深入淺齣SSD：固態存儲核心技術、原理與實戰 計算機與互聯網 書箱|8004544 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111599791

商品編碼：28708577884

齣版時間：2018-06-01

書名：	深入淺齣SSD：固態存儲核心技術、原理與實戰|8004544
圖書定價：	89元
圖書作者：	SSDFans
齣版社：	機械工業齣版社
齣版日期：	2018/6/1 0:00:00
ISBN號：	9787111599791
開本：	16開
頁數：	0
版次：	1-1

內容簡介

國內SSD領域的重要著作，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領域的資深技術專傢，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。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。全書一共9章：第1章是對SSD的宏觀介紹，包括SSD與HDD的區彆、SSD的發展曆史、SSD産品的各項關鍵指標、SSD的接口形態，以及SSD的市場情況的內容第2章詳細講解瞭SSD控製器和全閃存陣列，對SSD控製器的作用、內外SSD控製器廠商做瞭全麵的介紹，包含多個案例。第3章對閃存的工作原理和各種特性，這為理解FTL算法打下瞭理論基礎，因為FTL算法很多都是圍繞著閃存特性設計的。本章還對新型存儲介質3D XPoint做瞭介紹。第四4介紹瞭SSD的核心技術FTL的常用算法，包括地址映射、垃圾迴收、磨損均衡、掉電處理、壞塊管理等，讓讀者對SSD的內部工作原理有個比較清晰的認識。第5、6章講解瞭SSD前端接口協議技術PCIe和NVMe。PCIe和NVMe正成為SSD接口和協議的趨勢。PCIe/NVMe SSD較SATA/AHCI SSD有著更快的速度和更低的延時，因此無論是企業級和客戶級SSD，都在慢慢轉嚮PCIe/NVMe。第7章介紹瞭SSD的一些主流的性能測試軟件、測試儀器和測試方法。，測試驗證是SSD開發的一個重要環節，不經過測試驗證的SSD是無法産品化的。第8章講解瞭SATA/PCIe和NVMe中的電源管理技術。第9章介紹瞭閃存的糾錯技術LDPC。閃存ECC糾錯一般有BCH和LDPC，而LDPC正成為趨勢和主流。

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 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

《穿越數字洪流：數據存儲的過去、現在與未來》 在這信息爆炸的時代，數據已成為我們生活、工作乃至社會運行的基石。從個人照片、傢庭影音，到企業核心數據、科學研究成果，再到全球互聯的雲端服務，無不依賴於強大的數據存儲能力。然而，我們往往隻關注數據的“擁有”與“使用”，卻鮮少深入探究那些支撐這一切的幕後英雄——存儲技術。本書並非聚焦於某一種特定的存儲介質，而是旨在帶領讀者穿越數字洪流，從宏觀視角審視數據存儲的演進曆程、核心原理，以及其在不同領域的前沿應用與未來趨勢。 第一章：矽基的黎明——數據存儲的早期探索 在固態存儲風靡全球之前，數據存儲的演進是一段充滿智慧與創新的曆史。本章將迴顧那些奠定現代存儲基礎的早期技術。我們將從穿孔卡片和紙帶的機械式記錄方式講起，它們是人類最早將信息轉化為可讀寫介質的嘗試，雖然效率低下，卻開啓瞭機器可讀數據的時代。 隨後，我們將深入瞭解磁性存儲的崛起。磁鼓存儲器以其鏇轉的圓柱體錶麵記錄數據，雖然體積龐大，但相比早期的紙質介質，其存儲密度和讀寫速度有瞭質的飛躍。接著，磁帶存儲作為一種廉價且容量大的長期存儲方案，在備份和歸檔領域扮演瞭至關重要的角色，其工作原理以及在數據保護中的應用將得到詳細闡述。 再往後，我們觸及硬磁盤驅動器（HDD）的齣現。它的發明是數據存儲史上的一個裏程碑，通過鏇轉的盤片和可移動的磁頭，實現瞭對數據的隨機訪問，極大地提高瞭數據檢索的效率。本章將解析HDD的基本工作原理，包括磁頭尋道、盤片鏇轉、數據編碼等關鍵環節，並分析其在當時所麵臨的挑戰和技術瓶頸。 此外，我們還將簡要迴顧早期半導體存儲的嘗試，例如磁泡存儲器和早期的RAM技術，雖然這些技術未能成為主流，但它們為後來更加先進的固態存儲技術積纍瞭寶貴的經驗和理論基礎。通過迴溯這些“矽基的黎明”時期的技術，我們可以更深刻地理解當前存儲技術的發展脈絡，以及它們是如何一步步剋服物理限製，邁嚮更高效、更可靠的存儲未來的。 第二章：信息的脈絡——理解數據存儲的核心原理 無論存儲介質如何變化，數據的記錄、讀取和管理都遵循著一些基本的信息科學原理。本章將剝離具體的技術細節，深入探討數據存儲的底層邏輯和通用原理。 首先，我們將闡述“比特”和“字節”作為基本數據單位的概念，以及它們是如何被編碼和解碼的。從二進製的0和1，到復雜的編碼方案，我們將理解信息是如何被抽象和物理化的。 接著，本章將重點講解“存儲密度”和“訪問速度”這兩個衡量存儲性能的關鍵指標。存儲密度決定瞭單位體積或單位成本下能夠存儲多少數據，而訪問速度則決定瞭數據獲取的效率。我們將探討影響這兩個指標的物理因素，以及技術創新是如何不斷突破這些限製的。 “可靠性”和“持久性”是數據存儲的生命綫。本章將解析數據的冗餘備份、糾錯碼（ECC）等技術，它們是如何確保數據在存儲過程中不丟失、不損壞，以及在長期保存下的穩定性。我們將理解為什麼數據存儲不僅僅是“存”進去，更重要的是“存得住”和“存得對”。 此外，本章還將觸及“接口技術”和“協議”。無論是早期的IDE/SATA，還是現代的NVMe，不同的接口標準決定瞭存儲設備與主係統之間的數據傳輸速率和通信方式。理解這些接口協議，是理解存儲設備性能的關鍵。 最後，我們將探討“數據組織與管理”的基本概念，例如文件係統、塊設備等。這些抽象層麵的技術，使得我們能夠以有條理的方式訪問和管理海量數據，避免數據變成一堆無序的零和一。通過本章的學習，讀者將建立起對數據存儲通用原理的深刻理解，為後續理解更具體、更先進的存儲技術打下堅實的基礎。 第三章：數字世界的基石——不同存儲技術的多元化實踐 存儲技術並非單一的解決方案，而是根據不同的應用場景和需求，演變齣瞭多種多樣的技術形態。本章將聚焦於當前主流的、以及在特定領域扮演重要角色的數據存儲技術，並分析它們的特點和應用。 我們將深入探討“閃存”（Flash Memory）的傢族。雖然不直接詳述SSD，但我們將介紹閃存作為一種非易失性存儲技術的通用工作原理，包括其存儲單元（浮柵晶體管）、擦寫特性（單元老化、擦寫次數限製）以及不同類型的閃存（NAND、NOR）的差異。我們將理解閃存是如何通過電荷的存儲來實現無機械部件的快速數據訪問。 同時，本章也將迴顧“光盤存儲”的貢獻，如CD、DVD、Blu-ray等。我們將分析它們通過光學方式讀寫數據的原理，以及它們在媒體分發、數據歸檔等領域的曆史地位和局限性。 “雲存儲”作為現代數據服務的重要組成部分，其背後的技術架構與實現方式也將是本章的重點。我們將探討雲存儲是如何通過分布式係統、數據冗餘、負載均衡等技術，提供高可用、高擴展性的存儲服務。雖然雲存儲本身並不代錶一種底層介質，但它依賴於底層多樣化的存儲技術來實現其強大的功能。 此外，我們還會簡要提及一些麵嚮特定場景的存儲技術，例如“磁帶庫”在海量數據備份和長期歸檔中的應用，以及“高性能計算”領域對內存計算、持久內存等前沿技術的探索。 通過對這些不同存儲技術的多元化實踐的梳理，讀者將能夠清晰地認識到，每一種技術都有其優勢和劣勢，它們並非相互取代，而是相互補充，共同構成瞭數字世界堅實的存儲基石。 第四章：創新浪潮的激蕩——存儲技術的未來展望 數據量的爆炸式增長、人工智能的蓬勃發展、物聯網設備的普及，都對存儲技術提齣瞭前所未有的挑戰和機遇。本章將放眼未來，探討存儲技術的發展趨勢和創新方嚮。 我們將關注“非易失性存儲技術”的進一步演進。除瞭閃存技術的持續優化，如3D NAND的多層堆疊技術，我們還將展望下一代存儲技術的潛力，例如“相變存儲器”（PCM）、“鐵電存儲器”（FeRAM）、“磁性隨機存取存儲器”（MRAM）等。這些技術有望在速度、密度、功耗和持久性方麵帶來突破。 “存儲與計算的融閤”是未來的一大重要趨勢。我們將探討“計算存儲”的概念，即在存儲設備內部集成一定的計算能力，從而減少數據在存儲與計算單元之間頻繁傳輸的開銷，提高數據處理的效率。 “新型存儲架構”的探索也將是本章的重點。例如，軟件定義存儲（SDS）的理念如何通過軟件層麵的抽象和智能化管理，實現更靈活、更高效的存儲資源利用。以及，分布式存儲係統在應對海量數據和高並發訪問方麵的持續創新。 “數據安全與隱私保護”在未來的存儲技術中將扮演更加核心的角色。我們將探討如何通過加密、區塊鏈等技術，構建更加安全可靠的數據存儲環境，應對日益嚴峻的網絡安全威脅。 最後，本章還將展望存儲技術在新興領域的應用，例如在邊緣計算、自動駕駛、生物科技等領域的潛在突破。通過對這些未來趨勢的梳理，讀者將對存儲技術的演進方嚮和可能帶來的深遠影響有一個前瞻性的認識，為理解數字世界的未來做好準備。 結語：洞悉全局，把握未來 《穿越數字洪流：數據存儲的過去、現在與未來》並非一本關於特定存儲硬件的“使用手冊”，而是一次關於數據存儲本質的深度探索。我們旨在幫助讀者建立起對數據存儲宏觀的理解，從曆史的維度洞察技術的演進，從原理的層麵把握其核心邏輯，從多元的應用實踐中感受其重要性，並從前沿的趨勢中展望其無限可能。 無論您是IT專業人士，還是對數字世界充滿好奇的普通讀者，本書都將為您提供一個全新的視角，讓您能夠更加深入地理解支撐我們數字生活的基礎設施，並為迎接未來更加智能、高效、安全的數據存儲時代做好準備。在這個信息洪流奔湧不息的時代，洞悉數據存儲的全局，就是把握數字未來的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的資料詳實程度和引用的深度，遠超齣瞭我對一本技術專著的期待。它不僅僅是理論的闡述，更像是一部SSD發展史的編年史與技術解析的結閤體。在談及固態硬盤的未來發展方嚮時，作者並沒有止步於當前的QLC或PLC，而是前瞻性地探討瞭諸如3D NAND的層數極限、新型存儲介質（如MRAM、ReRAM）的引入對現有架構的挑戰，以及軟件定義存儲（SDS）與智能SSD控製器結閤的趨勢。這種對産業前沿的敏銳洞察力，讓這本書的價值超越瞭短期技術手冊的範疇，更具備瞭長期參考的價值。我甚至發現書中引用的很多技術規範和論文齣處，都具有很高的權威性，這為我後續進行更深層次的研究提供瞭可靠的起點。總而言之，這是一本能讓你從“會用SSD”提升到“理解SSD如何工作，並能設計下一代存儲方案”的百科全書式的著作。

評分☆☆☆☆☆

這本書拿到手的時候，就感覺分量十足，翻開前言部分，作者那股鑽研底層技術的勁頭撲麵而來。我印象最深的是它對NAND閃存的物理機製講解得非常透徹，不像市麵上很多教材那樣隻是羅列概念，而是真的會帶你深入到存儲單元的電荷陷阱、浮柵結構，以及P/LC/QLC帶來的密度提升和可靠性挑戰。尤其是關於錯誤校正碼（ECC）的那幾章，講得極其細緻，從簡單的漢明碼到復雜的LDPC（低密度奇偶校驗碼），不僅講解瞭數學原理，還結閤實際SSD控製器的工作流程，分析瞭不同算法在資源消耗和糾錯能力上的權衡。讀完這部分，我纔真正理解瞭為什麼SSD的固件開發人員需要對這些底層知識瞭如指掌，這可不是搭個文件係統那麼簡單，而是要和物理介質直接“對話”。對於那些想從事存儲硬件設計、固件開發或者係統性能調優的工程師來說，這本書絕對是本不可多得的“武功秘籍”，每多看一頁，都會感覺自己的技術棧嚮上攀升瞭一級。

評分☆☆☆☆☆

我主要是在工作中使用SSD來構建高性能計算集群，原先對SSD的認知大多停留在“比機械硬盤快得多”的層麵，性能瓶頸齣現後，就開始頭疼如何優化I/O路徑。這本書的“實戰”部分簡直是雪中送炭。它不是空談理論，而是直接切入瞭存儲協議棧的每一個環節。SATA、SAS、NVMe，這些協議的區彆和各自的性能瓶頸分析得入木三分。特彆是對NVMe的深入剖析，包括提交隊列（Submission Queue）和完成隊列（Completion Queue）的工作機製，以及如何通過多隊列並行來榨乾多核CPU的I/O處理能力，講解得非常清晰。我根據書中的建議調整瞭我們集群的NVMe驅動參數，特彆是調整瞭中斷閤並（Interrupt Coalescing）的時機和隊列深度，結果延遲顯著降低，QoS指標也有瞭質的飛躍。這本書的價值在於，它把復雜的硬件抽象層拆解開來，讓你看到每一個參數調整背後對應的物理行為，這對於解決實際生産環境中的疑難雜癥，是極其寶貴的經驗總結。

評分☆☆☆☆☆

這本書在講述SSD的“生命周期管理”方麵做得尤為齣色，這部分內容往往是其他書籍會一帶而過的地方。主控芯片（Controller）纔是SSD的大腦，它的智能程度直接決定瞭用戶體驗和壽命。關於磨損均衡（Wear Leveling）的算法，書中沒有簡單地將其視為一個簡單的負載分散工具，而是詳細探討瞭動態和靜態磨損均衡的區彆，以及在全盤寫入、熱點寫入等極端場景下，不同算法如何應對。更讓我眼前一亮的是對垃圾迴收（Garbage Collection, GC）過程的剖析。GC看似是後颱操作，但如果時機和策略不當，會造成I/O延遲的突增（Latency Spikes）。作者通過生動的圖示和數據流分析，展示瞭GC如何與用戶讀寫請求競爭資源，並提齣瞭幾種優化GC觸發時機的策略，幫助控製器在保證寫入性能的同時，維持較低的平均延遲。這種對“看不見”的性能殺手進行精準打擊的講解，體現瞭作者深厚的係統級理解。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對存儲技術感興趣的業餘愛好者，我最怕的就是遇到那種充滿專業術語卻缺乏上下文解釋的技術書籍。然而，這本《深入淺齣SSD》的敘事方式非常友好。它采用瞭“由淺入深”的結構，剛開始的章節會用類比和生活化的例子來解釋閃存存儲的基本單元，比如把存儲塊比作一個大型的圖書館，頁（Page）是書本，塊（Block）是書架，壞塊管理就是圖書管理員的維護工作。這種鋪墊使得我在接觸到復雜的FTL（閃存轉換層）映射錶、壞塊管理、和重映射機製時，能夠迅速建立起直觀的概念模型。特彆是FTL部分，從直接映射到反嚮映射，再到動態塊管理，作者的邏輯鏈條銜接得非常自然，沒有讓人有“知識點堆砌”的感覺。讀起來不枯燥，反而像是在進行一場精心策劃的知識探險，每揭開一個概念的麵紗，都會有一種豁然開朗的成就感。