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固态硬盘为啥这么快?带你了解固态硬盘的“秘密”……

来源:IT之家 发表时间:2022-10-12 15:25 阅读量:6392  

很多朋友只知道SSD比机械HDD快。

但快在哪里。

为什么SSD比机械HDD快。

其实在于固态硬盘和机械硬盘完全不同的工作原理,决定了两者的速度差。

今天一起学习吧~

1,机械硬盘的工作原理

机械硬盘的内部结构主要由电机,磁盘,磁头臂和磁头组成。

机械硬盘工作时,磁头会悬浮在盘面上方几纳米处盘面上有很多小方块,小方块里有很多小磁性颗粒

这些磁盘上的磁性粒子有一定的极性当磁性粒子的极性向下时,记录为0,当磁性粒子的极性向上时,记录为1,这样磁头就可以通过识别磁盘上磁性粒子的极性来读取数据

磁头还可以利用其变化的磁场来改变磁盘上磁性粒子的极性,从而写入和重写磁盘数据。

为了准确定位数据在磁盘表面的位置,磁盘本身被分成许多扇区和磁道。

假设:

数据存储在磁盘第五磁道的第七扇区:

然后磁头会在第五个磁道上摆动,然后等待第七个扇区回转当第七个扇区转到磁头下面时,就可以读取数据了

这就是机械硬盘的工作原理,也正是因为机械硬盘使用磁性的极性粒子来存储数据,所以机械硬盘常被称为磁盘。

SSD的工作原理与机械HDD完全不同,采用纯电子结构。

2.固态硬盘的工作原理

固态硬盘数据存储的基本单元称为浮栅晶体管,其基本结构包括:存储电子的浮栅层,控制电极G,衬底P,源极D和漏极s。

我们把浮栅层中的电子数如果高于某个值就计为0,如果低于某个值就计为1。

那么固态硬盘是如何工作的呢。继续往下看~

读入数据

当写入数据时,需要向控制电极G施加高电压,使得电子可以穿过隧道层并进入浮栅层由于绝缘层的存在,电子不能再向前移动,被困在浮栅层中

当去掉电压后,这些电子仍然会被捕获在浮栅层中,因为隧穿层本质上相当于绝缘体,所以电子只能被捕获,这样就存储了一位数据。

这些电子能被囚禁多久,也就是固态硬盘能存储数据多久一般一个新的SSD可以存储10年的数据因为伴随着时间的推移,电子越狱已经成功

当越狱的电子数量达到一定数量时,我们保存的数据就没有了。

擦除数据

擦除SSD上的数据,其实就是释放这些不良电子,也就是给基板施加高压,让电子被吸出来,信息被擦除。

通过上面的描述,我们知道了写入和擦除数据的过程。

那么如何读取数据呢。

读出数据

读取数据的原理也很简单。

当浮栅层中没有电子时,我们给控制级一个低电压因为电压低,电子只能被吸引到靠近隧穿层的位置,而不能穿过隧穿层,所以源漏可以导通,形成电流

如果检测到电流,说明没有存储电子,读取的数据为1。

当浮栅层中有电子时,我们也对控制电极施加低电压因为浮栅层的电子排斥这些电子,电子无法被吸引到靠近隧穿层的位置,所以源漏不会导通,不会形成电流

如果检测不到电流,浮栅层存储一定量的电子,读取的数据为0。

无数个浮栅晶体管堆叠在一起,可以存储大量的0和1它们类似于图书馆里的书架,存储着无限的0101数据

与机械硬盘的机械结构相比,固态硬盘的纯电子结构在访问速度上具有突出的优势。

机械硬盘在读取数据之前,需要在相应的磁道上方摆动磁头臂,然后等待相应的扇区回转。

虽然现在的机械硬盘大多是7200转或者5400转,看起来很快,但是这两个操作还是会造成十毫秒左右的延迟。

这种延迟对人类来说确实微不足道,但对电脑内存和CPU的影响确实不小。

但是SSD整个过程都是电子交互,电子信号的速度远远超过磁头臂和磁盘的机械结构。

如果你的数据随机分散在磁盘的各个角落,机械硬盘需要多次寻道寻址,多次等待扇区在磁头下旋转,所以机械硬盘在读取分散文件时性能很弱很慢,也就是随机读写性能低。

了解了SSD的原理后

你肯定知道为什么SSD的擦除次数是有限制的。

是因为在擦除浮栅晶体管的过程中,电子反复进出隧道层,导致隧道层损坏,不能有效阻挡电子,失去隧道层应有的功能。

责任编辑:子墨

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