SSD工作原理傻瓜教程..docx

SSD工作原理傻瓜教程由于本人之前的C300测试贴中的部分原理解释不是最“傻瓜”式，造成很多朋友的困惑，在群里在论坛里讨论时，发现很多朋友的理解都还是有问题，故此特地开一个帖子解释的更“傻瓜”点。首先我们来看下，作为L63B颗粒，Intel/Micron的34nm 4KB page的颗粒，内部结构是这样的。下载 (46.09 KB)7?小时前我知道自己画图很烂。。。。意思意思就行。1个page为4KB，1个Block为256个page组成，1个Plane由2048个Block组成，2个Plane组成1个Die，也就是最小的芯片（4GB),X25-M 80G Gen2 SSD上面我们看到10个颗粒，每个颗粒是8GB的，就是由2个Die封装起来的。Page为最小的读写单位，Block为最小的擦除/编程单位。 （我知道这些很多人都知道，重复重复再重复我也很烦）。接下来，我来假设一个主控和颗粒环境：下载 (174.5 KB)7?小时前1个8通道8位的主控连接到8个Die上，为了解释方便，我这里就画了每个Die里的第一个Block。（实际当然要复杂很多）好了，接下来我们要进行读写了，看清楚，这下面的东西才是你们最想知道的。1. 现在我先对主机发送一条命令，要求写入4KB。下载 (176.41 KB)7?小时前主控接到主机发来的指令后，往颗粒1的Block1里写入了1个4KB(占1Page)。2.继续写入8KB。下载 (174.68 KB)7?小时前主控接到主机发来的指令后，往颗粒2的Block1里和颗粒3的Block1里各写入4KB。好了，我们来举一反三，如果写入的是32KB，那么主控就会一下子往每个颗粒的Block1里写入4KB，这样就能发挥出这个SSD主控理论最大的写入带宽，相对4KB来说最好情况下我们可以得到8倍的速度（取决于主控对通道的优化，颗粒当前的文件状况等等）。这样你们就会知道为啥4KB的写入慢，而持续写入SSD并不慢的道理了吧，实际情况下当然不会都写Block1，我这里只是想解释的简单点。这个类似RAID 0的操作模式就是大部分的SSD内部操作情况。上面是写入的情况，对于读取自然也是如此，4KB的读取就从一个Block里读，而32KB的话就从8个Block里拿，速度是不是8倍提升取决于要读取 的数据是不是平均分布在每个颗粒的Block里，如果32KB数据是存储在图中颗粒1~4的Block1里的（每个Block假设8KB），那么读取就最 多只有4倍的提升了，这也是为啥文件越小传输率越低的道理。这样经过一段时间之后，所有的NAND Block都被填满了，就会产生如下图的情况：下载 (105.14 KB)7?小时前这个图显示的是LBA（逻辑块地址），也就是我们的操作系统看到的文件系统结构，而非我们的SSD主控制器看到的结构。图中红色的地方表示为这个地址里的数据已经“过期”或者“无效”，这些红色地址是如何产生的？在你删除文件的时候，这个地址就“无效”了，里面的文件还在，只不过不用了而已，等待下一次的数据更新并覆盖进去。对于SSD的主控制器来说，它看到的并不是如图中这样，而是如下图：下载 (100.01 KB)7?小时前是的，在SSD主控制器看来，这里的文件都是有效的，也就是不能擦除，那么接下来如何？在操作系统的要求下，继续写入数据的话就要在前面LBA红色的地方写入，对于SSD来说，这时候就需要把整个块的绿色读进缓存并更新操作系统发来的数据，之后擦除这整个块并把缓存里的整个更新完的块写回去，这样即使写入4KB的数据，其实也是大费周章的折腾，这就是早期SSD主控制器或者U盘写入放大高的道理，这些SSD的算法上不支持GC，也没有Trim,所以在随机写入的表现上非常的悲剧。Trim是什么？他带来了什么好处？Trim是一条ATA的指令，当必威体育精装版的操作系统删除文件的时候（包括格式化），同时把这个文件地址发送给SSD的主控制器，让主控制器知道这个地址的文件地址无效了，好了，到此结束，没有下文了。Trim的完成需要几点：1.SSD的主控制器必须认识Trim指令，也就是固件要支持。2.操作系统必须会发送Trim指令，也就是删除时候会发送。3.操作系统下的控制器驱动必须要支持Trim指令的传输，也就是能够Pass Trim指令到SSD主控制器。如果SSD的主控制器支持Trim并且有开启的话，他看到的图就会是这样：下载 (106.03 KB)6?小时前是的，基本和操作系统看到的差不多，那些不一样的地址是因为并非删除操作造成的“无效”，而是由于覆盖等原因造成的，所以操作系统并没有发送Trim指令告诉SSD主控这个地址。那么相比之前的SSD主控制器，我们有了Trim，带来了提升是啥道理哪。如果光有Trim，提升并不大，因为数据的写入还是需要读取进入缓存并更