每當(dāng)選購電腦時，你會發(fā)現(xiàn)，配置存儲介紹總是不一樣，要么純固態(tài)（SSD），要么純機械，要么固態(tài)+機械的組合硬盤。

兩者的主要區(qū)別在于固態(tài)是半導(dǎo)體存儲，機械則是電磁存儲。固態(tài)硬盤最大讀取速度在400-600MB/s，而機械硬盤的最大讀取速度不超過200MB/s。

雖然SSD的速度比機械硬盤要快上許多，但是它有一個比較嚴(yán)重的問題，那就是用久之后，會明顯感覺速度下降了。這到底是什么原因呢？

什么是SSD？

首先，我們要先了解SSD的基本概念。固態(tài)硬盤指的是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤。它由控制單元和存儲單元組成。

目前，市面上的固態(tài)硬盤分為兩大類，第一類是采用閃存（FLASH芯片）作為存儲介質(zhì)，第二類則是采用DRAM為存儲介質(zhì)。

基于閃存類的固態(tài)硬盤，也就是通常所說的SSD。這種硬盤的適用范圍非常廣泛，筆記本硬盤、U盤、存儲卡等都屬于SSD。

SSD主要由主控、閃存以及緩存構(gòu)成。其中，閃存起到了關(guān)鍵性作用，因為它是負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)的閃存顆粒，很大程度上決定了SSD的性能壽命。

閃存是指一種電子式可清除程序化只讀存儲器的形式，允許在操作中被多次擦或?qū)懙拇鎯ζ鳌?/p>

目前閃存顆粒有四種類型，分別是SLC、MLC、TLC、QLC。SLC閃存的一個存儲單元只能存儲1bit數(shù)據(jù)，換句話說就是只能存儲一個0或者一個1，一共兩種狀態(tài)。MLC閃存的一個存儲單元可以存儲2bit數(shù)據(jù)，0和1可以排列組合，擁有00、01、10、11四種狀態(tài)。以此類推，QLC是最新的閃存顆粒，它的存儲容量是SLC的8倍，0和1可以組成16種狀態(tài)。

雖然SSD的閃存容量在不斷增加，但是擦除和寫入次數(shù)卻減少了。這也就意味著，SSD的使用壽命縮短了。與QLC相比，SLC的使用壽命是它的100倍。

除閃存外，SSD的接口也分為四類，它們是SATA、mSATA、M.2和PCI-E。

SATA是一種電腦總線，分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gbit/s和SATA 6Gbit/s三種規(guī)格，讀寫速度依次為150MB/s、300MB/s、600MB/s，適用于幾乎所有臺式機和筆記本。

mSATA是迷你版本SATA接口，擁有M50 msata和M30 msata兩種規(guī)格，讀寫速度均為520MB/s，主要適用于超極本，比如聯(lián)想的E220s、E420s、Y460等。

M.2是Intel推出的一種替代mSATA新的接口規(guī)范，它有兩種類型：Socket 2和Socket 3。Socket 2最大的讀取速度可以達(dá)到700MB/s，而Socket 3的理論帶寬可達(dá)4GB/s。Socket 2適用于部分中低端筆記本，Socket 3幾乎適用于新上市的臺式主板和中高端筆記本。

PCI—E是一種高速串行計算機總線，它有5個版本，從1.0到最新的5.0，讀寫速度分別為250MB/s、500MB/s、984.6MB/s、1969MB/s以及3938MB/s，適用于幾乎所有的臺式機。

綜合來看，SSD閃存顆粒的不同，它的讀寫速度和擦除次數(shù)也就不同，容量越大的閃存，使用壽命就越有限；SSD接口的不同，直接應(yīng)影響的是讀寫速度。

寫入放大和垃圾回收

不過，以上兩種原因影響的是SSD使用前的速度，使用后速度下降的原因主要分為兩個方面：寫入放大（WA）和垃圾回收（GC）。

WA是閃存和SSD中的一種不良現(xiàn)象，即實際寫入的物理數(shù)據(jù)量是寫入數(shù)據(jù)量的多倍。由于FLASH芯片需要先擦除再改寫的特性，它需要將目標(biāo)數(shù)據(jù)所在的文稿整個讀出來緩沖到緩存器中，然后再將你要改寫的數(shù)據(jù)覆蓋到緩存器，最后將緩存器寫入到另一個文稿中，所以，哪怕你更新一個字節(jié)，實際上寫入了4KB的數(shù)據(jù)到FLASH芯片。這也就造成了SSD寫入文件大小翻倍的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致硬盤容量越來越小，寫入速度下降。

GC是當(dāng)FLASH芯片中再也找不到可以直接寫入的空白文稿時，JVW（java虛擬機）將調(diào)用垃圾回收機制來回收內(nèi)存空間。GC會在FLASH芯片中查找廢棄或刪除的文稿，然后將這個文稿擦掉，用來存放你的新數(shù)據(jù)，但由于GC與FLASH的擦寫單位不一致，寫入時是按照文稿進(jìn)行的，而擦除則是按照Block文件類型，一個Block中有16個文稿，所以當(dāng)GC找到一個廢棄文稿時，實際上改文稿需要先把Blovk中的其余15個文件搬到別的地方。因此每當(dāng)你更新1字節(jié)，實際在后臺有16個文稿寫入，一個文稿大小為4KB，16個文稿就是64KB，這樣SSD的容量也會成倍減少，最終導(dǎo)致寫入速度下降。

簡單點來說，當(dāng)你的SSD存儲數(shù)據(jù)變多時，空白的文稿會隨之變少，為了騰出額外的空間，GC會尋找廢棄的文稿，隨著次數(shù)的增加，SSD的速度自然也就慢了。

另外，GC并不是需要寫入數(shù)據(jù)時才出動，即使SSD處于空閑狀態(tài)，它也會悄悄地進(jìn)行操作，提前預(yù)留一些空間。

那如何避免SSD因存儲數(shù)據(jù)過多導(dǎo)致速度下降的問題？

廠商的做法是根據(jù)SSD等級來制定不同的解決方案，比如：入門級SSD通過縮小可用容量，預(yù)留出一部分空間，以此來防止SSD完全寫滿。最為直觀的例子就是有些電腦明明寫著512GB的存儲容量，實際能用的就只有480GB。

對于中高端的SSD，它們會額外搭載緩存降低寫入放大。像三星970 PRO NVMe M.2 1T就配備了4GB的緩存容量。

用戶可以通過4K對齊、Trim命令、磨損均衡等功能機制來降低寫入放大。

實測：SSD爆容量對速度的影響

為了進(jìn)一步確認(rèn)SSD容量滿后是否真的影響速度，我們進(jìn)行了測試。

測試前，MacBook Air（2018款）的SSD剩余容量為71.58GB，使用Disk Speed Test測出硬盤的寫入速度為492.1MB/s，讀取速度為1832MB/s。

接下來，我們要將電腦的可用容量變小，預(yù)留9.02GB的空間，然后再測一次SSD的速度。此時，SSD的寫入速度變成了448.2MB/s，讀取速度為1791MB/s。

與前一組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比你會發(fā)現(xiàn)，SSD隨著可用容量的減小，寫入速度和讀取速度都有所下降。

PC端測完之后，我們再來看下移動端。MoFirLee手上有一部容量為64GB的iPhone 11，硬盤的剩余容量為27.2GB，使用DiskBench測得的硬盤寫入速度為201.7MB/s、142.1MB/s、135.2MB/s，平均寫入速度159.7MB/s，讀取速度為360.6MB/s、485.9MB/s、387.1MB/s，平均讀取速度411.2MB/s。

手機硬盤可用容量變?yōu)?.17GB后，寫入速度為183.7MB/s、159.6MB/s、195.5MB/s，平均寫入速度160.6MB/s，讀取速度為609.7MB/s、610.3MB/s、510.6MB/s，平均讀取速度510.7MB/s。

相比上組數(shù)據(jù)，第一次的硬盤寫入速度確實有所下降，但第二、三次的數(shù)據(jù)要比上一組快，三次的讀取速度都比上組快。出現(xiàn)這種情況的原因可能是主控的算法和優(yōu)化，所以測得的數(shù)據(jù)有所差異。

最終的得出的結(jié)論是當(dāng)SSD可用容量變小后，寫入和讀取速度都會有所下降，但實際上主控對這些可能還有其他優(yōu)化或者控制措施，以及有不同的算法，導(dǎo)致差異。

小結(jié)

如今可以用8個字來形容SSD的處境，有一種倒退叫進(jìn)步。目前市面上的SSD，制程工藝越先進(jìn)，壽命反而縮短，以此換來了更快的速度。從側(cè)邊可以看出，廠商們在現(xiàn)有技術(shù)無法突破的情況下，選擇了犧牲一些東西。

使用前，影響SSD速度的因素有閃存顆粒、接口類型、主控的好壞以及升級固件。使用后，寫入放大、垃圾回收機制和不良的存儲習(xí)慣是影響SSD速度的主要原因。雖然好的SSD速度很快，但是使用壽命會下降，價格也會偏高。便宜的SSD速度一般，使用壽命卻很長。至于怎么選，完全看個人需求。

為了避免SSD因可用容量不足，導(dǎo)致速度下降這一問題，最好將每個硬盤的資料全部備份起來，然后再做一個4K對齊。如果你是剛買的電腦，硬盤類型是固體的話，可以在使用前，將SSD進(jìn)行高級格式化。這樣一來，你的SSD速度就不會那么容易下降了。
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