固态硬盘为啥这么快？带你了解固态硬盘的“秘密”……

很多朋友只知道SSD比机械HDD“快”。

但“快”在哪里？

为什么SSD比机械HDD快？

其实在于固态硬盘和机械硬盘完全不同的工作原理，决定了两者的速度差。

今天一起学习吧~

1、机械硬盘的工作原理

机械硬盘的内部结构主要由电机、磁盘、磁头臂和磁头组成。

机械硬盘工作时，磁头会悬浮在盘面上方几纳米处。盘面上有很多小方块，小方块里有很多小磁性颗粒。

这些磁盘上的磁性粒子有一定的极性。当磁性粒子的极性向下时，记录为0，当磁性粒子的极性向上时，记录为1，这样磁头就可以通过识别磁盘上磁性粒子的极性来读取数据。

磁头还可以利用其变化的磁场来改变磁盘上磁性粒子的极性，从而写入和重写磁盘数据。

为了准确定位数据在磁盘表面的位置，磁盘本身被分成许多扇区和磁道。

假设:

数据存储在磁盘第五磁道的第七扇区:

然后磁头会在第五个磁道上摆动，然后等待第七个扇区回转。当第七个扇区转到磁头下面时，就可以读取数据了。

这就是机械硬盘的工作原理，也正是因为机械硬盘使用磁性的极性粒子来存储数据，所以机械硬盘常被称为磁盘。

SSD的工作原理与机械HDD完全不同，采用纯电子结构。

2.固态硬盘的工作原理

固态硬盘数据存储的基本单元称为浮栅晶体管，其基本结构包括:存储电子的浮栅层、控制电极G、衬底P、源极D和漏极s。

我们把浮栅层中的电子数如果高于某个值就计为0，如果低于某个值就计为1。

那么固态硬盘是如何工作的呢？继续往下看~

读入数据

当写入数据时，需要向控制电极G施加高电压，使得电子可以穿过隧道层并进入浮栅层。由于绝缘层的存在，电子不能再向前移动，被困在浮栅层中。

当去掉电压后，这些电子仍然会被捕获在浮栅层中，因为隧穿层本质上相当于绝缘体，所以电子只能被捕获，这样就存储了一位数据。

这些电子能被“囚禁”多久，也就是固态硬盘能存储数据多久？一般一个新的SSD可以存储10年的数据。因为随着时间的推移，电子“越狱”已经成功。

当“越狱”的电子数量达到一定数量时，我们保存的数据就没有了。

擦除数据

擦除SSD上的数据，其实就是释放这些不良电子，也就是给基板施加高压，让电子被吸出来，信息被擦除。

通过上面的描述，我们知道了写入和擦除数据的过程。

那么如何读取数据呢？

读出数据

读取数据的原理也很简单。

当浮栅层中没有电子时，我们给控制级一个低电压。因为电压低，电子只能被吸引到靠近隧穿层的位置，而不能穿过隧穿层，所以源漏可以导通，形成电流。

如果检测到电流，说明没有存储电子，读取的数据为1。

当浮栅层中有电子时，我们也对控制电极施加低电压。因为浮栅层的电子排斥这些电子，电子无法被吸引到靠近隧穿层的位置，所以源漏不会导通，不会形成电流。

如果检测不到电流，浮栅层存储一定量的电子，读取的数据为0。

无数个浮栅晶体管堆叠在一起，可以存储大量的0和1。它们类似于图书馆里的书架，存储着无限的0101数据。

与机械硬盘的机械结构相比，固态硬盘的纯电子结构在访问速度上具有突出的优势。

机械硬盘在读取数据之前，需要在相应的磁道上方摆动磁头臂，然后等待相应的扇区回转。

虽然现在的机械硬盘大多是7200转或者5400转，看起来很快，但是这两个操作还是会造成十毫秒左右的延迟。

这种延迟对人类来说确实微不足道，但对电脑内存和CPU的影响确实不小。

但是SSD整个过程都是电子交互，电子信号的速度远远超过磁头臂和磁盘的机械结构。

如果你的数据随机分散在磁盘的各个角落，机械硬盘需要多次寻道寻址，多次等待扇区在磁头下旋转，所以机械硬盘在读取分散文件时性能很弱很慢，也就是随机读写性能低。

了解了SSD的原理后

你肯定知道为什么SSD的擦除次数是有限制的。

是因为在擦除浮栅晶体管的过程中，电子反复进出隧道层，导致隧道层损坏，不能有效阻挡电子，失去隧道层应有的功能。