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本文將帶你了解固態(tài)硬盤（SSD）是如何寫入、擦除和讀取數(shù)據(jù)的，以及主控和閃存顆粒都起到哪些作用。
SSD的最基本存儲單元：浮柵晶體管
固態(tài)硬盤的核心存儲介質(zhì)是NAND閃存顆粒，其基本單元為浮柵晶體管。與機械硬盤的磁記錄原理不同，SSD通過控制電子在半導體結(jié)構(gòu)中的囚禁與釋放，將數(shù)據(jù)編碼為二進制狀態(tài)（0或1），實現(xiàn)非易失性存儲，即斷電后數(shù)據(jù)不丟失。
浮柵晶體管的構(gòu)造
浮柵晶體管是一種特殊的金屬-氧化物-半導體場效應(yīng)管（MOSFET），其核心結(jié)構(gòu)分為四層：
控制柵極：外部施加電壓的電極，用于控制電子進出。
絕緣層：包裹浮柵的高質(zhì)量二氧化硅，阻止電荷自然泄漏。
浮柵層：懸浮的電荷存儲層，由多晶硅構(gòu)成，用于囚禁電子。
P型襯底：包含源極（Source）與漏極（Drain），形成電流通道。
浮柵被上下絕緣層完全隔離，一旦電子進入，無外部電場作用時無法逃逸。當浮柵層中的電子高于中間值時，被記值為0；反之，則被記值為1。
寫入數(shù)據(jù)
需要寫入數(shù)據(jù)時，主控會在控制極G施加一個高壓，讓來自源極的電子可以穿過隧穿層，進入浮柵層。因為有絕緣層的存在，電子無法繼續(xù)向前移動，就被囚禁在了浮柵層。
而當我們把電壓撤去，這些電子依然會被囚禁在浮柵層，因為隧穿層本質(zhì)上也相當于絕緣體，就這樣一位數(shù)據(jù)被存儲了。
擦除數(shù)據(jù)
那么如果之前寫入了“0”，現(xiàn)在想改寫成“1”，能直接在原來的位置上操作嗎？答案是：不能！由于NAND閃存的物理結(jié)構(gòu)限制，浮柵被絕緣層包圍，電子無法直接“覆蓋”，必須通過擦除操作釋放電荷，才能重新寫入數(shù)據(jù)。
因此，想要在NAND中寫入新數(shù)據(jù)，必須先擦除數(shù)據(jù)。其本質(zhì)就是在釋放電子，通過在P型襯底上施加高壓，從而吸出電子。
值得注意的是，由于整個塊都共用一個P型襯底，因此閃存都是以“塊”為單位進行擦除數(shù)據(jù)的。
讀取數(shù)據(jù)
當需要讀取數(shù)據(jù)時，主控就會往控制極G施加一個較低的電壓，將源極和漏極導通。由于電壓較低，電子只能被吸引到靠近隧穿層的位置，卻無法穿過隧穿層，因而源極漏極可以導通，形成電流。而存儲0的浮柵層會比存儲1的浮柵層有更多的電子，從而抵消控制極較低的電壓，控制極需要更大的電壓才能導通源極和漏極。
根據(jù)以上原理，主控可以通過閾值電壓的不同，來判斷浮柵中是否有電子。將單元中的電壓與閾值電壓進行比較，高于閾值電壓識別為“0”，低于閾值電壓識別為“1”。
*每單元存儲比特越大，主控識別的難度越高
一片指甲蓋大小的閃存顆粒，就能包含2萬億個浮柵晶體管；它們堆疊在一起，存儲著海量的0和1。這是人類工程學造就的奇境：方寸之間，盛放著一個能映照現(xiàn)實、編碼想象的的廣闊信息世界。
關(guān)于天碩(TOPSSD)
天碩秉承“中國芯，存未來”的品牌理念，以構(gòu)筑自主可控、安全可靠的存儲基石為己任，致力于充分滿足高性能工業(yè)級算力引擎的嚴苛需求。其提供豐富的產(chǎn)品形態(tài)組合，包括2.5”SATA、mSATA、M.2 SATA 2280、M.2 NVMe 2242、M.2 NVMe 2280、U.2、XMC、BGA SSD及各類加固型工業(yè)固態(tài)硬盤。產(chǎn)品采用長江存儲閃存顆粒、長鑫DDR等國產(chǎn)核心元器件，全面適配飛騰、龍芯等國產(chǎn)自主芯片平臺。更多信息，詳見TOPSSD官方網(wǎng)站。
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