電子發(fā)燒友App
每當(dāng)選購(gòu)電腦時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，配置存儲(chǔ)介紹總是不一樣，要么純固態(tài)（SSD），要么純機(jī)械，要么固態(tài)+機(jī)械的組合硬盤(pán)。
兩者的主要區(qū)別在于固態(tài)是半導(dǎo)體存儲(chǔ)，機(jī)械則是電磁存儲(chǔ)。固態(tài)硬盤(pán)最大讀取速度在400-600MB/s，而機(jī)械硬盤(pán)的最大讀取速度不超過(guò)200MB/s。
雖然SSD的速度比機(jī)械硬盤(pán)要快上許多，但是它有一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題，那就是用久之后，會(huì)明顯感覺(jué)速度下降了。這到底是什么原因呢？
什么是SSD？
首先，我們要先了解SSD的基本概念。固態(tài)硬盤(pán)指的是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列而制成的硬盤(pán)。它由控制單元和存儲(chǔ)單元組成。
目前，市面上的固態(tài)硬盤(pán)分為兩大類，第一類是采用閃存（FLASH芯片）作為存儲(chǔ)介質(zhì)，第二類則是采用DRAM為存儲(chǔ)介質(zhì)。
基于閃存類的固態(tài)硬盤(pán)，也就是通常所說(shuō)的SSD。這種硬盤(pán)的適用范圍非常廣泛，筆記本硬盤(pán)、U盤(pán)、存儲(chǔ)卡等都屬于SSD。
SSD主要由主控、閃存以及緩存構(gòu)成。其中，閃存起到了關(guān)鍵性作用，因?yàn)樗秦?fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的閃存顆粒，很大程度上決定了SSD的性能壽命。
閃存是指一種電子式可清除程序化只讀存儲(chǔ)器的形式，允許在操作中被多次擦或?qū)懙拇鎯?chǔ)器。
目前閃存顆粒有四種類型，分別是SLC、MLC、TLC、QLC。SLC閃存的一個(gè)存儲(chǔ)單元只能存儲(chǔ)1bit數(shù)據(jù)，換句話說(shuō)就是只能存儲(chǔ)一個(gè)0或者一個(gè)1，一共兩種狀態(tài)。MLC閃存的一個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)2bit數(shù)據(jù)，0和1可以排列組合，擁有00、01、10、11四種狀態(tài)。以此類推，QLC是最新的閃存顆粒，它的存儲(chǔ)容量是SLC的8倍，0和1可以組成16種狀態(tài)。
雖然SSD的閃存容量在不斷增加，但是擦除和寫(xiě)入次數(shù)卻減少了。這也就意味著，SSD的使用壽命縮短了。與QLC相比，SLC的使用壽命是它的100倍。
除閃存外，SSD的接口也分為四類，它們是SATA、mSATA、M.2和PCI-E。
SATA是一種電腦總線，分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gbit/s和SATA 6Gbit/s三種規(guī)格，讀寫(xiě)速度依次為150MB/s、300MB/s、600MB/s，適用于幾乎所有臺(tái)式機(jī)和筆記本。
mSATA是迷你版本SATA接口，擁有M50 msata和M30 msata兩種規(guī)格，讀寫(xiě)速度均為520MB/s，主要適用于超極本，比如聯(lián)想的E220s、E420s、Y460等。
M.2是Intel推出的一種替代mSATA新的接口規(guī)范，它有兩種類型：Socket 2和Socket 3。Socket 2最大的讀取速度可以達(dá)到700MB/s，而Socket 3的理論帶寬可達(dá)4GB/s。Socket 2適用于部分中低端筆記本，Socket 3幾乎適用于新上市的臺(tái)式主板和中高端筆記本。
PCI—E是一種高速串行計(jì)算機(jī)總線，它有5個(gè)版本，從1.0到最新的5.0，讀寫(xiě)速度分別為250MB/s、500MB/s、984.6MB/s、1969MB/s以及3938MB/s，適用于幾乎所有的臺(tái)式機(jī)。
綜合來(lái)看，SSD閃存顆粒的不同，它的讀寫(xiě)速度和擦除次數(shù)也就不同，容量越大的閃存，使用壽命就越有限；SSD接口的不同，直接應(yīng)影響的是讀寫(xiě)速度。
寫(xiě)入放大和垃圾回收
不過(guò)，以上兩種原因影響的是SSD使用前的速度，使用后速度下降的原因主要分為兩個(gè)方面：寫(xiě)入放大（WA）和垃圾回收（GC）。
WA是閃存和SSD中的一種不良現(xiàn)象，即實(shí)際寫(xiě)入的物理數(shù)據(jù)量是寫(xiě)入數(shù)據(jù)量的多倍。由于FLASH芯片需要先擦除再改寫(xiě)的特性，它需要將目標(biāo)數(shù)據(jù)所在的文稿整個(gè)讀出來(lái)緩沖到緩存器中，然后再將你要改寫(xiě)的數(shù)據(jù)覆蓋到緩存器，最后將緩存器寫(xiě)入到另一個(gè)文稿中，所以，哪怕你更新一個(gè)字節(jié)，實(shí)際上寫(xiě)入了4KB的數(shù)據(jù)到FLASH芯片。這也就造成了SSD寫(xiě)入文件大小翻倍的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致硬盤(pán)容量越來(lái)越小，寫(xiě)入速度下降。
GC是當(dāng)FLASH芯片中再也找不到可以直接寫(xiě)入的空白文稿時(shí)，JVW（java虛擬機(jī)）將調(diào)用垃圾回收機(jī)制來(lái)回收內(nèi)存空間。GC會(huì)在FLASH芯片中查找廢棄或刪除的文稿，然后將這個(gè)文稿擦掉，用來(lái)存放你的新數(shù)據(jù)，但由于GC與FLASH的擦寫(xiě)單位不一致，寫(xiě)入時(shí)是按照文稿進(jìn)行的，而擦除則是按照Block文件類型，一個(gè)Block中有16個(gè)文稿，所以當(dāng)GC找到一個(gè)廢棄文稿時(shí)，實(shí)際上改文稿需要先把Blovk中的其余15個(gè)文件搬到別的地方。因此每當(dāng)你更新1字節(jié)，實(shí)際在后臺(tái)有16個(gè)文稿寫(xiě)入，一個(gè)文稿大小為4KB，16個(gè)文稿就是64KB，這樣SSD的容量也會(huì)成倍減少，最終導(dǎo)致寫(xiě)入速度下降。
簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)，當(dāng)你的SSD存儲(chǔ)數(shù)據(jù)變多時(shí)，空白的文稿會(huì)隨之變少，為了騰出額外的空間，GC會(huì)尋找廢棄的文稿，隨著次數(shù)的增加，SSD的速度自然也就慢了。
另外，GC并不是需要寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)才出動(dòng)，即使SSD處于空閑狀態(tài)，它也會(huì)悄悄地進(jìn)行操作，提前預(yù)留一些空間。
那如何避免SSD因存儲(chǔ)數(shù)據(jù)過(guò)多導(dǎo)致速度下降的問(wèn)題？
廠商的做法是根據(jù)SSD等級(jí)來(lái)制定不同的解決方案，比如：入門(mén)級(jí)SSD通過(guò)縮小可用容量，預(yù)留出一部分空間，以此來(lái)防止SSD完全寫(xiě)滿。最為直觀的例子就是有些電腦明明寫(xiě)著512GB的存儲(chǔ)容量，實(shí)際能用的就只有480GB。
對(duì)于中高端的SSD，它們會(huì)額外搭載緩存降低寫(xiě)入放大。像三星970 PRO NVMe M.2 1T就配備了4GB的緩存容量。
用戶可以通過(guò)4K對(duì)齊、Trim命令、磨損均衡等功能機(jī)制來(lái)降低寫(xiě)入放大。
實(shí)測(cè)：SSD爆容量對(duì)速度的影響
為了進(jìn)一步確認(rèn)SSD容量滿后是否真的影響速度，我們進(jìn)行了測(cè)試。
測(cè)試前，MacBook Air（2018款）的SSD剩余容量為71.58GB，使用Disk Speed Test測(cè)出硬盤(pán)的寫(xiě)入速度為492.1MB/s，讀取速度為1832MB/s。
接下來(lái)，我們要將電腦的可用容量變小，預(yù)留9.02GB的空間，然后再測(cè)一次SSD的速度。此時(shí)，SSD的寫(xiě)入速度變成了448.2MB/s，讀取速度為1791MB/s。
與前一組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比你會(huì)發(fā)現(xiàn)，SSD隨著可用容量的減小，寫(xiě)入速度和讀取速度都有所下降。
PC端測(cè)完之后，我們?cè)賮?lái)看下移動(dòng)端。MoFirLee手上有一部容量為64GB的iPhone 11，硬盤(pán)的剩余容量為27.2GB，使用DiskBench測(cè)得的硬盤(pán)寫(xiě)入速度為201.7MB/s、142.1MB/s、135.2MB/s，平均寫(xiě)入速度159.7MB/s，讀取速度為360.6MB/s、485.9MB/s、387.1MB/s，平均讀取速度411.2MB/s。
手機(jī)硬盤(pán)可用容量變?yōu)?.17GB后，寫(xiě)入速度為183.7MB/s、159.6MB/s、195.5MB/s，平均寫(xiě)入速度160.6MB/s，讀取速度為609.7MB/s、610.3MB/s、510.6MB/s，平均讀取速度510.7MB/s。
相比上組數(shù)據(jù)，第一次的硬盤(pán)寫(xiě)入速度確實(shí)有所下降，但第二、三次的數(shù)據(jù)要比上一組快，三次的讀取速度都比上組快。出現(xiàn)這種情況的原因可能是主控的算法和優(yōu)化，所以測(cè)得的數(shù)據(jù)有所差異。
最終的得出的結(jié)論是當(dāng)SSD可用容量變小后，寫(xiě)入和讀取速度都會(huì)有所下降，但實(shí)際上主控對(duì)這些可能還有其他優(yōu)化或者控制措施，以及有不同的算法，導(dǎo)致差異。
小結(jié)
如今可以用8個(gè)字來(lái)形容SSD的處境，有一種倒退叫進(jìn)步。目前市面上的SSD，制程工藝越先進(jìn)，壽命反而縮短，以此換來(lái)了更快的速度。從側(cè)邊可以看出，廠商們?cè)诂F(xiàn)有技術(shù)無(wú)法突破的情況下，選擇了犧牲一些東西。
使用前，影響SSD速度的因素有閃存顆粒、接口類型、主控的好壞以及升級(jí)固件。使用后，寫(xiě)入放大、垃圾回收機(jī)制和不良的存儲(chǔ)習(xí)慣是影響SSD速度的主要原因。雖然好的SSD速度很快，但是使用壽命會(huì)下降，價(jià)格也會(huì)偏高。便宜的SSD速度一般，使用壽命卻很長(zhǎng)。至于怎么選，完全看個(gè)人需求。
為了避免SSD因可用容量不足，導(dǎo)致速度下降這一問(wèn)題，最好將每個(gè)硬盤(pán)的資料全部備份起來(lái)，然后再做一個(gè)4K對(duì)齊。如果你是剛買(mǎi)的電腦，硬盤(pán)類型是固體的話，可以在使用前，將SSD進(jìn)行高級(jí)格式化。這樣一來(lái)，你的SSD速度就不會(huì)那么容易下降了。
責(zé)任編輯人：CC
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論