固态硬盘和机械硬盘哪个好，固态硬盘的重要特征

1. 什么是固态？

2. 固态硬盘与普通硬盘的主要区别

3. SSD 分类

3.1 根据接口区分

3.1.1 SATA 3.0接口

3.1.2 MSATA接口

3.1.3 M.2接口

3.1.4 PCI-E接口

3.2 根据闪存颗粒区分

3.2.1 SLC颗粒固态

3.2.2 MLC颗粒固态

3.2.3 TLC颗粒固态

3.2.4 QLC颗粒固态

3.2.5 PLC 颗粒固态

4. SSD 的优缺点

4.1 固态硬盘的优点

4.1.1 写入速度快

4.1.2 无噪音

4.1.3 启动快

4.1.4 读取延迟小

4.1.5 碎片不影响读取时间

4.1.6 体积小重量轻

4.1.7 发热量较低

4.1.8 工作温度范围更大

4.1.9 经久耐用、防震抗摔。

4.1.10 不会发生机械故障

4.2 固态硬盘缺点：

4.2.1 固态硬盘寿命有限

4.2.2 数据丢失不可恢复

4.2.3 速度高，不稳定

4.2.4 固态硬盘越用越慢

4.2.5 芯片品质参差不齐

4.2.6 价格贵

5. SSD 品质指标

5.1 SSD 重要指标

5.1.1 SSD 的性能

5.1.2 SSD 的功耗

5.1.3 SSD 的可靠性

总结

前言

固态硬盘（SSD）依靠卓越的性能，闪电般的速度，成为时下电脑用户的宠儿。很多人听说过固态硬盘，或是选购电脑听过，或是办公电脑换成了固态硬盘，或是工作中涉及存储技术，都接触到 SSD。

但大家不知道固态硬盘错综复杂的分类是啥啥啥，不知道SSD固态硬盘有什么好处? 有什么缺点？ 本文深入浅出一一分解。

本文重点在当下(2022年)主流的技术，既不沉溺于发展历史，也不引入目前尚未成熟的技术。

1. 什么是固态？

固态硬盘(Solid State Drives)，简称SSD。它是一种电脑存储设备，由闪存(Flash）、 闪存控制器、高速缓存（DRAM）组成。电脑主要由处理器、内存、显卡、硬盘组成，而固态硬盘就是硬盘的一种。

SSD泛指使用闪存芯片组成的SSD固态硬盘，是使用NAND FLASH(闪存, 本文提到的Flash 特指 NAND Flash)颗粒作为存储单元。没有机械结构，利用传统的Flash特性，以Flash 区块写入和抹除的方式来作读写的功能，因此在读写的效率上，非常依赖闪存技术的发展，与传统机械式硬盘相较，具有低耗电、耐震、稳定性高、耐低温等优点。

下图左边是固态硬盘，右边是机械硬盘内部：

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存储控制器:

控制器在SSD中的作用，就想当于电脑中的CPU，控制固态硬盘的内部操作非常重要。

闪存：

物理上存储数据的地方。

外部缓存:

利用DRAM 放置映射表，提高速度。

基于闪存的固态硬盘：采用FLASH芯片作为存储介质，外观可以被制作成多种模样的存储产品，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、优盘等样式。 针对不同的存储产品， 用到的接口也百花齐放。

2. 固态硬盘与普通硬盘的主要区别

1、速度，主流固态硬盘传输速度能达到3700MB，其中读取速度达到4000MB/s每秒，写入速度达到3700MB每秒。而传统硬盘读取速度极限也无法超越200MB每秒，写入速度在100MB每秒左右。如果遇到非连续的散片数据，SSD能体现出极快的读写速度。而传统机械硬盘由于磁头寻道等原因，传输速度偏慢。

扩展阅读： [ 固态硬盘比机械硬盘快的原因（科普篇）]

2、安全，固态硬盘没有盘片，所以只要其芯片不受到外形挤压产生形变，数据就能获得安全的保存。而传统硬盘没有这一优势，一旦在高速旋转过程中盘片和磁头碰撞，甚至不合理接触，都会造成盘片受损，数据丢失。

3、经济，在同样容量下，固态硬盘现阶段价格高于传统硬盘3-5倍，但是随着摩尔定律的前进，固态硬盘NAND闪存芯片密度会越来越大，则存储量越来越高，终有一天会取代传统的次存储设备。

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3. SSD 分类

根据接口区分，固态硬盘有SATA 3.0接口、MSATA接口、M.2接口、PCI-E接口四种类型。

3.1 根据接口区分

3.1.1 SATA 3.0接口

作为最常见的接口，采用SATA 3.0接口的固态硬盘拥有较高的性价比。和上代SATA 2.0接口相比，SATA 3.0接口的传输速度可达6GB/S。

3.1.2 MSATA接口

MSATA接口全称为【Mini-SATA】接口，采用该接口的固态硬盘比SATA 3.0接口的固态硬盘在体积上要小很多。由于体积的优势，MSATA接口的固态硬盘常见用于轻薄笔记本，其传输速度和稳定性和SATA 3.0接口的固态硬盘没有区别。

3.1.3 M.2接口

M.2接口的固态硬盘拥有体积小，性能强的优点。目前，主流的主板和M.2接口固态硬盘都支持PCI-E 3.0 x 4通道，理论带宽可达32Gbps，性能十分出众。

3.1.4 PCI-E接口

PCI-E接口的固态硬盘只能用于台式机，它采用通过总线与CPU直连的方式，拥有优于M.2接口固态硬盘的性能，但是价格比较高，适用性也比较低。

3.2根据闪存颗粒区分

闪存最小物理单位是 Cell, 一个Cell 是一个晶体管。

闪存是通过晶体管储存电子来表示信息的。在晶体管上加入了浮动栅贮存电子。数据是0或1取决于在硅底板上形成的浮动栅中是否有电子。有电子为0，无电子为1.

SSD 根据闪存颗粒区分，固态硬盘有SLC、MLC、TLC、QLC、PLC 五种类型。目前主流的是 TLC 颗粒固态。

3.2.1SLC颗粒固态

SLC 一个 cell 存储1个bit的数据，其速度快，价格贵，寿命长。擦写寿命约为10万次。SLC 颗粒固态现在已停产。

3.2.2 MLC颗粒固态

MLC 一个 cell 存储2个bit的数据，其速度一般、价格一般、寿命一般。擦写寿命约为5000-10000次。MLC 颗粒固态目前快要淡出市场。

3.2.3 TLC颗粒固态

TLC 一个 cell 存储3个bit的数据，其速度慢、价格便宜、寿命短。擦写寿命约为500-3000次。TLC 颗粒固态是现在SSD 产品的主流。

3.2.4 QLC颗粒固态

QLC 一个 cell 存储 4 bit 的数据，相比上一代容量增加 33%，P/E寿命也更短，理论擦写次数仅150次。目前市场上还未量产。

3.2.5 PLC 颗粒固态

PLC 一个 cell 存储 5 bit 的数控， 相比上一代容量增加 25%。全球首款PLC SSD 以面世。

存储密度大幅提升的同时，单位Bit成本显著下降。但随着NAND结构由简入繁，存储单元之间的电荷干扰增加，颗粒P/E耐久和读写性能逐渐走低。

需要注意的是尽管各类颗粒擦写寿命有比较大差别，但现这些颗粒的生命周期已长于日常消费级电脑的更新换代周期，除非用于重要数据存储，否则不用过于担心寿命问题，一般选择自己预算范围内合适的容量和读取速度即可。

4. SSD 的优缺点

4.1 固态硬盘的优点

4.1.1 写入速度快

基于闪存的固态硬盘写入速度极快

4.1.2 无噪音

因为没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝。某些高端或大容量产品装有风扇，因此仍会产生噪音。

4.1.3 启动快

没有电机加速旋转的过程。

4.1.4 读取延迟小

不用磁头，快速随机读取，读取延迟极小。根据相关测试：两台电脑在同样配置的电脑下，搭载固态硬盘的笔记本从开机到出现桌面一共只用了18秒，而搭载传统硬盘的笔记本总共用了31秒，两者几乎有将近一半的差距。

4.1.5 碎片不影响读取时间

相对固定的读取时间。由于寻址时间与数据存储位置无关，因此磁盘碎片不会影响读取时间。

4.1.6 体积小重量轻

低容量的固态硬盘比同容量机械硬盘体积小、重量轻。但这一优势随容量增大而逐渐减弱。直至256GB，固态硬盘仍比相同容量的普通机械硬盘轻。

4.1.7 发热量较低

固态硬盘低功耗，相比机械硬盘更省电。低容量的基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低，但高端或大容量产品能耗会较高。

4.1.8 工作温度范围更大

典型的硬盘驱动器只能在5到55℃范围内工作。而大多数固态硬盘可在-10~70℃工作，一些工业级的固态硬盘还可在-40~85℃，甚至更大的温度范围下工作(e.g: RunCore军工级产品温度为-55~135℃)。

4.1.9 经久耐用、防震抗摔。

由于全部采用了闪存芯片，因此SSD固态硬盘即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。比起传统硬盘，固态硬盘抗震能力要强很多，使得数据能更加安全地保存。

4.1.10 不会发生机械故障

内部不存在任何机械活动部件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。

4.2 固态硬盘缺点：

4.2.1 固态硬盘寿命有限

固态硬盘虽说没有传统硬盘那样的机械结构，不存在磁头老化、磁盘坏道等问题，但由于采用了闪存作为存储介质，其有限的擦写次数是一大硬伤。以32nm工艺的闪存芯片为例，固态硬盘常见的闪存颗粒理论擦写寿命约为5000-10000次。固态硬盘相比机械硬盘还是“脆弱”了些：传统硬盘的将数据记录在磁层上，理论上可以经受无数次的读写操作而不会有磁失效的危险，显然闪存做不到这种程度。

4.2.2 数据丢失不可恢复

如果说机械硬盘坏了还可以做数据恢复的话，固态硬盘就连这个“后悔药”都没得吃，因为固态硬盘的工作原理与机械硬盘不同。传统硬盘的将数据记录在磁层上，理论上可以经受无数次的读写操作而不会有磁失效的危险，因此即便是硬盘已经损坏，仍可以通过专业工具读取磁层柱面信息来恢复。但是固态硬盘不同，其内部没有任何机械结构，数据被零散地分散在各个闪存之中，要从损坏后的闪存芯片中数据恢复，从目前来讲几乎是不可能的。因为两者存储原理不同，固态硬盘删除文件时不是像机械硬盘那样仅仅删除文件的索引，而是全部删除。

4.2.3 速度高，不稳定

固态硬盘一经推出，直接颠覆了消费者对硬盘的传统概念：不怕震了，开机吊着SSD荡秋千(当然你的数据线要够结实);速度快了，拷贝一部动作大片仅需几分钟;开机猛了，“您的开机速度击败了全国99%的电脑”。但是“快”不一定是好事，遇到蓝屏就悲催了。别只看表面的读写速度，谁整天没事看着文件复制速度发呆?固态硬盘作为一款储存介质，首要要求是稳定。速度再快的SSD，买回家却每天只能对着随时可能蓝屏的电脑，有什么用呢

4.2.4 固态硬盘越用越慢

固态硬盘会越用越慢，这和固态硬盘的工作原理有很大的关系。固态硬盘使用闪存作为储存介质，而闪存有个特性：必须先擦除之后才能再次写入数据，这一点和机械硬盘不同，机械硬盘可以直接在数据上面覆盖写入。随着时间的推移，SSD中从未使用的存储空间越来越少，很多时候必须先擦除闪存中的数据然后再写入，因此其性能就会明显下降。

4.2.5 芯片品质参差不齐

闪存芯片都是从晶圆上切割下来再进行封装，产品良率并不一定理想，有些是容量不足，有些是寿命不能达到要求，有些是测试不能通过，这些不能达到出厂要求的产品经过各种渠道流入市场，俗称“黑片”“白片”。既然SSD使用闪存芯片作为储存介质，就同样存在这种芯片品质参差不齐的情况。同一款SSD产品，视容量大小里面会有4~16个闪存芯片。这样带来的坏处显而易见，一块硬盘崩溃将造成所有数据不可逆性的损失。虽然一个固态硬盘芯片的损坏不至于全盘皆灭，但如果恰好这个位置储存了重要资料，请节哀。

4.2.6 价格贵

固态硬盘发展至今已经有几年了，目前SSD容量也由很大的容量，主流的已经到 512GB。 而机械硬盘，目前基本标配就是1TB，容量是SSD的几倍。

若以单个GB 的价格算， 机械硬盘价格比SSD 低很多。

扩展阅读： [SSD固态硬盘有什么优缺点 SSD固态硬盘优缺点介绍]

5. SSD 品质指标

5.1 SSD 重要指标

固态硬盘有 3 个重要指标：性能 、功耗 和可靠性。

5.1.1 SSD 的性能

SSD 性能取决于：

闪存介质读写速度（先天条件）控制器性能（后天努力）高速缓存大小 （贵人相助）与主机传输速度 (外部条件）

5.1.2 SSD 的功耗

为什么这么在意功耗？

功耗就是单位时间内耗电情况，功耗越小越有优势。在手持消费产品和电池供电的物联网设备中，电池寿命可能是最重要的因素。对于拥有数千台服务器的数据中心，每台服务器都配备了SSD，电力供应是安装和运行成本的重要组成部分。

固态硬盘的功耗却决于闪存和闪存控制器硬件。闪存和控制器都是芯片，影响芯片功耗的原因主要是电源设计和电路设计决定的。对于同一个SSD，在不同场景下的功耗也是不同的，对于SSD 本身来说， 当下速度越快， 功耗越高。

5.1.3 SSD 的可靠性

固态硬盘的可靠性取决于：

闪存寿命和DPPM

固件的闪存纠错、坏块管理、Read Disturb 预防、磨损均衡的算法

固态硬盘最大的优点是：速度快，这得益于它使用的介质时闪存（如它的名字，闪电般的存储）。 天下武功，唯快不攻，这也是它斩杀无数其他存储产品的原因。

固态硬盘最大的缺点是：价格居高，这影响到它的商用普及速度。嵌入式产品离不开性价比，在性能和价格中间决战，总会有人选择价格。