第三章 磁盘大挪移——磁盘原理与技术 详解

3.10.3  向Flash芯片中写入数据的过程

    对Flash芯片的写入有一些特殊的步骤。Flash芯片要求在修改一个Cell中的位的时候，在修改之前，必须先Erase即擦除掉这个Cell。我们暂且先不在此介绍为何要先Erase再修改的原因，先说一说这个“Erase”的意思，这里有点误导之意。我们以机械磁盘为例，机械磁盘上的“数据”是永远都抹不掉的，如果你认为将扇区全部写入0就算抹掉的话，那也是有问题的，你可以说它存放的全是数字0，这也是数据。那么SSD领域却给出了这个概念，是不是SSD中存在一种介于1和0之间的第三种状态呢，比如虚无状态？有人可能会联想一下，Cell“带负电”、“带正电”、“不带电”，这不就正好对应了3种状态么？我们可以将“不带电”规定为“虚无”状态，是否将Cell从带电状态改为不带电状态就是所谓Erase呢？不是的。上文中叙述过，Cell带电表示0，不带电则表示1，Cell只能带负电荷，即电子，而不能带正电荷。所以Cell只有两种状态，而这两种状态都表示数据。

    其实，这里的Erase动作其实就是将一大片连续的Cell一下子全部放电，这一片连续的Cell就是一个Block。即每次Erase只能一下擦除一整个Block或者多个Block，将其中所有的Cell变为1状态。但是却不能单独擦除某个或者某段Page，或者单个或多个Cell。这一点是造成后面将要叙述的SSD的致命缺点的一个根本原因。Erase完成之后，Cell中全为1，此时可以向其中写入数据，如果遇到待写入某个Cell的数据位恰好为1的时候，那么对应这个Cell的电路不做任何动作，其结果依然是1；如果遇到待写入某个Cell的数据位为0的时候，则电路将对应Cell的字线电压提高到足以让电子穿过绝缘体的高度，这个电压被加到Control Gate上，从而对Cell中的FG进行充电，充电之后，Cell的状态从1变为0，完成了写入，这个写0的动作又叫做“Programm”，即对这个Cell进行了Programm。

    如图3-39所示，将待写入Cell的字线电压升高到一定值，对Cell充电，充电成功，则在Cell的位线上会感应出一定的电势值，通过检测这些值来判断电荷是否已经被充入，如果位线上并没有感应出正确的电势，则表示对应这个位线的Cell串中对应的Cell可能已经损坏。SSD会以Page为单位进行写入操作，写完一个Page，再写下一个Page。

 

图3-39  写入Cell时的电压状态

    Flash领域里，写又被称为“Programm”。由于Flash的最常见表现形式——EPRROM一般是只读的，但是一旦要将其中的程序更改，则需要重新写入新程序，即Re-Programm，所以就顺便将写入Flash的过程叫做Programm了。一块崭新的SSD上所有Cell都是已经被Erase好的，也可以使用特殊的程序对整个SSD重新整盘Erase。