作者 奇维科技 刘俊杰
（声明：文章素材来自奇维科技研发部，本人只做整理，在此特别感谢奇维科技研发部领导和同事！整理此文章的初衷在于能帮助大多数像我一样渴望加入ＳＳＤ行业的小白们！）
隔行如隔山，对于初入SSD行业的小白来说，刚开始的几周对工作绝对是懵逼的。不过，今天看了以下的SSD基础知识后，你就不会再在同时聊天时只会用尬笑来应付了！
- SSD的基本概念
SSD，即固态硬盘（英译：Solid State Drives），是用固态电子存储芯片阵列制成的存储硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）两部分组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法以及产品外形和尺寸上与普通硬盘完全一致，现被广泛应用于军事、车载、工控、网络监控、电力、医疗、航空、导航设备等领域。
较之传统硬盘而言，固态硬盘芯片的工作温度范围较宽：商规产品温宽为0℃~70℃，工规产品温宽为-40℃~85℃（奇维科技宽温固态硬盘温宽可达：-55℃~90℃）。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口、SATA-3接口、SAS接口、m-SATA接口、PCI-E接口和C Fast接口等。
随着互联网科技飞速发展，市场对数据信息的存储需求不断提升，现在很多存储厂商都推出了携式固态硬盘，更有支持Type-C接口的移动固态硬盘和支持指纹识别、自毁、加密等多种功能的固态硬盘相继推出。
二．SSD的基本结构
基于闪存的固态硬盘是固态硬盘的主要类别，其内部构造也比较简单。固态硬盘内主体是一块PCB板（印刷电路板，英译：Printed Circuit Board），PCB板上最基本的固态硬盘配件就是控制芯片、缓存芯片（部分低端硬盘无缓存芯片）和用于存储数据的闪存芯片。主控芯片是固态硬盘的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担了整个数据中转、连接闪存芯片及外部SATA等接口。
了解了SSD的基本构件结构之后，下面我们来进一步了解一下SSD的存储构架。首先我们看一下SSD的存储结构构架：
1.操作系统：就是我们常用的几种操作系统，比如Windows、Mac OS X、Linux等。
（1）文件系统：每个操作系统都有自己的文件系统，如Windows上常见的NTFS、FAT32等。
（2）底层驱动：驱动程序。没有驱动程序，计算机上的软件和硬件是无法交流的。
2.ATA接口：（Advanced Technology Attachment，硬盘接口技术）ATA数据通道接口标准。
3.外置缓存：目前很多SSD都带了一定容量的DRAM作为缓存的。缓存里面可以存放用户数据，也可以存放映射表之类的数据。
4.主机接口：用语和主机交流，控制数据传输的部分。
5.FTL闪存转换层：其内部包含许多个板块，例如坏块管理、磨损平衡、ECC纠错、交叉读写算法和最主要的逻辑物理地址转换功能。
6.NAND接口：主控和闪存之间的交流，控制数据传输的部分。
7.Legacy/ONFI/Toggly：闪存数据通道接口标准。
8.NAND闪存：我们日常工作中遇到的SLC和MLC闪存颗粒。
其实，大家已经发现SSD的硬件结构根本就不复杂，各种类别的SSD产品的差异化表现其实主要是有软件部分（即FTL闪存转换层）的影响而造成的。
三、重点概念
1.FTL
FTL，即闪存转换层（英译：Flash translation layer）。FTL其实就是一种LBA到PBA的映射。当文件系统发送指令要写入或者更新一个特定的逻辑页时，FTL实际上是把数据写入到一个不同的空闲的物理页并更新映射表，并把这个也上包含的”旧数据”标记为”无效”。正是因为有FTL的存在，操作系统才会把SSD当成HDD那样操作，因此FTL转换的性能也就直接影响到SSD的性能表现。
2.WL
WL，即磨损平衡（英译：wear leveling）。闪存的寿命是以Programming/Earsea次数来计算的，而WL就是确保闪存内每个块被写入的次数相等的一种机制。
用户在LBA（逻辑区块地址）空间里的数据更新速度是不同的，有的部分是经常需要更新的，而有些却长期不需要变更，因为没有WL的话，那些经常被更新的数据所在的闪存的寿命会首先被消耗完毕，而不需要怎么变更的数据所在的闪存损耗就要小得多。为了避免出现这种状况，便需要WL这个机制来保持SSD内每个闪存颗粒的磨损程度在相对一致的状态且最后同时报废，但由于颗粒本身也有其个体差异，因此这里说的也只是最理想的状态。
3.GC
GC，即垃圾回放（英译：Garbage collection）。所谓的GC就是把一个闪存块里的”有效”页数据复制到一个”空白”块里，然后把这个块完全擦除。GC是SSD里的一个非常关键的操作，其效率对性能有决定性影响。闪存块里”有效”页数量对GC效率有决定性的影响，因数量很少，需要复制的页就越少，花费的时间也越少，效率就高了。
4.Trim
Trim，即修剪（非正式翻译）。它其实就是一个ATA指令，并无正式中文名称，操作系统发送此指令给SSD主控，以通知它哪些数据占用的地址是”无效”的。
当我们在操作系统中删除一个文件时，系统并没有真正删除这个文件的数据，他只是把这些数据占用的地址标记为”空”，即可以覆盖使用。但这只是在文件系统层面的操作，硬盘本身并不知道那些地址已经的数据已经”无效”，除非系统通知它要在这些地址写入新的数据。
其实，大家只要牢记Trim只是一个指令，它让操作系统通知SSD主控某个页的数据已经”无效”后，任务就应经完成，并没有更多的操作。
5.WA
WA，即写入放大（英译：Write Amplification）
WA是闪存及SSD相关的一个极为重要的属性。由于闪存必须先擦除才能再写入的特性，在执行这些操作时，数据都会被移动超过1次。这些重复的操作不单会增加写入的数据量，还会减少闪存的寿命，更吃光山村的可用带宽而间接影响随机写入性能。
举个简单的例子：当要写入一个4KB的数据时，最坏的情况是一个块里已经没有干净的空间了，但有无效的数据可以擦除，所以主控就把所有的数据读到缓存，擦除块，缓存里更新整个块的数据，再把数据写回去，这个操作带来的写入放大就是：实际写4K的数据，造成了整个块（共1024KB）的写入操作，那就是放大了256倍。同时还带来了原本只需要简单一步写入4KB的操作变成：闪存读取（1024KB）、缓存改（4KB）、闪存擦除（1024KB）、闪存写入（1024KB）共四步操作，造成延迟大大增加，速度变慢。所以说WA是影响SSD随机写入性能和寿命的关键因素。
6.BBM
BBM，即坏块管理（英译：Bad Block Management）。何谓坏块？一个闪存块里包含有不稳定的地址，不能保证读/写/擦时数据的准确性。
坏块分出厂坏块和使用过程中出现的坏块，SSD有坏块表来管理坏块。出厂坏块在上面会有标记，所以很容易就会被识别，而使用过程中出现的坏块就要靠主控能力了。一般来说，越到闪存生命的后期（P/E数开始接近理论最大值），坏块就会开始大量出现。
7.ECC
ECC，即校验和纠错能力（英译：Error Checking and Correction）。其是一种用于差错检测和修正的算法。当前SSD内最普遍使用的ECC码是BCH码（一类重要的纠错码）。当数据写入的时候，控制器内部的ECC模块计算数据并生成ECC签名，一般来说这个步骤非常的快，因此并不会影响到整个SSD太多的性能表现。ECC的签名一般来说都保存在ＮＡＮＤ页后部的ＳＡ区域，当数据从ＮＡＮＤ读取的时候ＥＣＣ模块回去读取ＥＣＣ签名，并对照相同与否来发现出现的错误。
