固態硬盤的局限性

作者阿爾文·邱 | 2021 年 4 月 20 日 | 全部, 技術

SSD（固態硬盤）具有速度快、功耗低、耐用和重量輕等優點。 SSD 已與 HDD（硬盤驅動器）一樣廣泛使用。 HDD 和 SSD 之間的區別在於它們管理數據的方式。 SSD 上的此任務比 HDD 上的更複雜。通過適當的管理，SSD 速度很快，並且在驅動器的整個使用壽命內具有較長的耐用性。

無法單獨讀取或寫入單個 NAND 閃存單元。數據需要使用非常具體的屬性進行分組和訪問。以下是SSD的讀、寫、擦除屬性：

1. 在第 1 頁上對齊的讀取只能向操作系統請求 1 個字節，但會在 SSD 中檢索整頁，從而強制讀取超出必要數量的數據。

2. 在頁面上寫入對齊。將數據寫入 SSD 時，寫入會按頁面大小的增量進行。即使寫操作只影響一個字節，也需要將整個頁寫入閃存。

A。藍色數據表示數據寫入。

b.黃色的新數據添加到塊中。藍色數據也必須更新。因為無法覆蓋，所以必須重新寫入，原來的數據被標記為無效。

C。每次藍色數據收到更新時都會重複此過程。

3. 擦除與塊大小對齊。頁進行讀/寫操作，但無法擦除單個頁。只能一次性擦除整個塊。

讀取和寫入可以發生在頁級別，但擦除（刪除）只能發生在塊級別。用戶可以從一個塊讀取或向一個塊寫入任意數量的頁，但如果用戶想要擦除該塊的任何部分，則驅動器必須擦除該塊。

A。所有頁面都是空的

b.數據已寫入

C。區塊已滿

d.數據被標記為無效。未標記為刪除的有效數據將與新數據合併。新合併的集團“行動”。這裡，未標記為無效的“好數據”從藍色塊和綠色塊重寫為具有可用頁面的空塊

e.有效數據寫入另一個塊。塊中的所有數據都可以被標記為無效

F。一個塊中的所有數據已被清除，可以重複使用

SSD 使用與 SATA（串行 ATA）接口相同的主機接口。需要一個額外的組件來隱藏 NAND 閃存的內部特性，並僅向主機公開 LBA（邏輯塊地址）陣列。該組件是 FTL ，駐留在 SSD 控制器中。 FTL 至關重要，有兩個主要目的：邏輯塊映射和垃圾收集。

邏輯塊映射將主機空間中的 LBA 轉換為物理 NAND 閃存空間中的 PBA（物理塊地址）。該映射採用表格的形式，為任何 LBA 提供相應的 PBA。該映射表存儲在SSD的緩存中，以便更快地訪問。它保存在閃存中，以防斷電。

SSD 控制器中的垃圾收集過程可確保擦除“無效”頁面並將其恢復為“空閒”狀態。這為傳入的寫入命令留出了空間，因為頁面不能部分寫入。如果需要更新頁面中的數據，則將新數據寫入空閒頁面，並將包含先前數據的頁面標記為無效。當塊包含無效頁時，需要先將其擦除，然後才能重寫。

SSD 操作受到 NAND Flash 特性的限制：

1、寫操作必須以頁為單位，不能覆蓋頁原來的內容。

2. 由於物理限制，擦除數據必須在塊級別。

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