固态硬盘，或者说闪存技术就是在各种技术中脱颖而出的那个胜者，它不是效率最高的那个，但却是性价比比较高同时适用场景相对广泛的一个技术。
下面我们就来聊聊现在广泛使用的最新技术，也是购买储存设备的第一选择——固态硬盘（SSD）。
说到固态硬盘，大家对于它的第一印象应该都差不多，那就是快和贵。固态硬盘贵自有贵的道理，它技术原理上保证了速度与容量上限会不断刷新，同时摆脱了机械结构，不会像机械硬盘那样晃一下数据爆炸，还能做进小型化和各种奇奇怪怪形态的设备上。虽然比起机械硬盘，现在固态硬盘仍然比较贵。但随着固态硬盘价格不断走低，以后它始终会成为我们的主力储存设备，机械硬盘只能退而其次成为担任仓库盘的角色，甚至不会再出现在我们电脑里（现在很多人的笔记本已经是这样子了），就像现在磁带的现状（20后或者30的孩子们以后可能会奇怪地问我们，为什么以前的人们要把数据放在一个旋转的盘上）。到了今年，也许我们闭着眼睛买固态硬盘，也不会有太差的体验，但固态硬盘作为一个新型储存设备，大多相关技术和参数对大众来讲比较高深和新颖，坑还是蛮多的。我们更要仔细了解一下固态硬盘的原理，工作方式，还有如何查看它的实际性能，帮助我们理解接下来去购买和使用的部分。
固态硬盘的历史通常人们以储存读取部分有没有活动的机械部件，来区分固态硬盘和机械硬盘，下面出现的设备都满足这个条件。如果我们自己买过M.2固态硬盘或者拆过固态硬盘外壳的话，就会发现里面有很多一个一个的颗粒，这些颗粒就是固态硬盘储存数据的地方。说起来有点神奇，而这些储存诞生的基础——浮栅晶体管（MOSFET）和非易失性储存器（NVM，像是EEPROM这类的都是非易失性储存器）甚至比机械硬盘出现更早，只不过机械硬盘的结构和原理注定了它开始阶段能发展得更快。
最早使用非易失性储存器储存数据的装置可以追溯到年，还记得机械硬盘历史上最著名的IBM吗，这次首先应用这项技术的还是它（真的牛啤，我查了下-年IBM储存相关的专利，占了全球的10%以上）。那个时候甚至有两种技术同步发展：磁芯储存器和卡式只读储存器。
磁芯储存器的原理简单粗暴，把磁性材料制作成的小圈通过电线串起来排成阵列，每个小圈都可以磁化或者去磁，代表了0和1，计算机就可以通过读取导线电压或者给导线输送电压，改变某个特定小圈的磁性来实现储存读取数据。
更绝的是它的组装真就是手工，由女性工人使用显微镜手动穿线（有我们这边穿珠子兼职那味了）。之前NASA登月50年的时候，国内疯狂报道阿波罗卫星软件编程真的是「编织」出来的，指的就是磁芯储存器（阿波罗上面的约32KB）。
至于，另外一个卡式只读储存器（CCROS，好像没有正式中文名）原理就更简单了，可以想象成是一堆打孔铁片叠在一起。
用专门的机器把编的程序等等按照特殊的编码方式在铁片上打孔，然后交给计算机就能读取，这里就可以看出来数据是没有办法修改的，想要改数据只能重新找个新的铁片去打孔。这两个技术原理和制造实在是不太适合发展，所以在我们第一章提到的磁鼓储存器出来之后就迅速被淘汰了。他俩的淘汰其实跟真空管时代结束是一起的，之前计算机是用真空管——把电路封装在玻璃管里形成二极管/三极管等等，然后用它们来实现计算机最基础的与（A和B）或（A或B）非（非A非B）门，第一台电子计算机就是这样出现的。和真空管时代结束后就来到了我们现在很熟悉的半导体时代，半导体时代的计算设备干的还是真空管时代计算设备的那些判断，不过真空管变成了半导体制作的浮栅晶体管，由于半导体晶体管可以通过「生长」快速巨量制造出来，而且理论上可以做到非常小，比如现在我们所说的5nm纳米CPU工艺，就是可以把一个晶体管里的沟道长度做到5纳米大小，所以才会有我们现在的算力大爆炸（详细的原理我们下面原理部分会介绍）。
现在还用真空管的，基本上就只剩下HiFi发烧友们玩的功放了（在广东真空管又叫做胆，胆机就是这样来的），而半导体和年在贝尔实验室发明的晶体管几乎是现在所有数码设备的基础，储存设备也不例外，接下来出现的技术和设备都是使用半导体的了。
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即使放到76年后固态硬盘的价格也不是一般公司能够承受得起的，BulkCore价格查不到，但是同时期推出的给IBM大型机使用的STC（它用来储存的技术和我们现在相机的成像原理很像），45MB售价40万美元，相当于现在的万美元（dollartimes，），在那个年代买家公司给自己打工几十年都够了，大家自己仔细品品。在ROM出来之前大部分固态都是使用RAM（也就是我们今天运行内存那种）保存数据的，需要电池来维持数据，断电之后数据便会丢失。
固态储存设备的基石：浮栅晶体管/（只读）储存器ROM半导体和晶体管可以说是现在整个电子世界的基石，而浮栅晶体管其实是年由亚洲人发明的，分别是韩裔美国工程师DawonKahng（姜大元）与华裔美国工程师SimonMinSze（施敏）。
关于浮栅晶体管的原理和结构我们会在下面介绍，浮栅晶体管也是半导体晶体管的一种，它之所以和现在CPU使用的晶体管区别开来，并且适用于储存设备，是因为它被高电阻材料包围的结构特性，可以让其中包含的电荷在很长一段时间内保持不变，注意这个很长一段时间指的是以10年以上。
姜大元和诗敏不仅发明了浮栅晶体管，而且提出了实际的应用场景——利用浮栅组成的储存单元制作出只读储存器（EPROM）。我们现在常见的ROM其实就是只读储存器（Read-Only-Memory）的缩写，EP指的是可擦除（Erasable）可编程（Programmable）。也就是说它可以通过高电压的设备把数据放进浮栅晶体管储存单元里，之后就没办法修改了，所以说是只读。而可擦除则是利用强紫外线来直接把浮栅晶体管里面的电荷都放跑，这样就达到了擦除的效果，之所以只能用紫外线，是因为浮栅晶体管本身被高电阻材料包围，很难用电去「吸」出里面的电荷。
后
以前我们老是觉得玩游戏存档速度要存到天荒地老，就是因为以前EEPROM技术限制只能单字节擦除和写入，这个速度写个存档可以想象速度想快也快不起来。同时因为EEPROM和EPROM其实都是同一种浮栅晶体管，受到强紫外线照射会把储存器清空，而阳光里面最不缺的就是紫外线，所以以前我们老是发现卡带放久了就会「掉档」（有过掉档重玩的痛苦记忆的同学可以留个评论哈哈），就是因为放存档的EEPROM里面电荷都被阳光（通常几个星期）或者室内的荧光灯（可能要几年）晒跑了。
这两项储存器先天结构就优于当时的机械硬盘，单从速度方面也比当时的机械硬盘快几十倍，所以当时一些固态储存公司开始发展起来，比如我们现在常见的闪迪就是这个时候进入市场的。英特尔也开始研发闪存，同时用固态给处理器加速（现在傲腾加速条系列也保留着那个时候的基因），很多人还开始给自己的个人电脑配上了固态（不是用来储存，太贵了，只用来加快电脑运行）。这个时候的固态硬盘其实已经有进入民用的条件，年KB的固态储存才美元左右（折合现在美元），按照当时的电脑价格来讲并没有到离谱的程度。
用到现在的成熟技术：闪存Flash年，在东芝工作的日本科学家FujioMasuoka（舛冈富士雄）在EEPROM基础上发明了闪存。这位科学家也是个牛人，EEPROM的前身SAMOS储存器也是他发明的，闪存应用之后，他的团队还发明了第一个3D晶体管（GAAFET），优势是可以在7纳米以下的尺寸工作，直到现在3纳米GAAFET还是世界上最小的纳米电子器件，年都还没有实现量产，这位牛人可谓是包圆了固态储存领域。
实际上NOR和NAND闪存都是舛冈富士雄先后（,）发明出来的，但他的发明在东芝却不被重视，还要自己拿着样品去参加IEEE大会，引起了轰动后被英特尔注意到才大力研发，甚至发明NAND闪存后只有几百美元奖金和一个闲职，这也导致了后来富士雄年起诉东芝，获得百万美元赔偿的结果。作为发明公司，东芝是第一个开始卖闪存固态的，年推出了他们的第一款商用NAND闪存，年英特尔推出了第一款商用的NOR闪存，但东芝不受重视的态度让它基本没有市场，英特尔则靠着相关技术霸占市场，获得了几十亿美元的利润。
闪存分为两个类型，平时我们或许听过NAND和NOR闪存就是指这两个类型，从名字就可以看出它们是用原理对应的逻辑门来命名的，具体原理下面会讲。简单来讲就是之前那些ROM必须完全擦除才能重写，速度又慢又浪费寿命，而闪存可以做到按块/页进行擦除，写入和读取，而且可以做到很快速的擦除，闪存的名字是按照发明者同事的建议命名的，擦除过程就是像闪光灯一样迅速，所以叫做闪存。闪存就是为了「更快」而诞生的。从结构上看，这两款闪存的区别是：NAND闪存单元体积比较小，所以密度更高，同样成本可以做到更大容量，同时按块方式让擦写读取速度都很快，擦写寿命也比较长；缺点是必须按照块来擦写，也没有真正的随机访问能力，也可靠性相对较低。
NOR闪存单元体积比较大，容量就很小，擦写速度非常慢，但读取速度很快。可以按字节为单位提供真正的随机访问能力，这意味着它可以就地执行代码（不用把代码搬到运行内存），可靠性也比较高，也因为如此擦写寿命比较短。从这两个闪存类型可以看出，NAND容量大读写都快的特点适合做大容量储存，事实上我们现在的固态硬盘基本都是3DNAND闪存；而NOR可以就地执行代码和真正随机访问的能力，加上很快的读取速度就非常适合用来装程序文件，比如主板上的BIOS通常就是NOR闪存。这两个类型和它们的详细区别在下面都会详细介绍。
年
固态硬盘SSD的结构和原理我在前面就给大家谈到，现在固态硬盘大部分都是用3DNAND闪存颗粒（我们常常听说的SLC/MLC/TLC/QLC什么的就是不同工作模式下的闪存颗粒），闪存颗粒其实就是很多很多浮栅晶体管制成的储存单元，所以在这个小节我们会从浮栅晶体管的原理讲起，带你从头到尾了解固态硬盘的工作原理，不过不同于机械硬盘拥有直观的机械结构，固态硬盘的工作基本上都发生于纳米级别的微观世界，甚至是基于量子力学的工作原理，会比机械硬盘难理解一点，想要了解的同学们一定要有耐心一点。在进一步介绍固态硬盘的结构和原理之前，我们先来了解一下固态储存器的几个分类。
易失性和非易失性储存器从名字应该就可以看到它俩的区别，虽然都是把比特信息储存在电容器和晶体管组成的储存单元里，都是用晶体管里面的电荷多少来代表1和0，但是易失性储存器一旦断电储存单元上面的信息就会很快丢失，而非易失性储存器即使断电也能保存授权单元上面的数据，简单来讲就是断电丢不丢数据的区别。因为易失性储存器的晶体管不像非易失性储存器那样，有高电阻材料去留住电荷，需要高电压还有量子隧穿效应来读写数据，所以它工作需要的电压更低（通常在1-2V左右）并且读写速度更高。我们常见的内存条RAM就是一种易失性储存器，如果我们对好的内存条跑分，就会发现它的读写时间是在纳秒级别，而且读写速度几十GB/S以上，比固态硬盘之类非易失性储存器的性能好上一个量级。
这也解答了很多人为什么不用内存来做固态硬盘的疑问，因为不严格来讲正是因为「易失」所以才「快」。非易失性储存器我们上面也讲到了，浮栅晶体管的特性让它即使断电也能将数据保存10年以上，但多出来的一层高电阻材料让非易失性储存器读写速度和随机读写能力比起易失性储存器就要差上不少，这也是为啥现代计算机需要用运行内存作为储存器和CPU之间的「桥梁」，因为易失性储存器拥有纳秒级别的随机读写能力，让它更能跟上CPU思考的速度提供数据，免得CPU没有数据进行计算，只能干等。有关于随机读写能力的重要性，还有内存条等易失性储存器等详细的结构工作原理，会在接下来其它储存设备的部分讲解。
固态硬盘的基础：NAND/NORFlash闪存在机械硬盘部分，我们报废了一个机械硬盘才能看到它里面的结构，而固态硬盘就简单多了，特别是现在的NVMe固态硬盘，直接就能看到所有的硬件结构。
放
级
浮
看到这里你已经把机械硬盘，结构原理相关的内容都学得差不多了，实际上固态硬盘的结构原理部分涉及到的知识，甚至比我介绍要复杂得多。