第三章 磁盘大挪移——磁盘原理与技术 详解

3.10.1  SSD固态硬盘的硬件组成

    SSD（Solid State Drive）是一种利用Flash芯片或者DRAM芯片作为数据永久存储的硬盘，这里不可以再说磁盘了，因为Flash Drive不再使用磁技术来存储数据。利用DRAM作为永久存储介质的SSD，又可称为RAM-Dsk，其内部使用SDRAM内存条来存储数据，所以在外部电源断开后，需要使用电池来维持DRAM中的数据。现在比较常见的SSD为基于Flash介质的SSD。所有类型的ROM（比如EPROM、EEPROM）和Flash芯片使用一种叫做“浮动门场效应晶体管”的晶体管来保存数据。每个这样的晶体管叫做一个“Cell”，即单元。有两种类型的Cell：第一种是Single Level Cell（SLC），每个Cell可以保存1B的数据；第二种为Multi Level Cell（MLC），每个Cell可以保存2b的数据。MLC容量为SLC的两倍，但是成本却与SLC大致相当，所以相同容量的SSD，MLC芯片成本要比SLC芯片低很多。此外，MLC由于每个Cell可以存储4个状态，其复杂度比较高，所以出错率也很高。不管SLC还是MLC，都需要额外保存ECC校验信息来做数据的错误恢复。

   
    我们来看一下这种场效应晶体管为何可以保存数据。由于计算机的数据只有0和1两种形式，那么只要让某种物质的存在状态只有两种，并且可以随时检测其状态，那么这种物质就可以存储1B数据。磁盘使用一块磁粒子区来保存1或者0，那么对于芯片来讲用什么来表示呢？当然非电荷莫属。比如充满电表示0，放电后表示1（这里指电子而不是正电荷）。浮动门场效应晶体管就是利用这种方法。

    如图3-33所示，浮动门场效应管由Controler2 Gate（CG）、Floating Gate（FG）、半导体二氧化硅绝缘层以及输入端和输出端导线等逻辑元件组成。浮动门是一个逻辑电路，这个电路四周被二氧化硅绝缘层包裹着，其外部为另一个门电路即控制门。在Word Line（字线）上抬高电势，则控制门可以在它与浮动门之间生成一个电场，电场之间由绝缘体填充。由于源极电势的抬高，电子将从汲极流向源极，在电子流动的过程中，有足够动能的电子就会穿过绝缘层到达浮动门电路，在这个充电过程中，电子电荷被存储在了浮动门中。随后Word Line恢复电势，控制门断开电场，但是此时电子仍然在被绝缘层包裹的浮动门电路中，所以此时浮动门被充电，并且这些电荷可以在外部电源消失之后依然保存数年之久。