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固态硬盘
考情分析
SSD 是近年新增考点，了解基本结构和与 HDD 的对比即可。🔥 低频。
机械硬盘靠磁头来回跑，随机读写慢得要命。SSD 用电信号代替机械运动，随机访问速度提升了上千倍——但也带来了"不能覆盖写"和"擦除寿命有限"这两个新问题。
SSD 的基本结构
SSD 使用闪存（Flash Memory） 作为存储介质，没有机械部件。
| 层次 | 说明 |
|---|---|
| 页（Page） | 读写的最小单位（通常 4KB~16KB） |
| 块（Block） | 擦除的最小单位（包含 64~256 个页） |
| FTL | 闪存翻译层，将逻辑地址映射到物理地址 |
SSD 的读写特性
| 操作 | 单位 | 速度 |
|---|---|---|
| 读 | 页 | 快（~25μs） |
| 写 | 页 | 较快（~250μs），但页必须先擦除 |
| 擦除 | 块 | 慢（~1ms），整块擦除 |
写入的特殊性
SSD 不能直接覆盖写入——必须先擦除整个块，再写入。这导致了两个问题：
| 问题 | 说明 |
|---|---|
| 写入放大 | 修改一个页可能需要擦除并重写整个块 |
| 擦除寿命 | 每个块的擦除次数有限（SLC ~10万次，MLC ~1万次，TLC ~3000次） |
闪存类型
| 类型 | 每个存储单元位数 | 寿命 | 速度 | 成本 |
|---|---|---|---|---|
| SLC | 1 | 最长 | 最快 | 最贵 |
| MLC | 2 | 中等 | 中等 | 中等 |
| TLC | 3 | 较短 | 较慢 | 较便宜 |
| QLC | 4 | 最短 | 最慢 | 最便宜 |
磨损均衡（Wear Leveling）
由于每个块擦除次数有限，如果某些块被频繁擦写，会提前损坏。磨损均衡让各块的擦除次数尽量均匀。就像图书馆轮换展示架上的书——不能总让同一批书被翻烂，要定期把热门书和冷门书换换位置。
| 策略 | 说明 |
|---|---|
| 动态磨损均衡 | 将新数据写到擦除次数少的块 |
| 静态磨损均衡 | 将长期不变的冷数据迁移到擦除次数多的块，释放次数少的块给热数据 |
SSD vs HDD
| 比较 | SSD | HDD |
|---|---|---|
| 存储介质 | 闪存（电子） | 磁盘（机械） |
| 随机访问 | 极快（无寻道/旋转延迟） | 慢（需要寻道+旋转） |
| 顺序访问 | 快 | 较快 |
| 抗震性 | 好（无机械部件） | 差（怕震动） |
| 噪音 | 无 | 有 |
| 寿命 | 受擦写次数限制 | 受机械磨损限制 |
| 价格 | 较贵 | 便宜 |
| 磁盘调度 | 不需要（无寻道时间） | 需要（SCAN/C-SCAN 等） |
与磁盘调度的关系
SSD 没有机械臂移动，不存在寻道时间的概念。因此 FCFS/SSTF/SCAN 等磁盘调度算法对 SSD 没有意义。SSD 的调度主要由 FTL 在内部处理。
考研高频考点
- 🔥🔥 SSD 以页为单位读写，以块为单位擦除
- 🔥🔥 SSD 不能覆盖写入（必须先擦除）
- 🔥 磨损均衡的目的与方法
- 🔥 SSD 不需要磁盘调度算法
- 🔥 SSD vs HDD 的对比
到这里，I/O 管理的全部内容就讲完了——从设备分类到控制方式，从软件层次到磁盘与 SSD，核心主线始终是"如何让 CPU 尽量少等、设备尽量多干活"。