SSD结构与工作原理

SSD主要有三部分构成：主控（Controller）， DRAM缓存和NAND闪存。

主控对于SSD的作用，类似CPU对于电脑的作用，属于大脑中枢，拥有最高指挥权，管理NAND闪存，实现数据的存储。

 

DRAM缓存是Host与SSD主控之间的数据中转站。在Host写入数据时，并不会直接交给主控去写入NAND闪存，而是先把数据丢到DRAM缓存中，之后再传到主控内部的缓存中，最后再由主控写入NAND闪存，这样做的目的是提高数据传输的效率。

 

是不是有点不太好理解？没关系，举个简单的例子：（已经理解的同学可以略过这部分）

比如说，在网购的时候，一件A商品会产生10元邮费，如果要购买5件A商品，我们一次购买5件呢？还是分5次购买呢？很显然，肯定会一次购买5件呀，这样只需要付一次邮费（每个人都很聪明，我这里只是举个例子哈）。
同理，如果Host每发一笔数据，不管传输的数据大小，主控都直接响应，然后写数据到NAND闪存，这时主控会花费了大量的精力去处理琐碎的事情，致使SSD表现不尽如人意，最终被嫌弃。SSD又一次发挥聪明才智，将DRAM这一干将招致麾下，并给DRAM派了个任务量，在Host传输数据时，先送到DRAM手里，如果没有达到任务量，就不要给领导-主控汇报了。这样大大地降低了主控的负担，提高了SSD处理数据的效率。

NAND闪存是数据归属地，NAND颗粒的存在，赋予了SSD储存数据的使命。为了提高存储的性能，主控会通过不同的通道（Channel）操作NAND闪存。

DRAM与NAND的结构与原理会在后续文章中详细介绍，今天主要分享SSD的司令官-主控。

由于Host和NAND闪存两位人士，性格迥异，对数据处理的方式完全不一样。此时就需要领导者-主控登场了，发挥管理智慧，打造一支和谐共赢的团队，实现存储数据的使命。

对于一个称职的主控，需要有能力完成两项艰巨的任务：
1. 为Host和NAND提供适当的对接界面（Interface）以及协议（protocol）；
2. 高效地处理数据，优化传输速率，同时保证数据的完整性。

目前主流SSD主控架构如下图：

 

主要有三大部分组成：与Host对接的界面(Host interface), 闪存转换层FTL以及闪存对接界面(Flash interface)。

Host interface采用的协议（protocol）包括SATA，PCIe/NVMe SSD协议。

 

闪存转换层FTL是主控的核心部分，主要实现磨损平衡（Wear-leveling）, 垃圾数据回收（Garbage Collection), 坏块管理（Bad Block Management）和数据纠错处理（ECC, Error Correction Code）。

 

Flash interface包括了SSD主控的flash controller，用来控制主控与NAND闪存之间的数据传输。

 

NAND闪存是数据归属地，NAND颗粒的存在，赋予了SSD储存数据的使命。为了提高存储的性能，主控会通过不同的通道（Channel）操作NAND闪存。