1 关于硬盘中存储技术

1.1 LMR（Longitudinal Magnetic Recording）水平磁记录

电脑硬盘在早期都是LMR的磁记录方式，但是这种水平磁记录方式导致硬盘的容量是个瓶颈，很难突破。所以有了后来的PMR垂直磁记录，PMR出现后，硬盘的容量出现了突破，PMR逐渐替代了LMR成为主流。

1.2 PMR（Perpendicular Magnetic Recording）垂直磁记录

随着技术的发展，现在PMR的磁记录方式里，又细分出了两种形式：

CMR和SMR (这两者是相互的一对概念)。

CMR称为传统磁记录方式，这种方式保留了最早PMR替代LMR时的传统技术，即：磁道间留有保护间距，数据不会被重复叠写。而SMR则被称为叠瓦式磁记录，是有重叠的磁记录方式，在长时间写入数据的时候，可能会出现速度急剧下降的情况。以下是情况说明：

总结：SMR硬盘，在修改某一区域数据时，为了不影响后面的区域，需要在覆写时，需要先将被影响的数据转移。所以导致SMR硬盘需要大的缓存。这也导致了为什么越用越慢。

关于缓存：缓存是CPU的一部分，它存在于CPU中

CPU存取数据的速度非常的快，一秒钟能够存取、处理十亿条指令和数据（术语：CPU主频1G），而内存就慢很多，快的内存能够达到几十兆就不错了，可见两者的速度差异是多么的大

缓存是为了解决CPU速度和内存速度的速度差异问题（存取速度：CPU>缓存>内存>硬盘）

内存中被CPU访问最频繁的数据和指令被复制入CPU中的缓存，这样CPU就可以不经常到象“蜗牛”一样慢的内存中去取数据了，CPU只要到缓存中去取就行了，而缓存的速度要比内存快很多

这里要特别指出的是：

1.因为缓存只是内存中少部分数据的复制品，所以CPU到缓存中寻找数据时，也会出现找不到的情况（因为这些数据没有从内存复制到缓存中去），这时CPU还是会到内存中去找数据，这样系统的速度就慢下来了，不过CPU会把这些数据复制到缓存中去，以便下一次不要再到内存中去取。

2.因为随着时间的变化，被访问得最频繁的数据不是一成不变的，也就是说，刚才还不频繁的数据，此时已经需要被频繁的访问，刚才还是最频繁的数据，现在又不频繁了，所以说缓存中的数据要经常按照一定的算法来更换，这样才能保证缓存中的数据是被访问最频繁的。

1.3 关于硬盘的原理

固态硬盘SSD（Solid State Disk）VS 机械硬盘HDD（Hard Disk Drive）

1.3.1 外观造型、体积上的差异

M.2接口的固态硬盘跟3.5英寸的机械硬盘比起来，小太多了。传统的机械硬盘哪怕是笔记本上装的mini版本也有2.5英寸，像小搬砖一样，装在笔记本上自然很笨重。

SSD固态硬盘的SATA接口产品，最大的是２.５英寸，Ｍ.2小巧灵活。

SSD固态硬盘推动了轻薄笔记本的发展，SSD固态硬盘和机械硬盘两者体积对台式电脑没有多大区别，但是对笔记本来说差别就很大了。

另外，m2接口只能接固态硬盘，而SATA口可以接固态或机械盘均可

补充1：m2接口和SATA口

首先，先了解固态硬盘的总线和协议

SATA总线速度最大不超过550MB/S

PCI-E总线速度在1000MB/S以上

1）普及度最高的SATA3.0接口

SATA是硬盘接口的标准规范，也是目前应用最多的硬盘接口，从最初的SATA1.0进化如今的SATA3.0，普通2.5英寸SSD以及HDD硬盘都使用这种接口，理论传输带宽6Gbps，其最大的优势就是成熟，兼容的设备多，普及程度也比较高。

2）老笔记本中常见的mSATA（主要是为了超薄本，本质与SATA接口并无区别）

mSATA接口的诞生，是为了更适应于超极本这类超薄设备的使用环境。你可以把它看作标准SATA接口的mini版，依然执行的是SATA协议，使用着SATA通道，速度也还是6Gbps。可随着更具有升级潜力的M.2 接口的出现，mSATA面临了被淘汰命运。

3）m2接口

M.2接口，最初叫做NGFF，是为超极本（Ultrabook）量身定做的新一代接口标准，具有体积更小巧，接口传输性能更快的特点，主要是用来取代原来的mSATA接口。

M.2接口又分为B key（Socket 2）和M key（Socket 3）两种，其中Socket 2走SATA通道、PCI-E 2.0 x 4通道（这里指的是接口速率4GB/s），最大理论读写速度分别达到700MB/s、550MB/s。而Socket 3专为高性能存储设计，PCI-E 3.0 x 4通道，速度可达到32Gbps，接近4GB/S的带宽，比SATA快5倍之多，目前的M.2接口已全面转向PCI-E 3.0 x4通道。

4）PCI-E接口：

早在SATA接口SSD发展之初，就已经出现了PCI-E接口的SSD。其是直接插到主板上的PCI-E接口上，由于其和CPU是直通的传输方式，传输带宽上的优势很大，速度远远快于SATA的接口方式。

5）不怎么常见的U2接口

U.2接口别称SFF-8639，U.2兼容SAS、SATA等规范，其最大特色就是支持NVMe标准协议，高速低延迟低功耗，带宽走PCI-E 3.0 x4，理论传输速度高达4GB/S。但在消费级领域U.2目前普及率也非常差。

1.3.2 读写速度差异

读写速度是两者的主要差别，固态硬盘相比机械硬盘有质的飞跃：

补充2：关于SSD传输协议——AHCI/NVMe的区别

SSD（固态硬盘）最为主流的传输协议有两种。一种是AHCI协议，另一种是NVMe协议。

1）AHCI协议

AHCI，全称为串行ATA高级主控接口/高级主机控制器接口，是在Intel的指导下，由多家公司联合研发的接口标准，它允许存储驱动程序启用高级串行ATA功能。

我们在使用SATA SSD的时候，一定要在主板设置中开启AHCI模式。

这是因为，开启AHCI模式后，能够大幅缩短SSD无用的寻道次数和缩短数据查找时间，这样能让多任务下的SSD能够发挥全部的性能和效应。根据相关性能测试，在AHCI模式开启后，大约增加30%的SSD读写性能。

2）NVMe协议（代表未来性能的走向）

所谓NVMe协议，是一种基于非易失性存储器的传输规范，NVMe规范由包含90多家公司在内的工作小组所定制，Intel是主要领头人，小组成员包括美光、戴尔、三星、Marvell、NetAPP、EMC、IDT等公司。

此规范目的在于充分利用PCI-E通道的低延时以及并行性，还有当代处理器、平台与应用的并行性，在可控制的存储成本下，极大的提升SSD的读写性能，降低由于AHCI接口带来的高延时，彻底解放SATA时代SSD的极致性能。

换言之，NVMe协议的诞生就是为了从传输协议出发，进一步提升SSD的实际读写性能，提高产品传输效率。

一般来说，基于NVMe协议的SSD在读写性能上都远远超过了SATA接口极限的6Gbps，接近1000MB/S。

除此之外，目前支持NVMe协议的SSD在接口类型上，也几乎都是M.2接口，走PCI-E通道的，也就是说所有基于SATA接口的SSD都无法支持NVMe协议传输协议，无法享受全新协议带来的极限性能。（所以一般还是选择m2接口）。

1.3.3 寿命的差异

目前情况是：SSD固态硬盘寿命不如机械硬盘，但是正常使用情况下，你的电脑淘汰了，你的SSD固态硬盘依然可以用！

工作原理的差异：

1）机械硬盘的写入方式是覆盖

2）固态硬盘的写入方式则是擦除后重新写入

读取并不会导致SSD固态硬盘寿命的减少，只有写入才会！！！

比如：一块256GB的SSD固态硬盘，只要你不是暴力把他弄坏了，他是可以写入760TB的文件才会因为过多写入损坏，如果你每天写200G的数据进去，这块硬盘能够正常使用10多年，如果你每天暴力写入数据2TB，也可以正常使用一年，但是我们用户，正常情况下是写不下那么多数据的。

所以，寿命这个问题，可以忽略

1.3.4 价格的差异

SSD的唯一缺点就是贵，但是性能全面碾压HDD，这点也就无所谓了。。。

1.4 关于固态硬盘的参数

1.4.1 固态硬盘的存储颗粒

颗粒是固态硬盘存储数据的东西

存储颗粒分为四种类型：

S(single)LC颗粒：每个存储单元只存1bit数据

M(multi)LC颗粒：每个存储单元存储2bit数据

T(triple)LC颗粒：每个存储单元存储3bit数据

Q(quad)LC颗粒：每个存储单元存储4bit数据

一个硬盘上有很多颗粒（货架）

SLC货架上只有一个货物，所以找货物的速度块，不容易出错。

TLC货架上有三个货物，所以要按顺序查找，寻找需要的货物，同时需要确认是否正确，需要时间，速度就慢了下来，同时由于使用频率高，所以寿命也就比SLC和MLC短很多。用上三五年没问题，正常情况下也该换了。同时价格也便宜，所以目前市面上很多都是采用的TLC颗粒。

可以自主生产内存颗粒的厂商有：

intel（太贵了）

三星（可）

镁光（英睿达） （可）

海力士 （可）

东芝（可）

闪迪（可）

长江存储（2020）

不能自主生产内存颗粒的厂商，但是用的是以上厂商生产合格颗粒的品牌有：

建兴

浦科特

一般建议选自可以自主生产内存颗粒的厂商

市面上还有很多“白片”“黑片”的固态硬盘：

这个一张图就很清晰明了了，还是要选原片，不要被卖家骗了，没有性价比，跟别觉得高性价比。

阿斯加特一类的是白片，华强北的都是黑片

1.4.2 固态硬盘的主控

主控负责硬盘所有数据的管理，相当于仓库的管理员，负责将对应的数据（货物）编号并放到合适的存储颗粒（货架）上。

对于TLC固态硬盘来说，每个货架上三个货物，对管理员来说是不小的压力。在高负荷的情况下，差的主控会比存储颗粒早先停止工作，所以对主控的要求就比较高，要求硬件要好的同时固件（系统）也要好。

比较好的主控有：

马牌

三星

英特尔

还有做的不错的有东芝、慧荣、群联

补充：什么是固态硬盘的主控

固态硬盘的构成可以分为三个部分：主控芯片、闪存颗粒和其他。主控芯片是固态硬盘的大脑，地位作用与电脑中的CPU相似，是整个固态硬盘的核心器件。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，连接闪存芯片和外部SATA接口。

不同的主控之间能力相差非常大，在数据处理能力、算法上，对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致固态硬盘产品在性能上产生很大的差距。劣质主控不单单会影响产品性能，更有可能比颗粒坏的更早，影响产品使用寿命。

1.4.3 固态硬盘的缓存

缓存有两种：

DDR：速度很快，跟内存条差不多

slc-cache：SLC缓存，因为大多数是TLC的硬盘，所以优先使用SLC缓存，模拟SLC颗粒进行工作。所以在传输大文件的时候，会有明显的掉速现象。