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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(jī)械硬盤的磁記錄原理不同，SSD通過控制電子在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的囚禁與釋放，將數(shù)據(jù)編碼為二進(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(jìn)入，無外部電場作用時無法逃逸。當(dāng)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(jìn)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(dāng)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(dāng)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(jìn)行擦除數(shù)據(jù)的。

讀取數(shù)據(jù)

當(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(xué)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)

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