固态硬盘 (固态硬盘 ) 正在迅速成为操作系统和应用程序的首选计算机存储。您可以在最新的笔记本电脑、手机、平板电脑甚至游戏机中找到它们。
凭借出色的性能和耐用性，这些硬盘引起了轰动，但 SSD 到底是什么？
传统硬盘驱动器 (HDD) 的工作原理
为了了解 SSD 的不同之处，我们需要简单地回顾一下传统的硬盘驱动器 (HDD)。直到最近，硬盘驱动器还是几乎所有计算机中都可以找到的标准驱动器类型。
在 HDD 内部，您会发现一个或多个称为“盘片”的旋转磁盘。每个盘片都分为磁道和扇区。盘片通常由铝或玻璃制成，并涂有磁性材料。
盘片的表面包含数十亿个单独的区域，每个区域代表一个数据位。该区域可以磁化或消磁，代表一或零。
当旋转的盘片以每分钟数千转的速度移动时，连接到摆动臂的微小读写头会在盘片上方漂浮一个头发丝的宽度，从驱动器读取或向驱动器写入数据。
硬盘驱动器是极其复杂的设备，具有许多微小、精确且易碎的移动部件。它们的工作效果如此之好，这真是一个现代奇迹。
固态硬盘 (SSD) 的工作原理
与硬盘驱动器相比，SSD 与 中央处理器 等半导体设备和 RAM 有更多共同点。 SSD 和 HDD 都充当存储设备，但 SSD 的工作方式截然不同。
在典型的 SSD 中，您只会发现计算机芯片。 SSD 的控制器芯片负责管理数据的存储方式和位置，但 SSD 的大部分由闪存芯片组成。
闪存是“非易失性”存储器。易失性内存（如 RAM）在电源关闭时不会持续存在，其中存储的数据会消失。相比之下，使用非易失性内存（例如 SSD 或 USB 驱动器），即使电源关闭，您的数据仍然存在。这就是为什么 USB 拇指驱动器也被称为“闪存驱动器”！
现代 SSD（以及大多数 USB 闪存驱动器和存储卡）使用一种称为 NAND 闪存的闪存。它以微芯片中可以制作的逻辑门类型之一命名。在 NAND 内存中，有一些“单元”可以容纳不同的电荷水平。通过测量存储单元中的电荷水平，您可以判断它代表的是 1 还是 0。要更改单元格的内容，您只需更改其内部的电荷水平即可。.
NAND 内存领域的技术有许多不同的变化。例如，您可能见过一些标有“V-NAND”或“垂直”NAND 的三星 SSD。这里，存储单元垂直堆叠，从而在相同的硅占用空间中提供更多的存储容量。英特尔的 3D NAND 也或多或少是相同的技术。
SSD 类型和接口
SSD 有多种外形尺寸和 NAND 闪存类型。这决定了 SSD 的最大性能及其价格。
闪存类型
所有 NAND 闪存的数据密度和性能都不相同。您可能还记得我们上面的讨论，SSD 将数据以电荷的形式存储在存储单元内。
如果一个单元仅存储一位数据，则称为 SLC 或单级单元存储器。 MLC（多级单元）和TLC（三级单元）存储器每个单元分别存储两位和三位数据。 QLC（四级单元）内存将其提升至每个单元四位。
单个单元中可以存储的数据位数越多，SSD 就越便宜，或者可以在同一空间中填充的数据就越多。这听起来是个好主意，但由于 SSD 的运行方式，使用多位存储方法时驱动器死机更快。 SLC 内存是性能最佳、最耐用的 NAND 类型，使用寿命长。然而，它也是迄今为止最昂贵的，并且只出现在高端驱动器中。
因此，大多数消费类SSD都采用MLC或TLC，并采用特殊方法来尽可能延长其使用寿命。我们将在本文稍后讨论该技术的缺点下的 SSD 磨损问题。
SSD 外形规格
SSD 有多种外形规格。 “外形尺寸”只是设备的物理形状及其符合的连接标准。由于 SSD 最初是为了取代 HDD 而设计的，因此第一批用于消费类台式机的设备旨在安装在以前硬盘驱动器的位置。
这就是 2.5英寸SATA固态硬盘 设计发挥作用的地方。您只需取出当前的 2.5 英寸笔记本电脑硬盘并插入这些 SSD 之一即可。.
这个外壳内的 SSD 不需要那么多空间，但它非常有意义，因为笔记本电脑和大多数现代台式机的主板上已经有 2.5 英寸驱动器托架和 SATA 连接器。您还可以购买适配器，将 2.5 英寸驱动器放入台式机的 3.5 英寸托架中。
除了占用不必要的空间外，这些 2.5 英寸驱动器的速度限制为 600 MB/s，因为这是 SATA 3 接口的限制。
mSATA（mini-SATA）标准解决了空间问题。 mSATA 的物理形状、尺寸和连接器与 PCI Express Mini 卡标准相同，但两种类型的卡在电气上不兼容。
mSATA 标准现已被 M.2 标准取代。 M.2 SSD 可以是 SATA 或 PCIe，具体取决于卡和主板组合。
M.2 卡也可以是双面的，两面都有组件，并且它们的长度各不相同。确保您的计算机主板与您要使用的 M.2 SSD 兼容始终很重要！
NVMe SSD 使用非易失性内存 Express 标准，这是计算机使用更常用于显卡的 PCIe 访问 SSD 内存的方式。 PCIe 的带宽比 SATA 高得多，使快速 SSD 内存能够充分发挥其潜力。
SSD 的优点
SSD 迅速成为存储技术标准的原因有很多。虽然早期出现的一些问题使它们暂时脱离了主流计算机世界，但现在我们可以将它们推荐给任何人。甚至最新的视频游戏机 现在也使用SSD。以下是使 SSD 获得当前流行的关键优势。
SSD 速度很快
全球最快的机械硬盘 希捷 Mach.2 Exos 2X14 可以达到 524 MB/s 的持续传输速率。这几乎与 SATA 3 SSD 一样快，但如果您关注的是高端市场，现在计算机中常见的机械驱动器可以达到 100 MB/s 到 250 MB/s 之间的速度.
典型的 M.2 PCIe SSD（例如中档笔记本电脑中的 SSD）提供 2.5 至 3.5 GB/s。最新的 M.2 PCIe SSD 的速度接近 8 GB/s，这是一个令人难以置信的数据量。顺序写入速度通常比读取速度慢一点，但数据在两个方向上都以惊人的速度传输。.
这也不仅仅是传输速度的问题。机械硬盘驱动器需要时间来旋转盘片并将驱动器磁头移动到位。在盘片上找到数据请求的正确位置称为“寻道时间”。对于 SSD，该延迟数实际上为零。
SSD 可以立即从其存储单元内的任何位置读取数据，甚至可以并行读取。无论您以哪种方式进行切片，SSD 的性能范围都与最好的机械硬盘不同，无论您以哪种方式进行切片。
将计算机的 HDD 升级为 SSD 时，您会体验到更快的启动时间和非常敏捷的系统响应能力。原因很简单，因为您的 CPU 永远不需要等待来自存储驱动器的数据。这是赋予旧 Windows 系统新生命的绝佳方式。
SSD 很耐用
SSD 与任何其他固态组件（例如 CPU 或 RAM）一样耐用，没有移动部件。除非电涌摧毁它们，否则它们应该无限期地运行，或者至少只要计算机对您仍然有用。闪存还具有很强的抗冲击损坏能力，这与硬盘驱动器不同，硬盘驱动器一旦掉落就很容易损坏，尤其是在盘片旋转时。
这种耐用性使其非常适合笔记本电脑，这也是 Apple MacBook Air、iMac 等超级本以及 Mac 电脑系列其他成员配备高性能集成 SSD 的原因。
这里的“耐用性”并不是指 SSD 磨损现象，我们在下面的缺点列表中对此进行了介绍。
SSD 不会出现碎片
数据碎片是 HDD 上的一个真正问题。当新数据写入驱动器上的第一个可用空间时，就会发生这种情况。因此，给定文件或一组相关文件的数据可能分散在驱动器的物理盘片区域中。
这会破坏顺序读取速度并增加大量寻道时间，因为驱动器磁头会飞来飞去以查找文件的所有部分。由于 SSD 的本质，它不会产生碎片。这并不是说文件没有碎片。只是这并不重要，因为没有移动部件，也没有寻道时间可言。.
碎片整理只会对驱动器造成不必要的磨损。如果您想了解更多有关 SSD 碎片的信息，请阅读 您应该对 SSD 进行碎片整理吗？
SSD 很安静
硬盘噪音很大！电机的嗡嗡声、磁盘的嘶嘶声、驱动器磁头来回移动的咔嗒声——几十年来，这些都是计算机用户的背景噪音。
相比之下，SSD 根本不会发出任何噪音。这看起来似乎是一个微不足道的优势，但嘈杂的计算机组件却很烦人。在某些用例中，例如用于录音的计算机，声级至关重要。曾经有一些昂贵的硬盘驱动器具有特殊的安装和设计，试图抑制 HDD 噪音，但有了 SSD，问题就完全解决了。
这就是为什么我们现在可以拥有像苹果 M1 MacBook Air 这样的计算机，它没有风扇，也没有机械硬盘。整个计算机是固态的，因此不会发出任何噪音！
SSD 体积小且节能
SSD 比 HDD 占用的空间少得多，而且工作所需的电量也少得多。这意味着我们可以拥有更小、更薄的计算机、平板电脑、智能手机和其他需要快速非易失性存储驱动器的电子设备。
SSD 在不使用时几乎可以完全进入睡眠状态，并且与 HDD 不同，它们几乎可以立即切换到高性能模式。总体而言，SSD 功耗对于移动计算机和其他使用它们的小工具获得更好的电池寿命尤其重要。机电设备比固态设备需要更多的能量才能运行。
SSD 可以缩小安装尺寸
SSD 可以减少某些应用程序的安装大小，尤其是视频游戏 。当应用程序依赖于数据快速流入内存时，开发人员可能会在 HDD 盘片上的多个位置复制信息。这减少了寻道时间，因为驱动器磁头始终靠近所需数据的副本。这是一个聪明的技巧，但它是以牺牲存储空间为代价的。
专为 SSD 设计的应用程序根本不需要这样做。由于 SSD 几乎没有延迟，并且可以立即从驱动器上的任何位置读取数据，因此必须只存在一份数据副本。.
像 游戏机5 这样的游戏机已经展示了 SSD 可以在多大程度上缩小安装尺寸，特别是与压缩相结合，这为我们带来了下一个优势。
SSD 可以加速
如果您认为 SSD 已经足够快，您可以加快这些驱动器的速度，以获得真正的高速性能数据。这一切都归功于压缩技术。数据以高度压缩的形式存储在 SSD 上。当请求信息时，会实时解压缩，有效提高 SSD 的原始数据传输速度。
唯一的问题是您需要强大的处理器来解压缩，但 SSD 目前不包含这样的处理器。事实证明，GPU 非常擅长完成此类工作，因此使用软件 API（应用程序编程器接口），例如 Microsoft 的 直接存储 和 Nvidia 的 RTX IO ，最近几代 GPU 可以加速不仅是 3D 图形，还有 SSD 性能。
SSD 的缺点
SSD 具有许多理想的属性，但技术并不完美。 SSD 所有权的某些方面并不像我们想象的那么令人愉快。
SSD 更贵
硬盘驱动器的价格已经大幅下降，并且可以存储的数据量增加到了疯狂的密度水平。结果是，1 GB HDD 数据的成本远低于最便宜的 NAND 闪存。
SSD 价格在过去几年中急剧下降，但人们普遍仍在使用 256GB 至 512GB 范围内相对较小的 SSD。 SSD 是为应用程序和操作系统保留的，而 HDD 仍然具有大容量存储空间，用于存储无法从 SSD 速度中受益的媒体文件或应用程序。
好消息是，与所有半导体技术一样，晶体管密度和制造工艺可能会呈现指数趋势，从而降低成本并扩大空间。目前，大多数预算都需要混合使用 SSD 和 HDD 存储。
SSD 可能会磨损
虽然 SSD 非常耐用，比 HDD 更能经受住考验，同时也具有更长的使用寿命，但它们会遭受磨损。 SSD 磨损的发生是因为 SSD 对存储单元的写入具有破坏性。每向 SSD 存储单元写入一个位，它就会失去一点充电能力。.
随着时间的推移，对单元的重复写入会使其无法操作。 SLC SSD 可以在炸毁给定单元之前处理最多重复的写入，但 MLC、TLC 和 QLC 单元按此顺序更容易受到攻击。早期的消费类 SSD 很快就会报废，但如今的驱动器采用磨损均衡和预留空间等策略来延长 SSD 的写入耐久性。
SSD 磨损是一个复杂的话题，因此请查看 关于 SSD 磨损您需要了解的一切 进行深入讨论。
SSD 可能会出现快速位衰减
所有形式的数据存储最终都会屈服于位腐烂。当存储介质性能严重下降以至于无法再以可读形式保存数据时，就会发生这种情况。
不同的介质会因各种原因而发生位衰减，但硬盘驱动器可以存储数十年而不会出现位衰减问题。另一方面，SSD 在存储几年后就可能会丢失数据。发生这种情况是由于每个存储单元中保持电荷的绝缘层退化所致。如果数量泄漏，则单元格为空并且不包含任何数据！
如果 SSD 保存在太热的环境中，位衰减的发生速度似乎会更快，但无论哪种方式，它们可能都不是将数据存储在抽屉中的最佳选择。
SSD数据恢复很难甚至不可能
围绕从机械硬盘恢复数据的艺术建立了一个复杂的行业。如果您有足够的钱，您甚至可以从被打碎的驱动器中恢复数据，就像专家从字面上重建驱动器一样。
在更普通的层面上，您可以恢复意外删除的数据，因为当您在 Windows 或其他操作系统中删除硬盘时，硬盘不会删除物理数据。相反，驱动器的该区域只是被标记为被覆盖。只要还没有发生覆盖，就可以使用专用软件恢复。
如果驱动器损坏或文件被删除，SSD 几乎不可能恢复任何内容。如果硬盘损坏 受到电涌的影响，您仍然可以使用新的驱动电子设备重建它，但由于SSD完全是电气的，所以所有内存都可能被烧毁。.
SSD 拥有复杂的控制器，这些控制器可以使用它们不了解的物理数据操作系统执行许多操作，这也无济于事。例如，SATA SSD使用的TRIM命令会抢先删除已标记为删除的存储单元，以加快写入新数据的过程。所以取消删除的技巧对他们不起作用！
未来是固态
虽然 SSD 并不完美，但它们代表了存储驱动器性能的飞跃，以至于它们最终占据存储市场的主导地位似乎是不可避免的。随着时间的推移，我们预计 SLC SSD 的价格也会下降，而不太耐用的 SSD 类型在限制磨损方面将变得更加智能。
硬盘技术在早期也存在不少问题，但我们有一种感觉，SSD 仍然存在的任何问题都将在创纪录的时间内得到解决。
.