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后面几篇文章，次要围绕的是机械硬盘来说的。目前 ssd 目前利用也越来越广了，值得咱们花精力推敲推敲。SSD 硬盘是地地道道电子技术下的产品，因为不像机械硬盘 IO 时依赖两个耗时的机械轴行为：磁盘旋转，以及磁道寻道，SSD 硬盘的拜访提早要比机械硬盘要低的多，在随机 IO 下的体现尤其显著。咱们明天从最底层登程，看看 SSD 的几个外部机理。
SSD 的组成构造
机械硬盘和 ssd 尽管都同为硬盘，但底层实现技术却齐全不一样，机械硬盘应用的是磁性材料记忆，而 SSD 用的是相似 u 盘的闪存技术。实现技术的不同，必然在硬盘内部结构上他们就有天壤之别。他们的果照对比方下图所示：
不像机械硬盘里的一摞子圆形碟片，SSD 是由一些电路和彩色的存储颗粒形成。SSD 硬盘是基于 NAND Flash 存储技术的，属于非易失性存储设备，换成人话说，就是掉电了数据不会丢。其中咱们眼睛看见的彩色的存储颗粒叫一个 NAND Package，每个 Package 外面会蕴含多个 Die。咱们“拆开”一个 Die 来看一下
每个 Die 有若干个 Plane，每个 Plane 有若干个 Block，每个 Block 有若干个 Page。Page 是磁盘进行读写的最小单位，个别为 2KB/4KB/8KB/16KB 等。
SSD 里的扇区
后面咱们介绍机械硬盘的时候，说到因为历史起因，操作系统等软件里，512KB 扇区的概念是“积重难返”。新的机械硬盘尽管把物理扇区曾经做到 4KB 的了，但没方法，为了兼容老零碎还得整出个逻辑扇区的概念来适配。到了 SSD 里也一样，尽管每一个物理 Page 的大小为 2K 到 16K 不等，然而为了兼容性，也必须得整出个逻辑扇区才行。
SSD 控制器在逻辑上会把整个磁盘再从新划分成一个个的“扇区”，采纳和新机械硬盘一样的 LBA 形式来进行编址（整个磁盘的扇区从 0 到某个最大值形式排列，并连成一条线）。当须要读取某几个 ” 扇区 ” 上数据的时候，SSD 控制器通过拜访这个 LBA MapTable, 再来找到要理论拜访的物理 Page，如下图：
不过 SSD 最小的读写单位就是 Page，他是没方法只扇区来进行读写的。
最底层的闪存单元
下面咱们看到 SSD 是由一个个的 Page 组曾。而在每一个 Page 里，又蕴含了许许多多的闪存单元。。古代的闪存单元有多种类型，目前支流的次要分为 SLC、MLC 和 TLC。
在 SLC 里，一个单元的电压只分成高下两种状态，所以只能示意 1bit 数据。到了 MLC，硬是把一个单元里的电压依照高下分成了四种状态，所以能够示意 2bit。到了 TLC，间接一个单元应拆分成 8 个电压高下不同的状态，为了示意 3bit。因为 TLC 在数据读写须要八种不同电压状态，而施加不同的电压状态、就须要更准确，也就须要更长的工夫能力得以实现。另外因为电压状态多，出错的可能性也会更大。所以，以上三种闪存单元比照：从性能和稳定性角度来看，SLC 最好。从容量角度看，TLC 最大。这就是为什么日常咱们看到的工业级的 SSD 要比笔记本 SSD 要贵很多，其中一个很重要的起因就是工业级的盘往往采纳的闪存单元是 SLC 或 MLC，而咱们家用的笔记本个别都是 TCL，因为便宜嘛。咱们从用表格再对它们直观比照一下：
| 闪存类型 | 单 cell 电压变动 | 单 cell 示意 bit 数 | 速度 | 擦写次数 | 价格 |
|---|---|---|---|---|---|
| SLC(Single-Level Cell) | 两种 | 1bit | 快 | 约 10W 次 | 贵 |
| MLC(Multi-Level Cell) | 四种 | 2bit | 个别 | 约 3K 次 | 个别 |
| TLC(Trinary-Level Cell) | 八种 | 3bit | 慢 | 约 1K 次 | 便宜 |
目前集体 PC 上生产用的支流闪存类型大部分都是 TLC 的，因为价格便宜，容量大。
思考
- 假如某 SSD 的 Page 大小是 4KB，一个文件是 16KB。那么该文件是存在一个彩色的存储颗粒里, 还是多个？
咱们先把 SSD 的逻辑构造用个直观一点的图来看：
假如只写在一个颗粒里，那么对该文件进行读取的时候，就只能用到一条 Flash 通道，这样速度就会比较慢。如果存在相邻的 4 个颗粒里，每个写入 4KB。这样多个 Flash 通道的带宽会充分发挥进去，传输速度也更快。所以，理论中是扩散在多个。
开发内功修炼之硬盘篇专辑：
- 1. 磁盘开篇：扒开机械硬盘坚挺的外衣！
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- 3. 咱们怎么解决机械硬盘既慢又容易坏的问题？
- 4. 拆解固态硬盘构造
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- 6. 只有 1 个字节的文件理论占用多少磁盘空间
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- 8. 了解格式化原理
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- 10.write 文件一个字节后何时发动写磁盘 IO？
- 11. 机械硬盘随机 IO 慢的超乎你的设想
- 12. 搭载固态硬盘的服务器到底比搭机械硬盘快多少？
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