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谈一谈固态硬盘工作原理,是如何工作的

日期:2023-11-14 View:50
  机械硬盘这些缺点,恰好是固态硬盘的优点。固态硬盘其实就是一块电路板,所以厂商可以把它造成任意形状。就拿m.2接口来说,就可以分为这些规格。固态硬盘没有机械结构,没有噪音,不怕震动,便携性高,数据全程电子交互。固态硬盘的存储单元为浮栅晶体管,它的内部结构就像图8中展示的那样:用来储存电子的浮栅层、限制电子自由运动的隧穿层、隔离电子的绝缘层、控制极G、衬底P、源极D与漏极S。
  
  存储数据时将浮栅层中的电子数量高于一定值计为0,低于一定值计为1。
  
  写入数据
  
  执行写入数据时,需要给控制极G施加一个高电压(如20V),这样衬底中的电子就会受到吸引穿过隧穿层进入浮栅层,之后电子受到绝缘层的阻碍只能被囚禁在浮栅层之中。而隧穿层的存在保证了被囚禁的电子即使失去高电压的吸引也会继续停留在浮栅层。这样就完成了一个单元的数据写入过程。
  
  擦除数据
  
  擦除数据的过程就是释放浮栅层中被囚禁电子。只需要在衬底上施加一个高电压,电子受到电场的吸引透过隧穿层回到衬底中,这样单元就恢复到了原来的状态。
  
  正是由于这种读取和写入原理,许多人担心固态硬盘的使用寿命。因为在写入数据时,固态硬盘不是直接覆盖原有数据,而是先进行擦除,再写入。每次一个单元经历擦除写入循环,浮栅层会不可避免的留下一些电荷。就比如用铅笔在纸上写字一样,写了擦擦了写,纸最终会擦破。固态硬盘也是如此。
  
  但是,这一点对于我们普通用户来说是不用担心的。就拿一块512G的固态来说:
  
  日写入量140G也要十年才能用尽寿命,况且许多用户没有这么高的写入量。
  
  所以固态硬盘还是可以放心使用。
  
  读取数据
  
  当浮栅层中只有很少电子时(存储状态为1),我们在控制极施加一个低电压,使得电子被吸引到隧穿层的下方,但由于电压较低电子无法穿过隧穿层,从而在源极与漏极间形成导电沟道,在源极漏极间施加电压可以形成电流。
  
  而当浮栅层中存储了大量电子时(存储状态为0),同样在控制极施加低电压。由于浮栅层中储存的电子对衬底中的电子有排斥作用,导致衬底中无法形成导电沟道,阻碍了源极漏极间电流的产生。
  
  因此,在读取的过程中如果检测到电流,单元状态就为1,反之则为0。这样就完成了单元中数据的读取。
  
  存储模块中的数据写入
  
  由于固态硬盘中的存储单元数量十分庞大,如果对模块中的每一个设置一个独立控制的开关,这样势必导致模块结构冗杂,存储效率降低。所以对存储模块内的数据改写采用了模块控制。
  
  如图所示为一个存储模块的示意图。每一行为一个存储字节,共包含八个存储单元。每一列的存储单元采用串联结构连接,最上面一行和下面一行为晶体管,用来控制每一位(列)的写入操作;每一行的存储单元的栅极由一个电极统一控制。
  
  当你想要对某一个单元进行写入操作时(如第四行第一列),就给第一列的控制晶体管零偏压,这样在第四行的栅极施加高电压下,这样该单元的浮栅极就能存储电荷。而其他控制晶体管给与一个2V低电压,使其形成电流,由于沟道效应第四行的其他单元无法存储电荷。
  
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