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專題討論報告 討論題目 : 硬碟

專題討論報告 討論題目 : 硬碟. 班級：自控四甲 組員： 49612005 夏忠暐 49612072 姚民建 指導教授：蕭瑞陽 教授. 目錄. 一 . 摘要 二 . 硬碟發展歷史 三 .HDD 、 SSD 組成 四 .HDD 、 SSD 原理簡介 五 .HDD 、 SSD 之比較 六 . 未來展望 七 . 結論 八 . 參考文獻. 摘要. HDD

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專題討論報告 討論題目 : 硬碟

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  1. 專題討論報告討論題目:硬碟 班級：自控四甲 組員：49612005 夏忠暐 49612072 姚民建 指導教授：蕭瑞陽 教授

  2. 目錄 一.摘要 二.硬碟發展歷史 三.HDD、SSD組成 四.HDD、SSD原理簡介 五.HDD、SSD之比較 六.未來展望 七.結論 八.參考文獻

  3. 摘要 HDD 多數電腦大多採行HDD作為系統硬碟運用，但HDD畢竟是機械式搭配電磁原理進行讀/寫，以目前的主流應用規格大多具備7,200rpm~10,000rpm的碟片運轉速度，但為求高速讀/寫持續加速的磁碟運轉速度，也造成HDD不穩定的潛藏危機，而在同時講究效能與穩定性的商業運轉中，SSD也找到新的切入點。

  4. SSD 全名為Solid State Drive，採取半導體製程技術有相當多的優點！例如，可改善傳統HDD，因運作必須透過碟盤上循序讀/寫，取代HDD無法或缺的機械結構、伺服馬達，但實際讀/寫效能即由電子電路的控制器、線路設計與Flash元件的物理讀寫極限所控制，只要採行的控制器與Flash具備一定的效能表現，均可達到超越硬碟機的表現水準。

  5. 發展歷史

  6. HDD、SSD組成 HDD硬碟零件大致分為，磁片(Media)、讀寫頭(Read Write Head)、馬達(Spindle Motor & Voice Coil Motor)、底座(Base)、電路板(PCBA)等幾大項組合而成。

  7. SSD固態硬碟主要由控制器、儲存記憶體（FLASH Memory）所構成，快取記憶體（RAM）的部分則不一定都會有，看控制器本身的設計。 • 固態硬碟是使用改變電壓值的方式來紀錄資料，記憶體顆粒主要有MLC（Multi Level Cell，多層式儲存）及SLC（Single Level Cell，單層式儲存）兩種。

  8. HDD原理 • 傳統硬碟由塗滿了磁性物質的碟片所構成，藉由讀寫頭去改變磁性物質的極性方式進而去紀錄資料，由圖可知，硬碟的內部構造其實相當的精密，讀寫頭是藉由碟片運轉時產生的氣流，利用白努力定律而「漂浮」在磁碟片上，其中的間隔距離是用奈米來做計算單位，比粉塵還要微小，一但讀寫頭與碟片直接接觸到的話將會毀損到上面的磁性物質，因此對於傳統硬碟來說，最怕的就是震動及撞擊了。不過傳統硬碟技術發展至今，已經有不錯防護措施了，再加上垂直寫入技術的成熟，磁密度大量提升，效能上也增進不少。

  9. SSD原理-(一)SLC SLC英文全稱(Single Level Cell——SLC)即單層式儲存 。SLC技術特點是在浮置閘極與源極之中的氧化薄膜更薄，在寫入數據時通過對浮置閘極的電荷加電壓，然後透過源極，即可將所儲存的電荷消除，通過這様的方式，便可儲存1個信息單元，這種技術能提供快速的程序編程與讀取，不過此技術受限于Silicon efficiency的問題，必須要由較先進的流程强化技術(Process enhancements)，才能向上提升SLC制程技術。

  10. SSD原理-(二)MLC MLC英文全稱（Multi Level Cell——MLC)即多層式儲存。其作用是將兩個單位的信息存入一個Floating Gate（Flash Memory存儲單元中存放電荷的部分），然後利用不同電位（Level）的電荷，通過内存儲存的電壓控制精准讀寫。MLC通過使用大量的電壓等級，每一個單元儲存兩位數據，數據密度比較大。SLC架構是0和1兩個值，而MLC架構可以一次儲存4個以上的值，因此，MLC架構可以有比較好的儲存密度。

  11. SLC與MLC之比較 SLC比較MLC的優勢： 目前市場主要以SLC和MLC儲存為主，我們多了解下SLC和MLC儲存。 SLC架構是0和1兩個值，而MLC架構可以一次儲存4個以上的值，因此MLC架構的儲存密度較高，並且可以利用老舊的生産程備來提高産品的容量，無須額外投資生産設備，擁有成本與良率的優勢。 與SLC相比較，MLC生産成本較低，容量大。如果經過改進，MLC的讀寫性能應該還可以進一步提升。

  12. SLC比較MLC的缺點： MLC架構有許多缺點，首先是使用夀命較短，SLC架構可以存取10萬次，而MLC架構只能承受约1萬次的存取。 其次就是存取速度慢，在目前技術條件下，MLC晶片理論速度只能達到2MB左右。 SLC架構比MLC架構要快速三倍以上。 再者，MLC能耗比SLC高，在相同使用條件下比SLC要多15%左右的電流消耗。雖然與SLC相比，MLC缺點很多，但在單顆晶片容量方面，目前MLC還是占了絶對的優勢。 由于MLC架構和成本都具有絶對優勢，能滿足未來2GB、4GB、8GB甚至更大容量的市場需求。

  13. HDD、SSD之比較

  14. 未來展望 IBM公司宣布：他們在十年內終結電腦硬碟時代。IBM研究部門研發的一種新技術組件，它比傳統硬碟更小，更輕，也沒有運轉馬達裝置，IBM正設法降低它的成本。 發表了一個名為[Magnetic Race Track Memory]磁性賽道記憶體的技術，可以把現在硬碟的馬達，碟片，讀寫頭等等給完全拋棄，他的原理是相當於記憶0、1資訊位元的磁性材料連成了像是賽車跑道一樣的形狀而得名。 在IBM此次倡導的記憶體中，race-track（賽道）由100個左右的位元沿垂直於矽基板的向連接而成，而且來回曲折。也就是說，從水平方向的實際密度上來說，用於讀取和寫入單個位元的面積上，可以記錄約100 位元的資訊。

  15. 結論 現在科技越來越發達，所研發的東西越精良，硬碟從5MB兩個冰箱大小的體積到現在1024GB(1TB)一隻手大小的體積，從古自今硬碟的容量越來越大，體積越來越小，速度越來越快。傳統硬碟快被固態硬碟取代了，但固態硬碟成本價格有點高。硬碟創始者IBM又要研發比傳統硬碟更小、更輕，也沒有運轉馬達裝置，比固態硬碟的成本，目前由於磁性賽道記憶體仍處於研究階段，未來的變化還不敢確定，科技始終來自於人性。

  16. 參考文獻 維基百科－硬碟http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E7%A1%AC%E7%A2%9F&variant=zh-tw 維基百科－固態硬碟http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E5%9B%BA%E6%80%81%E7%A1%AC%E7%9B%98&variant=zh-tw Computerdiy http://www.computerdiy.url.tw/all-articles/articles-ssd/775-introduce-ssd 史丹利部落格 http://stenlyho.blogspot.com/2008/08/nand-flash-slcmlc.html 凌威科技 http://www.linwei.com.tw/knowhdd.html NSSICTEducation Blog http://www.i-garden.org/blog/2011/01/12/2410

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