固態(tài)硬盤現(xiàn)在幾乎是每個人都在用的了，那么我們有沒有想過為什么固態(tài)硬盤可以存儲和記錄數(shù)據(jù)呢？我們一起來了解一下：
固態(tài)硬盤由三個主要零件組成，包含Controller控制芯片、DRAM以及NAND Flash閃存，一些固態(tài)硬盤是不需要配Dram的，Nand Flash顆粒是存儲和記錄數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)，在每個閃存芯片中都有海量的存儲單元，從上到下分別是控制柵極（Control Gate）、氧化層、浮柵層（Floating
Gate）、隧道氧化層和襯底（Substrate）。左側(cè)是源級（Sources）右側(cè)是漏級（Drain），電流只能從源級向漏級單向傳導(dǎo)。
閃存記錄數(shù)據(jù)的關(guān)鍵在于浮柵層，當(dāng)其中被充滿電子時是已編程（寫入）狀態(tài)，代表二進(jìn)制0；當(dāng)其中沒有電子時是已擦除狀態(tài)，代表二進(jìn)制1。
上面的這個0和1的邏輯聽起來有些顛倒，不過當(dāng)你了解到閃存的讀取原理后就會覺得這樣才是對的：源級到漏級之間沒有電流（0），說明浮柵中有電子。當(dāng)源級到漏級之間有電流（1），說明浮柵里沒有電子。往復(fù)雜了說它涉及到MOS管等復(fù)雜的半導(dǎo)體知識，但是如果朝簡單的方向理解，我們也能輕松理解閃存表達(dá)數(shù)據(jù)的原理。向閃存單元中寫入數(shù)據(jù)的方法：在控制柵極和漏級之間施加一個20V高電壓，就可以引發(fā)量子隧道效應(yīng)，使電子進(jìn)入到浮柵層中。由于氧化隧道層的絕緣效果，進(jìn)入到浮柵層的電子不容易流失掉，所以閃存可以在斷電后繼續(xù)保留數(shù)據(jù)。反過來也可以使用20V高電壓反向?qū)⒏艑又械碾娮?抽離"出去，這就是閃存的擦除。閃存的獨(dú)特工作原理決定了閃存單元在寫入之前必須經(jīng)過擦除，而不能像磁盤記錄那樣直接覆蓋寫入。
對于原始的SLC閃存而言，一個存儲單元只需保留一比特數(shù)據(jù)，非0即1，判斷起來非常簡單。SLC閃存速度快、壽命長，但容量小、每GB容量成本過高，不適合家用電腦的固態(tài)硬盤。
MLC閃存可以在每個存儲單元中存儲2比特數(shù)據(jù)，即00、01、10、11四種狀態(tài)，浮柵層中的電荷等級需要更加精細(xì)化。到了TLC閃存（3比特/單元），狀態(tài)數(shù)量達(dá)到8種，而QLC閃存（4比特/單元）的狀態(tài)數(shù)量高達(dá)16種。東芝存儲率先提出了三維閃存層疊技術(shù)，現(xiàn)在的3D閃存已經(jīng)使用Charge Trap電荷捕獲層取代原有Floating Gate浮柵層，存儲單元的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大的變化，使得閃存寫入速度更快，可靠性更強(qiáng)，功耗水平更低。
我們通過了解閃存顆粒的工作原理，也就知道固態(tài)硬盤是如何存儲和記錄數(shù)據(jù)的。
