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固态硬盘技术全面分解,全面认识硬盘原理

固态硬盘技术全面分解,全面认识硬盘原理

点击数:7479 次   录入时间:03-04 11:33:32   整理:http://www.55dianzi.com   电脑-单片机-自控术语

       随着人们越来越开始关注能源、冷却、占用空间以及与他们相联系的生态经济问题,固态硬盘(SSD)技术的重新崛起成为应对这些问题的一个解决方案,最近两年,各大厂商都致力于SSD技术的开发,其产品范围已经覆盖了消费者、中小企业、大型企业等。2007年是行业开始准备SSD和基于闪存技术的复苏的一年。2008年将是SSD快速发展的一年,随着Intel、EMC、Dell、昆腾、三星、希捷、东芝等厂商的加入,固态硬盘(SSD)技术发展必将得到进步和完善!

     

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三星64GB固态硬盘


    最新SSD固态硬盘解析

    众所周知,一般硬盘的机械特性严重限制了数据读取和写入的速度,而SSD固态硬盘在操作系统中就是一个普通的盘符,用户可以完全把它作为存储介质来使用。

一、SSD是何方神圣

  SSD主要分为以下两种类别:

  基于闪存的SSD:采用FLASH芯片作为存储介质,这也是我们通常所说的SSD。它的外观可以被制作成多种摸样,例如:笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、优盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动,而且数据保护不受电源控制,能适应于各种环境,但是使用年限不高,适合于个人用户使用。

  基于DRAM的SSD:采用DRAM作为存储介质,目前应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计、可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理,并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器,而且使用寿命很长,美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。

  由于采用FLASH存储介质,它内部没有机械结构,因此没有数据查找时间、延迟时间和寻道时间。众所周知,一般硬盘的机械特性严重限制了数据读取和写入的速度,而SSD固态硬盘在操作系统中就是一个普通的盘符,用户可以完全把它作为存储介质来使用。

  二、SSD的过人之处

  第一,数据存取速度快。根据相关媒体测试:在同样配置的笔记本电脑下,运行大型图像处理软件时能明显感觉到SSD固态硬盘无论在保存还是在打开文件时都更快。当按下笔记本电脑的电源开关时,搭载SSD固态硬盘的笔记本从开机到出现桌面一共只用了18秒,而搭载传统硬盘的笔记本总共用时31秒,差距还是相当大的。

  第二,经久耐用、防震抗摔。因为全部采用了闪存芯片,所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件,这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用,而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。

  第三,SSD固态硬盘工作时非常安静,没有任何噪音产生。得益于无机械部件及闪存芯片较小的发热量小、散热快等特点,SSD固态硬盘因为没有机械马达和风扇,工作噪音值为0分贝。

  第四,SSD固态硬盘比常规1.8英寸硬盘重量轻20-30克,可千万别小看这些重量,在笔记本电脑、卫星定位仪等随身移动产品上,更小的重量有利于便携。此外,重量的减轻也使得笔记本搭载多块SSD固态硬盘成为可能。

  如果从最早研发开始计算,SSD固态硬盘的发展已经有20多年的历史,固态硬盘在早期的大部分时间里,主要用在军用嵌入系统中,或者高性能计算的研究实验室中。随着科技的进步,如今固态存储技术已成为一个民用标准,三星、SanDisk、铼德、pqi和威刚等国际存储大厂分别发布了自己的相关产品,目前最高设计容量已经达到128GB,而且还有SATA接口的,主要针对笔记本电脑领域。

  如今,SSD固态硬盘市场已经从存储市场中细分出来,技术逐步成熟和完善,而且已经在笔记本电脑及大型主机等领域得到应用。商业领域也已经涉及到金融、电信、医疗、电力、航空、邮电等行业。随着SSD固态硬盘的应用逐步扩大,各个领域也开始应用相关产品。

  三、SSD当前的困境

  目前阻碍SSD固态硬盘普及的最主要因素就是产品售价,以32GB为例,最便宜的产品价格也在2000元人民币以上。其次,SSD固态硬盘的容量还无法完全满足用户的需求,以笔记本电脑为例,主流产品均配备了250GB硬盘,而SSD固态硬盘最高容量仅为128GB。再次,缺乏终端设备的支持也是SSD固态硬盘所面临的另一大问题。

  总结:随着SSD固态硬盘的规格不断升级,让我们看到了未来电脑存储市场的新希望。与传统的硬盘相比,固态硬盘所带来的性能提升可以用质变来形容。虽然目前固态硬盘还受着成本、容量等因素的制约(目前每GB SSD固态硬盘的成本约为240元人民币),不过我们有理由相信,随着Vista操作系统的问世,固态硬盘的关注度以及发展速度将进一步加快,拥有一块不再脆弱的硬盘已为时不远了。



www.55dianzi.com    固态硬盘技术发展浅析

      大约20年前,一家当时名叫DEC的公司是开放系统SSD的早期采用者和推动者。经过多年的发展,2007年是行业开始准备SSD和基于闪存技术的复苏的一年。2008年将是关注和早期采用的一年。

     就像俗语说的,最好的I/O(输入/输出)就是你不需要为I/O做什么,但是现实是即使拥有I/O虚拟化和虚拟I/O技术,还是需要一定方式才能使I/O更有效地存储和访问数据。

  之所以需要更有效的I/O性能还是因为长期以来而且还将持续的服务器与存储之间的I/O性能落差。硬盘驱动器(HDD)的存储性能发展速度没有赶上服务器处理能力的可靠性及能力的增长速度和服务器成本的下降速度。你可以在这里看到更多的关于数据中心瓶颈和服务器/存储性能的I/O落差的信息。

  随着人们越来越开始关注能源、冷却、占用空间以及与它们相联系的生态经济(生态的和经济的)问题(这些问题正在影响着IT数据中心和存储),固态硬盘(SSD)已经重新崛起成为应对这些问题的一个解决方案。SSD并不是一个新的技术,它已经存在几十年了,但是直到最近两年,人们才对SSD开始有了新的认识和兴趣。厂商们开发出新形式的SSD类别的技术,将这些技术做成打包的可选项,并按市场价格出售(消费者、中小型企业、中端市场、企业)。甚至EMC这样的公司也采取行动,在上周郑重宣布SSD计划(见EMC进入固态市场)。

  大约20年前,一家当时名叫DEC的公司是开放系统SSD的早期采用者和推动者。我记得当时仅有200MB(对,是MB)的SSD(两台镜像设备以备复原)的价格非常高。以今天的标准看来,当时的价格确实很离谱;但是,和在他们之前出现的大型机SSD解决方案比起来,他们还是有竞争力的。

  一般来说,SSD是基于动态随机存取存储器,也就是DRAM,或者说是安装在你的计算机上且一般被叫做RAM或内存的东西。许多存储系统也将DRAM作为高速缓存或易失性记忆体以提高HDD的性能。使用RAM的好处是它的读取操作(IOPS)要比HDD的读取操作明显快很多,这是因为RAM记忆体内没有移动部分,而即使最快的HDD也需要移动部分,而这些部分会延迟寻找和传输速度。

  一些SSD厂商可能会宣称他们的产品没有延迟问题。但是,如果你仔细观察,你会发现延迟并不是不存在而只是不那么明显。一个典型的存储I/O读取模式就包含了I/O命令初始化,寻找和定位,然后是数据传输时间。假如你有更快的介质和接口可以改善数据传输时间,并排除寻找时间,那么你就可以提高性能。在SSD情况下,寻找时间实际上被排除了,而介质传输时间如果不是被排除那也是被减少了,剩下的大部分I/O时间是在特定接口上根据命令或协议表头进行传输,以及在应用程序服务器上的I/O预处理和后处理。

  成本问题

  这听起来很好,但是为什么我们不安装更多的SSD呢?简单的说,答案就是成本。一个很矛盾的现象就是,当你按每GB或每TB成本比较SSD和HDD时,HDD更便宜,而SSD成本更高;但是,如果你比较I/O处理能力,以及要达到和SSD同样水准的IOPS、带宽、处理负荷或有效负荷,需要多少HDD、接口、控制器和机箱时,那么SSD就显得更经济。同HDD相比,按照容量计算,除了高成本以外,DRAM的另一个不利方面就是其保存数据所需的电力较多。

  DRAM在读取上的性能表现非常好,但是奇怪的是SSD只能用于小量的随机的IOPS,这种情况从早期一直持续到现在的一些产品。有一些DRAMSSD解决方案可以同时支持光纤通道和InfiniBand,并能够同时处理小量随机IOPS和大量的序列传输工作负荷。

  多年来,DRAMSSD解决数据持续性问题的方法是通过电池来支持高速缓存或当主电能无法用时,通过UPS设备来维持记忆体的电能。SSD也将电池备份和内部的HDD整合在一起,这里的HDD可能是独立磁盘、镜像磁盘或校验保护磁盘,但都通过电池来供能,这使得当出现电源故障或电源切断的时候,DRAM可以冲洗(下线)到HDD。虽然基于DRAM的SSD的性能要明显优于基于HDD的系统,但是SSD仍然需要电力来支持其内部HDD,DRAM,电池(蓄电池)和控制器。如果你担心绿色和环保问题,那么你就会考虑这些电池以及它们的安全处置措施(如,WEEE--废弃电子电气设备指令,和RoHS--电子电气设备所含有害物质限制)。

www.55dianzi.com      替代方式:闪存

  DRAM在电源切断的时候就不再保存数据。和DRAM不同,基于闪存的记忆体已经受到了越来越多的欢迎,这是因为其单位容量成本比较低而且其存储不易丢失,也就是说在保存数据期间不需要电源。鉴于其低能耗,低成本和良好的容量,以及电源关闭时保持数据的能力,闪存记忆体已经在低端的USBU盘和如iPod这样的MP3播放器中得到了广泛应用。

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