深入浅出SSD：固态存储核心技术、原理与实战 计算机与互联网 书箱|8004544 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111599791

商品编码：28708577884

出版时间：2018-06-01

书名：	深入浅出SSD：固态存储核心技术、原理与实战|8004544
图书定价：	89元
图书作者：	SSDFans
出版社：	机械工业出版社
出版日期：	2018/6/1 0:00:00
ISBN号：	9787111599791
开本：	16开
页数：	0
版次：	1-1

内容简介

国内SSD领域的重要著作，由国内领先的SSD技术社区SSDFans的核心团队撰写。团队成员都是SSD领域的资深技术专家，来自SSD、NAND Flash和存储行业的各大公司，精通固件开发、驱动开发、硬件逻辑开发和SSD测试等技术。它从产品、技术和应用3个维度全面、详细地讲解了SSD的发展历史、产品形态、工作原理、整体架构，以及各个功能模块的原理和使用，从SSD的前端接口协议到FTL算法，再到后端的闪存和纠错，本书都有涉及。全书一共9章：第1章是对SSD的宏观介绍，包括SSD与HDD的区别、SSD的发展历史、SSD产品的各项关键指标、SSD的接口形态，以及SSD的市场情况的内容第2章详细讲解了SSD控制器和全闪存阵列，对SSD控制器的作用、内外SSD控制器厂商做了全面的介绍，包含多个案例。第3章对闪存的工作原理和各种特性，这为理解FTL算法打下了理论基础，因为FTL算法很多都是围绕着闪存特性设计的。本章还对新型存储介质3D XPoint做了介绍。第四4介绍了SSD的核心技术FTL的常用算法，包括地址映射、垃圾回收、磨损均衡、掉电处理、坏块管理等，让读者对SSD的内部工作原理有个比较清晰的认识。第5、6章讲解了SSD前端接口协议技术PCIe和NVMe。PCIe和NVMe正成为SSD接口和协议的趋势。PCIe/NVMe SSD较SATA/AHCI SSD有着更快的速度和更低的延时，因此无论是企业级和客户级SSD，都在慢慢转向PCIe/NVMe。第7章介绍了SSD的一些主流的性能测试软件、测试仪器和测试方法。，测试验证是SSD开发的一个重要环节，不经过测试验证的SSD是无法产品化的。第8章讲解了SATA/PCIe和NVMe中的电源管理技术。第9章介绍了闪存的纠错技术LDPC。闪存ECC纠错一般有BCH和LDPC，而LDPC正成为趋势和主流。

目录

赞誉 推荐序一 推荐序二 前言 第1章 SSD综述 1 1.1 引子 1 1.2 SSD vs HDD 3 1.3 固态存储及SSD技术发展史 6 1.4 SSD基本工作原理 11 1.5 SSD产品核心参数 13 1.5.1 基本信息剖析 15 1.5.2 性能剖析 18 1.5.3 寿命剖析 21 1.5.4 数据可靠性剖析 23 1.5.5 功耗和其他剖析 26 1.5.6 SSD系统兼容性 29 1.6 接口形态 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 固态存储市场 38 1.7.1 SSD正在取代HDD 38 1.7.2 SSD、HDD应用场合 39 1.7.3 SSD市场情况 39 第2章 SSD主控和全闪存阵列 41 2.1 SSD系统架构 41 2.1.1 前端 42 2.1.2 主控CPU 45 2.1.3 后端 45 2.2 SSD主控厂商 47 2.2.1 Marvell主控 47 2.2.2 三星主控 49 2.2.3 国产主控，谁主沉浮 50 2.3 案例：硅格（SiliconGo）SG9081主控 55 2.4 案例：企业级和消费级主控需求的归一化设计 56 2.5 案例：DERA（得瑞领新）NVMe控制器TAI和NVMe SSD产品 58 2.6 全闪存阵列AFA 60 2.6.1 整体解剖 60 2.6.2 硬件架构 64 2.6.3 软件架构 66 2.6.4 工作流程 69 2.6.5 应用场景 74 2.7 带计算功能的固态硬盘 75 第3章 SSD存储介质：闪存 77 3.1 闪存物理结构 77 3.1.1 闪存器件原理 77 3.1.2 SLC、MLC和TLC 78 3.1.3 闪存芯片架构 80 3.1.4 读、写、擦原理 83 3.1.5 三维闪存 84 3.1.6 Charge Trap型闪存 89 3.1.7 3D XPoint 91 3.2 闪存实战指南 95 3.2.1 异步时序 95 3.2.2 同步时序 97 3.2.3 闪存命令集 100 3.2.4 闪存寻址 101 3.2.5 读、写、擦时序 102 3.2.6 ONFI与Toggle协议之争 103 3.3 闪存特性 105 3.3.1 闪存存在的问题 105 3.3.2 寿命 107 3.3.3 闪存测试 109 3.3.4 MLC使用特性 110 3.3.5 读干扰 111 3.3.6 闪存数据保存期 112 3.4 闪存数据完整性 115 3.4.1 读错误来源 115 3.4.2 重读 117 3.4.3 ECC纠错码 118 3.4.4 RAID 119 3.4.5 数据随机化 120 第4章 SSD核心技术：FTL 122 4.1 FTL综述 122 4.2 映射管理 124 4.2.1 映射种类 124 4.2.2 映射基本原理 126 4.2.3 HMB 128 4.2.4 映射表刷新 130 4.3 垃圾回收 131 4.3.1 垃圾回收原理 131 4.3.2 写放大 137 4.3.3 垃圾回收实现 140 4.3.4 垃圾回收时机 147 4.4 Trim 148 4.5 磨损平衡 150 4.6 掉电恢复 152 4.7 坏块管理 155 4.7.1 坏块来源 155 4.7.2 坏块鉴别 155 4.7.3 坏块管理策略 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架构 163 4.10.3 百度的软件定义闪存 163 第5章 PCIe介绍 166 5.1 从PCIe的速度说起 166 5.2 PCIe拓扑结构 169 5.3 PCIe分层结构 172 5.4 PCIe TLP类型 175 5.5 PCIe TLP结构 179 5.6 PCIe配置和地址空间 184 5.7 TLP的路由 189 5.8 数据链路层 197 5.9 物理层 202 5.10 PCIe Reset 205 5.11 PCIe Max Payload Size和Max Read Request Size 210 5.12 PCIe SSD热插拔 211 5.13 SSD PCIe链路性能损耗分析 213 第6章 NVMe介绍 216 6.1 AHCI到NVMe 216 6.2 NVMe综述 218 6.3 吉祥三宝：SQ、CQ和DB 223 6.4 寻址双雄：PRP和SGL 229 6.5 Trace分析 236 6.6 端到端数据保护 241 6.7 Namespace 245 6.8 NVMe over Fabrics 250 第7章 SSD测试 258 7.1 主流SSD测试软件介绍 258 7.1.1 SSD性能测试第一神器——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 验证与确认 267 7.3 测试仪器 268 7.3.1 Emulator 268 7.3.2 协议分析仪 269 7.3.3 Jammer 272 7.4 回归测试 274 7.5 DevSlp测试 275 7.6 PCIe InterOp 278 7.7 WA测试 280 7.8 耐久度测试 281 7.9 认证Certification 288 7.10 SSD Performance测试 290 第8章 SSD电源管理 294 8.1 SATA省电模式Partial和Slumber 294 8.2 SATA超级省电模式DevSlp 295 8.3 SATA终极省电模式RTD3 299 8.4 PCIe省电模式ASPM 301 8.5 PCIe其他省电模式 305 8.6 NVMe动态电源管理 306 8.7 Power Domain 310 第9章 ECC原理 312 9.1 信号和噪声 312 9.2 通信系统模型 313 9.3 纠错编码的基本思想 315 9.3.1 编码距离 315 9.3.2 线性纠错码的基石——奇偶校验（Parity-Check） 315 9.3.3 校验矩阵H 和生成矩阵G 316 9.4 LDPC码原理简介 317 9.4.1 LDPC是什么 317 9.4.2 Tanner图 319 9.5 LDPC 解码 319 9.5.1 Bit-flipping 算法 319 9.5.2 和积信息传播算法 322 9.6 LDPC 编码 327 9.7 LDPC 在SSD中的应用 327 9.7.1 NAND 会出错 328 9.7.2 NAND 纠错模型 328 9.7.3 LDPC纠错流程 330

《穿越数字洪流：数据存储的过去、现在与未来》 在这信息爆炸的时代，数据已成为我们生活、工作乃至社会运行的基石。从个人照片、家庭影音，到企业核心数据、科学研究成果，再到全球互联的云端服务，无不依赖于强大的数据存储能力。然而，我们往往只关注数据的“拥有”与“使用”，却鲜少深入探究那些支撑这一切的幕后英雄——存储技术。本书并非聚焦于某一种特定的存储介质，而是旨在带领读者穿越数字洪流，从宏观视角审视数据存储的演进历程、核心原理，以及其在不同领域的前沿应用与未来趋势。 第一章：硅基的黎明——数据存储的早期探索 在固态存储风靡全球之前，数据存储的演进是一段充满智慧与创新的历史。本章将回顾那些奠定现代存储基础的早期技术。我们将从穿孔卡片和纸带的机械式记录方式讲起，它们是人类最早将信息转化为可读写介质的尝试，虽然效率低下，却开启了机器可读数据的时代。 随后，我们将深入了解磁性存储的崛起。磁鼓存储器以其旋转的圆柱体表面记录数据，虽然体积庞大，但相比早期的纸质介质，其存储密度和读写速度有了质的飞跃。接着，磁带存储作为一种廉价且容量大的长期存储方案，在备份和归档领域扮演了至关重要的角色，其工作原理以及在数据保护中的应用将得到详细阐述。 再往后，我们触及硬磁盘驱动器（HDD）的出现。它的发明是数据存储史上的一个里程碑，通过旋转的盘片和可移动的磁头，实现了对数据的随机访问，极大地提高了数据检索的效率。本章将解析HDD的基本工作原理，包括磁头寻道、盘片旋转、数据编码等关键环节，并分析其在当时所面临的挑战和技术瓶颈。 此外，我们还将简要回顾早期半导体存储的尝试，例如磁泡存储器和早期的RAM技术，虽然这些技术未能成为主流，但它们为后来更加先进的固态存储技术积累了宝贵的经验和理论基础。通过回溯这些“硅基的黎明”时期的技术，我们可以更深刻地理解当前存储技术的发展脉络，以及它们是如何一步步克服物理限制，迈向更高效、更可靠的存储未来的。 第二章：信息的脉络——理解数据存储的核心原理 无论存储介质如何变化，数据的记录、读取和管理都遵循着一些基本的信息科学原理。本章将剥离具体的技术细节，深入探讨数据存储的底层逻辑和通用原理。 首先，我们将阐述“比特”和“字节”作为基本数据单位的概念，以及它们是如何被编码和解码的。从二进制的0和1，到复杂的编码方案，我们将理解信息是如何被抽象和物理化的。 接着，本章将重点讲解“存储密度”和“访问速度”这两个衡量存储性能的关键指标。存储密度决定了单位体积或单位成本下能够存储多少数据，而访问速度则决定了数据获取的效率。我们将探讨影响这两个指标的物理因素，以及技术创新是如何不断突破这些限制的。 “可靠性”和“持久性”是数据存储的生命线。本章将解析数据的冗余备份、纠错码（ECC）等技术，它们是如何确保数据在存储过程中不丢失、不损坏，以及在长期保存下的稳定性。我们将理解为什么数据存储不仅仅是“存”进去，更重要的是“存得住”和“存得对”。 此外，本章还将触及“接口技术”和“协议”。无论是早期的IDE/SATA，还是现代的NVMe，不同的接口标准决定了存储设备与主系统之间的数据传输速率和通信方式。理解这些接口协议，是理解存储设备性能的关键。 最后，我们将探讨“数据组织与管理”的基本概念，例如文件系统、块设备等。这些抽象层面的技术，使得我们能够以有条理的方式访问和管理海量数据，避免数据变成一堆无序的零和一。通过本章的学习，读者将建立起对数据存储通用原理的深刻理解，为后续理解更具体、更先进的存储技术打下坚实的基础。 第三章：数字世界的基石——不同存储技术的多元化实践 存储技术并非单一的解决方案，而是根据不同的应用场景和需求，演变出了多种多样的技术形态。本章将聚焦于当前主流的、以及在特定领域扮演重要角色的数据存储技术，并分析它们的特点和应用。 我们将深入探讨“闪存”（Flash Memory）的家族。虽然不直接详述SSD，但我们将介绍闪存作为一种非易失性存储技术的通用工作原理，包括其存储单元（浮栅晶体管）、擦写特性（单元老化、擦写次数限制）以及不同类型的闪存（NAND、NOR）的差异。我们将理解闪存是如何通过电荷的存储来实现无机械部件的快速数据访问。 同时，本章也将回顾“光盘存储”的贡献，如CD、DVD、Blu-ray等。我们将分析它们通过光学方式读写数据的原理，以及它们在媒体分发、数据归档等领域的历史地位和局限性。 “云存储”作为现代数据服务的重要组成部分，其背后的技术架构与实现方式也将是本章的重点。我们将探讨云存储是如何通过分布式系统、数据冗余、负载均衡等技术，提供高可用、高扩展性的存储服务。虽然云存储本身并不代表一种底层介质，但它依赖于底层多样化的存储技术来实现其强大的功能。 此外，我们还会简要提及一些面向特定场景的存储技术，例如“磁带库”在海量数据备份和长期归档中的应用，以及“高性能计算”领域对内存计算、持久内存等前沿技术的探索。 通过对这些不同存储技术的多元化实践的梳理，读者将能够清晰地认识到，每一种技术都有其优势和劣势，它们并非相互取代，而是相互补充，共同构成了数字世界坚实的存储基石。 第四章：创新浪潮的激荡——存储技术的未来展望 数据量的爆炸式增长、人工智能的蓬勃发展、物联网设备的普及，都对存储技术提出了前所未有的挑战和机遇。本章将放眼未来，探讨存储技术的发展趋势和创新方向。 我们将关注“非易失性存储技术”的进一步演进。除了闪存技术的持续优化，如3D NAND的多层堆叠技术，我们还将展望下一代存储技术的潜力，例如“相变存储器”（PCM）、“铁电存储器”（FeRAM）、“磁性随机存取存储器”（MRAM）等。这些技术有望在速度、密度、功耗和持久性方面带来突破。 “存储与计算的融合”是未来的一大重要趋势。我们将探讨“计算存储”的概念，即在存储设备内部集成一定的计算能力，从而减少数据在存储与计算单元之间频繁传输的开销，提高数据处理的效率。 “新型存储架构”的探索也将是本章的重点。例如，软件定义存储（SDS）的理念如何通过软件层面的抽象和智能化管理，实现更灵活、更高效的存储资源利用。以及，分布式存储系统在应对海量数据和高并发访问方面的持续创新。 “数据安全与隐私保护”在未来的存储技术中将扮演更加核心的角色。我们将探讨如何通过加密、区块链等技术，构建更加安全可靠的数据存储环境，应对日益严峻的网络安全威胁。 最后，本章还将展望存储技术在新兴领域的应用，例如在边缘计算、自动驾驶、生物科技等领域的潜在突破。通过对这些未来趋势的梳理，读者将对存储技术的演进方向和可能带来的深远影响有一个前瞻性的认识，为理解数字世界的未来做好准备。 结语：洞悉全局，把握未来 《穿越数字洪流：数据存储的过去、现在与未来》并非一本关于特定存储硬件的“使用手册”，而是一次关于数据存储本质的深度探索。我们旨在帮助读者建立起对数据存储宏观的理解，从历史的维度洞察技术的演进，从原理的层面把握其核心逻辑，从多元的应用实践中感受其重要性，并从前沿的趋势中展望其无限可能。 无论您是IT专业人士，还是对数字世界充满好奇的普通读者，本书都将为您提供一个全新的视角，让您能够更加深入地理解支撑我们数字生活的基础设施，并为迎接未来更加智能、高效、安全的数据存储时代做好准备。在这个信息洪流奔涌不息的时代，洞悉数据存储的全局，就是把握数字未来的关键。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲述SSD的“生命周期管理”方面做得尤为出色，这部分内容往往是其他书籍会一带而过的地方。主控芯片（Controller）才是SSD的大脑，它的智能程度直接决定了用户体验和寿命。关于磨损均衡（Wear Leveling）的算法，书中没有简单地将其视为一个简单的负载分散工具，而是详细探讨了动态和静态磨损均衡的区别，以及在全盘写入、热点写入等极端场景下，不同算法如何应对。更让我眼前一亮的是对垃圾回收（Garbage Collection, GC）过程的剖析。GC看似是后台操作，但如果时机和策略不当，会造成I/O延迟的突增（Latency Spikes）。作者通过生动的图示和数据流分析，展示了GC如何与用户读写请求竞争资源，并提出了几种优化GC触发时机的策略，帮助控制器在保证写入性能的同时，维持较低的平均延迟。这种对“看不见”的性能杀手进行精准打击的讲解，体现了作者深厚的系统级理解。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对存储技术感兴趣的业余爱好者，我最怕的就是遇到那种充满专业术语却缺乏上下文解释的技术书籍。然而，这本《深入浅出SSD》的叙事方式非常友好。它采用了“由浅入深”的结构，刚开始的章节会用类比和生活化的例子来解释闪存存储的基本单元，比如把存储块比作一个大型的图书馆，页（Page）是书本，块（Block）是书架，坏块管理就是图书管理员的维护工作。这种铺垫使得我在接触到复杂的FTL（闪存转换层）映射表、坏块管理、和重映射机制时，能够迅速建立起直观的概念模型。特别是FTL部分，从直接映射到反向映射，再到动态块管理，作者的逻辑链条衔接得非常自然，没有让人有“知识点堆砌”的感觉。读起来不枯燥，反而像是在进行一场精心策划的知识探险，每揭开一个概念的面纱，都会有一种豁然开朗的成就感。

评分☆☆☆☆☆

我主要是在工作中使用SSD来构建高性能计算集群，原先对SSD的认知大多停留在“比机械硬盘快得多”的层面，性能瓶颈出现后，就开始头疼如何优化I/O路径。这本书的“实战”部分简直是雪中送炭。它不是空谈理论，而是直接切入了存储协议栈的每一个环节。SATA、SAS、NVMe，这些协议的区别和各自的性能瓶颈分析得入木三分。特别是对NVMe的深入剖析，包括提交队列（Submission Queue）和完成队列（Completion Queue）的工作机制，以及如何通过多队列并行来榨干多核CPU的I/O处理能力，讲解得非常清晰。我根据书中的建议调整了我们集群的NVMe驱动参数，特别是调整了中断合并（Interrupt Coalescing）的时机和队列深度，结果延迟显著降低，QoS指标也有了质的飞跃。这本书的价值在于，它把复杂的硬件抽象层拆解开来，让你看到每一个参数调整背后对应的物理行为，这对于解决实际生产环境中的疑难杂症，是极其宝贵的经验总结。

评分☆☆☆☆☆

这本书的资料详实程度和引用的深度，远超出了我对一本技术专著的期待。它不仅仅是理论的阐述，更像是一部SSD发展史的编年史与技术解析的结合体。在谈及固态硬盘的未来发展方向时，作者并没有止步于当前的QLC或PLC，而是前瞻性地探讨了诸如3D NAND的层数极限、新型存储介质（如MRAM、ReRAM）的引入对现有架构的挑战，以及软件定义存储（SDS）与智能SSD控制器结合的趋势。这种对产业前沿的敏锐洞察力，让这本书的价值超越了短期技术手册的范畴，更具备了长期参考的价值。我甚至发现书中引用的很多技术规范和论文出处，都具有很高的权威性，这为我后续进行更深层次的研究提供了可靠的起点。总而言之，这是一本能让你从“会用SSD”提升到“理解SSD如何工作，并能设计下一代存储方案”的百科全书式的著作。

评分☆☆☆☆☆

这本书拿到手的时候，就感觉分量十足，翻开前言部分，作者那股钻研底层技术的劲头扑面而来。我印象最深的是它对NAND闪存的物理机制讲解得非常透彻，不像市面上很多教材那样只是罗列概念，而是真的会带你深入到存储单元的电荷陷阱、浮栅结构，以及P/LC/QLC带来的密度提升和可靠性挑战。尤其是关于错误校正码（ECC）的那几章，讲得极其细致，从简单的汉明码到复杂的LDPC（低密度奇偶校验码），不仅讲解了数学原理，还结合实际SSD控制器的工作流程，分析了不同算法在资源消耗和纠错能力上的权衡。读完这部分，我才真正理解了为什么SSD的固件开发人员需要对这些底层知识了如指掌，这可不是搭个文件系统那么简单，而是要和物理介质直接“对话”。对于那些想从事存储硬件设计、固件开发或者系统性能调优的工程师来说，这本书绝对是本不可多得的“武功秘籍”，每多看一页，都会感觉自己的技术栈向上攀升了一级。