机械硬盘与固态硬盘读写原理

传统机械硬盘（HDD）主要由机械驱动磁头运行，包括电机、磁盘、磁头摇臂等必要的机械部件。它必须移动到快速旋转磁盘上的访问位置，因此至少 95% 的时间用于机械部件的移动。而固态硬盘（SSD）不同于机械结构，不需要移动部件。SSD主要由控制芯片和闪存芯片组成，可以更快、更准确地访问驱动器中的任何地方。传统机械硬盘必须依靠主轴、磁头和磁头臂来定位，而SSD用集成电路代替物理转盘，在访问数据的时间和延迟上远超机械硬盘。SSD之所以这么快，是因为它的主控芯片、闪存和固件算法的内部组件。

SSD工作原理概述

SSD 控制器通过多个通道并行操作多个 FLASH 颗粒，类似于 RAID0，大大提高了底层带宽。例如，假设 HOST 和 FLASH 粒子之间有 8 个通道。每个通道都加载了一个 FLASH 粒子。HOST 和 FLASH 之间的数据传输速率为 200MB/s。FLASH粒子的Page大小为8KB，FLASH Page的读取时间Tr=50us，平均写入时间Tp=800us，8KB数据传输时间Tx=40us。那么底部最大读带宽为(8KB/(50us+40us))*8 = 711MB/s，最大写带宽为(8KB/(800us+40us))*8 = 76MB/s。从上面可以看出，为了提高底层带宽，我们可以增加底层并行粒子的数量或者选择快FLASH粒子（或者让慢粒子更快，例如用 SLC 代替 MLC）。控制器通过8个通道连接8个FLASH die。为了便于说明，每个 DIE 中只绘制一个 Block，其中每个小方块代表一个 Page（假设大小为 4KB）。