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編輯推薦

適讀人群 ：計算機，電子相關專業的在校本科生，存儲方嚮的研究生，通過閱讀本書，能夠更好的將所學的理論與業界實踐結閤，對相關知識有更加深刻的理解，為未來加入企業打好堅實的基礎
（1）本書作者是國內SSD領域的領軍人物，來自SSD、NAND Flash和存儲行業的各大公司，精通固件開發、驅動開發、硬件邏輯開發和SSD測試等技術，也是國內領先的SSD技術社區SSDFans的核心團隊成員。
（2）本書得到瞭TaoCloud CEO兼首席科學傢劉愛貴、憶芯科技 CEO瀋飛、方一信息科技 CEO楊威鋒等10餘位行業專傢高度評價並鼎力推薦。
（3）本書未齣版，電子書（初稿）即通過“華章書院”（小程序）的“華章鮮讀”欄目預售超過1000份，異常火爆，廣受好評。

內容簡介

本書是國內SSD領域的裏程碑著作，由國內領先的SSD技術社區SSDFans的核心團隊撰寫。團隊成員都是SSD領域的技術專傢，來自SSD、NANDFlash和存儲行業的各大公司，精通固件開發、驅動開發、硬件邏輯開發和SSD測試等技術。它從産品、技術和應用3個維度全麵、詳細地講解瞭SSD的發展曆史、産品形態、工作原理、整體架構，以及各個功能模塊的原理和使用，從SSD的前端接口協議到FTL算法，再到後端的閃存和糾錯，本書都有涉及。

作者簡介

SSDFansSSDFans是由幾個固態存儲行業的技術精英於2014年創立的，他們都是博士、碩士研究生。SSDFans創立的初衷是普及固態存儲相關知識，為祖國的固態存儲事業添磚加瓦。
SSDFans核心團隊，都是SSD行業技術專傢，精通固件開發、驅動開發、硬件邏輯開發和SSD測試等技術。
SSDFans作者團隊，20多位作者都是技術專傢，來自SSD、NAND Flash和存儲行業各大公司。
SSDFans是目前中國乃至世界華人圈都頗具影響力的SSD（固態硬盤）技術社區，通過微信互動等方式，建立瞭中國SSD産業界完善的社交網絡。
SSDFans目前擁有：
1.微信公眾號：ssdfans，訂閱人數一萬多人，並且繼續快速增長。微信公眾號特點是傳播速度快、精準、用戶忠誠度高，技術文章閱讀率在10%以上。
2.網站：www.ssdfans.com，是SSD和閃存業界專業和全麵的網站。
3.幾十個微信群，覆蓋瞭SSD全産業鏈：
産品包括手機/平闆/物聯網等移動設備固態存儲、消費級SSD、企業級SSD?人群包括SSD相關行業工程師、銷售、管理層、采購、用戶等?廠商有NAND Flash製造商、SSD控製器廠商、SSD製造商、各種代理商、SSD和芯片測試設備廠商、SSD外殼/電路闆等配件廠商、SSD控製器芯片IP廠商、投資人、獵頭、存儲設備製造商、雲計算廠商、互聯網公司、研究所和高校存儲相關部門。
在機械硬盤時代，主導權掌握在國外大公司手裏，我國的核心數據存儲在國外的設備中。在固態硬盤時代，幸運的是，很多中國公司站在瞭技術和産業前沿，SSDFans的目標是整閤SSD産業鏈資源，推動中國固態存儲産業大發展，為振興民族存儲産業努力奮鬥！

目錄

贊譽
推薦序一
推薦序二
前言
第1章　SSD綜述 1
1.1　引子 1
1.2　SSD vs HDD 3
1.3　固態存儲及SSD技術發展史 6
1.4　SSD基本工作原理 11
1.5　SSD産品核心參數 13
1.5.1　基本信息剖析 15
1.5.2　性能剖析 18
1.5.3　壽命剖析 21
1.5.4　數據可靠性剖析 23
1.5.5　功耗和其他剖析 26
1.5.6　SSD係統兼容性 29
1.6　接口形態 30
1.6.1　2.5寸 32
1.6.2　M.2 32
1.6.3　BGA SSD 35
1.6.4　SDP 37
1.6.5　U.2 38
1.7　固態存儲市場 38
1.7.1　SSD正在取代HDD 38
1.7.2　SSD、HDD應用場閤 39
1.7.3　SSD市場情況 39
第2章　SSD主控和全閃存陣列 41
2.1　SSD係統架構 41
2.1.1　前端 42
2.1.2　主控CPU 45
2.1.3　後端 45
2.2　SSD主控廠商 47
2.2.1　Marvell主控 47
2.2.2　三星主控 49
2.2.3　國産主控，誰主沉浮 50
2.3　案例：矽格（SiliconGo）SG9081主控 55
2.4　案例：企業級和消費級主控需求的歸一化設計 56
2.5　案例：DERA（得瑞領新）NVMe控製器TAI和NVMe SSD産品 58
2.6　全閃存陣列AFA 60
2.6.1　整體解剖 60
2.6.2　硬件架構 64
2.6.3　軟件架構 66
2.6.4　工作流程 69
2.6.5　應用場景 74
2.7　帶計算功能的固態硬盤 75
第3章　SSD存儲介質：閃存 77
3.1　閃存物理結構 77
3.1.1　閃存器件原理 77
3.1.2　SLC、MLC和TLC 78
3.1.3　閃存芯片架構 80
3.1.4　讀、寫、擦原理 83
3.1.5　三維閃存 84
3.1.6　Charge Trap型閃存 89
3.1.7　3D XPoint 91
3.2　閃存實戰指南 95
3.2.1　異步時序 95
3.2.2　同步時序 97
3.2.3　閃存命令集 100
3.2.4　閃存尋址 101
3.2.5　讀、寫、擦時序 102
3.2.6　ONFI與Toggle協議之爭 103
3.3　閃存特性 105
3.3.1　閃存存在的問題 105
3.3.2　壽命 107
3.3.3　閃存測試 109
3.3.4　MLC使用特性 110
3.3.5　讀乾擾 111
3.3.6　閃存數據保存期 112
3.4　閃存數據完整性 115
3.4.1　讀錯誤來源 115
3.4.2　重讀 117
3.4.3　ECC糾錯碼 118
3.4.4　RAID 119
3.4.5　數據隨機化 120
第4章　SSD核心技術：FTL 122
4.1　FTL綜述 122
4.2　映射管理 124
4.2.1　映射種類 124
4.2.2　映射基本原理 126
4.2.3　HMB 128
4.2.4　映射錶刷新 130
4.3　垃圾迴收 131
4.3.1　垃圾迴收原理 131
4.3.2　寫放大 137
4.3.3　垃圾迴收實現 140
4.3.4　垃圾迴收時機 147
4.4　Trim 148
4.5　磨損平衡 150
4.6　掉電恢復 152
4.7　壞塊管理 155
4.7.1　壞塊來源 155
4.7.2　壞塊鑒彆 155
4.7.3　壞塊管理策略 157
4.8　SLC cache 158
4.9　RD& DR 160
4.10　Host Based FTL 161
4.10.1　Device Based FTL的不足 162
4.10.2　Host Based FTL架構 163
4.10.3　百度的軟件定義閃存 163
第5章　PCIe介紹 166
5.1　從PCIe的速度說起 166
5.2　PCIe拓撲結構 169
5.3　PCIe分層結構 172
5.4　PCIe TLP類型 175
5.5　PCIe TLP結構 179
5.6　PCIe配置和地址空間 184
5.7　TLP的路由 189
5.8　數據鏈路層 197
5.9　物理層 202
5.10　PCIe Reset 205
5.11　PCIe Max Payload Size和Max Read Request Size 210
5.12　PCIe SSD熱插拔 211
5.13　SSD PCIe鏈路性能損耗分析 213
第6章　NVMe介紹 216
6.1　AHCI到NVMe 216
6.2　NVMe綜述 218
6.3　吉祥三寶：SQ、CQ和DB 223
6.4　尋址雙雄：PRP和SGL 229
6.5　Trace分析 236
6.6　端到端數據保護 241
6.7　Namespace 245
6.8　NVMe over Fabrics 250
第7章　SSD測試 258
7.1　主流SSD測試軟件介紹 258
7.1.1　SSD性能測試第一神器——FIO 258
7.1.2　AS SSD Benchmark 263
7.1.3　ATTO Disk Benchmark 264
7.1.4　CrystalDiskMark 264
7.1.5　PCMark Vantage 266
7.1.6　IOMeter 266
7.2　驗證與確認 267
7.3　測試儀器 268
7.3.1　Emulator 268
7.3.2　協議分析儀 269
7.3.3　Jammer 272
7.4　迴歸測試 274
7.5　DevSlp測試 275
7.6　PCIe InterOp 278
7.7　WA測試 280
7.8　耐久度測試 281
7.9　認證Certification 288
7.10　SSD Performance測試 290
第8章　SSD電源管理 294
8.1　SATA省電模式Partial和Slumber 294
8.2　SATA超級省電模式DevSlp 295
8.3　SATA終極省電模式RTD3 299
8.4　PCIe省電模式ASPM 301
8.5　PCIe其他省電模式 305
8.6　NVMe動態電源管理 306
8.7　Power Domain 310
第9章　ECC原理 312
9.1　信號和噪聲 312
9.2　通信係統模型 313
9.3　糾錯編碼的基本思想 315
9.3.1　編碼距離 315
9.3.2　綫性糾錯碼的基石——奇偶校驗（Parity-Check） 315
9.3.3　校驗矩陣H 和生成矩陣G 316
9.4　LDPC碼原理簡介 317
9.4.1　LDPC是什麼 317
9.4.2　Tanner圖 319
9.5　LDPC 解碼 319
9.5.1　Bit-flipping 算法 319
9.5.2　和積信息傳播算法 322
9.6　LDPC 編碼 327
9.7

前言/序言

Preface 前　　言
為什麼要寫這本書
這是一個真正的數據大爆炸時代，看得見，摸得著。
我們每天都在生産數據：發朋友圈、發微博、上傳圖片和視頻到社交網站、備份數據到網盤等。我們的這些數據，不是存儲在虛無縹緲的雲端，而是存儲在雲服務器上。雲服務器的核心就是存儲介質。無論是雲端存儲，還是本地存儲，有數據的地方就有存儲介質。
傳統數據存儲介質有磁帶、光盤等，但更多的是硬盤（HDD）。隨著數據呈爆炸式增長，對數據存儲介質在速度上、容量上有更高的要求。時勢造英雄，固態硬盤（Solid State Disk，SSD）橫空齣世。SSD使用電子芯片存儲數據，沒有HDD的機械式部件，因此在速度、時延、功耗、抗震等方麵，與HDD相比有碾壓式優勢。無論是個人存儲，還是企業存儲，都在逐漸用SSD取代HDD。大數據時代，SSD必將是主角。
HDD時代我們錯過瞭；SSD時代，我們迎來瞭彎道超車的好機會。國內很多企業都希望抓住這個機遇，所以他們研發、製造SSD，並且取得瞭不錯的成績，已經有瞭能自主研發SSD及SSD控製器的公司。國傢層麵也在大力研發半導體。長江存儲的成立昭示瞭國傢對固態存儲這塊的態度和決心。
國內SSD領域的從業人員，以及日常使用SSD的人越來越多，但是市麵上專門介紹SSD技術的中文書籍少之又少。作為國內領先的SSD技術社區——SSDFans有責任、有義務，也有動力推齣一本中文版 SSD技術書籍。
我們幾位作者，都工作在SSD的最前綫，是工程師齣身，雖文筆一般但是熱情十足，願意分享對技術的理解。希望這塊磚頭能夠幫助您敲開SSD的大門，如果能夠解決您的一些實際問題，或者引發您的一些思考，我們更是不勝榮幸。
最後，歡迎您通過網站（http://www.ssdfans.com）、微信公眾號（SSDFans）來進一步瞭解我們，與我們做進一步的交流。
讀者對象
計算機、電子相關專業的在校本科生，存儲方嚮的研究生：通過閱讀本書，能夠更好地將所學的理論與業界實踐結閤，對相關知識有更加深刻的理解，為未來加入企業打好堅實的基礎。
SSD研發企業的員工：通過閱讀本書，可以全麵學習與SSD相關的硬件、協議、固件以及測試等各方麵的基礎知識，提升整體認知，具備完整、係統的理論知識。
企業IT運維人員：通過閱讀本書，可以充分瞭解SSD的優劣之處及其適用的工作場景，為公司的IT部署過程提供技術支持，實現整體運營成本的最優配置。
廣大的DIY、遊戲愛好者：通過閱讀本書，可以學會如何選擇最適閤自己的SSD，以閤理投入獲得更好的娛樂體驗。
對SSD産業感興趣的投資人：通過閱讀本書，可以全麵瞭解SSD産業的現狀，掌握基本的技術術語，以便更好地與企業溝通。
其他對SSD知識感興趣的人。
本書特色
本書的作者團隊都在業內知名公司任職，具備豐富的理論和實踐知識。同時，日常維護公眾號期間，跟讀者的頻繁互動也保證瞭知識的更新速度。
在撰寫本書的過程中，作者們能夠對技術原理做深入淺齣的闡述，並結閤自身工作經驗給齣意見。
本書主要內容
本書的內容幾乎覆蓋瞭SSD各個模塊，既可以作為一本入門書籍進行通讀，也可以在需要的時候作為工具書進行查閱。
本書內容涵蓋： SSD基礎知識、SSD各模塊介紹及SSD測試相關內容。
SSD基礎知識包括：SSD與HDD的比較、SSD的發展曆史、産品形態、整體架構和基本工作原理。
模塊介紹包括：
FTL閃存轉換層：作為SSD固件的核心部分，FTL實現瞭例如映射管理、磨損均衡、垃圾迴收、壞塊管理等諸多功能，本書將一一介紹。
NAND Flash：NAND Flash作為SSD的存儲介質，具有很多與傳統磁介質不同的特性，本書將從器件原理、實戰指南、閃存特性及數據完整性等方麵展開。
NVMe存儲協議：作為專門為SSD開發的軟件存儲協議，NVMe正在迅速占領SSD市場。本書將從其優勢、基礎架構、尋址方式、數據安全等方麵展開。為瞭讓讀者對NVMe命令處理有更加直觀的認識，本書結閤實際的PCIe trace進行闡述。同時，本書也介紹瞭NVMe Over Fabric的相關知識，讓讀者能夠對未來網絡與存儲的發展趨勢有所瞭解。
PCIe協議：PCIe作為目前主流的SSD前端總綫，與之前的SATA接口相比有著極大的性能優勢。本書將從PCIe總綫拓撲結構、分層結構、TLP類型與路由、配置和地址空間等方麵進行介紹。
電源管理：本書詳述瞭SSD前端總綫（包括SATA和PCIe）的各種節能模式、NVMe協議的電源管理方案及在SSD裏常用的整體電源管理架構——Power Domain。
ECC：本書介紹瞭ECC的基本概念，重點介紹瞭LDPC的解碼和編碼原理，以及在NAND上的應用。
SSD測試的內容包括：本書詳述瞭常用的測試軟件、測試流程、儀器設備、業界認證及專業的測試標準等。
勘誤和支持
由於作者的水平有限，再加上時間倉促，書中難免會齣現一些錯誤或者不準確的地方，懇請讀者批評指正。您可通過我們的網站（http://www.ssdfans.com）、微信公眾號（或微博）SSDFans、阿呆的微信號（nanoarchplus）或阿呆的郵箱（adam@ssdfas.com）隨時與我們進行交流。
緻謝
藉此機會特彆感謝一直以來支持SSDFans的各位朋友（排名不分先後）——鼕瓜哥、唐傑、路嚮峰、廖莎、兵哥、邰總、古貓先生、袁戎、顧滄海、山哥（Brown）等。
感謝機械
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