深入浅出SSD:固态存储核心技术、原理与实战 SSD基本工作原理 入门基础理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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SSDFans 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111599791

商品编码：29225662714

包装：平装

套装数量：1

书 名：深入浅出ssd：固态存储核心技术、原理与实战

定价:89元

开   本:16开

作 者:SSDFans

出版日期：2018-06-01

ISBN 号:9787111599791

出 版 社：机械工业出版社

赞誉 

推荐序一 

推荐序二 

前言 

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

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

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

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

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

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

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

8章 SSD电源管理 294

8.1 SATA省电模式Partial和Slumber 294

8.2 SATA级省电模式DevSlp 295

8.3 SATA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

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

 

《揭秘数据洪流：SSD的内在脉搏与未来轨迹》 在这个信息爆炸的时代，数据如同奔腾不息的洪流，其存储与访问的速度，直接决定了我们体验数字世界的流畅度。而在这场数据洪流的背后，固态硬盘（SSD）正以其强大的性能，成为驱动现代计算的关键引擎。然而，对于许多用户和开发者而言，SSD的神秘面纱之下，究竟隐藏着怎样的核心技术？又是怎样的精妙原理，赋予了它远超传统硬盘的生命力？本书将带领您深入探索SSD的世界，从其最基础的构成元素，到驱动其飞速运转的复杂算法，再到面向未来的前沿发展，为您呈现一幅全面而深刻的画卷。 第一章：SSD的基石——闪存技术的演进与分类 要理解SSD，首先必须了解其核心部件——闪存（NAND Flash）。本章将从闪存技术的起源讲起，追溯其从早期机械结构到如今高度集成化的发展历程。我们将详细解析闪存单元（Cell）的工作原理，包括电荷存储、读取和擦除等基本操作。您将了解到，正是这些微小的、能够存储电荷的器件，构成了SSD的记忆基础。 在此基础上，我们将深入探讨不同类型的闪存技术，特别是SLC（Single-Level Cell）、MLC（Multi-Level Cell）、TLC（Triple-Level Cell）和QLC（Quad-Level Cell）的差异。每一代技术在存储密度、读写速度、耐久度以及成本上的权衡，都直接影响着SSD的市场定位和应用场景。我们将通过图文并茂的方式，清晰地展示不同闪存类型的结构特点，并分析其在实际应用中可能遇到的性能瓶颈和优势。 此外，本章还将简要介绍3D NAND技术，这是一种通过垂直堆叠闪存单元来大幅提升存储密度和性能的关键创新。您将了解3D NAND是如何克服平面NAND技术的物理极限，为SSD的持续发展奠定坚实基础。 第二章：SSD的“大脑”——主控芯片与固件 如果说闪存是SSD的“身体”，那么主控芯片（Controller）和其上的固件（Firmware）无疑就是SSD的“大脑”。本章将聚焦于SSD的核心控制单元，揭示其在整个SSD系统中扮演的关键角色。 主控芯片负责管理SSD的各项操作，包括闪存的读写调度、磨损均衡、垃圾回收、错误校验与纠正（ECC）等。我们将深入剖析主控芯片的内部架构，了解其如何通过复杂的算法来优化闪存的性能和寿命。您将了解到，一块高性能的主控芯片，是SSD能够实现高速读写和稳定运行的根本保障。 固件则是主控芯片运行的“灵魂”。本章将详细介绍SSD固件的组成与功能，包括地址映射（FTL, Flash Translation Layer）、磨损均衡算法、坏块管理、垃圾回收机制以及功耗管理策略等。我们会用通俗易懂的语言，解释FTL是如何将逻辑地址转换为物理地址，以及为何需要磨损均衡来延长闪存的寿命。垃圾回收的过程，更是揭示了SSD如何高效地管理数据，为新的写入腾出空间。 第三章：高性能的引擎——SSD的读写机制与优化技术 SSD之所以能够带来颠覆性的速度体验，离不开其独特的读写机制和一系列精密的优化技术。本章将深入剖析SSD的实际工作流程，以及背后支撑其高性能的关键算法。 我们将从最基本的读操作开始，解释SSD是如何快速地定位和读取特定数据块的。接着，我们将重点讲解写操作的复杂性，包括数据如何被写入闪存单元，以及由于闪存的“先擦后写”特性，写操作需要经历的步骤。 本章的核心内容将围绕SSD的性能优化技术展开。我们将详细介绍磨损均衡（Wear Leveling），这是SSD最重要的数据管理技术之一，它通过将写操作均匀地分布到所有的闪存单元，避免某些单元因过度使用而过早损坏。您将了解静态磨损均衡和动态磨损均衡的不同策略。 垃圾回收（Garbage Collection）也是SSD性能的关键。我们将解释当SSD中的数据被修改或删除时，原本存储数据的闪存块会进入“无效”状态，垃圾回收机制则负责将有效数据迁移到新的位置，然后擦除包含无效数据的旧块，使其可以再次被写入。我们将探讨不同垃圾回收算法的优劣，以及它们对SSD性能的影响。 此外，本章还将触及固态硬盘的TRIM命令。TRIM命令是如何让操作系统通知SSD哪些数据块不再需要，从而让SSD在后台进行更有效的垃圾回收，提升性能和延长寿命。 第四章：数据守护者——纠错码（ECC）与数据完整性 在追求速度的同时，数据的可靠性与完整性同样是SSD设计中不可忽视的重点。本章将聚焦于SSD内部的数据保护机制，特别是纠错码（ECC）技术。 闪存单元在长时间使用或受到外界干扰时，可能会出现数据错误。ECC技术就是为了检测和纠正这些潜在错误而设计的。我们将详细介绍不同ECC算法（如BCH、LDAC）的原理，以及它们如何通过在数据中添加冗余信息，在读取时检测并修正错误。您将了解到，强大的ECC能力是SSD能够长时间稳定运行，保障数据安全的重要屏障。 除了ECC，本章还将探讨SSD在数据完整性方面的其他保护措施，例如数据校验（Parity Check）和日志结构（Logging）等。这些技术共同构成了SSD强大的数据守护系统，确保用户数据的安全无虞。 第五章：接口与协议——连接SSD的桥梁 SSD的性能不仅仅取决于其内部设计，还与它与计算机系统之间的连接方式息息相关。本章将详细介绍SSD常用的接口标准和传输协议。 我们将从最基础的SATA（Serial ATA）接口讲起，回顾其发展历程以及在不同版本下的性能表现。SATA接口是目前消费级SSD中最常见的接口之一，我们将会解释其工作原理以及与传统硬盘的区别。 接着，我们将重点介绍NVMe（Non-Volatile Memory Express）协议。NVMe是专为闪存存储设计的传输协议，它能够充分发挥SSD的并行处理能力，大幅提升数据传输的延迟和吞吐量。您将了解到NVMe是如何通过PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）总线与CPU直接通信，从而绕过SATA协议的瓶颈。 我们还会讨论不同PCIe版本（如PCIe 3.0, PCIe 4.0, PCIe 5.0）的带宽差异，以及它们如何直接影响NVMe SSD的最终性能。理解这些接口和协议，将有助于您在选择SSD时，做出更明智的决策，并能更好地发挥SSD的潜力。 第六章：SSD的应用场景与性能评测 本章将从实际应用的角度，探讨SSD在不同场景下的表现，并提供一套实用的性能评测方法。 我们将分析SSD在个人电脑中的应用，包括操作系统启动速度、应用程序加载时间、文件传输效率等方面的显著提升。对于服务器和数据中心，SSD如何成为提升I/O性能、加速数据库查询、支持大规模并行处理的关键。我们还将讨论SSD在嵌入式设备、移动设备等领域的应用，以及其对产品形态和用户体验的影响。 在性能评测方面，我们将介绍常用的SSD测试工具，如CrystalDiskMark、AS SSD Benchmark、ATTO Disk Benchmark等。您将学习如何解读这些工具生成的测试报告，理解顺序读写速度、随机读写速度、IOPS（Input/Output Operations Per Second）等关键性能指标的含义。通过实际的测试案例，您将能够更直观地理解不同SSD型号的性能差异，以及它们在不同工作负载下的表现。 第七章：SSD的未来展望与技术前沿 SSD技术日新月异，其发展速度远超人们的想象。本章将展望SSD的未来发展趋势，并介绍一些前沿技术。 我们将探讨下一代闪存技术的可能性，包括更高层数的3D NAND、新的存储介质（如相变存储、MRAM）等，以及它们可能带来的性能和成本上的突破。 计算存储（Computational Storage）是SSD领域的一个重要发展方向。我们将解释计算存储如何将计算能力集成到SSD中，实现数据在存储端就地计算，从而大幅减少数据迁移的开销，提升整体效率。 此外，我们还将关注SSD的接口演进，例如对更高带宽PCIe版本的支持，以及新的连接技术（如CXL, Compute Express Link）如何进一步打破CPU与存储之间的界限。 最后，本章将探讨SSD在人工智能、大数据分析、物联网等新兴领域的应用潜力，以及这些技术的发展将如何驱动SSD的创新和演进。 通过本书的深入讲解，您将不再仅仅是SSD的使用者，更能成为理解SSD内在运作机制的行家。从最基础的闪存单元到复杂的固件算法，从数据传输的底层协议到面向未来的技术前沿，您将全面掌握SSD的核心技术与原理，并能将其知识应用于实际工作和学习中，真正做到“深入浅出”，玩转数据洪流，驾驭信息时代。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我拿到手的时候，说实话，有点犹豫。封面看起来挺硬核的，几个大字“深入浅出SSD”、“核心技术、原理与实战”，当时就感觉这可能是本要啃很久的书。我之前对SSD的了解，仅限于它比机械硬盘快很多，价格也贵一些，但具体是怎么个“快”法，里面到底有什么玄机，我是一点都不知道。拿到书后，我最期待的就是能彻底搞懂SSD的内部机制。比如，它里面的闪存颗粒是怎么工作的？数据是怎么被写入和读取的？为什么SSD用着用着会变慢？更重要的是，书里承诺的“实战”部分，我希望是真的能学到一些实操的技巧，比如怎么优化SSD的寿命，怎么在不同操作系统下进行更有效的管理，甚至是一些故障排除的方法。我一直觉得，学技术光懂理论不够，一定要能用，能解决实际问题。所以，我特别想知道，这本书在解释那些复杂的闪存技术时，会不会有足够多的图示和类比，让像我这样的初学者也能轻松理解。毕竟，很多技术书籍的通病就是过于晦涩，让人读了开头就想放弃。我希望这本书能打破这个魔咒，用最直观、最易懂的方式，把我带进SSD的世界，让我不仅能听懂名词，更能理解背后的逻辑，最终能融会贯通。

评分☆☆☆☆☆

我原本以为这是一本纯粹的技术书籍，可能读起来会比较枯燥，但这本书在讲述SSD的基本工作原理时，加入了一些非常生动的比喻和类比，让我眼前一亮。比如，它在解释SSD的NAND闪存单元如何存储数据时，用到了“小水桶”的类比，虽然简单，但却非常形象地说明了电荷量的多少决定了数据的状态。还有在讲解SSD的控制器如何协调读写操作时，它把控制器比作一个“超级大脑”，负责管理所有的数据流动。这种通俗易懂的讲解方式，对于我这种对硬件原理了解不深的人来说，简直是福音。它没有一开始就抛出大量的专业术语，而是循序渐进，先建立一个基础的概念框架，然后再逐渐深入到更复杂的技术细节。我最喜欢的是，当书中提到一些关键技术时，比如ECC（Error Correction Code，错误校验码）或者磨损均衡，它会非常耐心且细致地解释这些技术的作用和实现方式，并且会用简单的示意图来辅助说明，这极大地降低了我的阅读难度。这本书真的做到了“深入浅出”，让原本高高在上的SSD技术，变得触手可及。

评分☆☆☆☆☆

对于想要了解SSD的“实战”部分，我个人觉得这本书给我的帮助还是挺大的。我一直想知道，买了SSD之后，怎么才能最大化它的性能，同时又能让它用得久一点。书中关于SSD优化和维护的章节，提供了一些非常实用的建议。比如，对于Windows用户，它详细介绍了如何调整系统设置，像禁用磁盘碎片整理，开启TRIM功能，以及如何合理管理页面文件大小，这些都是我以前不太重视但又非常重要的小细节。书里还提到了SSD的固件更新，以及为什么固件更新很重要，这让我以后在遇到SSD相关问题时，能有更明确的排查方向。另外，书中还涉及了一些SSD的性能评测和选购指南，虽然我当时购买SSD时已经有了自己的想法，但看完书里的介绍，我对市面上不同SSD型号的特点有了更深刻的认识，也更理解了为什么有些SSD价格更高，性能更好。我特别欣赏的是，书里并没有只是简单地列出一些操作步骤，而是会解释这些操作背后的原理，比如为什么关闭碎片整理对SSD更好，TRIM功能到底是怎么工作的。这种“知其然，知其所以然”的学习方式，让我觉得非常有收获。

评分☆☆☆☆☆

读完之后，我发现这本书在介绍SSD的NAND闪存技术方面，确实下了不少功夫。我一直对“SLC”、“MLC”、“TLC”这些缩写很好奇，总觉得它们之间有很大的区别，但具体差别在哪里，以及这些差别对SSD的性能和寿命有什么影响，我一直没有一个清晰的概念。这本书里，我终于找到了答案。它不仅详细解释了不同类型NAND闪存的存储原理，还通过各种图表和对比，让我清楚地看到了它们在读写速度、耐用性、成本等方面的差异。特别是关于磨损均衡（Wear Leveling）和垃圾回收（Garbage Collection）这两个概念，我以前听过，但总觉得似懂非懂。这本书用了相当大的篇幅来讲解它们的工作机制，并且结合了实际的SSD控制器设计，让我终于明白了为什么SSD需要这些复杂的算法来管理数据，以及它们是如何延长SSD寿命的。我印象特别深刻的是，书中还提到了F Translation Layer（FTL）这个关键部件，它在SSD内部扮演着将逻辑地址映射到物理地址的角色，这个过程相当复杂，但书中的讲解让我逐步理解了它的核心功能。总的来说，在理解SSD的底层技术上，这本书给我带来了很多启发，让我不再对这些高深的技术感到畏惧，反而激发了我的学习兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的架构设计，给我留下了深刻的印象。它将SSD的介绍从最基础的“入门基础理论”，一直延伸到“核心技术、原理与实战”。这种由浅入深的编排方式，非常适合我这样想系统性学习SSD知识的读者。一开始，它并没有直接讲解复杂的NAND闪存技术，而是先从存储介质的演变讲起，比如从磁带、软盘到机械硬盘，再到SSD，让我们明白SSD的出现是技术发展的必然。然后，它才逐步深入到SSD的各个组成部分，比如控制器、DRAM缓存、NAND闪存芯片等，并详细解释了它们的功能和相互作用。我特别欣赏的是，它在讲解完理论知识后，会立即安排相关的实战章节，比如如何利用一些工具来监控SSD的健康状态，或者如何根据不同的应用场景来选择合适的SSD。这种理论与实践相结合的学习模式，让我在学习过程中不会感到迷茫，总能找到理论知识的实际应用。而且，书中还包含了对不同SSD接口（SATA、NVMe）的详细介绍，以及它们在性能上的差异，这让我对SSD的整体生态有了更全面的认识。这本书就像一位经验丰富的老师，循序渐进地引导我认识SSD的方方面面。