固态硬盘读写算法研究论文

一、固态硬盘简介

固态硬盘（Solid State Disk）都是由主控芯片和闪存芯片组成，简单来说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，其接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同()，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。存储单元负责存储数据，控制单元负责读取、写入数据。拥有速度快，耐用防震，无噪音，重量轻等优点。广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。

（一）SSD固态硬盘的优点：

第一，SSD不需要机械结构，完全的半导体化，不存在数据查找时间、延迟时间和磁盘寻道时间，数据存取速度快，读取数据的能力在400M/s以上，最高的目前可达500M/s以上。

第二，SSD全部采用闪存芯片，经久耐用，防震抗摔，即使发生与硬物碰撞，数据丢失的可能性也能够降到最小。

第三，得益于无机械部件及FLASH闪存芯片，SSD没有任何噪音，功耗低。

第四，质量轻，比常规英寸硬盘重量轻20-30克，使得便携设备搭载多块SSD成为可能。同时因其完全半导体化，无结构限制，可根据实际情况设计成各种不同接口、形状的特殊电子硬盘。

（二）SSD的缺点：

第一，固态硬盘成本高 目前SSD成本已经大幅下降。128G SSD已经在1000元级别。但是相对机械硬盘，价格还是很高的~而作为笔记本厂商，在将固态硬盘当作可选配件后，升级的费用更是要远高于实际成本，这也就导致了配备传统硬盘笔记本和固态硬盘笔记本之间千元的价差。

第二，存储容量有待提高 如今传统机械式硬盘凭借最新的垂直记录技术已经向2TB级别迈进，而固态硬盘的最高纪录仍停留几百GB(PQI推出的英寸SSD产品)左右，由于闪存成本一直居高不下，很少有厂商涉及这种高容量的SSD产品的研发，即使有相关的产品出现，离量产还有很长很长的路，现阶段可以买到的固态硬盘最实际的存储容量只有最高几百GB。但是价格高昂。

固态硬盘寿命计算公式

二、扫清误区！

1、固态硬盘速度为什么不是一直在最高速度？

答： 现在的固态硬盘厂商大多会宣称自家的固态硬盘持续读写速度超过了500MB/s云云，这相对机械硬盘的100MB/s的速度着实是相当可观的。事实上几乎没有任何程序的启动和执行过程是连续读取的，实际使用中只有进行非同盘的复制粘贴操作时，数据的源盘会进行持续读的工作。也就是说把一个文件从D盘复制粘贴到E盘时，D盘就在进行持续读写的工作。

2、 要是我的硬盘频繁读写，那么固态硬盘的使用寿命是不是会不够用，很快报废？

答：在一些固态硬盘上大家会见到“芯片标明读写只有10—100万次的读写”。那么如果我应用到数据库之类的，或许读写比较频繁的数据、不是很快就坏了吗，那我们买一块固态硬盘不是很不划算”？寿命当然不是像那样,如果不安全的话现在不会应用到航空航天、车载等特殊领域了及恶劣的环境下了！

固态硬盘在原理构造上基本上和我们应用普通机械硬盘有很多相似的地方，比如模拟扇区、模拟磁道等。在固态硬盘内部，最核心的部分就算控制器了，它是整个固态硬盘的核心，里面包括很多构架，比如读写算法、接口定义等。主要影响寿命的就是读写次数，在固态硬盘的算法定义中，修改一次才算一次真正读写。

固态硬盘闪存具有擦写次数限制的问题，这也是许多人诟病其寿命短的所在。闪存完全擦写一次叫做1次P/E，因此闪存的寿命就以P/E作单位。34nm的闪存芯片寿命约是5000次P/E，而25nm的寿命约是3000次P/E。是不是看上去寿命更短了？理论上是这样没错，但随着SSD固件算法的提升，新款SSD都能提供更少的不必要写入量。再来一个具体的例子，一款120G的固态硬盘，要写入120G的文件才算做一次P/E。普通用户夸正常使用，即使每天写入50G，平均2天完成一次P/E，那么一年就有180次P/E。大家可以自行计算3000个P/E能用几年，相信到那时候，固态硬盘早就被你换成别的什么新奇玩意了。

目前BladeCenter HS21 XM刀片服务器当中提供基于闪存技术的的固态硬盘（Solid State drives，SSD），与传统的机械硬盘相比，固态硬盘更快、更可靠、有更好的能源效率、发热更少并且更安静等优点，而且可以在刀片服务器上的固态硬盘可以运行操作系统以及其他任何应用，同时也说明了寿命已经已经不在是我们关注的问题。

随着Flash芯片的擦写次数不断提高，寿命也不断的在提高，根据目前一些应用情况来看，一般一块盘的寿命可以达到6年以上，而且控制器的算法也在不断的完善，寿命也从另一个方面变相提高，相信未来寿命还会有很大的提升。三、SSD固态硬盘优化

1、刷官方最新固件

固件不单直接影响SSD的性能、稳定性，也会影响到SSD的寿命。优秀的固件包含先进的算法能减少固态硬盘不必要的写入，从而减少闪存芯片的磨损，维持性能的同时也延长了固态硬盘的寿命。因此及时更新官方发布的最新固件显得十分重要。

SSD固态硬盘优化

固态硬盘固件更新办法一般分两种：Windows环境下使用软件更新、建立启动盘（u盘、光盘）更新。OCZ等厂商采用的软件更新方式，Crucial 英睿达 m4则是采用了后者。更新过程大致是将主板BIOS的启动顺序改为光驱优先或者U盘优先，然后进入引导界面，根据提示来操作，很简单。

2、开启TRIM指令

固态硬盘会越用越慢，这和固态硬盘的工作原理有很大的关系。固态硬盘是新的，其中的NAND闪存已经预先擦除干净，因此数据可以直接写入闪存，而无需完成数据清除这一步，这时数据的写入非常快。随着时间的推移，SSD中从未使用的存储空间越来越少，很多时候必须先擦除闪存中的数据然后再写入，因此其性能就会明显下降。

Windows 7系统上，对支持Trim指令的SSD启动Trim命令后，能让操作系统在删除某个文件或者格式化后告诉SSD主控这个数据块不再需要了。当某些文件被删除或者格式化了整个分区，操作系统把Trim指令和在操作中更新的逻辑地址(Logincal Block Address)一起发给SSD主控(其中包含了无效数据地址)，这样在之后的垃圾回收（Garbage collection）操作中，无效数据就能被清空了，减少了写入放大同时也提升了性能。

Windows 7默认状态下Trim指令是开启的，如果想查询目前的Trim指令状态，我们可以在管理员权限下，进入命令提示符界面，输入“fsutil behavior QUERY DisableDeleteNotify”，之后会得到相关查询状态的反馈。在这里，提示为“DisableDeleteNotify = 0”即Trim指令已启用；提示为“DisableDeleteNotify = 1”即为Trim指令未启用。另外开启主板BIOS内的AHCI模式也很重要。因为AHCI中的原生命令队列特性（NCQ）可以优化完用户发送指令的顺序，从而降低机械负荷达到提升性能的目的。

查看设备管理器-IDE ATA ATAPI控制器,如果开启了AHCI，控制器后面会有提示,如果没有就是没开。

3、安全擦除

ATA安全擦除命令可以用来清除在磁盘上的所有用户数据，这个指令会让SSD回到出厂性能(最优性能，最少写入放大)。但效果只是暂时的，因为之后的使用，写入放大又会慢慢增加回来，最后还是会回到稳定态。不过固态硬盘使用一段时间，里面文件杂乱无章，性能下降，这时做一次安全擦除还很有必要的（反正也要重装系统）。

现在有许多软件都能提供ATA安全擦除指令来重置磁盘，最著名的是HDDErase。不过对SSD来说，重置一次也相当于完成了一次P/E，所以这里不建议大家频繁的做擦除优化。操作过程大致也是将主板BIOS的启动顺序改为光驱优先或者U盘优先，然后插入存好软件的启动设备，进入引导界面，根据提示来操作。

另外英特尔固态硬盘工具箱（Intel SSD Toolbox）是英特尔官方推出的Intel SSD固态硬盘最新的管理工具，也包含的优化功能，原理类似，但因为是软件所以操作起来比较方便。

四、SSD选购

1 、看主控芯片

目前市面上占有率最高的SandForce二代主控，由于它提供了一套成熟的主控方案。硬盘厂商只需买来方案，在加入自己的PCB设计、闪存搭配、固件算法就能制造出固态硬盘。有点类似于谷歌的Android开源模式，不过其弊病也是相同的，那就是同样的主控要兼容各种不同的芯片、固件，所以各大SandForce主控的硬盘产品性能也是参差不齐的。另外还有Marvell主控和Intel主控，只是产品较少，但性能都相当给力。

2 、看闪存颗粒

前固态硬盘采用的闪存颗粒有着25/34nm制程、MLC/SLC、同步/异步、ONFI/Toggle Mode等等不同。不同闪存颗粒数据传输率有着很大的差异，异步ONFI颗粒只有50MT/s（Intel或者Micron早期颗粒），同步ONFI 颗粒则可以达到133MT/s ~ 200MT/s （Intel或者Micron颗粒），异步Toggly DDR 颗粒也可以达到133MT/s ~ 200MT/s （TOSHIBA或者Samsung颗粒）。

液晶显示器背光类型及优缺点（LCD、CCFL、LED）(一)

液晶背光显示原理 液晶不同于等离子的最大区别就是液晶必须依靠被动光源，而等离子电视属于主动发光显示设备。目前市场上主流的液晶背光技术包括LED(发光二极管)和CCFL(冷阴极荧光

灯)两类。

冷阴极荧光灯管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）

传统的液晶显示器都是采用CCFL(冷阴极荧光灯管)背光。CCFL的背光设计主要有两种：“侧入式”与“直落式”，不过侧入式因光导设计使得光折损率较高，进而让背光亮度受限，面板尺寸越大时亮度就越低，仅适合8英寸～15英寸的TFTLCD面板，也就是Laptop、Desktop等个人观赏之用，但在居家观赏的LCDTV大尺寸上面时，侧入式的亮度将难以满足，取而代之的是直落式。

不过，越大尺寸的LCD，其背光模组所占的成本比重就越高，所指的是正是直落式CCFL背光模组，根据统计，同样是使用直落式CCFL背光模组，在15英寸时背光模组仅占整体成本的23％，但是到30英寸时就增至37％，且推估到57英寸时，背光模组所占的成本就会达到50％。所以，直落式CCFL背光仅适合用在30英寸左右的中型尺寸LCDTV，不适合用在更大面积的设计上。同时，CCFL是运用水银气体放电来产生照明，虽然目前欧盟订立的RoHS规范，只要对“水银”剂量在标准以下仍可接受，但无人能保证日后可能将标准提高至零含量（完全不准使用），届时CCFL将无法使用，或必须改行无汞式 CCFL。

即便无汞式CCFL在技术上可行，但CCFL依旧是密闭光管性的气体放电式电子照明，光管对外力的抗受性有限，较大的冲撞将使光管破裂，使照明失效，相对的其他固体式电子照明（如LED）则无此顾虑。另外，由於直落式不需要用导光板，也较无光折损问题，所以也不需要增亮膜，特别是增亮膜属少数业者的专利技术，价格昂贵，直落式可以省去导光板与增亮膜，此有助於成本降低。

不过，直落式CCFL也有其缺点，为了提升画面亮度，必须增加光管数目，然光管过密排置的结果将不利於散热，既然左右相间的距离空间缩减，只好从厚度层面来增加散热空间，然而厚度增加也等于部分抵损LCD TV的优点：轻薄。

附带一提的是，在大寸数的LCDTV上使用CCFL光管，光管的长度也必须因应寸数增加而增长，然而较长的CCFL光管，其光管的中间位置与两端将容易产生亮度MURA与色MURA的问题，进而影响背光的光均性，为了持续保持光均，则必须用上扩散膜来强化光均度，但扩散膜也会带来光透率的折损，使亮度减低，亮度减低的结果只好以增加光管数的方式来补强，但就如前所述：增加光管将更难设计散热、增加背光模组的厚度，甚至是用电增加，根据了解，CCFL背光模组的用电已占LCDTV整体用电的90％之高。所以，改变背光技术是目前改变LCD画质的一个方向之一。

发光二极体（Light Emitting Diode；LED）

既然CCFL背光有诸多的副作用疑虑，因此业界也寻求各种新背光实现技术，而LED则是可行方案之一，如Sony的Qualia系列电视，即是高端的大尺寸（40英寸、46英寸）的LCD TV，其背光部分是用WLED所构成，称为WLED背光技术。而对LED背光技术的LCD Monitor研发目前亦已经到实质性阶段，我们在07年的CES会展上已经可以看到相关产品展示。

LED背光有多项好处，首先是固体式电子照明，对冲撞的`抗受性高于CCFL，且没有汞气体的环保法规顾虑，没有UV紫外线外泄顾虑，同时在色彩饱和度及寿命上都超越CCFL，另外LED

只要正向电压即可驱动，不似CCFL需要交流的正负向电压，即便是只论正向驱动电压，LED的需求水准也低于CCFL。再者，LED的亮度只需用脉波宽度调变（Pulse Width Modulation；PWM）方式就可调节，并可用相同方式来抑制TFTLCD显示上的残影问题，然而CCFL的亮度调节就较为复杂，且无法抑制残影，必须以另行方式才能抑制。

虽然LED背光有诸多优点，但也有其缺点，首先是发光效率，以相同的用电而言，LED并不及CCFL，因此散热问题会比CCFL严重，此外LED属点型光源，与CCFL的线型光源相较实更难控制光均性，为了达到尽可能的光均，必须对生产出来的LED进行特性上的精挑严选，将大量特性一致（波长、亮度）的 LED用於同一个背光中，此一挑选成本也相当高昂。所幸的是，LED的发光效率还在提升中，目前已可至100ml/W以上，如此色彩饱和度可以更佳，以及让背光的WLED排置更宽松，进而让用电与散热问题获得舒缓，且制造良品率持续进步成熟后，严选光亮特性一致的LED之成本也会降低。

单单改变背光技术或许还不足以引发LCD的革命，那么我们就去看看别的LCD技术发展。OLED (Organic Light EmittingDiode)即有机发光二极体。OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著节省电能。但是，目前它的寿命和价格是限制它在 LCD方面发展的瓶颈。

OLED是另外一个受到瞩目的面板应用技术，并且以小尺寸面板的实现期程较早。以客户的计划来看，2008～2009年会有较多的机种问世，但仍以次面板为主，而且即使机种和出货量较现在有明显的增加，市场占有率也不会超过10％。OLED原本因为本身薄，对比、视角、省电等各方面的条件都较TFT- LCD要优秀，一直受到业界的重视，认为将取代TFT-LCD，早几年也纷纷投入研发。然而一方面OLED本身技术遇到瓶颈，寿命问题有待克服；另一方面 TFT-LCD技术持续精进，现在也能够提供优异的对比和视角，致使OLED需求量始终无法大举提升，并且市场不大又供过于求，限于价格竞争；原本投入的业者也难逃解散和缩编的命运。台湾胜华科技过去则转投资成立胜园投入OLED研发，眼看OLED与TFT-LCD无法竞争，尤其成本差异大，规格方面 TFT-LCD已可轻易达到170度的视角、500：1的对比、亮度增加，也可以做薄，反应速度虽然较逊色，但达到人眼可以接受的范围即可。因此胜园也已经收掉，只留下几位研发人员回到胜华做材料的开发。未来OLED的寿命和价格若能大幅改善，仍有机会；现阶段则限於具特殊性、强调要标新立异的产品；量大的时间点还未看到。

而AMOLED（Active Matrix/Organic Light EmittingDiode）主动矩阵有机发光二极体面板（AMOLED）被称为下一代显示技术，包括三星电子、三星SDI、LG飞利浦都十分重视这项新的显示技术。目前除了三星电子与LG飞利浦以发展大尺寸AMOLED产品为主要方向外，三星SDI、友达等都是以中小尺寸为发展方向。从目前成品产品的产品性能表现来看，如果AMOLED成本能够得到有效控制的话，那么，传统的LCD面板技术将受到极大挑战。

就你的应用要求来说，卡不卡跟配置完全没关系。看剧写文档，这样的应用要求，你就算用的i3都可以保证五年不卡，更别说你这样的游戏级配置了。电脑有问题，或者系统里一堆垃圾软件，才是卡的根源。大多数卡顿，跟配置都没什么关系。

SSD固态硬盘相比传统HDD机械硬盘的优点是性能强、体积小、无噪音。固态硬盘在原理构造上基本上和我们应用普通机械硬盘有很多相似的地方，比如模拟扇区、模拟磁道等。

在固态硬盘内部，最核心的部分就算控制器了，是整个固态硬盘的核心，里面包括很多构架，比如读写算法、接口定义等。主要影响寿命的就是读写次数，在固态硬盘的算法定义中，修改一次才算一次真正读写。

以上内容意思解释：

固态硬盘内部闪存完全擦写一次叫做1次P/E，因此闪存的寿命就以P/E作单位。34nm的闪存芯片寿命约是5000次P/E，而25nm的寿命约是3000次P/E。随着SSD固件算法的提升，新款SSD都能提供更少的不必要写入量。

一个具体的例子，一款120G的固态硬盘，要写入120G的文件才算做一次P/E。普通用户正常使用，即使每天写入50G，平均2天完成一次P/E，那么一年就有180次P/E。

SSD闪存类型中，SLI最为高端，P/E寿命大概为5000次；MLC是目前主流，性能、寿命适中，P/E寿命大概为3000次；而TLC则相对最便宜，理论上性能和寿命最差，P/E寿命大概为1000次以上。1000个P/E估算一下有好几年的理论寿命。