固态硬碟價格一直下跌，很多人更新電腦首先要換一塊固态硬碟，作為#電腦硬體系列的第二篇，今天用大白話科普一下固态硬碟的一些基礎知識。
一、總線、協定、接口
首先來了解一個概念「總線」。電腦的各種硬體都插到主機闆上，各硬體之間通信的導線，可以簡單的了解為總線，更準确一點的定義是彙總起來的導線，即公共通信幹線。一般主要有：SATA總線、PCIe總線、SAS總線。假想一下水管，管子粗細決定了水流量大小，隻不過在總線這裡，叫做「帶寬」，它決定了傳輸資料的速度上限。通常SATA3.0、PCIe3.0、PCIe4.0、SAS3.0的最大理論傳輸速度依次為：600MB/s，1GB/s，2GB/s，1.2GB/s。
上面說的PCIe3.0單通道傳輸速度1GB/s，那麼4條通道就是4GB/s，即PCIe3.0x4帶寬為4GB/s。同理，PCIe4.0x4帶寬為8GB/s。PCIe4.0x16那就是32GB/s。目前PCIE第七代都有了，不過常見的為三代和四代。
如果把硬碟看成汽車，總線看成是高速公路，在公路限速的條件下，汽車具有再快的能力，是不是也必須減速。是以總線決定了資料傳輸速度的上限。
光有總線把裝置連接配接起來可不行，通信還得有「協定」，就是它們之間商量好的一些規定（比如電壓、時鐘、阻抗......），直白的了解就是，CPU說：天王蓋地虎，硬碟回：小雞炖蘑菇。比對成功！如果硬碟回：寶塔鎮河妖，顯然是沒對上，即協定不比對，沒法交流。是以說，如果這個協定的效率非常高，那麼二者交流起來就比較快。目前硬碟常見的協定有：AHCI、NVME協定。SCSI協定主要用于伺服器，IDE協定已被淘汰。
有了總線，協定，那我怎麼把硬碟接到主機闆上？那就需要一個插槽，也叫「接口」。主要接口有：PCIe、M.2、SATA、mSATA、SATA-E、U.2、SAS，我們看一下各種接口的實體形狀：
主機闆上PCIe插槽（4通道/8通道/16通道），網圖
主機闆上M.2插槽，網圖
固态硬碟的不同類型接口，網圖
總結一句話：總線、協定、接口三者互相配合，才能讓硬碟發揮更大的性能。固态硬碟最常見的幾種形式，如下表。并不是M.2接口的速度就快...基本上都是取決于總線的帶寬。是以還要看主機闆是否支援...如果主機闆隻支援PCIe3.0，你即使買了支援PCIe4.0的固态，也不能滿血發揮。去掉損耗（和做工、用料也有關）之類的，下圖中4GB/s的最高速度能達到3500MB左右，8GB/s的最高能達到7500MB/s左右。
二、固态硬碟組成
固态硬碟主要包括三個重要部分：主要晶片、閃存顆粒、緩存（有獨立緩存DRAM、模拟緩存SLC Cache）。
寫入時，資料經過主要晶片的處理後存放到閃存中，讀取時，主要從閃存讀取資料，然後通過M.2接口→PCIe總線發送給其他裝置。
網圖
三、閃存晶片
如果把閃存顆粒拿放大鏡觀看，就像是一個密度超級大的魔方，每一個小方格（半導體）裡面可以存放不同數量的電子，閃存是通過電子來存儲資料。一個小方格如果隻能存儲1bit資料則為SLC，2bit則為MLC，3bit則為TLC，4bit則為QLC。即閃存顆粒主要有SLC、MLC、TLC、QLC。
SLC速度最快，MLC、TLC、QLC依次遞減。原理也容易了解，1bit的資料隻有0和1兩種可能，2bit資料有00/01/10/11四種可能，每種可能性都代表一定量的電子數量。可能性越多，複雜程度更高，電壓的控制就要更精确，是以花費的時間就更長。另外，假設存儲20bit的資料，SLC需要20個小方格，MLC則僅需要10個，SLC處理速度雖然快了，但是體積也比較大，價格也美麗。
無論是速度、壽命、還是價格，SLC>MLC>TLC>QLC。QLC壽命較低。目前TLC是主流。盡量避開非主流~要麼貴要麼壽命低。
可以生産閃存顆粒的廠家有：三星、西部資料（閃迪被西數收購）、海力士、铠俠（原東芝存儲，目前與東芝沒關系了）、鎂光（英睿達）、長江存儲（緻态）。這些有能力制造原廠閃存顆粒的廠家，制作流程是：晶圓制造→檢測→封裝，合格産品貼上标簽即為原廠顆粒（原片）；不經過檢測直接賣給其他廠家去封測的，即為原廠第三方封測顆粒，這裡面有好的有不好的，理論上說肯定是自己生産自己檢測封裝的效果更好吧？是以這類閃存顆粒品控整體略差一些，不過也還行；還有一些淘汰掉的顆粒會進行技術處理，處理完成後再賣出去，這就是原廠降級片（大S顆粒），不進行技術處理直接賣出去的是黑片。前兩種還行，後面這兩種的話，慎重考慮吧。
電子産品再好的牌子也有一定故障率，機率上來說原廠原封的顆粒肯定要好很多，顆粒不好的壞起來可毫不含糊。顆粒有價，資料無價！
四、主要晶片
主要晶片是固态硬碟的大腦，它好不好，直接決定了整個硬碟好不好。主要晶片并不是誰都會生産，它主要來自兩大陣營：原廠（三星、西數、鎂光......）和主要廠商（慧榮、群聯、英韌、美滿、得一微......）。是以選的時候還是選擇比較有名的主要廠商比較好，直接影響硬碟的性能、壽命等等。
五、緩存
有外置的獨立緩存DRAM和模拟緩存SLC Cache，為了節省成本，并非所有的硬碟都有DRAM...
①DRAM主要有兩個作用：
存放FTL表：DRAM（外置的獨立緩存）中存放FTL表，可以了解為目錄，為了更友善快速的查找晶片中存放的檔案。
緩解寫放大：寫入資料前要擦除整個block區塊，寫入資料時一頁一頁的寫入，即使資料不滿一頁，也要寫一頁。當所有頁都沾滿後，下次存資料時，就要把不足一頁的資料先搬出來合并，再擦除block。這樣加速讀寫，容易降低壽命。是以每次寫入資料前，主要晶片會把要寫入的資料先放到DRAM中，存滿一頁後再往閃存中寫入。
通常1GB閃存顆粒需要1MB的DRAM，如果控制成本縮減DRAM，那麼FTL表就存不全，隻能存放一些常用的，剩餘的部分FTL表就存放的閃存顆粒中，速度肯定就不如DRAM快。
閃存顆粒的讀寫速度遠遠小于DRAM，是以對于無緩存的固态來說，一般會借用記憶體的一部分空間存放FTL表（每次開機的時候，往記憶體寫入常用的FTL表，即HMB技術），速度同上。
②SLC Cache
對于主流的TLC固态硬碟，一個小方格存放3bit資料，也就是2³個狀态（每個狀态為不同的電子數量）。因為SLC速度快，如果人為的讓一部分硬碟空間，每次一個小方格隻寫1bit資料，那不就變成SLC了嗎？寫入資料時，首先往SLC區域寫入，等硬碟空閑了再轉入TLC區域，是以這種方法叫做模拟緩存。但這個SLC Cache區域設定多大，不同廠家的方案也不同。當SLC空間用完，那麼寫入速度就會直線降下來（掉速，緩内速度→緩外速度）。
那麼掉速掉到什麼程度？這就要看主要晶片的控制能力、閃存顆粒自身的能力了，是以不同牌子之間的細微差別就出來了。
如果是上面介紹的大DRAM方案，基本不會出現掉速的情況。以上就是有緩和無緩的差別~
六、4K随機讀寫
4K随機讀寫性能是一項直接影響使用體驗的名額。代表了硬碟資料吞吐的能力（iops）。主要參考
下圖中的兩項名額，看看我這個怎麼樣？
七、售後、質保
影響壽命的因素主要是擦寫次數，SLC Cache既有好處也有缺點，比如會增加擦寫次數降低壽命。一般硬碟簡介都會寫耐用度：500TBW、750TBW等等，1TB=1024GB，W是Write的意思，也就是說500TBW表示寫入硬碟500TB的資料，差不多硬碟就到頭了~自己算算能用多久？
最後
今天的内容把固态硬碟的基本知識都介紹完了，首先看主要和顆粒，其次再看速度等參數。是以你會選擇固态硬碟了嗎？
原文出處：https://mp.weixin.qq.com/s/AUTkwmSRMjCmsgkuGRYP-w