今天我們準備研究一下硬盤是如何工作的，以及固態硬盤到底好在哪裡？
在幾年前，絕大多數人用的都是機械硬盤，固態硬盤還是個奢侈且稀有的選項，但隨著技術的不斷成熟，固態硬盤正越來越普遍。
全球出貨量有望在 2019 年曆史性地反超機械硬盤，是的，硬盤界的全民消費升級馬上就要來了。相比機械硬盤，，固態硬盤在讀寫速度上有壓倒性優勢，機械硬盤靠內部的磁盤來存儲數據，一片磁盤可劃成不同的磁道，每個磁道又分為不同的扇區，電腦上的各個文件就分散存儲在磁盤的各個扇區中，而讀寫數據靠的是上方距離磁盤僅 3 納米的磁頭，當需要讀取某個文件時，這個磁頭會在電機驅動下先擺到對應磁道，再等磁盤轉到對應扇區才能讀取，這個過程一般會有十幾毫秒的延遲。
固態硬盤中則不存在任何移動的機械結構，在工作時數據會通過接口進入主控制器，經處理後再分配到閃存芯片中儲存，不論寫入還是讀取，都是以純電子電路的方式實現，幾乎沒有延遲。
今天我們準備研究一下硬盤是如何工作的，以及固態硬盤到底好在哪裡？
在幾年前，絕大多數人用的都是機械硬盤，固態硬盤還是個奢侈且稀有的選項，但隨著技術的不斷成熟，固態硬盤正越來越普遍。
全球出貨量有望在 2019 年曆史性地反超機械硬盤，是的，硬盤界的全民消費升級馬上就要來了。相比機械硬盤，，固態硬盤在讀寫速度上有壓倒性優勢，機械硬盤靠內部的磁盤來存儲數據，一片磁盤可劃成不同的磁道，每個磁道又分為不同的扇區，電腦上的各個文件就分散存儲在磁盤的各個扇區中，而讀寫數據靠的是上方距離磁盤僅 3 納米的磁頭，當需要讀取某個文件時，這個磁頭會在電機驅動下先擺到對應磁道，再等磁盤轉到對應扇區才能讀取，這個過程一般會有十幾毫秒的延遲。
固態硬盤中則不存在任何移動的機械結構，在工作時數據會通過接口進入主控制器，經處理後再分配到閃存芯片中儲存，不論寫入還是讀取，都是以純電子電路的方式實現，幾乎沒有延遲。
正因為此 固態硬盤的讀寫速度往往比機械硬盤快十倍以上，最直觀的表現就是使用機械硬盤的老電腦開機要幾十秒乃至一分鐘，而使用固態硬盤的通常只需幾秒。不過，固態硬盤雖然快，但剛進入消費市場時，價格也高的嚇人，2007 年 ，固態硬盤每 GB 的價格是機械硬盤的近百倍，但好在廠商很快找到了降價的方法，固態硬盤中用於存儲數據的閃存芯片，內部最基本的存儲單元是浮柵晶體管。
在早期 ，一個浮柵晶體管只能存儲 0 或 1，也就是 1 比特的數據，稱為 SLC，而通過升級浮柵晶體管的設計，在此後又進化出了 MLC、TLC 和 QLC，它們存儲數據的能力從 2 比特一路提升至 4 比特，單位存儲能力的提升大幅降低了固態硬盤的價格。
今天 約 1TB 大小的固態硬盤，，價格也只有機械硬盤的 2.6 倍而已，然而 ，便宜的售價也帶來了必要的犧牲，存儲數據的浮柵晶體管是有壽命的，通常來說 SLC 擦寫約 10 萬次後就會失效，而 MLC、TLC 和 QLC 因為內部結構更精細，擦寫上限更是呈指數級下降，需要注意 固態硬盤的擦寫次數指的是整盤寫滿才算一次，寫入一半並不算一次，而讀取數據不影響壽命 則不算次數。
今天我們準備研究一下硬盤是如何工作的，以及固態硬盤到底好在哪裡？
在幾年前，絕大多數人用的都是機械硬盤，固態硬盤還是個奢侈且稀有的選項，但隨著技術的不斷成熟，固態硬盤正越來越普遍。
全球出貨量有望在 2019 年曆史性地反超機械硬盤，是的，硬盤界的全民消費升級馬上就要來了。相比機械硬盤，，固態硬盤在讀寫速度上有壓倒性優勢，機械硬盤靠內部的磁盤來存儲數據，一片磁盤可劃成不同的磁道，每個磁道又分為不同的扇區，電腦上的各個文件就分散存儲在磁盤的各個扇區中，而讀寫數據靠的是上方距離磁盤僅 3 納米的磁頭，當需要讀取某個文件時，這個磁頭會在電機驅動下先擺到對應磁道，再等磁盤轉到對應扇區才能讀取，這個過程一般會有十幾毫秒的延遲。
固態硬盤中則不存在任何移動的機械結構，在工作時數據會通過接口進入主控制器，經處理後再分配到閃存芯片中儲存，不論寫入還是讀取，都是以純電子電路的方式實現，幾乎沒有延遲。
正因為此 固態硬盤的讀寫速度往往比機械硬盤快十倍以上，最直觀的表現就是使用機械硬盤的老電腦開機要幾十秒乃至一分鐘，而使用固態硬盤的通常只需幾秒。不過，固態硬盤雖然快，但剛進入消費市場時，價格也高的嚇人，2007 年 ，固態硬盤每 GB 的價格是機械硬盤的近百倍，但好在廠商很快找到了降價的方法，固態硬盤中用於存儲數據的閃存芯片，內部最基本的存儲單元是浮柵晶體管。
在早期 ，一個浮柵晶體管只能存儲 0 或 1，也就是 1 比特的數據，稱為 SLC，而通過升級浮柵晶體管的設計，在此後又進化出了 MLC、TLC 和 QLC，它們存儲數據的能力從 2 比特一路提升至 4 比特，單位存儲能力的提升大幅降低了固態硬盤的價格。
今天 約 1TB 大小的固態硬盤，，價格也只有機械硬盤的 2.6 倍而已，然而 ，便宜的售價也帶來了必要的犧牲，存儲數據的浮柵晶體管是有壽命的，通常來說 SLC 擦寫約 10 萬次後就會失效，而 MLC、TLC 和 QLC 因為內部結構更精細，擦寫上限更是呈指數級下降，需要注意 固態硬盤的擦寫次數指的是整盤寫滿才算一次，寫入一半並不算一次，而讀取數據不影響壽命 則不算次數。
除了壽命， 固態硬盤還面臨其他挑戰，一個閃存芯片一般排布著若干個區塊用於存儲數據，它們的擦寫次數是分開計算的，對某些區塊的頻繁修改很可能讓它們提前達到擦寫上限，變成壞塊 降低硬盤的儲存量和運行速度，因此固態硬盤需要損耗均衡技術拯救，最簡單的是動態均衡。
當我們需要擦寫數據時，主控制器會優先選擇剩餘擦寫次數較多的年輕區塊，而不使用那些年老的區塊，更復雜的靜態均衡指的是，主控制器會優先把那些長久不用的冷數據從年輕區塊搬到年老區塊中，這樣年輕區塊就可以騰出空間用來擦寫新數據，從而平衡各個區塊的壽命。在這些技術的加持下，你完全不必擔心固態硬盤的壽命問題。
在購買固態硬盤時，可以查看廠商標註的總寫入量，以金士頓 A1000 1TB 的固態硬盤為例，總寫入量高達 600TB，也就是說 整盤寫入 1TB 的數據再擦除，重複 600 次才會讓固態硬盤失效。在日常使用時，即便你每天往硬盤裡安裝再刪除三款總計 200GB 的大型遊戲，你的硬盤也能用 8 年零 5 個月，而且今天的固態硬盤一般有 3~5 年的保修服務，但要注意 ，不同廠商對總寫入量的保修政策不同，如果你用的太狠，提前達到了硬盤的總寫入量，部分廠商也會提前終止保修服務，相比之下 機械硬盤雖然理論壽命長，但不論讀寫速度，還是大小重量、運行時的能耗、噪音，都遠不如固態硬盤。
在長期使用後，還會因為內部金屬部件的磨損，讓你感受比慢更慢、比吵更吵的糟糕體驗，最重要的是 在機械硬盤中，磁頭與磁盤間納米級的距離也給數據安全埋下了隱患，任何振動、跌落、碰撞都可能損壞裡面複雜精細的金屬部件，從這個對比試驗中你可以直觀地看到，當機械硬盤因振動而停止工作時，固態硬盤還是可以順暢地運行，在極高的振動頻率下，依然能保護你硬盤裡的畢生積蓄。