【硬件】认识和选购秒开电脑的固态硬盘

2.5 认识和选购秒开电脑的固态硬盘

固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。由于其读写速度远远高于普通硬盘，且功耗也比普通硬盘低，比普通硬盘轻便，具有防震抗摔等优点，目前通常作为电脑的系统盘进行选购和安装。

2.5.1 通过外观和内部结构认识固态硬盘

固态硬盘（Solid State Drives，SSD）是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，区别于由磁盘、磁头等机械部件构成的机械硬盘，整个固态硬盘结构无机械装置，全部是由电子芯片及电路板组成。
1．外观
固态硬盘的外观就目前来看，主要有3种样式。

• 与机械硬盘类似的外观：这种固态硬盘比较常见，外面是一层保护壳，里面是安装了电子存储芯片阵列的电路板，后面是数据和电源接口，如图2-111所示。
  
  图2-111 普通固态硬盘外观
• 裸电路板外观：这种固态硬盘直接在电路板上集成存储、控制和缓存芯片，再加上接口组成，如图2-112所示。
  
  图2-112 裸电路板固态硬盘外观
• 类显卡式外观：这种固态硬盘的外观类似于显卡，接口也可以使用显卡的PCI-E接口，安装方式与显卡也相同，如图2-113所示。
  
  图2-113 类显卡固态硬盘外观
  2．内部结构
  固态硬盘的内部结构主要是指电路板上的结构，包括主控芯片、闪存颗粒和缓存单元，如图2-114所示。
  
  图2-114 固态硬盘的内部结构
• 主控芯片：主控芯片是整个固态硬盘的核心器件，其作用是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，承担整个数据中转，连接闪存芯片和外部接口。当前主流的主控芯片厂商有Marvell（俗称“马牌”）、SandForce、Silicon Motion（慧荣）、Phison（群联）、JMicron（智微）等，图2-115所示为慧荣主控芯片。
  
  图2-115 慧荣主控芯片
• 闪存颗粒：存储单元绝对是硬盘的核心器件，而在固态硬盘里面，闪存颗粒则替代了机械磁盘成为了存储单元，图2-116所示为固态硬盘中的闪存颗粒。
  
  图2-116 闪存颗粒
• 缓存单元：缓存单元的作用表现在进行常用文件的随机性读写上，以及碎片文件的快速读写上，缓存芯片市场规模不算太大，主流的缓存品牌包括三星和金士顿等。图2-117所示为固态硬盘中的缓存单元。
  
  图2-117 缓存单元

知识提示
确认固态硬盘的基本信息
确认固态硬盘的基本信息与确认机械硬盘的完全一样，可以通过鲁大师等硬盘检测软件检测并确认固态硬盘的相关信息，如图2-118所示。

图2-118 使用鲁大师确认固态硬盘信息

2.5.2 闪存颗粒的构架决定固态硬盘的性能

固态硬盘成本的80%就集中在闪存颗粒上，它不仅决定了固态硬盘的使用寿命，而且对固态硬盘的性能影响也非常大，而决定闪存颗粒性能的就是闪存构架。
固态硬盘中的闪存颗粒都是NAND闪存，因为NAND闪存具有非易失性存储的特性，即断电后仍能保存数据，被大范围运用。当前，固态硬盘市场中，主流的闪存颗粒厂商主要有Toshiba（东芝）、Samsung（三星）、Intel（英特尔）、Micron（美光）、SKHynix（海力士）及Sandisk（闪迪）等。
根据NAND闪存中电子单元密度的差异，NAND闪存的构架可分为SLC、MLC以及TLC 3种，这3种闪存构架在寿命以及造价上有着明显的区别。

• SLC（单层式存储）：单层电子结构，写入数据时电压变化区间小，寿命长，读写次数在10万次以上，造价高，多用于企业级高端产品。
• MLC（多层式存储）：使用高低电压的不同而构建的双层电子结构寿命长，造价可接受，多用于民用中高端产品，读写次数在5000左右。
• TLC（三层式存储）：是MLC闪存延伸，TLC达到3bit/cell；存储密度最高，容量是MLC的1.5倍；造价成本最低，使命寿命低，读写次数在1000~2000，是当下主流厂商首选的闪存颗粒。

2.5.3 选择PCI-E接口还是SATA接口

固态硬盘的接口类型很多，目前市面上包括SATA 3.0、M.2（NGFF）、Type-C、mSATA、PCI-E、SATA 2.0、USB 3.0、SAS和PATA等多种，但最常用的还是SATA 3.0、M.2（NGFF）、mSATA和PCI-E 4种。

• SATA 3.0接口：SATA是硬盘接口的标准规范，SATA 3.0和前面介绍的硬盘接口完全一样，这种接口的最大优势就是非常成熟，能够发挥出主流固态硬盘的最大性能。
• mSATA接口：该接口是SATA协会开发的新的Mini SATA接口控制器的产品规范。新的控制器可以让SATA技术整合在小尺寸的装置上，mSATA也提供了和SATA接口标准一样的速度和可靠性。该接口主要是用在注重小型化的笔记本电脑上面，比如商务本、超极本等，在一些MATX板型的主板上也有该接口的插槽。图2-119所示为安装在笔记本电脑主板上的mSATA接口的固态硬盘。
  
  图2-119 mSATA接口固态硬盘
• M.2接口：M.2接口的原名是NGFF接口，设计目的是用来取代mSATA接口。不管是从非常小巧的规格尺寸上讲，还是从传输性能上讲，这种接口要比MSATA接口好很多。M.2接口能够同时支持PCI-E通道以及SATA，让固态硬盘的性能潜力大幅提升。另外，该M.2接口固态硬盘还支持NVMe标准，通过新的NVMe标准接入的固态硬盘，在性能提升方面非常明显，如图2-120所示。
  
  图2-120 M.2接口固态硬盘

多学一招
mSATA接口和M.2接口的区别
直接从外观上就可以看到两者的区别，mSATA接口的固态硬盘比M.2接口的固态硬盘体积大；mSATA接口的金手指只有两个部分，而M.2接口的金手指有3个部分，如图2-121所示。

图2-121 对比mSATA接口和M.2接口

• PCI-E接口：这种接口对应主板上面的PCI-E插槽，与显卡的PCI-E接口完全相同。PCI-E接口的固态硬盘最开始主要是在企业级市场使用，因为它需要不同主控，所以，在性能提升的基础上，成本也高了不少。在目前的市场上，PCI-E接口的固态硬盘通常定位都是企业或高端用户，如图2-122所示。
  
  图2-122 PCI-E接口固态硬盘
• 基于NVMe标准的PCI-E接口：NVMe（Non-Volatile Memory Express，非易失性存储器标准）标准是面向PCI-E接口的固态硬盘，使用原生PCI-E通道与CPU直连可以免去SATA与SAS接口的外置控制器（PCH）与CPU通信所带来的延时。基于NVMe标准的PCI-E接口的固态硬盘其实就是将一块支持NVMe标准的M.2接口固态硬盘安装在支持NVMe标准的PCI-E接口的电路板上组成的，如图2-123所示。这种固态硬盘的M.2接口最高支持PCI-E 2.0×4总线，理论带宽达到2GB/s，远胜于SATA接口的600MB/s，彻底摆脱了SATA接口的物理限制。而且PCI-E接口的固态硬盘的体积明显小于2.5英寸（约6cm）SATA接口产品，所在位置更加利于机箱内部风道散热。此外，PCI-E接口的固态硬盘可以直接插在主板上，也从根本上免去了数据线过长或松动所造成的性能异常。如果主板上有M.2插槽，可以将M.2接口的固态硬盘主体拆下直接插在主板上，并不占用任何机箱内部空间，相当方便。
  
  图2-123 基于NVMe标准的PCI-E接口固态硬盘

2.5.4 固态硬盘能否代替机械硬盘

现在组装电脑，在价格相同的情况下，通常都会选用固态硬盘，但是，机械硬盘仍然有很多用户在使用，因为固态硬盘价格比较昂贵。固态硬盘和机械硬盘相比，到底有哪些优点？又有哪些缺点？下面就仔细分析一下。
1．固态硬盘的优点
固态硬盘相对于机械硬盘的优势主要体现在以下几个方面。

• 读写速度快：固态硬盘采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快。固态硬盘厂商大多会宣称自家的固态硬盘持续读写速度超过500MB/s，最常见的7200r/min机械硬盘的寻道时间一般为12~14μm，而固态硬盘可以轻易达到0.1μm甚至更低。
• 防震抗摔性：固态硬盘采用闪存作为存储介质，不怕震摔。
• 低功耗：固态硬盘的功耗要低于传统硬盘。
• 无噪音：固态硬盘没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝，而且具有发热量小、散热快等特点。
• 轻便：固态硬盘在重量方面更轻，与常规机械硬盘相比，重量轻20~30g。
  2．固态硬盘的缺点
  与机械硬盘相比，固态硬盘也有如下不足之处。
• 容量：固态硬盘最大容量目前仅为4TB。
• 寿命限制：固态硬盘闪存具有擦写次数限制的问题，SLC构架有10万次的写入寿命，成本较低的MLC构架写入寿命仅有1万次，而廉价的TLC构架闪存则更是只有500~1000次。
• 售价高：相同容量的固态硬盘的价格比机械硬盘贵，有的甚至贵十倍到几十倍。
  3．如何选购固态硬盘
  在组装电脑时应该尽量选择固态硬盘，或者固态+机械组合。以120GB固态硬盘为例（实际容量110GB左右），其中40GB左右会用于系统分区，剩下70GB用来安装软件以及存储重要资料。如果还需要存储大量资料，可以再加一块1TB或者更大容量的机械硬盘，这样比较经济实惠。

知识提示
固态硬盘的固件算法
SSD的固件是确保SSD性能的最重要组件，用于驱动控制器。主控将使用SSD中固件算法中的控制程序去执行各种操作，因此当SSD制造商发布一个更新时，需要手动更新固件来改进和扩大SSD的功能。有自主研发实力的厂商会自行进行优化设计，挑选固态硬盘时，选择知名品牌是很有道理的。固件的品质越好，整个SSD就越精确，越高效。目前具备独立固件研发的SSD厂商仅有Intel、英睿达、浦科特、O CZ及三星等。