SSD為什麼這麼快SSD原理介紹【詳解】

　　隨著科技的不斷髮展，選擇 SSD的使用者越來越多，使用者之所以選擇 SSD是因為 SSD的速度很快， SSD為啥這麼快?下面就隨小編一起來了解下吧!

　　使用快閃記憶體為儲存載體的SSD的讀寫過程與傳統的HDD有著本質上的不同，特別是在寫入方面，HDD是可以直接對儲存在磁碟上的資料進行覆蓋寫入的，SSD並不能這樣，快閃記憶體需要先擦除原來的資料再把新的資料寫進去，不能直接覆寫資料，使得SSD多了擦除的操作。而寫入單位(Page)與擦除單位(Block)的不統一又讓SSD不停地在各個Block區塊之間折騰，SSD用久了需要擦除的區塊就會越多，效能自然也會變慢，然而現在的SSD基本都不會這樣，為什麼會這樣呢?

　　SSD為啥這麼快?祕密就在這裡 ---浦科特的SSD就以True Speed不掉速

　　SSD的寫入方式決定了它越用越慢的特性，資料寫入的越多效能就會越差，不過現在的SSD都支援TRIM指令與GC垃圾回收功能，在他們倆的守護下可以確保你的SSD裡面即使寫入得再多東西也不會輕易掉速，這就是 SSD為啥這麼快的主要原因。

　　TRIM指令

　　TRIM指令是微軟提出的，但是SSD廠商也有支援與不支援TRIM之分，所以還是跟SSD有一定關係。

　　TRIM是基於SATA控制器的一個指令，一旦有檔案刪除或者分割區格式化，作業系統就會發TRIM指令給SSD主控，告訴它某處的資料已經刪除了，SSD因而知道哪些資料是能動哪些不能動的，之後就可以進行清空操作以恢復效能了。不過這個過程不是馬上就完成的，TRIM命令是即時傳送到SSD主控中的，但是什麼時候開始清空資料是主控演演算法的事兒。

　　SSD為啥這麼快?祕密就在這裡 --- 對TRIM指令的支援是現在SSD主控必備的

　　之所以有這麼一個溝通過程還是跟SSD與HDD的讀寫方式不同有關，首先作業系統的刪除資料並不是真正把資料清空了，只是加了刪除的標籤而已(就像摘了門牌號，房子還在一樣)。就是說真實的資料還在，不過普通的操作存取不到了，但是一些專用的資料恢復軟體可以把這些資料再找回來。

　　HDD機械硬碟是可以直接在原有資料上覆蓋，但是SSD不行，必須要清空原有資料才能寫入新資料，而系統並非真正刪除資料的特性會對SSD的效能造成影響，TRIM指令的存在使得SSD能夠緊緊跟隨OS的操作意圖，擦除已刪除的無用資料以恢復SSD效能。

　　上圖很好的說明了TRIM指令是如何工作的，前三步分別是空資料、寫資料和刪除部分資料，在此之後TRIM指令就會通知SSD主控可以清空紅色區域的無用資料，之後SSD的效能就可以恢復如初了。

　　TRIM支援與否依賴於作業系統、磁碟控制器驅動以及SSD主控，Win7、Windows 2008 R2、Linux 2.6.33、MAC OS 10.6.6、Free BSD 8.2及之後的系統都支援 TRIM或者類似指令，Intel 9.6.0.1014及之後的磁碟驅動都可以支援，不過TRIM指令並不強制要求AHCI，IDE模式也可以，只是SSD幾乎沒誰用IDE模式吧。

　　SSD為啥這麼快?祕密就在這裡 --- 微軟PPT中專門解釋過TRIM指令的工作方式和優點

　　Intel在RST 11.5之後的驅動中提供RAID模式的TRIM指令支援，還有一些廠商用自己的方式解決了RAID模式下的TRIM指令問題。另外，XP系統下是不支援TRIM指令的，不過三星的工具軟體也可以讓其SSD實現類似TRIM的功能。

　　浦科特M8Se有著很高的TRIM效率，這可以提高產品效能 的 穩定性，讓SSD能夠保持較長時間的高速執行，還可以抑制寫入放大，提高快閃記憶體的壽命。

　　使用者可以自行檢查TRIM指令開啟與否，開啟CMD視窗定位到“fsutil behavior set DisableDeleteNotify 0」表示啟用TRIM，如果是1就表示禁用狀態或者不支援。

　　SSD為啥這麼快?祕密就在這裡 --- GC垃圾回收

　　垃圾回收(garbage collection，簡稱GC)是SSD恢復效能的另一大祕籍，這個主要跟廠商所用的主控有關，其意義就跟字面意思一樣，通過清理無用的垃圾資料保持SSD效能如新。

　　它的存在還是跟SSD的特性有關，空盤下SSD寫入資料所需時間以ns計，但是擦除資料的過程則以ms計，寫入的資料越多，需要擦除的時間也越長，SSD的寫入效能就會嚴重下降，GC機制相當於」騰籠換鳥」，把原本雜亂無章存放的資料整理一遍，然後寫入到新的空白區，之前的區塊就會進行清除操作以恢復正常效能

　　SSD為啥這麼快?祕密就在這裡 --- GC的處理過程

　　由於各種寫入、刪除操作會在SSD留下雜亂的資料，其中有些是還有用的，有些就是無效的，GC功能啟動之後就把有用的資料拷貝到另外的區塊，這一步相當於“騰籠」，原來儲存資料的區域就會被清除，恢復空盤水平以準備寫入新的資料，這就是“換鳥」了。

　　上面只是理論操作過程，具體怎麼做還有個選擇問題，如果在SSD讀寫資料的同時進行GC操作，這種實時GC(Real Time GC)對主控的效能是個考驗，一方面要往空白區寫入資料，同時還要照顧無效資料的“拆遷」工作，這麼頻繁折騰SSD的話估計SSD那有限的讀寫壽命也支撐不住，實時GC不可取。

　　浦科特在2011年的M2P就使用過相當激進的實時GC功能，效能確實不會降低，不過那個時候的快閃記憶體還是32nm的MLC，壽命相當有保障，現在無論MLC還是TLC都不夠膽這樣玩了。

　　目前的GC大都是在SSD閒置時才開始工作，也就是所謂的“Idle Time GC(閒置GC)」了。廠商會在主控中設定一個條件，比如空白容量達到某種比例才開始GC處理，這樣就預先釋放了空白空間，如果達到設定條件的上限，那麼GC也會停止，這樣處理比實時GC更利於延長SSD壽命。

　　閒置GC也不是完美無缺的，它會帶來額外的寫入放大，因為在GC處理開始之前，某些整理過的頁面(page)可能正在變髒，不過閒置GC增加的寫入放大率非常小，OCZ稱其SSD的閒置GC只有額外的1%放大率，影響非常小，整體上依然是利大於弊。

　　現在的SSD大都是利用TRIM和閒置GC相輔相成工作的，當用戶刪除或者修改檔案時，系統就會傳送TRIM指令告訴SSD那部分資料可以刪掉了，然後SSD在閒置時就會對這部分割區域進行GC騰出空白的快閃記憶體空間，實時GC功能現在在啟用SLC Cache的SSD上會比較明顯，畢竟它們要快速的騰出SLC Cache空間給後續的資料，這樣才能確保SSD擁有高速的寫入。

　　TRIM指令通知給SSD的可刪除資料越多，GC操作需要轉移的資料就越少，寫入量也會減少，對SSD來說也是延長使用壽命的一種方式。