深入淺齣SSD:固態存儲核心技術、原理與實戰 SSD基本工作原理 入門基礎理論 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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SSDFans 著

圖書標籤:

• SSD
• 固態存儲
• 存儲技術
• 閃存
• NAND閃存
• 控製器
• 接口協議
• 性能優化
• 數據可靠性
• 入門教程

店鋪： 經綸風圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111599791

商品編碼：29225662714

包裝：平裝

套裝數量：1

書 名：深入淺齣ssd：固態存儲核心技術、原理與實戰

定價:89元

開   本:16開

作 者:SSDFans

齣版日期：2018-06-01

ISBN 號:9787111599791

齣 版 社：機械工業齣版社

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

 

《揭秘數據洪流：SSD的內在脈搏與未來軌跡》 在這個信息爆炸的時代，數據如同奔騰不息的洪流，其存儲與訪問的速度，直接決定瞭我們體驗數字世界的流暢度。而在這場數據洪流的背後，固態硬盤（SSD）正以其強大的性能，成為驅動現代計算的關鍵引擎。然而，對於許多用戶和開發者而言，SSD的神秘麵紗之下，究竟隱藏著怎樣的核心技術？又是怎樣的精妙原理，賦予瞭它遠超傳統硬盤的生命力？本書將帶領您深入探索SSD的世界，從其最基礎的構成元素，到驅動其飛速運轉的復雜算法，再到麵嚮未來的前沿發展，為您呈現一幅全麵而深刻的畫捲。 第一章：SSD的基石——閃存技術的演進與分類 要理解SSD，首先必須瞭解其核心部件——閃存（NAND Flash）。本章將從閃存技術的起源講起，追溯其從早期機械結構到如今高度集成化的發展曆程。我們將詳細解析閃存單元（Cell）的工作原理，包括電荷存儲、讀取和擦除等基本操作。您將瞭解到，正是這些微小的、能夠存儲電荷的器件，構成瞭SSD的記憶基礎。 在此基礎上，我們將深入探討不同類型的閃存技術，特彆是SLC（Single-Level Cell）、MLC（Multi-Level Cell）、TLC（Triple-Level Cell）和QLC（Quad-Level Cell）的差異。每一代技術在存儲密度、讀寫速度、耐久度以及成本上的權衡，都直接影響著SSD的市場定位和應用場景。我們將通過圖文並茂的方式，清晰地展示不同閃存類型的結構特點，並分析其在實際應用中可能遇到的性能瓶頸和優勢。 此外，本章還將簡要介紹3D NAND技術，這是一種通過垂直堆疊閃存單元來大幅提升存儲密度和性能的關鍵創新。您將瞭解3D NAND是如何剋服平麵NAND技術的物理極限，為SSD的持續發展奠定堅實基礎。 第二章：SSD的“大腦”——主控芯片與固件 如果說閃存是SSD的“身體”，那麼主控芯片（Controller）和其上的固件（Firmware）無疑就是SSD的“大腦”。本章將聚焦於SSD的核心控製單元，揭示其在整個SSD係統中扮演的關鍵角色。 主控芯片負責管理SSD的各項操作，包括閃存的讀寫調度、磨損均衡、垃圾迴收、錯誤校驗與糾正（ECC）等。我們將深入剖析主控芯片的內部架構，瞭解其如何通過復雜的算法來優化閃存的性能和壽命。您將瞭解到，一塊高性能的主控芯片，是SSD能夠實現高速讀寫和穩定運行的根本保障。 固件則是主控芯片運行的“靈魂”。本章將詳細介紹SSD固件的組成與功能，包括地址映射（FTL, Flash Translation Layer）、磨損均衡算法、壞塊管理、垃圾迴收機製以及功耗管理策略等。我們會用通俗易懂的語言，解釋FTL是如何將邏輯地址轉換為物理地址，以及為何需要磨損均衡來延長閃存的壽命。垃圾迴收的過程，更是揭示瞭SSD如何高效地管理數據，為新的寫入騰齣空間。 第三章：高性能的引擎——SSD的讀寫機製與優化技術 SSD之所以能夠帶來顛覆性的速度體驗，離不開其獨特的讀寫機製和一係列精密的優化技術。本章將深入剖析SSD的實際工作流程，以及背後支撐其高性能的關鍵算法。 我們將從最基本的讀操作開始，解釋SSD是如何快速地定位和讀取特定數據塊的。接著，我們將重點講解寫操作的復雜性，包括數據如何被寫入閃存單元，以及由於閃存的“先擦後寫”特性，寫操作需要經曆的步驟。 本章的核心內容將圍繞SSD的性能優化技術展開。我們將詳細介紹磨損均衡（Wear Leveling），這是SSD最重要的數據管理技術之一，它通過將寫操作均勻地分布到所有的閃存單元，避免某些單元因過度使用而過早損壞。您將瞭解靜態磨損均衡和動態磨損均衡的不同策略。 垃圾迴收（Garbage Collection）也是SSD性能的關鍵。我們將解釋當SSD中的數據被修改或刪除時，原本存儲數據的閃存塊會進入“無效”狀態，垃圾迴收機製則負責將有效數據遷移到新的位置，然後擦除包含無效數據的舊塊，使其可以再次被寫入。我們將探討不同垃圾迴收算法的優劣，以及它們對SSD性能的影響。 此外，本章還將觸及固態硬盤的TRIM命令。TRIM命令是如何讓操作係統通知SSD哪些數據塊不再需要，從而讓SSD在後颱進行更有效的垃圾迴收，提升性能和延長壽命。 第四章：數據守護者——糾錯碼（ECC）與數據完整性 在追求速度的同時，數據的可靠性與完整性同樣是SSD設計中不可忽視的重點。本章將聚焦於SSD內部的數據保護機製，特彆是糾錯碼（ECC）技術。 閃存單元在長時間使用或受到外界乾擾時，可能會齣現數據錯誤。ECC技術就是為瞭檢測和糾正這些潛在錯誤而設計的。我們將詳細介紹不同ECC算法（如BCH、LDAC）的原理，以及它們如何通過在數據中添加冗餘信息，在讀取時檢測並修正錯誤。您將瞭解到，強大的ECC能力是SSD能夠長時間穩定運行，保障數據安全的重要屏障。 除瞭ECC，本章還將探討SSD在數據完整性方麵的其他保護措施，例如數據校驗（Parity Check）和日誌結構（Logging）等。這些技術共同構成瞭SSD強大的數據守護係統，確保用戶數據的安全無虞。 第五章：接口與協議——連接SSD的橋梁 SSD的性能不僅僅取決於其內部設計，還與它與計算機係統之間的連接方式息息相關。本章將詳細介紹SSD常用的接口標準和傳輸協議。 我們將從最基礎的SATA（Serial ATA）接口講起，迴顧其發展曆程以及在不同版本下的性能錶現。SATA接口是目前消費級SSD中最常見的接口之一，我們將會解釋其工作原理以及與傳統硬盤的區彆。 接著，我們將重點介紹NVMe（Non-Volatile Memory Express）協議。NVMe是專為閃存存儲設計的傳輸協議，它能夠充分發揮SSD的並行處理能力，大幅提升數據傳輸的延遲和吞吐量。您將瞭解到NVMe是如何通過PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）總綫與CPU直接通信，從而繞過SATA協議的瓶頸。 我們還會討論不同PCIe版本（如PCIe 3.0, PCIe 4.0, PCIe 5.0）的帶寬差異，以及它們如何直接影響NVMe SSD的最終性能。理解這些接口和協議，將有助於您在選擇SSD時，做齣更明智的決策，並能更好地發揮SSD的潛力。 第六章：SSD的應用場景與性能評測 本章將從實際應用的角度，探討SSD在不同場景下的錶現，並提供一套實用的性能評測方法。 我們將分析SSD在個人電腦中的應用，包括操作係統啓動速度、應用程序加載時間、文件傳輸效率等方麵的顯著提升。對於服務器和數據中心，SSD如何成為提升I/O性能、加速數據庫查詢、支持大規模並行處理的關鍵。我們還將討論SSD在嵌入式設備、移動設備等領域的應用，以及其對産品形態和用戶體驗的影響。 在性能評測方麵，我們將介紹常用的SSD測試工具，如CrystalDiskMark、AS SSD Benchmark、ATTO Disk Benchmark等。您將學習如何解讀這些工具生成的測試報告，理解順序讀寫速度、隨機讀寫速度、IOPS（Input/Output Operations Per Second）等關鍵性能指標的含義。通過實際的測試案例，您將能夠更直觀地理解不同SSD型號的性能差異，以及它們在不同工作負載下的錶現。 第七章：SSD的未來展望與技術前沿 SSD技術日新月異，其發展速度遠超人們的想象。本章將展望SSD的未來發展趨勢，並介紹一些前沿技術。 我們將探討下一代閃存技術的可能性，包括更高層數的3D NAND、新的存儲介質（如相變存儲、MRAM）等，以及它們可能帶來的性能和成本上的突破。 計算存儲（Computational Storage）是SSD領域的一個重要發展方嚮。我們將解釋計算存儲如何將計算能力集成到SSD中，實現數據在存儲端就地計算，從而大幅減少數據遷移的開銷，提升整體效率。 此外，我們還將關注SSD的接口演進，例如對更高帶寬PCIe版本的支持，以及新的連接技術（如CXL, Compute Express Link）如何進一步打破CPU與存儲之間的界限。 最後，本章將探討SSD在人工智能、大數據分析、物聯網等新興領域的應用潛力，以及這些技術的發展將如何驅動SSD的創新和演進。 通過本書的深入講解，您將不再僅僅是SSD的使用者，更能成為理解SSD內在運作機製的行傢。從最基礎的閃存單元到復雜的固件算法，從數據傳輸的底層協議到麵嚮未來的技術前沿，您將全麵掌握SSD的核心技術與原理，並能將其知識應用於實際工作和學習中，真正做到“深入淺齣”，玩轉數據洪流，駕馭信息時代。

評分☆☆☆☆☆

讀完之後，我發現這本書在介紹SSD的NAND閃存技術方麵，確實下瞭不少功夫。我一直對“SLC”、“MLC”、“TLC”這些縮寫很好奇，總覺得它們之間有很大的區彆，但具體差彆在哪裏，以及這些差彆對SSD的性能和壽命有什麼影響，我一直沒有一個清晰的概念。這本書裏，我終於找到瞭答案。它不僅詳細解釋瞭不同類型NAND閃存的存儲原理，還通過各種圖錶和對比，讓我清楚地看到瞭它們在讀寫速度、耐用性、成本等方麵的差異。特彆是關於磨損均衡（Wear Leveling）和垃圾迴收（Garbage Collection）這兩個概念，我以前聽過，但總覺得似懂非懂。這本書用瞭相當大的篇幅來講解它們的工作機製，並且結閤瞭實際的SSD控製器設計，讓我終於明白瞭為什麼SSD需要這些復雜的算法來管理數據，以及它們是如何延長SSD壽命的。我印象特彆深刻的是，書中還提到瞭F Translation Layer（FTL）這個關鍵部件，它在SSD內部扮演著將邏輯地址映射到物理地址的角色，這個過程相當復雜，但書中的講解讓我逐步理解瞭它的核心功能。總的來說，在理解SSD的底層技術上，這本書給我帶來瞭很多啓發，讓我不再對這些高深的技術感到畏懼，反而激發瞭我的學習興趣。

評分☆☆☆☆☆

對於想要瞭解SSD的“實戰”部分，我個人覺得這本書給我的幫助還是挺大的。我一直想知道，買瞭SSD之後，怎麼纔能最大化它的性能，同時又能讓它用得久一點。書中關於SSD優化和維護的章節，提供瞭一些非常實用的建議。比如，對於Windows用戶，它詳細介紹瞭如何調整係統設置，像禁用磁盤碎片整理，開啓TRIM功能，以及如何閤理管理頁麵文件大小，這些都是我以前不太重視但又非常重要的小細節。書裏還提到瞭SSD的固件更新，以及為什麼固件更新很重要，這讓我以後在遇到SSD相關問題時，能有更明確的排查方嚮。另外，書中還涉及瞭一些SSD的性能評測和選購指南，雖然我當時購買SSD時已經有瞭自己的想法，但看完書裏的介紹，我對市麵上不同SSD型號的特點有瞭更深刻的認識，也更理解瞭為什麼有些SSD價格更高，性能更好。我特彆欣賞的是，書裏並沒有隻是簡單地列齣一些操作步驟，而是會解釋這些操作背後的原理，比如為什麼關閉碎片整理對SSD更好，TRIM功能到底是怎麼工作的。這種“知其然，知其所以然”的學習方式，讓我覺得非常有收獲。

評分☆☆☆☆☆

這本書，我拿到手的時候，說實話，有點猶豫。封麵看起來挺硬核的，幾個大字“深入淺齣SSD”、“核心技術、原理與實戰”，當時就感覺這可能是本要啃很久的書。我之前對SSD的瞭解，僅限於它比機械硬盤快很多，價格也貴一些，但具體是怎麼個“快”法，裏麵到底有什麼玄機，我是一點都不知道。拿到書後，我最期待的就是能徹底搞懂SSD的內部機製。比如，它裏麵的閃存顆粒是怎麼工作的？數據是怎麼被寫入和讀取的？為什麼SSD用著用著會變慢？更重要的是，書裏承諾的“實戰”部分，我希望是真的能學到一些實操的技巧，比如怎麼優化SSD的壽命，怎麼在不同操作係統下進行更有效的管理，甚至是一些故障排除的方法。我一直覺得，學技術光懂理論不夠，一定要能用，能解決實際問題。所以，我特彆想知道，這本書在解釋那些復雜的閃存技術時，會不會有足夠多的圖示和類比，讓像我這樣的初學者也能輕鬆理解。畢竟，很多技術書籍的通病就是過於晦澀，讓人讀瞭開頭就想放棄。我希望這本書能打破這個魔咒，用最直觀、最易懂的方式，把我帶進SSD的世界，讓我不僅能聽懂名詞，更能理解背後的邏輯，最終能融會貫通。

評分☆☆☆☆☆

這本書的架構設計，給我留下瞭深刻的印象。它將SSD的介紹從最基礎的“入門基礎理論”，一直延伸到“核心技術、原理與實戰”。這種由淺入深的編排方式，非常適閤我這樣想係統性學習SSD知識的讀者。一開始，它並沒有直接講解復雜的NAND閃存技術，而是先從存儲介質的演變講起，比如從磁帶、軟盤到機械硬盤，再到SSD，讓我們明白SSD的齣現是技術發展的必然。然後，它纔逐步深入到SSD的各個組成部分，比如控製器、DRAM緩存、NAND閃存芯片等，並詳細解釋瞭它們的功能和相互作用。我特彆欣賞的是，它在講解完理論知識後，會立即安排相關的實戰章節，比如如何利用一些工具來監控SSD的健康狀態，或者如何根據不同的應用場景來選擇閤適的SSD。這種理論與實踐相結閤的學習模式，讓我在學習過程中不會感到迷茫，總能找到理論知識的實際應用。而且，書中還包含瞭對不同SSD接口（SATA、NVMe）的詳細介紹，以及它們在性能上的差異，這讓我對SSD的整體生態有瞭更全麵的認識。這本書就像一位經驗豐富的老師，循序漸進地引導我認識SSD的方方麵麵。

評分☆☆☆☆☆

我原本以為這是一本純粹的技術書籍，可能讀起來會比較枯燥，但這本書在講述SSD的基本工作原理時，加入瞭一些非常生動的比喻和類比，讓我眼前一亮。比如，它在解釋SSD的NAND閃存單元如何存儲數據時，用到瞭“小水桶”的類比，雖然簡單，但卻非常形象地說明瞭電荷量的多少決定瞭數據的狀態。還有在講解SSD的控製器如何協調讀寫操作時，它把控製器比作一個“超級大腦”，負責管理所有的數據流動。這種通俗易懂的講解方式，對於我這種對硬件原理瞭解不深的人來說，簡直是福音。它沒有一開始就拋齣大量的專業術語，而是循序漸進，先建立一個基礎的概念框架，然後再逐漸深入到更復雜的技術細節。我最喜歡的是，當書中提到一些關鍵技術時，比如ECC（Error Correction Code，錯誤校驗碼）或者磨損均衡，它會非常耐心且細緻地解釋這些技術的作用和實現方式，並且會用簡單的示意圖來輔助說明，這極大地降低瞭我的閱讀難度。這本書真的做到瞭“深入淺齣”，讓原本高高在上的SSD技術，變得觸手可及。