包郵 深入淺齣SSD:固態存儲核心技術 原理與實戰+固態存儲技術原理及數據恢復 原理與實戰書籍 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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齣版社： 機械工業

ISBN：9787111599791

商品編碼：28471170370

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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

《閃存新紀元：SSD核心技術深度解析與應用實踐》 一、 引言 在數字浪潮席捲全球的今天，數據已成為驅動社會進步的核心要素。而支撐海量數據存儲與高效讀寫的基石，正是日新月異的存儲技術。其中，固態硬盤（SSD）憑藉其卓越的性能、低功耗以及堅固耐用的特性，正以前所未有的速度顛覆著傳統的存儲格局，從個人電腦到數據中心，再到新興的物聯網和人工智能領域，SSD的身影無處不在。 然而，隱藏在SSD高速背後的，是一係列復雜而精妙的技術原理。要真正理解SSD的價值，掌握其核心技術，並在實際應用中充分發揮其潛力，並非易事。傳統的技術書籍往往側重於理論的堆砌，或是局限於某一單一環節，難以形成係統性的認知。更何況，隨著技術的發展，SSD的演進速度極快，許多最新進展和實戰技巧往往未能得到及時且深入的闡述。 《閃存新紀元：SSD核心技術深度解析與應用實踐》正是為瞭填補這一市場空白而誕生。本書旨在為廣大技術從業者、科研人員、學生以及對SSD技術充滿好奇的讀者，提供一份全麵、深入且極具實踐指導意義的學習資料。我們不局限於“包郵”等商業信息，而是聚焦於SSD最核心的技術內涵，從原理的“深入淺齣”到應用的“實戰演練”，力求打造一本真正能幫助讀者“掌握”SSD技術的權威指南。 二、 本書核心內容概覽 本書並非簡單地羅列SSD的組成部件，而是通過係統性的梳理，將SSD的復雜技術體係分解為若乾個關鍵章節，層層遞進，深入剖析： 第一部分：閃存介質的基石——NAND Flash原理探秘 SSD的核心在於其閃存（Flash Memory）芯片，尤其是NAND Flash。本部分將帶領讀者深入瞭解NAND Flash的物理結構、工作原理以及不同類型（SLC, MLC, TLC, QLC）的特點和權衡。我們將詳細闡述電荷存儲、讀取、擦寫、編程等基本操作，並深入分析其壽命限製、可靠性問題以及多種糾錯技術（ECC）的應用。 NAND Flash的物理層：從MOSFET結構齣發，講解電荷在浮柵（Floating Gate）或電荷捕獲層（Charge Trap）中的存儲機製。 SLC, MLC, TLC, QLC的原理與差異：對比分析不同存儲單元的數據存儲方式、讀寫速度、耐久度和成本，理解其在不同應用場景下的適用性。 NAND Flash的編程、讀取與擦寫操作：詳細講解每種操作的電氣特性、時序要求以及潛在的挑戰。 磨損均衡（Wear Leveling）與壞塊管理：剖析SSD如何通過復雜的算法來延長閃存壽命，以及如何處理和隔離失效的閃存單元。 ECC（Error Correction Code）技術：深入講解LDPC（Low-Density Parity-Check）等先進的ECC算法，以及它們在提高NAND Flash可靠性方麵的重要作用。 第二部分：SSD的“大腦”——主控芯片（Controller）的智能化 主控芯片是SSD的“大腦”，負責協調SSD內部所有組件的工作，並與主機進行通信。本部分將全麵揭示主控芯片的強大功能，包括其架構設計、固件（Firmware）的作用、以及在性能優化、功耗管理、數據安全等方麵所扮演的關鍵角色。 主控芯片的架構與接口：講解SATA, NVMe等不同接口下的主控設計，以及其內部的CPU、DRAM Cache、NAND Interface等核心模塊。 FTL（Flash Translation Layer）的奧秘：深入理解FTL如何將邏輯塊地址（LBA）映射到物理塊地址（PBA），實現磨損均衡、垃圾迴收（Garbage Collection）等關鍵功能。 GC（Garbage Collection）與TRIM命令：詳細講解垃圾迴收的原理、不同GC算法的優劣，以及TRIM命令如何幫助主控提升性能和壽命。 磨損均衡算法的實現：介紹靜態磨損均衡、動態磨損均衡以及混閤磨損均衡等策略。 DRAM Cache的作用與優化：闡述DRAM Cache在加速數據訪問、管理FTL映射錶等方麵的作用。 功耗管理策略：講解SSD如何通過各種低功耗模式來節省電能，以及在不同工作狀態下的功耗特性。 數據加密與安全特性：探討SSD內置的硬件加密引擎、安全擦除等功能。 第三部分：連接與協同——SSD的接口與協議 SSD的性能發揮離不開高效的接口與協議。本部分將深入分析當前主流的SSD接口技術，包括SATA和NVMe，並詳細解讀其技術演進、性能優勢以及在不同應用場景下的選擇考量。 SATA接口：迴顧SATA的曆史，分析其帶寬限製，以及在入門級SSD中的應用。 NVMe（Non-Volatile Memory Express）協議：深度解析NVMe協議的優勢，包括其多隊列、多提交隊列、低延遲特性，以及如何充分發揮PCIe總綫的帶寬。 PCIe接口：講解PCIe總綫的發展，包括不同代（Gen3, Gen4, Gen5）的帶寬差異，以及其在高性能SSD中的核心地位。 M.2, U.2, U.3等物理接口：介紹不同形態的SSD物理接口，以及它們與SATA和NVMe協議的結閤方式。 RDMA（Remote Direct Memory Access）：在更高級的應用場景中，探討RDMA技術如何進一步降低延遲，實現更高效的數據傳輸。 第四部分：高性能的背後——SSD的讀寫性能優化技術 SSD的“快”是其最直觀的優勢，但要實現極緻的性能，需要一係列復雜的優化技術。本部分將深入探討SSD在讀寫路徑上的各項優化手段。 緩存策略：除瞭DRAM Cache，還可能涉及到SLC Cache等技術，以及它們的工作原理。 I/O調度算法：講解SSD內部的I/O調度器如何管理和排序並發的讀寫請求，以提升吞吐量和降低延遲。 並行處理與多通道設計：分析SSD如何通過並行讀寫多個NAND芯片來提升整體性能。 讀寫放大（Read/Write Amplification）：深入理解讀寫放大現象的成因，以及主控如何通過優化算法來降低其影響。 QoS（Quality of Service）管理：探討SSD如何根據應用需求，提供不同級彆的服務質量保障。 第五部分：SSD的應用與生態 理論結閤實踐，本書的最後部分將聚焦於SSD在實際應用中的部署、選擇以及新興技術趨勢。 SSD在不同場景下的選型指南：從消費級PC到企業級服務器，再到數據中心，提供不同應用場景下的SSD選型建議。 SSD的性能評估與測試方法：介紹常用的SSD性能測試工具和指標，幫助讀者科學地評估SSD的性能。 SSD的可靠性與壽命考量：結閤MTBF, TBW等指標，幫助讀者理解SSD的可靠性，並進行閤理的容量和耐久度選擇。 新興的SSD技術趨勢：展望下一代閃存技術（如3D XPoint, SCiB等），以及其可能帶來的變革。 SSD在特定領域的應用：例如，在遊戲、視頻編輯、大數據分析、人工智能訓練等場景下的SSD優化和應用案例。 SSD與存儲陣列（RAID）的結閤：探討SSD在構建高性能存儲解決方案中的作用。 三、 本書的獨特價值與亮點 《閃存新紀元：SSD核心技術深度解析與應用實踐》之所以與眾不同，在於其鮮明的特色和顯著的優勢： 1. 係統性與全麵性：本書不遺漏任何一個關鍵環節，從最底層的閃存介質到最上層的接口協議，再到實際應用，形成一個完整的知識體係。 2. 深入淺齣，邏輯清晰：我們采用由淺入深的講解方式，將復雜的原理用通俗易懂的語言闡述，並通過大量的圖錶和示意圖輔助理解，確保讀者能夠輕鬆掌握。 3. 理論與實戰緊密結閤：本書不僅講解“是什麼”，更注重“怎麼做”。我們將理論知識與實際操作、技術選型、性能優化等實戰技巧相結閤，讓讀者學以緻用。 4. 前沿技術與趨勢展望：關注SSD技術的最新發展，並對未來趨勢進行預測，幫助讀者保持技術的前瞻性。 5. 嚴謹的學術態度與專業的實踐經驗：本書內容由在存儲領域深耕多年的專傢團隊精心打磨，融閤瞭嚴謹的學術研究與豐富的工程實踐經驗，確保內容的準確性和權威性。 四、 目標讀者 IT專業人士：係統架構師、存儲工程師、服務器工程師、嵌入式開發工程師等。 硬件開發工程師：從事SSD主控、閃存顆粒、接口設計等相關工作的研發人員。 軟件開發工程師：需要深入理解存儲底層原理，以優化應用程序性能的開發者。 科研院所學生與教師：從事計算機體係結構、存儲技術、半導體等相關專業的研究者。 技術愛好者與發燒友：對SSD技術充滿好奇，渴望深入瞭解其背後原理的讀者。 五、 結語 在數據爆炸式增長的時代，SSD作為核心存儲技術，其重要性不言而喻。掌握SSD的核心技術，不僅是提升個人職業技能的關鍵，更是把握未來數字科技發展脈搏的有效途徑。《閃存新紀元：SSD核心技術深度解析與應用實踐》將是你探索SSD世界的最佳嚮導，帶你穿越迷霧，抵達技術的殿堂，讓你在瞬息萬變的存儲領域，遊刃有餘，掌控未來。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣對硬件有濃厚興趣的普通用戶來說，SSD早已不是陌生的名詞，但其內部的運作機製卻一直像個黑匣子。這次偶然看到這套關於SSD的書，它的描述讓我眼前一亮——“固態存儲核心技術”、“原理與實戰”、“數據恢復”。這不僅僅是一本技術手冊，更像是一扇通往SSD內部世界的窗口。我特彆期待書中能詳細解釋SSD是如何做到高速讀寫的，以及那些讓人頭疼的“寫入放大”和“垃圾迴收”到底是怎麼一迴事。同時，關於數據恢復的部分，我希望它能講得接地氣一些，即使不是專業人士，也能通過這本書瞭解一些基礎的數據恢復原理和方法，至少在遇到小問題時，能不至於束手無策。

評分☆☆☆☆☆

一直以來，我對數據存儲的底層邏輯都充滿好奇，尤其是在固態硬盤（SSD）飛速發展的今天。市麵上關於SSD的書籍不少，但很多要麼過於理論化，讀起來枯燥乏味，要麼又過於淺顯，無法觸及核心。直到我看到這套書的介紹，纔覺得眼前一亮。它不僅涵蓋瞭SSD的核心技術，還特彆強調瞭“原理與實戰”，這一點對我來說至關重要。我希望這本書能幫我從根本上理解SSD的工作機製，比如NAND Flash的讀寫原理、磨損均衡算法是如何實現的、TRIM命令到底有什麼作用等等。同時，我也非常關心其中的“數據恢復”部分，雖然不希望遇到數據丟失的情況，但瞭解數據恢復的原理，能讓我對數據的安全性有更深的認識，並且在萬一發生意外時，知道如何應對。

評分☆☆☆☆☆

我是一名計算機專業的學生，最近正在學習存儲係統相關的課程。老師在課堂上提到瞭SSD的一些概念，但我總感覺雲裏霧裏。網上搜瞭很多資料，但發現信息太雜亂瞭，很難形成一個完整的知識體係。這套書的齣現，簡直就像及時雨！“深入淺齣”這幾個字讓我看到瞭希望，它承諾將復雜的SSD技術剖析得清晰易懂。我特彆關注這本書會不會涉及SSD的接口標準，比如SATA、NVMe，以及它們之間在性能上的差異。另外，關於SSD的性能優化和壽命延長方麵的技術，也是我非常感興趣的。如果書中能有相關的案例分析或者代碼示例，那就更完美瞭，能夠幫助我更好地理解理論知識，並將所學應用於實際。

評分☆☆☆☆☆

這本書剛拿到手，就被厚實的裝幀和沉甸甸的分量驚到瞭。封麵設計簡潔大氣，雖然沒有花哨的插圖，但“深入淺齣”這幾個字就足夠吸引人。我本身是做嵌入式開發的，平時工作中會經常接觸到SSD，但很多底層原理都隻是淺嘗輒止，這次抱著學習的態度買下瞭它。翻開目錄，看到“NAND Flash存儲單元”、“控製器架構”、“接口技術”、“功耗管理”、“磨損均衡”等等章節，感覺內容非常紮實，不是那種隻講皮毛的科普讀物。而且“原理與實戰”這樣的字樣，也讓我對接下來的學習充滿期待，希望它能真的把那些晦澀的技術講透，並且能結閤實際應用，讓我能更好地理解和運用。之前看過一些網絡上的文章，碎片化且不夠係統，這次終於有機會能把SSD的知識體係建立起來瞭。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對存儲技術發展史和未來趨勢略有關注的科技愛好者，我一直想深入瞭解SSD的演進過程和其背後的技術壁壘。這套書的標題“深入淺齣SSD:固態存儲核心技術 原理與實戰”和“固態存儲技術原理及數據恢復 原理與實戰”讓我看到瞭它在理論深度和實踐應用上的結閤。我尤其希望書中能夠探討不同NAND Flash類型（SLC、MLC、TLC、QLC）的優缺點和發展趨勢，以及SSD控製器在其中扮演的關鍵角色。此外，關於SSD在不同應用場景下的性能錶現和選擇建議，比如在服務器、消費級電腦和移動設備上的差異，也是我非常期待瞭解的內容。如果書中還能涉及到一些最新的SSD技術，如3D NAND的堆疊技術和新的接口協議，那就更好瞭。