咱们常说的闪存,到底是种啥样的存储器件,在电子设备里又咋发挥作用呢?

咱们常说的闪存,到底是种啥样的存储器件,在电子设备里又咋发挥作用呢?

闪存作为现在电子设备里特别常见的存储部件,很多人天天用却未必真的了解它。接下来咱就用一问一答的形式,把闪存那些基础又关键的事儿给说清楚,保证听得明明白白。

啥是闪存啊?它跟咱们以前用的 U 盘、内存卡是一回事不?

其实闪存是一种非易失性存储器,简单说就是断电了里面存的数据也不会丢。而 U 盘、内存卡呢,它们只是闪存的 “载体”,里面核心的存储芯片就是闪存。就好比 U 盘是个盒子,闪存就是盒子里装的 “数据仓库”,所以不能说它们是一回事,只能说闪存是这些设备的核心部件。

那闪存既然是存储数据的,它跟电脑里的内存(RAM)比,有啥不一样啊?

差别可大了。首先就是断电后数据的留存情况,刚才说了闪存断电数据不丢,而内存一断电,里面存的东西就全没了,所以内存主要负责电脑运行时临时存数据,闪存则是长期存东西。再就是速度,内存的读写速度比普通闪存快不少,不过现在也有高速闪存,能接近一些内存的速度了。还有用途,内存是帮电脑 “临时干活”,闪存则是用来装系统、软件、照片这些需要长期保存的东西。

闪存还分种类不?常见的有哪些啊?

当然分啦,常见的主要有 NAND 闪存和 NOR 闪存两种。NAND 闪存就像咱们家里的大衣柜,存储空间大,而且性价比高,咱们用的 U 盘、固态硬盘、手机里的存储,大多用的是 NAND 闪存。它的特点是能一次读写很多数据,适合存大量文件。NOR 闪存呢,就像个小抽屉,存储空间相对小一些,不过它的读写速度在读取小数据的时候很快,而且可以随机读取,所以常用来存设备的启动程序,比如路由器、机顶盒里的引导程序,就常用 NOR 闪存。

那 NAND 闪存还能再细分不?不同种类的 NAND 闪存有啥区别啊?

能啊,NAND 闪存按存储单元里能存的比特数,主要分 SLC、MLC、TLC 和 QLC 这几种。SLC 是每个单元存 1 个比特,它的优点特别多,读写速度快、寿命长、稳定性也好,不过成本高,存储空间相对小,一般用在对速度和稳定性要求高的地方,比如服务器、高端工业设备。MLC 是每个单元存 2 个比特,速度和寿命比 SLC 差点,但比后面的 TLC、QLC 好,成本也适中,以前在中高端固态硬盘里挺常见。TLC 是每个单元存 3 个比特,它的存储空间大,成本低,现在很多消费级的固态硬盘、手机存储都用 TLC,虽然寿命和速度不如 SLC、MLC,但日常用完全够用,厂家也会通过技术优化来提升它的性能和寿命。QLC 是每个单元存 4 个比特,存储空间最大,成本也最低,不过读写速度和寿命相对差一些,一般用在不需要频繁读写的地方,比如存大量电影、照片的移动硬盘,或者做数据备份的存储设备。

闪存的 “寿命” 是咋回事啊?为啥说它有使用寿命呢?

闪存的寿命主要跟它的读写机制有关。闪存的存储单元是靠电子的注入和释放来存储数据的,每次写入数据,都要对存储单元进行 “擦除” 操作,而这个擦除过程会对存储单元造成一定的损耗。就像咱们反复弯折一张纸,折多了就容易破,闪存的存储单元擦除次数多了,性能就会下降,到最后可能就没法正常存储数据了,这就是它有使用寿命的原因。不过不同种类的闪存,寿命差别很大,像 SLC 闪存,擦除次数能到 10 万次以上,而 QLC 可能就几千次。不过大家也不用太担心,日常用的时候,只要不是天天疯狂读写,闪存用个好几年都没问题,而且现在很多设备都有 “磨损均衡” 技术,能让闪存的各个存储单元均匀损耗,延长整体寿命。

那 “磨损均衡” 技术具体是咋工作的啊?能详细说说不?

其实原理也不算复杂,简单说就是让闪存里的每个存储单元都尽可能被均匀地使用,避免某一个或某几个单元被频繁擦写而提前损坏。比如,当我们要写入新数据时,磨损均衡算法会先找那些使用次数少的存储单元来写入,而不是总往同一个地方写。如果某个存储单元已经写满了,需要更新数据,算法也不会直接在原来的地方擦除重写,而是先把新数据写到其他使用少的单元,然后再把原来那个单元标记为 “无效”,等后续有机会再统一擦除。这样一来,所有单元的擦写次数都能比较平均,整个闪存的寿命就延长了。就像咱们分东西,尽量让每个人得到的数量差不多,避免有人多有人少,这样整体就能更持久地 “工作”。

那闪存里存的数据要是不小心删了,还能找回来不?

这个得看情况。如果是刚删除没多久,而且没有往闪存里写入新数据,那找回来的可能性还挺大的;但如果删除后又存了新东西,或者时间隔得比较久,那找回来的难度就大了,甚至可能找不回来了。为啥会这样呢?因为咱们删除数据的时候,系统其实并没有真的把数据从闪存的存储单元里 “擦掉”,只是把这些数据所在的区域标记为 “可以覆盖”,也就是说,系统认为这个地方是空的,可以往里面写新数据了。在没有新数据覆盖之前,那些被删除的数据其实还在闪存里,通过一些专业的数据恢复软件,就能把它们找回来。可一旦有新数据写到了这些被标记的区域,原来的数据就被覆盖掉了,这时候再想恢复就很难了。

那平时用闪存设备,比如 U 盘、固态硬盘,咋保养才能让它用得更久啊?

保养的话,首先得避免频繁地插拔。尤其是在读写数据的时候,千万别突然拔下来,这样很容易损坏闪存的存储单元,还可能导致数据丢失。一定要等电脑提示 “可以安全移除” 了,再拔下来。然后,尽量不要把闪存设备放在潮湿、高温或者有强磁场的地方。潮湿的环境可能会让设备内部受潮短路,高温会影响闪存芯片的性能和寿命,强磁场则可能干扰里面的数据,导致数据损坏。还有,平时存数据的时候,别把闪存设备塞得太满,最好留个 10%-20% 的空闲空间。因为闪存满了之后,每次写入数据都需要频繁地擦除旧数据,会加速磨损,留些空闲空间也能让磨损均衡技术更好地工作。另外,尽量避免往闪存里存一些没用的垃圾文件,定期清理一下,也能减少不必要的读写操作。

那闪存读写数据的时候,会不会出现错误啊?如果出现错误了,有啥办法补救不?

会出现错误的,不过大部分情况下,设备都能自己补救。闪存出现数据错误,常见的原因有两种,一种是 “位翻转”,就是存储单元里的比特值突然从 0 变成 1,或者从 1 变成 0,这可能是因为电压波动、温度变化这些外界因素导致的。另一种是因为存储单元磨损,性能下降,导致读写数据的时候出现错误。为了解决这个问题,闪存设备里都有 “错误检查与纠正”(ECC)技术。ECC 技术就像个 “纠错小能手”,在写入数据的时候,它会生成一组校验码,和数据一起存在闪存里;读取数据的时候,它会用校验码来检查数据有没有错误,如果发现有少量错误,就能自动纠正过来,不影响咱们使用。如果错误太多,超过了 ECC 能纠正的范围,设备就会提示数据错误,这时候可能就需要用数据恢复软件试试,不过恢复成功的概率就比较低了。

那不同品牌的闪存芯片,质量差别大不?咱们选闪存设备的时候,用不用关注芯片品牌啊?

差别还挺大的,不同品牌的闪存芯片,在性能、寿命和稳定性上都可能不一样。像三星、铠侠(原东芝存储)、西部数据、美光这些大品牌,做闪存芯片很多年了,技术成熟,生产工艺也比较先进,质量把控也严格,所以它们的芯片通常更靠谱,读写速度快,寿命也长,稳定性也好。而一些小品牌或者不知名品牌的芯片,可能在技术和工艺上不如大品牌,质量就没那么有保障,可能用一段时间就出现读写速度变慢、频繁出错的情况。所以咱们选闪存设备,比如固态硬盘、U 盘的时候,最好关注一下里面用的是什么品牌的闪存芯片。不过很多设备不会直接标注芯片品牌,这时候可以查一下专业的评测,或者选那些口碑好、大品牌的设备,它们一般会用质量好的闪存芯片,用起来更放心。

那闪存的容量是咋算的啊?为啥咱们买的 128GB 闪存设备,实际可用容量没那么多啊?

闪存的容量计算,厂家和操作系统用的标准不一样。厂家计算的时候,是按 1GB=1000MB,1MB=1000KB,1KB=1000B 来算的;而操作系统是按 1GB=1024MB,1MB=1024KB,1KB=1024B 来算的,这就导致了实际可用容量比标注的少。比如 128GB 的闪存设备,厂家是按 128×1000×1000×1000B 来算的,总共是 128000000000B。而操作系统把它转换成 GB 的话,就是 128000000000÷(1024×1024×1024)≈119.2GB。而且,设备本身的系统文件、驱动程序也会占用一部分容量,比如固态硬盘里的固件程序,U 盘里的控制程序,这些都会占用一些空间,所以实际能用的容量就更少了,一般 128GB 的设备,实际可用容量在 110GB 到 118GB 之间都算正常的。

那闪存和硬盘(机械硬盘)比,除了体积小,还有啥优势啊?

除了体积小,闪存的优势还挺多的。首先是读写速度,闪存没有机械硬盘里的磁头、盘片这些运动部件,读写数据的时候不用等磁头移动,所以速度比机械硬盘快很多。比如普通的机械硬盘,读写速度大概在 100MB/s 到 200MB/s,而普通的 SATA 固态硬盘,读写速度能到 500MB/s 以上,要是 NVMe 协议的固态硬盘,速度能到几千 MB/s,用起来特别流畅,打开软件、拷贝大文件都很快。然后是抗震性,机械硬盘因为有运动部件,怕震动和撞击,一旦摔了或者碰了,很容易损坏,导致数据丢失;而闪存没有运动部件,抗震动和抗撞击能力强,就算不小心摔一下,只要不是特别严重,一般都没事,更适合用在笔记本电脑、手机这些容易移动的设备上。还有噪音,机械硬盘工作的时候,磁头移动会有轻微的噪音,而闪存工作的时候完全没声音,用起来更安静。另外,闪存的功耗也比机械硬盘低,能帮笔记本电脑、手机这些设备节省电量,延长续航时间。

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