(24)--12 电存储技术 固态硬盘数据存储那些事儿.ppt

存储那些事儿存储那些事儿 电存储技术电存储技术固态硬盘固态硬盘固态硬盘固态硬盘l固态硬盘（Solid State Drive）是由固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。l目前，适用于个人用户的固态硬盘，都是采用FLASH闪存芯片作为存储介质的固态硬盘的基本构造固态硬盘的基本构造l固态硬盘的基本构造：l闪存芯片l主控芯片l缓存芯片固态硬盘的基本构造固态硬盘的基本构造l闪存芯片l最小的存储单元是浮栅晶体管l根据内部存储单元的密度大小，闪存芯片可以分为三类：lSLC(Single Layer Cell 单层单元)，一个存储单元内存放1位数据lMLC(Multi-Level Cell多层单元)，一个存储单元内存放2位数据lTLC(Triple-Level Cell三层单元)，一个存储单元内存放3位数据固态硬盘的基本构造固态硬盘的基本构造l闪存芯片的分类l把存储空间想象成一个超大的停车场，每一个存储单元就是一个停车位，1bit的数据就是一辆汽车lSLC：一台车独占一个车位，这辆车来去自如，不会出现错误，而且速度很快，由于车位使用频率不高，所以寿命也很长，但是成本很高。lMLC：两辆车共用一个车位，车辆进出车库时，需要管理员调度，效率稍低，所以速度会慢一些，车位使用频率高了一倍，所以寿命也会变短一些。lTLC：三辆车挤在一个车位里，进出调度更复杂，效率较低，所以速度慢，还容易出错，寿命会更短一些。固态硬盘的基本构造固态硬盘的基本构造l闪存芯片的分类l个人用户使用的SSD多为TLC和MLC型的闪存架构lSLC型的SSD多应用在工业级别场合固态硬盘的基本构造固态硬盘的基本构造l主控芯片l如果说存储空间是一个超大的停车场，那么主控就是这个超大停车场的“管理员”l主控芯片的功能：l首先，管理员要负责指挥所有的车辆进出停车场，也就是负责连接闪存芯片和外部数据接口，控制和管理所有数据的吞吐；l第二，要指挥每一辆车准确、合理的进出自己的停车位，也就是合理调配数据在各个闪存芯片上、各个存储单元内的负荷。固态硬盘的基本构造固态硬盘的基本构造l对主控芯片的要求l首先必须要有好的硬件基础，比如：不同的核心架构、核心数量、和工作频率高低都直接决定着主控芯片的性能l其次，要有高效的数据处理和读写控制算法固态硬盘的基本构造固态硬盘的基本构造l缓存芯片lSSD的缓存芯片，是我们所认识到的第一个高速缓存实例l大量数据存入一次性有很多车要停入停车场里l主控芯片处理速度不够快停车场管理员忙不过来lCPU等待计算机变得“慢”和“卡”l数据暂存于缓存芯片车辆快速停入临时停车场lCPU迅速切换计算机运行”快”和“流畅”固态硬盘的基本构造固态硬盘的基本构造l关于缓存芯片需要说明的两个问题：l第一，如果SSD没有断电保护措施的话，万一出现断电情况，停在缓存这个“临时停车场”中的车就会不翼而飞，造成部分数据的丢失。l第二，一些廉价的SSD方案为了节省成本，会省去缓存芯片，这么做虽然降低了造价，但是显著加重了主控芯片和每块闪存芯片的负担，导致SSD产品性能急剧下降。ROM的分类的分类l按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：l掩膜式ROM（MaskROM，MROM）：制造商在大批量生产ROM时，会先制作一颗写好原始数据的ROM作为样本，并利用这个样本ROM作为模板，进行大量复制，从而完成携带有相同原始信息ROM的批量生产。l优点：程序数据可靠、制造成本低l缺点：每次需要修改程序数据，就必须重新制作样本模板 ROM的分类的分类l按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：l可编程ROM（Programmable ROM，PROM）：是一种可以用刻录机进行一次性信息写入的ROMl一般情况下，PROM在出厂时，存储的所有内容全被设置为1，用户可以根据需要将其中的某些存储元改写为数据0，以实现对其“编程”的目的。ROM的分类的分类l按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：l可擦除可编程ROM（Erasable PROM，EPROM）：是一种具有可擦除功能，擦除后还可再次进行编程的ROM。lEPROM利用高电压将数据编程写入l通过将芯片中的电路直接曝光于紫外线的照射之下，实现数据擦除l这一类ROM的封装外壳上预留了一个石英玻璃窗，以方便曝光来清除数据 ROM的分类的分类l按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：l电擦除可编程ROM（Electrically EPROM，EEPROM）：可以直接用电信号擦除信息，也可以用电信号写入数据的ROMlEEPROM的制作工艺复杂，制造成本高，存储容量也比较小 ROM的分类的分类l按照是否可以擦写，可以对ROM进行分类：l闪存（Flash Memory）l闪存是EEPROM的一个变种闪存（闪存（Flash Memory）l闪存的缺点：l闪存写入数据的速度比较慢l闪存可重复擦写的次数较少（大约为10000次），换句话说，就是它的寿命相对较短l闪存的擦除动作是以区块为单位来进行操作的，而EEPROM则是以字节为单位进行数据擦除操作的数据单位数据单位l数据存储的最小单位就是1“位”二进制码，1位就是1比特，表示为1bit 或 1bl二进制数串按每8位为一组来进行分组表示，每8位被称作1字节，表示为1Byte 或 1B来表示l大部分情况下，用“字节”而不是用“位”来衡量数据量的大小。数据单位数据单位l按照2的10次方，也就是1024为数据单位的基本进率，就有了越来越大的数据单位1B（Byte字节）=8bit1KB(Kilobyte 千字节)=210B=1024B1MB(Mega byte 兆字节)=1024KB1GB(Giga byte 吉字节)=1024MB1TB(Tera byte 太字节)=1024GB1PB（Peta byte 拍字节）=1024TB1EB（Exa byte 艾字节）=1024PB1ZB(Zetta byte 泽字节)=1024 EB1YB(Yotta byte 尧字节)=1024 ZB1BB(Bronto byte)=1024 YB1NB(Nona byte)=1024BB1DB(Dogga byte)=1024NB数据单位数据单位l根据国际数据中心IDC的预测，到2020年，全球数字宇宙的规模将达到40ZB闪存（闪存（Flash Memory）l闪存的优点：l电路结构简单l制造成本低l存储容量大l非易失性l闪存成了日常移动存储设备的首选