很多小伙伴只知道固態(tài)硬盤比機(jī)械硬盤“快”。
但是究竟“快”在哪里？
為什么固態(tài)硬盤比機(jī)械硬盤快？
其實(shí)，就在于固態(tài)硬盤和機(jī)械硬盤完全不同的工作原理，決定了兩者的速度差異。
今天就讓我們一起學(xué)習(xí)一下吧~
1、機(jī)械硬盤的工作原理
機(jī)械硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由馬達(dá)、磁盤、磁頭臂、磁頭組成。
機(jī)械硬盤在工作的時(shí)候，磁頭會(huì)懸浮于磁盤面上方幾納米的距離。磁盤面上有很多的小格子，小格子內(nèi)有很多的小磁粒。
這些磁盤上的磁粒有一定的極性，當(dāng)磁粒極性朝下的時(shí)候記為 0，磁粒極性朝上的時(shí)候記為 1，這樣磁頭就可以通過識(shí)別磁盤磁粒的極性讀取數(shù)據(jù)了。
而磁頭也可以利用其變化的磁場改變磁盤磁粒的極性，這樣就做到寫入和改寫磁盤數(shù)據(jù)了。
為了能夠精準(zhǔn)定位數(shù)據(jù)所在磁盤面上的位置，磁盤本身又被劃分了無數(shù)的扇區(qū)和磁道。
假設(shè)：
數(shù)據(jù)存放在磁盤的第五磁道的第七扇區(qū)上：
那磁頭就會(huì)先擺動(dòng)到第五磁道上空，然后等待第七扇區(qū)轉(zhuǎn)過來。當(dāng)?shù)谄呱葏^(qū)轉(zhuǎn)到磁頭下面的時(shí)候，才可以讀取數(shù)據(jù)。
這就是機(jī)械硬盤的工作原理，也正是因?yàn)闄C(jī)械硬盤是利用磁性極粒來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，所以機(jī)械硬盤通常又被稱作磁盤。
而固態(tài)硬盤同機(jī)械硬盤的工作原理完全不同，固態(tài)硬盤采用純電子結(jié)構(gòu)。
2、固態(tài)硬盤的工作原理
固態(tài)硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單元叫浮柵晶體管，基本結(jié)構(gòu)有：存儲(chǔ)電子的浮柵層，控制極 G、襯底 P、源極 D 與漏極 S。
我們將浮柵層中的電子數(shù)量高于一定值計(jì)為 0，低于一定值計(jì)為 1。
那固態(tài)硬盤具體是如何工作的呢？接著往下看吧~
寫入數(shù)據(jù)
寫入數(shù)據(jù)時(shí)，需要在控制極 G 施加一個(gè)高壓，這樣電子就可以穿過隧穿層，進(jìn)入浮柵層，因?yàn)橛薪^緣層的存在，電子不能再向前移動(dòng)了，就被囚禁在了浮柵層。
而當(dāng)我們把電壓撤去，這些電子依然會(huì)被囚禁在浮柵層，因?yàn)樗泶颖举|(zhì)上也相當(dāng)于絕緣體，所以電子們只能被關(guān)押著，這樣一位數(shù)據(jù)就被存儲(chǔ)進(jìn)去了。
這些電子能被“囚禁”多長時(shí)間也就是固態(tài)硬盤能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的年限，一般一塊新的固態(tài)硬盤能夠保存數(shù)據(jù)的年限為 10 年。因?yàn)殡S著時(shí)間的流逝，不斷地有電子“越獄”成功。
等“越獄”的電子多到一定的數(shù)量，我們保存的數(shù)據(jù)就不見了。
擦除數(shù)據(jù)
我們擦除固態(tài)硬盤上的數(shù)據(jù)其實(shí)就是在釋放這些可憐的電子，即在襯底上施加高壓，這樣電子被吸出來，信息也就被擦除了。
通過上面的描述，我們了解了數(shù)據(jù)的寫入和擦除過程。
那么又是如何讀取數(shù)據(jù)的呢？
讀取數(shù)據(jù)
關(guān)于它讀取數(shù)據(jù)的原理也非常簡單。
當(dāng)浮柵層中不存在電子時(shí)（存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為 1），我們給控制級(jí)一個(gè)低壓，由于電壓低，電子只能被吸引到靠近隧穿層的位置，卻無法穿過隧穿層，因而源極漏極可以導(dǎo)通，形成電流。
如果檢測到電流，那么說明它沒有儲(chǔ)存電子，則讀取數(shù)據(jù)為 1。
當(dāng)浮柵層中存在電子時(shí)（存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為 0），我們還給控制極一個(gè)低壓，由于浮柵層里面的電子對(duì)這些電子有排斥作用，所以電子無法被吸引到靠近隧穿層的位置，源極漏極不會(huì)導(dǎo)通，不會(huì)形成電流。
如果無法檢測到電流，那么說明浮柵層儲(chǔ)存一定量電子，則讀取數(shù)據(jù)為 0。
無數(shù)的浮柵晶體管堆疊在一塊就可以存儲(chǔ)大量的 0 和 1，它們就類似于圖書館當(dāng)中的書架一樣，存儲(chǔ)著無限的 0101 數(shù)據(jù)。
相對(duì)于機(jī)械硬盤這種機(jī)械結(jié)構(gòu)，固態(tài)硬盤這種純電子結(jié)構(gòu)在存取速度方面的優(yōu)勢就非常突出。
在機(jī)械硬盤在讀取數(shù)據(jù)之前，需要先擺動(dòng)磁頭臂到對(duì)應(yīng)的磁道上方，再等待對(duì)應(yīng)的扇區(qū)轉(zhuǎn)過來。
盡管目前的機(jī)械硬盤大部分都是 7200 轉(zhuǎn) / 分鐘或者 5400 轉(zhuǎn) / 分鐘的，看起來已經(jīng)很快了，但是這兩個(gè)操作依然會(huì)導(dǎo)致大約十幾毫秒的延遲。
這種延遲對(duì)于人類來講確實(shí)微不足道，但是對(duì)于計(jì)算機(jī)內(nèi)存和 CPU 來講，就確實(shí)會(huì)產(chǎn)生顯著影響。
而固態(tài)硬盤全程都是電子交互，電子信號(hào)的速度要遠(yuǎn)超磁頭臂和磁盤這種機(jī)械結(jié)構(gòu)。
如果你的數(shù)據(jù)是隨機(jī)分散在磁盤的各個(gè)角落，那機(jī)械硬盤需要經(jīng)過多次的尋道和尋址，多次等待扇區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)到磁頭底下，所以機(jī)械硬盤在讀取分散性文件的時(shí)候，性能就顯得非常弱，速度很慢，即隨機(jī)讀寫性能低下。
了解固態(tài)硬盤的原理之后
想必你一定知道為什么固態(tài)硬盤有擦寫次數(shù)限制？
是因?yàn)樵诟啪w管擦寫的過程中，電子反復(fù)在隧穿層反復(fù)進(jìn)出，導(dǎo)致隧穿層損壞，不能有效的阻攔電子，失去了隧穿層應(yīng)有的作用。
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