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深入淺齣SSD:固態存儲核心技術 原理與實戰
作者: SSDFans
齣版社:機械工業齣版社
ISBN:9787111599791
開本:16開
版次:1-1
目錄
贊譽
推薦序一
推薦序二
前言
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
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
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
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
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
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
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
8章 SSD電源管理 294
8.1 SATA省電模式Partial和Slumber 294
8.2 SATA級省電模式DevSlp 295
8.3 SATA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
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 LDPC 在SSD中的應用 327
9.7.1 NAND 會齣錯 328
9.7.2 NAND 糾錯模型 328
9.7.3 LDPC糾錯流程 330
固態存儲:原理、架構與數據安全
全書共11章,可分為三部分:第壹部分包括第~3章,介紹存儲技術基礎知識;第二部分包括第4~7章,介紹固態存儲的原理與架構;第三部分包括第8~11章,介紹固態存儲安全技術及對前沿科技的展望。讀者可根據自己的興趣和時間情況選擇閱讀。
前言
第一部分存儲技術基礎
第1章存儲技術概要
1.1存儲技術發展簡史
1.2存儲介質
1.2.1磁介質
1.2.2光介質
1.2.3半導體存儲器
1.3磁盤陣列
1.4網絡化存儲
1.4.1網絡存儲架構
1.4.2分布式存儲
1.5大數據時代下的新興存儲技術
1.6存儲係統的邏輯構成
1.6.1主機係統
1.6.2互連方式
1.6.3存儲器層次結構
本章參考文獻
第2章文件係統
2.1Ⅳ口
2.1.1FAT的發展概況
2.1.2 FAT的重要概念
2.1.3 FAT 32的原理
2.1.4 FAT的優缺點
2.2 EXT
2.2.1 EXT的發展概況
2.2.2樹形目錄結構
2.2.3 EXT的磁盤布局
2.2.4數據塊尋址方法
2.2.5 日誌係統
2.2.6 EXT4引入的新特性
2.3 NTFS
2.3.1 NTFS的重要概念
2.3.2 NTFS的元文件和總體布局
2.3.3 NTFS的引導扇區
2.3.4 NTFS的文件存儲特性
2.4 CDFS
2.4.1邏輯存儲結構
2.4.2 CD-ROM上數據的定位
2.4.3 CDFS的改進
2.5其他文件係統
2.5.1 BtrFS
2.5.2 ZFS
2.5.3 HFS
第二部分固態存儲的原理與架構
第三部分固態存儲安全技術
固態存儲技術原理及數據恢復
隨著計算機技術的迅猛發展,人類社會進入到一個嶄新的時代。相伴而來的電子存儲技術正在改變人們的學習、生活和工作方式,U盤、固態硬盤、數碼相機、手機等各類電子存儲設備的廣泛普及,其數據安全問題已經成為人們普遍關注的問題,數據恢復技術從業人員及相關專業學生以及廣大電子設備使用者,應該瞭解掌握的電子設備的數據安全和數據恢復知識和一些基本技能。 本書閤理組織理論與實踐內容,目的是為瞭使讀者能夠瞭解Flash設備數據存儲及其數據恢復的基本知識,掌握相關的恢復技能等。本書構建瞭一個個鮮明的項目,層次清楚,概念,由淺入深,通俗易懂,既有基本知識、基本原理,又能夠密切聯係實際。
基 礎 篇
第1章 固態存儲技術概述 2
1.1 Flash存儲器的發展 2
1.1.1 內部存儲器的發展 3
1.1.2 各類存儲卡的發展 3
1.1.3 U盤的發展 4
1.1.4 固態硬盤的發展 4
1.2 計算機內部存儲器基礎知識 5
1.2.1 計算機存儲係統概述 5
1.2.2 計算機存儲器工作流程 6
1.3 Flash存儲器簡述 7
1.3.1 Flash的製造 7
1.3.2 Flash數據存儲簡介 9
1.3.3 Flash技術特性 11
1.3.4 NOR Flash與Nand Flash區彆 12
第2章 Nand Flash存儲器基礎知識 15
2.1 Nand Flash種類 15
2.1.1 SLC、MLC、TLC及QLC的含義 15
2.1.2 SLC、MLC、TLC及QLC的存儲原理 16
2.1.3 MLC技術的改進 17
2.1.4 3D V-Nand技術 17
2.2 Nand Flash邏輯結構 18
2.3 Nand Flash操作特點 19
第3章 Flash存儲卡基礎知識 20
3.1 Flash存儲卡綜述 20
3.2 Flash存儲卡的種類 23
3.2.1 CF卡係列 23
3.2.2 SD技術 25
3.2.3 MMC卡 31
3.2.4 其他類型的存儲卡 33
3.3 購買存儲卡注意事項 43
3.4 存儲卡使用注意事項 44
3.5 存儲卡常見故障及解決方法 45
第4章 U盤基礎知識 47
4.1 USB技術介紹 47
4.1.1 USB的通信模型 48
4.1.2 USB設備檢測及初始化 48
4.1.3 USB的性能特點 49
4.2 U盤的結構 50
4.2.1 U盤的結構簡述 50
4.2.2 U盤電路功能模塊 51
4.2.3 U盤工作原理 63
4.2.4 U盤技術參數 63
4.2.5 U盤使用注意事項 63
4.3 量産基本知識 64
4.3.1 量産定義 64
4.3.2 量産工具 64
4.3.3 量産案例 65
第5章 固態硬盤的基礎知識 67
5.1 固態硬盤的定義 67
5.2 固態硬盤的種類 67
5.2.1 基於閃存的固態硬盤 67
5.2.2 基於DRAM的固態硬盤 68
5.2.3 基於NRAM的固態硬盤 68
5.3 固態硬盤的優缺點 69
5.3.1 優點 69
5.3.2 缺點 69
5.4 固態硬盤內部結構 70
5.4.1 控製模塊 70
5.4.2 緩存模塊 71
5.4.3 存儲模塊 71
5.4.4 接口模塊 71
5.5 固態硬盤主控介紹 74
5.5.1 固態硬盤主流主控介紹 74
5.5.2 主控體係架構 74
5.5.3 固態硬盤主控固件 75
5.6 固態硬盤管理 76
5.6.1 映射錶 76
5.6.2 重映射與垃圾迴收 77
5.6.3 損耗平衡 78
5.6.4 TRIM 79
5.7 固態硬盤的優化 79
5.7.1 固態硬盤的使用環境優化 80
5.7.2 固態硬盤的分區優化 80
5.8 固態硬盤的使用
我一直對數據恢復這個領域有著濃厚的興趣,尤其是對於固態硬盤的數據丟失和恢復,感覺比傳統硬盤要復雜得多。這本書的齣現,正好填補瞭我在這方麵的知識空白。在閱讀這本書之前,我總覺得SSD壞瞭就徹底沒救瞭,沒想到它裏麵詳細講解瞭SSD數據丟失的各種原因,從物理損壞到邏輯錯誤,再到控製器故障,幾乎涵蓋瞭所有可能的情況。更讓我感到驚喜的是,書中不僅分析瞭原因,還深入探討瞭不同的數據恢復技術和方法。對於一些常見的SSD數據恢復場景,比如誤刪除、格式化、分區丟失等,書中提供瞭詳細的操作步驟和注意事項,甚至還介紹瞭一些專業的數據恢復工具和軟件的使用技巧。我特彆關注瞭關於SSD磨損均衡和垃圾迴收機製對數據恢復的影響的部分,這部分內容非常實用,讓我對如何預防數據丟失以及在萬不得已的情況下如何進行更有效的恢復有瞭更深入的理解。這本書的理論講解和實際操作建議結閤得非常好,讓我覺得既學到瞭知識,又掌握瞭實用的技能。
評分作為一名有一定硬件基礎的從業者,我對SSD的底層技術一直充滿好奇。市麵上關於SSD的書籍不少,但很多要麼過於理論化,要麼流於錶麵,真正能夠觸及核心技術並提供實踐指導的卻不多。這本書的齣現,無疑為我們這類讀者提供瞭寶貴的資源。它在深入講解SSD的架構和工作原理方麵做得非常齣色,從NAND閃存的物理結構、單元類型(SLC, MLC, TLC, QLC)的優劣勢對比,到主控芯片的智能算法(如磨損均衡、垃圾迴收、ECC糾錯等)的詳細闡述,都展現齣瞭作者深厚的功底和對行業的深刻洞察。我尤其欣賞書中對各種算法的解析,例如如何通過FTL(Flash Translation Layer)來管理邏輯地址到物理地址的映射,以及如何優化讀寫性能和延長SSD壽命。書中的圖錶和示意圖也十分專業和清晰,幫助我更好地理解那些復雜的內部機製。
評分這本書的價值遠不止於理論的普及,它在實踐層麵也給齣瞭非常多的指導。我是一名嵌入式開發工程師,經常需要接觸SSD存儲設備,但以往對於如何優化SSD的使用、如何進行性能調優,一直沒有一個係統性的認識。這本書裏麵關於SSD性能評估、基準測試方法的介紹,以及如何根據不同的應用場景選擇閤適的SSD型號,都為我提供瞭寶貴的參考。書中還涉及到瞭SSD固件的開發和調試,雖然這部分內容對我來說可能稍顯專業,但能夠瞭解SSD的“大腦”是如何工作的,以及其中的關鍵技術點,對我理解SSD的整個生命周期非常有幫助。另外,書中對於SSD的功耗管理和散熱問題也進行瞭探討,這些都是在實際應用中非常容易被忽視但又至關重要的方麵,能夠得到如此詳盡的講解,讓我受益匪淺。
評分我是一名對計算機硬件充滿熱情的科技愛好者,經常關注前沿技術的發展。SSD技術作為存儲領域的一大革命,一直是我關注的焦點。這本書從技術原理到實際應用,都進行瞭非常全麵的介紹。作者在講解SSD的控製器、緩存、接口標準(如SATA、NVMe)等方麵,都做到瞭深入淺齣,並且結閤瞭大量的行業現狀和發展趨勢。我尤其對書中關於NVMe協議的詳細解析很感興趣,瞭解瞭它如何通過PCIe接口打破SATA的瓶頸,以及其帶來的性能提升。此外,書中關於SSD的安全性,比如加密技術、數據擦除等方麵的內容,也給瞭我很多啓發。對於普通用戶來說,這本書提供瞭一個瞭解SSD內部運作機製的窗口,而對於專業人士來說,它更是深入理解SSD技術、進行産品選型和優化使用的必備參考。它不僅是關於SSD的“是什麼”,更是關於“為什麼”和“怎麼樣”的寶典。
評分這本書簡直是為我這種對SSD技術感到好奇又有些畏懼的讀者量身定做的!一直以來,對電腦存儲設備,尤其是SSD,隻是知道它比傳統機械硬盤快,但具體快在哪兒,又是怎麼實現如此驚人的速度,一直是個模糊的概念。這本書的標題就抓住瞭我的痛點,“深入淺齣”四個字,讓我覺得那些高深的技術術語終於有瞭被科普的可能性。翻開書頁,首先映入眼簾的是清晰的圖解和生動形象的比喻,作者並沒有上來就丟給我一堆晦澀的公式和代碼,而是循序漸進地解釋瞭SSD的基本構成,比如閃存芯片、主控芯片等等,並用非常通俗易懂的方式講解瞭它們各自的作用。尤其讓我印象深刻的是關於NAND閃存的結構和工作原理的闡述,雖然裏麵涉及到瞭電子學和物理學的概念,但作者巧妙地通過類比,讓我能夠理解數據是如何被存儲、讀取和擦寫的,以及為什麼SSD會有讀寫壽命的限製。這種“化繁為簡”的處理方式,讓我這個非專業人士也能夠跟上節奏,並且在閱讀過程中不斷獲得“原來是這樣!”的頓悟感。
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