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固态硬盘 nand mlc 技术解析:固态硬盘越用越慢怎么办?
发布时间 : 2024-10-20
作者 : 小编
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技术解析:固态硬盘越用越慢怎么办?

固态硬盘越用越慢的原因

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。

我们新买固态硬盘的时候,其中的NAND闪存已经预先擦除干净,因此数据可以直接写入,无需完成数据清除这一步,这时数据的写入速度非常快;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。为了解决这种问题,微软和SSD厂 商都做了很大努力,例如Trim、垃圾回收机制等等

下面我们就来谈谈使用SSD时的注意事项。

1.使用环境:Windows 7和AHCI是必须的,当然还有SATA3

必须使用Windows7以上的系统才能更好发挥SSD威力

● 固态硬盘最重要的技术:Trim

为了解决硬盘降速的问题,微软联合各大SSD厂商开发了一个新技术——Trim。Trim没有中文名称,简单的说,就是告诉SSD主控哪些数据占据的地址是“无效”的。

Trim指令的支持需要同时满足以下三个条件:

1.SSD主控制器和搭配的固件必须支持Trim指令接收:这一点完全不用我们去担心,只要是SSD,Trim指令必须得支持,不然就和普通U盘没什么两样。不开TRIM真的会变慢!

2.当前操作系统必须支持Trim指令发送:只有windows7/Server 2008 R2以上的系统才支持。

3.当前使用的磁盘驱动程序必须支持Trim指令传输。有一点需要说明,Trim指令现在还不支持发送给RAID阵列。所以如果看到有“高富帅”在用SSD组RAID炫速度,大胆地鄙视吧。

● SATA3.0接口才能满足高速SSD的胃口

接口方面,现在主流的SSD都采用SATA3接口,因为SATA2接口的最大理论速度只有300MB/S,如果你把一款读取速度500MB/s的SSD接到SATA2接口上...我真的表示很无奈。

然后我们说说BIOS设定,强烈建议开启AHCI模式。因为AHCI中的原生命令队列特性(NCQ)可以优化用户发送指令的顺序,从而降低设备负荷,提升设备性能。有些较老的主板可能不支持AHCI,这种产品一般也不会有SATA3.0接口,SSD性能会大打折扣。

2.分区方法:小分区、少分区

SSD有一种技术叫做“垃圾回收机制”,前面已经讲过Trim是系统用来告诉SSD主控哪些数据所占据的地址是“无效”的,而“垃圾回收机制”就是SSD内部对这些“无效”数据进行清理的过程。

垃圾回收机制非常考验主控的数据处理能力

SSD中的擦除只能是“将无效数据所在的整个区域摧毁”,不能像机械硬盘那样实现“点对点精确定位打击”,因此“垃圾回收机制”过程也显得很繁琐——先把区域内的有效数据集中起来,转移到空闲的位置,然后把“问题区域”整个清除,清除出来的地方可以作为下次垃圾回收时的转移地点。

大部分SSD都已经由厂商“内定”了预留空间

所以“小分区”的概念就出来了。所谓“小分区”就是不要把SSD的容量都分满,保留一部分容量作为“空闲位置”,用于SSD内部的优化操作,如磨损平衡、垃圾回收和坏块映射。一般情况下这一步骤厂商已经帮我们设定好了,例如NAND容量128G的SSD,厂家会标称120G,剩下的部分就被设置成了预留空间。当然如果你十分注重SSD性能,也可以在此基础上继续增加预留空间,在分区的时候只分100G或者更少

如果固态硬盘也能像机械硬盘这样随便分区就好了

“少分区”则是另外一种概念,关系到4k对齐对SSD的影响。一方面现在主流SSD容量都不是很大,分区越多意味着浪费的空间越多(每个分区总有那么些空间是用不到的),另一方面分区太多容易导致分区错位,在分区边界的磁盘区域SSD性能可能受到影响。

Win7自带的分区工具支持4K对齐

关于4K对齐操作,在机械硬盘时代可能大家都不太注重,但到了SSD时代4K分区对齐与否对性能有着很大的影响。怎样才能实现4K对齐?最简单的方法就是用Win7自带的分区工具进行分区,这样能保证分出来的区域都是4K对齐的。

3.平时保养:不要使用碎片整理,保持分区“苗条”

● 不要使用碎片整理

把机械硬盘时代的“好习惯”带到了SSD上不一定“好用”。在以前,我们总会听到各种“砖家”的提醒——系统变慢记得碎片整理,往往整理过后能感觉到系统运行明显快了很多,殊不知碎片整理对于SSD来说完全就是一种“折磨”。

“磁盘整理”对SSD来说是一种折磨

消费级固态硬盘使用的MLC NAND FLASH作为储存介质,这种芯片一般只有5000~10000次的擦写寿命(P/E),碎片整理需要对硬盘频繁擦写,会大大减少SSD的使用寿命,其实,SSD自带的垃圾回收机制就已经是一种很好的“磁盘整理”,再多的整理完全没必要。Windows的“磁盘整理”功能是机械硬盘时代的产物,并不适用于SSD。

SSD内部没有机械结构,主要部件是主控和闪存芯片

除此之外,可以考虑禁用win7的预读(Superfetch)和快速搜索(Windows Search)功能,在SSD平台这两个功能的实用意义不大,通过禁用这两项功能降低硬盘读写频率。

● 让分区保留足够的剩余空间

如果SSD也这样折腾估计早就崩溃了

前面有说过SSD的“垃圾回收机制”,可以算是SSD内部最考验主控能力的步骤:当硬盘占用接近“满容量”的时候,垃圾回收的量非常多,主控芯片需要处理大量数据,几乎是满负荷运作,这就是为什么SSD越用越慢的原因之一。

相对廉价的机械硬盘适合当“仓库”使用

所以让分区保持“苗条”很重要,及时清理无用的文件,设置合适的虚拟内存大小,将电影音乐等大文件放到机械硬盘“仓库”等等,让SSD分区保留足够的剩余空间。

4.刷新固件:最有效的提速方法

“固件”好比主板上的BIOS,固态硬盘的一切内部操作都要依靠固件来控制,可以说固件质量的好坏直接关系到SSD的性能表现,论重要性毫无疑问是排在了第一位。固件不单直接影响SSD的性能、稳定性,也会影响到SSD的寿命。优秀的固件包含先进的算法能减少固态硬盘不必要的写入,从而减少闪存芯片的磨损,维持性能的同时也延长了固态硬盘的寿命。因此及时更新官方发布的最新固件显得十分重要。

5.恢复指令:对付SSD降速的终极手段

如果你以前没有注意过前面这些操作,现在的SSD已经被“折腾”得奄奄一息,还有一个终极手段——Trim重置。这个指令会让SSD回到出厂性能,原地满血复活,但不建议过多使用,因为对SSD来说,每做一次Trim重置就相当于完成了一次完整的擦写操作,对磁盘寿命会有影响。

现在有许多软件都能提供ATA安全擦除指令来重置磁盘,最著名的是HDDErase。操作过程大致也是将主板BIOS的启动顺序改为光驱优先或者U盘优先,然后插入存好软件的启动设备,进入引导界面,根据提示来操作。

这里建议使用英特尔固态硬盘工具箱(IntelSSD Toolbox)来完成此任务,不用打繁杂的代码,直接在windows下按照提示鼠标操作即可,最大程度的避免了SSD性能衰减。相较其他固态硬盘只能用格式化磁盘的方式来恢复性能,更为方便。

USB 闪存盘 固态硬盘和闪存卡中的 SLC、MLC、TLC 和 3D NAND 之间区别

什么是 NAND?

NAND 是一种非易失性闪存,可在未连接电源时存储数据。

断电后保留数据的能力使得 NAND 成为内置设备、外置设备和便携设备的理想选择。

USB 闪存盘、固态硬盘和 SD 卡均利用闪存技术,为手机或数码相机等设备提供存储。

市场上存在多种类型的 NAND。

简言之,不同类型之间的区别在于每个单元可以存储的位数。

位代表电荷,电荷只能存储 0 和 1 两个值(代表开/关)中的一个。

各种 NAND 类型之间的关键区别在于成本、容量和耐久性。

耐久性是由一个闪存单元在开始磨损前可以完成的程序擦除 (P/E) 周期数量决定的。

一个 P/E 周期是指擦除和写入一个单元的过程,NAND 技术支持的 P/E 周期越多,设备的耐久性越高。

NAND 闪存的常见类型是 SLC、MLC、TLC 和 3D NAND

SLC NAND

优点:最高耐久性 缺点:价格贵、容量低

单级单元 (SLC) NAND 每个单元存储一位信息。

一个单元存储 0 或 1,因此可以更快地写入和检索数据。

SLC 提供最佳性能和最高耐久性,高达 100,000 个 P/E 周期, 因而比其他类型的 NAND 更加耐用。

不过,低数据密度使得 SLC 成为最贵的 NAND 类型,因此通常不用于消费类产品。

它通常用于服务器以及其他要求速度与耐久性的行业应用。

MLC NAND

优点:比 SLC 便宜 缺点:速度和耐久性不如 SLC

多级单元 (MLC) NAND 每单元存储多个位,尽管 MLC 一词通常意味着每单元两位。

MLC 的数据密度比 SLC 高,因此可以实现更大的容量。

MLC 在价格、性能和耐久性之间取得良好平衡。

不过,MLC 对数据错误更加敏感,拥有 10,000 个 P/E 周期, 因此耐久性比 SLC 低。

MLC 通常用于对耐久性要求不算高的消费类产品。

TLC NAND

优点:最便宜、高容量 缺点:低耐久性

三级单元 (TLC) NAND 每单元存储三个位。

通过向每单元添加更多位,可以降低成本并提高容量。

不过,这对性能和耐久性具有负面影响,只有 3,000 个 P/E 周期

许多消费类产品采用 TLC,因为这是最便宜的方案

3D NAND

近十年来,3D NAND 是闪存市场最大创新之一。

闪存制造商开发了 3D NAND 来解决缩小 2D NAND 时面临的问题,从而以更低成本实现更高密度。

在 2D NAND 中,用于存储数据的单元水平并排放置。

这意味着,可用于放置单元的空间量有限,试图缩小单元则会降低其可靠性。

因此,NAND 制造商决定在另一个维度叠放单元,从而促成纵向叠放单元的 3D NAND 的产生。

更高存储密度可实现更高的存储容量,同时不会导致价格大幅上升。

3D NAND 还提供更高的耐久度和更低功耗。

总体而言,NAND 是一项非常重要的闪存技术,能以较低的每位成本提供更快的擦除和写入速度。

随着游戏行业的发展,NAND 技术料将进一步发展,帮助满足消费者日益增长的存储需求。

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