SSD固态硬盘@磁盘性能测试工具@基本参数

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固态硬盘

  • 固态硬盘（Solid State Drive, SSD）作为一种非机械式存储设备，相较于传统的机械硬盘（Hard Disk Drive, HDD），拥有显著不同的性能特性与衡量标准。

性能指标

  • 以下是固态硬盘几个重要的性能指标：

    1. 接口类型：

      • SATA：这是最常见的接口类型，早期的SATA接口版本限制了SSD的速度，如SATA 3.0理论最大传输速率为6 Gb/s。
      • PCIe：基于PCI Express总线的固态硬盘能够实现更高的带宽，如PCIe 3.0 x4的理论峰值可达32 Gb/s，而PCIe 4.0则翻倍至64 Gb/s。
      • NVMe (Non-Volatile Memory Express)：专为闪存设计的高效协议，尤其适用于PCIe接口的SSD，进一步提升速度和降低延迟。

    2. 容量：

      • 固态硬盘的存储容量以GB或TB为单位，随着技术发展，市场上已经出现多种不同容量的产品，从几十GB到数TB不等。

    3. 读写速度：

      • 连续读写速度：衡量SSD在连续读写大量数据时的吞吐能力，通常以MB/s或GB/s表示，高性能SSD可达到几千MB/s的连续读写速度。
      • 随机读写IOPS（Input/Output Operations Per Second）：衡量SSD在短时间内处理小块数据请求的能力，特别是对4KB或更小尺寸数据块的读写操作，高IOPS值意味着更好的多任务处理和系统响应速度。

    4. 随机访问时间：

      • 由于SSD无物理磁头和旋转延迟，所以其随机访问时间（有时称为寻道时间）极短，通常在微秒级别，远低于HDD的毫秒级，这使得SSD在启动操作系统、加载应用程序和处理大量小文件时表现出卓越性能。

    5. 耐用性：

      • TBW（Terabytes Written）或DWPD（Drive Writes Per Day）：反映固态硬盘的耐久度，即在保修期内可以写入的数据总量或每天全盘写入次数。

    6. 缓存：

      • 虽然对于SSD来说，DRAM缓存的重要性不如HDD那么突出，但对于高端SSD产品，依然会有一定容量的缓存用于加速数据处理，尤其是在写入操作中。

    综上所述，选择固态硬盘时需要综合考虑这些性能指标，以确保满足个人或业务需求，例如高速读写、快速响应以及长期稳定运行等要求。

M.2接口

  • M.2接口是一种高度集成化的扩展接口标准，主要用于现代计算机硬件中的固态硬盘和其他类型的设备，比如Wi-Fi和蓝牙模块。以下是关于M.2接口的主要特点和性能指标：

    1. 设计特点：
      • 尺寸紧凑：M.2接口的模块化设计使其占用空间非常小，适应于轻薄型笔记本电脑、小型PC以及其他空间有限的设备。
    • 多功能性：M.2接口可以支持多种通信协议，包括但不仅限于PCI Express（PCIe）、Serial ATA（SATA）、USB、HSIC、UART、SMBus等，这取决于具体的M.2插槽和所安装设备的规格。

    1. 速度与性能：

      • 高速传输：M.2接口利用PCIe通道可以实现非常高的数据传输速率。例如，PCIe 3.0 x4的M.2 SSD理论带宽高达32 Gbps（4 GB/s），而在PCIe 4.0时代，这一速度又翻了一番。此外，支持NVMe（非易失性内存主机控制器接口规范）的M.2 SSD，其性能表现远超过传统的AHCI模式下的SATA SSD。
      • 低延迟：直接通过PCIe总线与CPU连接，减少了数据传输路径中的中介环节，从而降低了延迟，提升了系统整体性能。

    2. 规格多样性：

      • 尺寸规格：M.2的外形尺寸有很多种，如2230、2242、2260、2280等，这些数字分别代表了模块的长度（以毫米计）和统一的宽度（22毫米）。
      • Keying类型：M.2接口还有不同的键位（Key），如B、M等，不同键位定义了接口支持的信号类型，以确保兼容性和正确插入。

    3. 应用场景：

      • 高性能存储：M.2接口广泛应用于高性能的固态硬盘上，特别适合于那些需要快速读写速度的应用场景，比如大型游戏、专业视频编辑、AI运算、大数据分析等。
      • 便携设备：由于其小巧的设计，M.2接口已经成为超极本、平板电脑和一体机等移动设备的理想选择。

    总之，M.2接口凭借其灵活性、高速度和小型化特点，已成为新一代存储和通信解决方案的重要组成部分。在选购M.2设备时，需根据主板提供的M.2插槽的具体规格和所支持的协议来匹配相应的设备，确保最佳性能和兼容性。

评估SSD地软件工具

  • AS SSD benchmarkAIDACrystalDiskMark
    在这里插入图片描述请添加图片描述在这里插入图片描述
    磁盘参数查看(产品额定参数)

  • 其中AIDA提供了相对详细的信息,可以看到硬盘的接口,尺寸和基本的额定性能参数,还给出了制造商的官网

    • 例如上述例图中指出硬盘尺寸为2280的规格(80x22x…)

  • 上述工具都可在图吧工具箱中找到闪存类型,比如QLC,TLC等

在线查询

  • 查询到硬盘型号后,也可以用搜索引擎搜索查阅其参数,也可以上网上商城去搜这个型号,可以看到产品介绍

简单产看磁盘信息(diskpart)

  • PS C:\Users\cxxu\Desktop> diskpart

Microsoft DiskPart version 10.0.22621.1

Copyright (C) Microsoft Corporation.
On computer: COLORFULCXXU
#列出所有磁盘
DISKPART> list disk

  Disk ###  Status         Size     Free     Dyn  Gpt
  --------  -------------  -------  -------  ---  ---
  Disk 0    Online          953 GB      0 B        *
#选中磁盘0
DISKPART> select disk 0

Disk 0 is now the selected disk.

#产看磁盘信息
DISKPART> detail disk

SOLIDIGM SSDPFKNU010TZ
Disk ID: {8C735CCA-4E77-47A7-BFA2-759B8D1158CF}
Type   : NVMe
Status : Online
Path   : 0
Target : 0
LUN ID : 0
Location Path : PCIROOT(0)#PCI(0600)#PCI(0000)#NVME(P00T00L00)
Current Read-only State : No
Read-only  : No
Boot Disk  : Yes
Pagefile Disk  : Yes
Hibernation File Disk  : No
Crashdump Disk  : Yes
Clustered Disk  : No

  Volume ###  Ltr  Label        Fs     Type        Size     Status     Info
  ----------  ---  -----------  -----  ----------  -------  ---------  --------
  Volume 0     C   Windows      NTFS   Partition    942 GB  Healthy    Boot
  Volume 1         SYSTEM       FAT32  Partition    100 MB  Healthy    System
  Volume 2         Recovery     NTFS   Partition     10 GB  Healthy    Hidden

  • 可以看出磁盘是NVMe类型的

存储颗粒

  • 利用AIDA可以查看SSD的

SLC (Single-Level Cell)

  • 特点: 每个存储单元（Cell）仅存储1位数据，即0或1，状态最简单，拥有最快的速度、最高的耐用性和最低的错误率。
  • 优势: 极高的读写速度，极长的使用寿命（P/E循环次数通常超过100,000次），非常高的可靠性。
  • 应用: 主要应用于高性能、高耐用性和高价值需求的场景，如企业级SSD、嵌入式系统和航空航天等领域。

MLC (Multi-Level Cell)

  • 特点: 每个存储单元能存储2位数据，共4种不同的电压状态，存储密度翻倍。
  • 优势/劣势: 较SLC而言，存储容量更大，但速度稍慢，耐用性降低（P/E循环次数通常在3,000至10,000次），性能和可靠性有所下降。
  • 应用: 广泛应用于消费级和部分企业级SSD产品，提供较高的性价比。

TLC (Triple-Level Cell)

  • 特点: 每个单元存储3位数据，具备8种电压状态，进一步提升了存储密度。
  • 优势/劣势: 相比SLC和MLC，TLC提供了更大的存储容量，但速度和耐用性进一步降低（P/E循环次数大约在1,000至3,000次左右），适用于需要大量存储空间的常规用途。
  • 应用: 成为了主流的消费级SSD市场主力，同时也被用于一些企业级解决方案。

QLC (Quad-Level Cell)

  • 特点: 每个单元能存储4位数据，总共16种电压状态，极大地增加了存储密度。
  • 优势/劣势: 提供了最大的存储容量，但速度最慢，耐用性最低（P/E循环次数通常在几百次至1,000次之间），适合读取密集型和大容量存储需求。
  • 应用: 主要面向大数据存储、家庭用户和一些预算敏感、对容量需求大的商业环境。

PLC (Penta-Level Cell / Pentacell)

  • （注：截至最后一次更新，PLC尚未大规模商用，这里提供推测性质的概述）
  • 特点: 每个单元理论上能存储5位数据，对应32种不同的电压状态，是最新一代的高密度存储技术。
  • 预计优势/劣势: PLC有望提供前所未有的存储容量，但预计在读写速度、能耗和耐用性等方面会有更大的挑战。
  • 潜在应用: 尚处于发展初期，未来可能应用于超大容量的云存储、数据中心和特定的大规模存储解决方案中。

总之，随着每单位存储单元存储能力的增强（从SLC到MLC、TLC、QLC再到未来的PLC），存储密度显著提升，但也伴随着速度减慢、耐用性降低和每GB成本更低的特点。这些技术的选择取决于具体的应用场景和性能需求。

缓存

  • 固态硬盘（Solid State Drive, SSD）采用闪存作为存储介质，其内部并没有传统硬盘那样的机械式缓存机制。然而，为了提升性能和管理数据，SSD采用了多种层次的缓存技术：

  1. DRAM缓存：

    • 部分高性能SSD配备了动态随机存取内存（DRAM）作为缓存，它作为数据传输过程中的缓冲区，提高了读写操作的速度。DRAM缓存会实时存储即将写入闪存或正在从闪存读取的数据，并且在系统断电后无法保存数据。因此，无需手动清除，因为当计算机关闭或重启时，DRAM缓存的内容会自然消失。

  2. NAND Flash Cache：

    • SSD内部还存在一种称为“Write Cache”或者“Internal Cache”的机制，通常是在主控芯片内实现的。有的SSD会使用一部分高速SLC NAND闪存作为写入缓存，提高写入效率。这部分缓存同样会在系统正常关机或设备复位后被有效管理和清理，确保下一次启动时处于一个干净的状态。

  3. FTL层缓存：

    • 固态硬盘的主控芯片通过Flash Translation Layer（FTL）来管理实际的物理地址与逻辑地址之间的映射关系，这个映射表也可以视为一种虚拟缓存。FTL会对频繁访问的数据进行优化，如预读取（read-ahead）和写入合并（write aggregation），从而提高整体性能。在适当的情况下，FTL会自动维护并更新这些映射信息。

某些产商提供的缓存清理工具

  • 在这里插入图片描述

  • 在日常使用环境下，SSD的缓存通常由SSD控制器自动管理和优化，用户无需手动干预。而当需要进行深度清理或安全擦除时，则可通过上述专业手段进行处理。

接口类型

  • 在现代计算机硬件中，SATA接口逐渐被M.2接口特别是支持PCI-E NVMe协议的M.2 SSD所取代，成为主流的选择，而PCI-E接口则更多地服务于专业级和对性能要求非常高的领域。

  • 固态硬盘（Solid State Drive, SSD）的接口是指固态硬盘与计算机系统连接的部件，它决定了数据传输的速度和兼容性。目前市面上常见的固态硬盘接口有以下几种：

  1. SATA接口（Serial ATA）：
    • SATA III（6Gbps）：这是最常见的接口类型，提供了最高6Gbps的数据传输速度。虽然与NVMe接口相比速度较慢，但因其成熟和广泛兼容性，SATA SSD在市场上仍然很受欢迎。
  2. mSATA接口：
    • 是一种较小的SATA接口，主要用于一些旧款笔记本电脑和单板计算机，现在已经逐渐被M.2接口所取代。
      选择合适的固态硬盘接口时，需要考虑主板的兼容性、所需的性能以及预算。随着技术的发展，NVMe SSD因其卓越的性能正逐渐成为主流选择，尤其是在需要高速数据传输的应用场景中。然而，SATA SSD因其成熟和成本效益，仍然是许多系统升级的不错选择。
  3. NVMe接口（Non-Volatile Memory Express）：
    • NVMe over PCIe：NVMe是一种为SSD设计的高性能、低延迟的接口协议。NVMe SSD通常通过PCIe通道连接到主板，能够提供远超SATA接口的吞吐量和IOPS（每秒输入/输出操作）。
    • NVMe over PCIe x4：这是目前消费级市场上最常见的NVMe SSD接口，使用PCIe 3.0或PCIe 4.0 x4通道，可以提供高达64GBps的理论带宽。
    • NVMe over PCIe x8或更高：在企业级或数据中心应用中，可能会使用x8、x16甚至更宽的通道来进一步提高带宽和性能。
  4. SAS接口（Serial Attached SCSI）：
    • 主要用于企业级存储解决方案，SAS接口的SSD提供了更高的可靠性和性能，通常用于服务器和数据中心。
  5. M.2接口：
    • M.2是一种物理规格，它可以支持多种不同的逻辑接口，包括SATA、PCIe或NVMe。
    • M.2 SSD因其小巧的尺寸和优异的性能在笔记本电脑和紧凑型台式机中非常流行。
    • 尺寸和兼容性：M.2 SSD有多种尺寸和规格，最常见的是2280规格（22mm宽，80mm长）。大多数现代主板至少支持一个M.2接口，一些高端主板甚至支持多个。
    • 性能：M.2 SSD可以支持SATA或NVMe（通过PCIe通道）。NVMe M.2 SSD提供非常高的速度，特别是PCIe 4.0和PCIe 5.0的驱动器。
      易用性：M.2 SSD通常易于安装，因为它们可以直接插入主板上的M.2插槽，无需额外的线缆连接。
  6. U.2接口：
    • U.2接口是专为高性能SSD设计的一种接口，它使用PCIe通道来传输数据，通常在高端工作站和服务器中使用。

辨析

M.2接口和NVMe接口的关系和区别可以从以下几个方面来理解：

  1. 关系：

    • M.2接口是一种物理接口标准，它定义了一种小尺寸的模块化接口形式，用来连接各种设备，包括但不限于固态硬盘（SSD）。M.2接口设计得非常小巧，适合于轻薄型笔记本电脑和其他空间受限的电子设备。

    • NVMe（Non-Volatile Memory Express）则是一种存储协议或者说接口标准，它是专门为非易失性内存（NVM）设计的一种高级通信接口，用于最大化利用PCI Express（PCIe）总线的潜力，提供高效能、低延迟的存储访问路径。

    • M.2接口的SSD可以支持多种协议，其中之一就是NVMe协议。也就是说，当一块SSD采用了M.2接口形式，并且支持NVMe协议时，这块SSD就能利用PCIe通道实现高速数据传输。

  2. 区别：

    • 作用和目的：

      • M.2接口专注于物理层面的连接方式，其目的是为了适应越来越小的电子产品内部空间需求，同时允许设计者选择不同的通信协议（如SATA、PCIe、USB等）来满足不同的性能需求。
      • NVMe协议专门面向PCIe接口的SSD，旨在优化并行数据处理能力和减少存储延迟，显著提升系统整体性能。

    • 性能表现：

      • M.2接口本身并不决定SSD的速度，而是取决于其所支持的协议。如果一个M.2 SSD采用的是SATA协议，其速度就会受到SATA接口的限制（大约600MB/s的最大理论带宽）。
      • 当M.2 SSD使用NVMe协议并通过PCIe通道传输数据时，其性能可以远远超越SATA接口，通常能够达到数千兆每秒的连续读写速度，而且IOPS（每秒输入输出次数）性能也大幅度提升。

    • 兼容性：

      • 不同类型的M.2接口固态硬盘在主板上的兼容性不同，取决于主板上的M.2插槽是否支持相应的协议（SATA或PCIe/NVMe）以及物理尺寸和键位组合。
  • 总结来说，M.2接口是物理层面上的接口标准，而NVMe是逻辑层面上的传输协议。两者结合在一起时（即M.2接口的SSD采用NVMe协议），便能够发挥出极为出色的存储性能。如果M.2 SSD仅采用SATA协议，虽然也能使用M.2接口，但其性能将会受限于SATA标准的瓶颈。

m.2尺寸

  • M.2 外形规格以及 M.2 固态硬盘 (wd.com)

  • M.2 SSD硬盘的那些事儿 (zhihu.com)

  • M.2接口的固态硬盘（SSD）有不同的尺寸规格，这些规格是根据固态硬盘的物理尺寸来定义的。M.2 SSD通常按照其宽度和长度的尺寸来表示，例如"2242"、“2260”、"2280"等。这些数字分别代表固态硬盘的宽度（毫米）和长度（毫米）。以下是常见的M.2 SSD尺寸规格：

    1. 2242规格：22毫米宽，42毫米长。
    2. 2260规格：22毫米宽，60毫米长。
    3. 2280规格：22毫米宽，80毫米长。这是最常见的M.2 SSD尺寸，广泛用于笔记本电脑和台式机。
    4. 22110规格：22毫米宽，110毫米长。这种尺寸通常用于企业级或高性能存储解决方案。
      在购买M.2 SSD时，除了尺寸外，还需要考虑其接口类型（SATA或NVMe）以及与你的主板兼容的M.2插槽的规格。例如，一些主板可能提供多个M.2插槽，但并非所有插槽都支持NVMe SSD或相同的速度。因此，在购买前，请检查你的主板手册，了解其支持的M.2 SSD规格和接口类型。