yīng)需求,以及移動(dòng)高清晰影像記錄載體等諸多應(yīng)用領(lǐng)域,傳統(tǒng)硬盤機(jī)械結(jié)構(gòu)磁記錄系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足上述業(yè)務(wù)要求,而所有這一切將隨著SSD固態(tài)硬盤技術(shù)的推廣應(yīng)用而悄然改變。固態(tài)硬盤(SSD,solidstatedisk)是一種革命性的存儲(chǔ)技術(shù),已經(jīng)給存儲(chǔ)行業(yè)甚至計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)帶來深刻變革。與傳統(tǒng)硬盤相比,SSD固態(tài)硬盤是一種純芯片式電子器件而非物理機(jī)械裝置,它具有體積小

3、、能耗小、搞干擾能力強(qiáng)、尋址時(shí)間極短(甚至可以忽略不計(jì))、IOPS(每秒進(jìn)行讀寫操作的次數(shù)9/9)高、I/O數(shù)據(jù)吞吐性能高等特點(diǎn)。事實(shí)上,限制目前計(jì)算機(jī)性能的最大的瓶頸就是計(jì)算機(jī)內(nèi)存與外存之間的數(shù)據(jù)讀取鴻溝。傳統(tǒng)磁盤I/O通常成為系統(tǒng)性能瓶頸,而采用SSD技術(shù)可以有效縮短內(nèi)存與外存之間的數(shù)據(jù)讀寫速度的鴻溝,而原來導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中原本為解決I/O性能瓶頸的諸多組件和技術(shù)的作用將變得越來越微不足道,甚至最終將被淘汰出局。其實(shí)固態(tài)硬盤存儲(chǔ)技術(shù)并不是一個(gè)新鮮和前沿的技術(shù),早在存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展之初,固態(tài)存儲(chǔ)就作為存儲(chǔ)領(lǐng)域的一個(gè)分支技術(shù)方向,默默無聞的向前發(fā)展延伸。SS

4、D固態(tài)硬盤最早在1990年登場,當(dāng)時(shí)相對(duì)于硬盤更為出色的性能以及更高昂的成本,使其長期被限制在軍事、航天等特殊領(lǐng)域里應(yīng)用。隨著SSD固態(tài)硬盤技術(shù)的發(fā)展和閃存價(jià)格的持續(xù)走低,SSD固態(tài)移動(dòng)硬盤的普及已是大勢所趨。一、SSD固態(tài)硬盤的種類我們平常所說的SSD泛指使用NANDFlash組成的固態(tài)硬盤,其特別之處在于沒有機(jī)械結(jié)構(gòu),利用傳統(tǒng)的NANDFlash特性,以區(qū)塊寫入和抹除的方式來作讀寫的功能,因此在讀寫的效率上,非常依賴讀寫技術(shù)控制芯片的設(shè)計(jì)。目前,根據(jù)SSD硬盤采用的存儲(chǔ)介質(zhì)不同對(duì)其進(jìn)行分類:(1)基于閃存的SSD 基于閃存的固態(tài)硬盤:采用FLASH芯

5、片作為存儲(chǔ)介質(zhì),這也是我們通常所說的SSD固態(tài)硬盤,FLASH閃存芯片有兩個(gè)種類,即MLC(MultiLevelCell)多層單元和SLC(SingleLevel9/9Cell)單層單元。SLC的特點(diǎn)是成本高、容量小、但是速度快,而MLC的特點(diǎn)是容量大成本低,但是速度慢。MLC的每個(gè)單元是2bit的,相對(duì)SLC來說整整多了一倍。不過,由于每個(gè)MLC存儲(chǔ)單元中存放的資料較多,結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,出錯(cuò)的幾率會(huì)增加,必須進(jìn)行錯(cuò)誤修正,這個(gè)動(dòng)作導(dǎo)致其性能大幅落后于結(jié)構(gòu)簡單的SLC閃存。此外,SLC閃存的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)寫次數(shù)高達(dá)100000次,比MLC閃存高10倍。此外,為了

6、保證MLC的壽命,控制芯片都校驗(yàn)和智能磨損平衡技術(shù)算法,使得每個(gè)存儲(chǔ)單元的寫入次數(shù)可以平均分?jǐn)?,達(dá)到100萬小時(shí)故障間隔時(shí)間(MTBF)。它的外觀可以被制作成多種摸樣,例如:筆記本硬盤、微硬盤、存儲(chǔ)卡、優(yōu)盤等樣式(2)基于DRAM內(nèi)存的SSD基于DRAM的固態(tài)硬盤:采用DRAM作為存儲(chǔ)介質(zhì),目前應(yīng)用范圍較窄。它仿效傳統(tǒng)硬盤的設(shè)計(jì)、可被絕大部分操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)工具進(jìn)行卷設(shè)置和管理,并提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI和FC接口用于連接主機(jī)或者服務(wù)器。應(yīng)用方式可分為SSD硬盤和SSD硬盤陣列兩種,它是一種高性能的存儲(chǔ)器,而且使用壽命很長,美中不足的是需要獨(dú)立電源來保護(hù)數(shù)

7、據(jù)安全。這些SSD對(duì)于普通消費(fèi)者來說,是屬于比較遙遠(yuǎn)的產(chǎn)品,因?yàn)槭褂盟鼈兊亩鄶?shù)是軍方、醫(yī)用等特殊領(lǐng)域。一、SSD固態(tài)硬盤的優(yōu)勢與不足(一)SSD的優(yōu)勢SSD是摒棄傳統(tǒng)磁介質(zhì),采用電子存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取的一種技術(shù),突破了傳統(tǒng)機(jī)械硬盤的性能瓶頸,擁有極高的存儲(chǔ)性能,被認(rèn)為是存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的未來新星。固態(tài)硬盤作為SSD技術(shù)在存儲(chǔ)領(lǐng)域具體應(yīng)用體系,通過存儲(chǔ)介質(zhì)全集成電路化、無任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的革命性設(shè)計(jì),從根本上解決了在移動(dòng)辦公環(huán)境下,對(duì)于數(shù)據(jù)讀寫穩(wěn)定性的需求。同時(shí)全集成電路化設(shè)計(jì)可以讓固態(tài)硬盤做成任何形狀。與傳統(tǒng)硬盤相比,SSD固態(tài)電子盤具有以下優(yōu)點(diǎn):第

8、一,數(shù)據(jù)讀寫速度快,IOPS高。SSD不需要機(jī)械結(jié)構(gòu),完全的半導(dǎo)體化,不存在數(shù)據(jù)

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