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深入浅出SSD：固态存储核心技术、原理与实战

作者: SSDFans 著

出版社: 机械工业出版社

出版时间: 2018-06

版次: 1

ISBN: 9787111599791

定价: 89.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 330页

分类: 计算机与互联网

102人买过

本书是国内SSD领域的里程碑著作，由国内领先的SSD技术社区SSDFans的核心团队撰写。团队成员都是SSD领域的技术专家，来自SSD、NANDFlash和存储行业的各大公司，精通固件开发、驱动开发、硬件逻辑开发和SSD测试等技术。它从产品、技术和应用3个维度全面、详细地讲解了SSD的发展历史、产品形态、工作原理、整体架构，以及各个功能模块的原理和使用，从SSD的前端接口协议到FTL算法，再到后端的闪存和纠错，本书都有涉及。 SSDFansSSDFans是由几个固态存储行业的技术精英于2014年创立的，他们都是博士、硕士研究生。SSDFans创立的初衷是普及固态存储相关知识，为祖国的固态存储事业添砖加瓦。

SSDFans核心团队，都是SSD行业技术专家，精通固件开发、驱动开发、硬件逻辑开发和SSD测试等技术。

SSDFans作者团队，20多位作者都是技术专家，来自SSD、NAND Flash和存储行业各大公司。

SSDFans是目前中国乃至世界华人圈都颇具影响力的SSD（固态硬盘）技术社区，通过微信互动等方式，建立了中国SSD产业界完善的社交网络。

SSDFans目前拥有：

1.微信公众号：ssdfans，订阅人数一万多人，并且继续快速增长。微信公众号特点是传播速度快、精准、用户忠诚度高，技术文章阅读率在10%以上。

2.网站：www.ssdfans.com，是SSD和闪存业界专业和全面的网站。

3.几十个微信群，覆盖了SSD全产业链：

?产品包括手机/平板/物联网等移动设备固态存储、消费级SSD、企业级SSD?人群包括SSD相关行业工程师、销售、管理层、采购、用户等?厂商有NAND Flash制造商、SSD控制器厂商、SSD制造商、各种代理商、SSD和芯片测试设备厂商、SSD外壳/电路板等配件厂商、SSD控制器芯片IP厂商、投资人、猎头、存储设备制造商、云计算厂商、互联网公司、研究所和高校存储相关部门。

在机械硬盘时代，主导权掌握在国外大公司手里，我国的核心数据存储在国外的设备中。在固态硬盘时代，幸运的是，很多中国公司站在了技术和产业前沿，SSDFans的目标是整合SSD产业链资源，推动中国固态存储产业大发展，为振兴民族存储产业努力奋斗！目　　录?Contents

赞誉

推荐序一

推荐序二

前言

第1章　SSD综述 1

1.1　引子 1

1.2　SSD vs HDD 3

1.3　固态存储及SSD技术发展史 6

1.4　SSD基本工作原理 11

1.5　SSD产品核心参数 13

1.5.1　基本信息剖析 15

1.5.2　性能剖析 18

1.5.3　寿命剖析 21

1.5.4　数据可靠性剖析 23

1.5.5　功耗和其他剖析 26

1.5.6　SSD系统兼容性 29

1.6　接口形态 30

1.6.1　2.5寸 32

1.6.2　M.2 32

1.6.3　BGA SSD 35

1.6.4　SDP 37

1.6.5　U.2 38

1.7　固态存储市场 38

1.7.1　SSD正在取代HDD 38

1.7.2　SSD、HDD应用场合 39

1.7.3　SSD市场情况 39

第2章　SSD主控和全闪存阵列 41

2.1　SSD系统架构 41

2.1.1　前端 42

2.1.2　主控CPU 45

2.1.3　后端 45

2.2　SSD主控厂商 47

2.2.1　Marvell主控 47

2.2.2　三星主控 49

2.2.3　国产主控，谁主沉浮 50

2.3　案例：硅格（SiliconGo）SG9081主控 55

2.4　案例：企业级和消费级主控需求的归一化设计 56

2.5　案例：DERA（得瑞领新）NVMe控制器TAI和NVMe SSD产品 58

2.6　全闪存阵列AFA 60

2.6.1　整体解剖 60

2.6.2　硬件架构 64

2.6.3　软件架构 66

2.6.4　工作流程 69

2.6.5　应用场景 74

2.7　带计算功能的固态硬盘 75

第3章　SSD存储介质：闪存 77

3.1　闪存物理结构 77

3.1.1　闪存器件原理 77

3.1.2　SLC、MLC和TLC 78

3.1.3　闪存芯片架构 80

3.1.4　读、写、擦原理 83

3.1.5　三维闪存 84

3.1.6　Charge Trap型闪存 89

3.1.7　3D XPoint 91

3.2　闪存实战指南 95

3.2.1　异步时序 95

3.2.2　同步时序 97

3.2.3　闪存命令集 100

3.2.4　闪存寻址 101

3.2.5　读、写、擦时序 102

3.2.6　ONFI与Toggle协议之争 103

3.3　闪存特性 105

3.3.1　闪存存在的问题 105

3.3.2　寿命 107

3.3.3　闪存测试 109

3.3.4　MLC使用特性 110

3.3.5　读干扰 111

3.3.6　闪存数据保存期 112

3.4　闪存数据完整性 115

3.4.1　读错误来源 115

3.4.2　重读 117

3.4.3　ECC纠错码 118

3.4.4　RAID 119

3.4.5　数据随机化 120

第4章　SSD核心技术：FTL 122

4.1　FTL综述 122

4.2　映射管理 124

4.2.1　映射种类 124

4.2.2　映射基本原理 126

4.2.3　HMB 128

4.2.4　映射表刷新 130

4.3　垃圾回收 131

4.3.1　垃圾回收原理 131

4.3.2　写放大 137

4.3.3　垃圾回收实现 140

4.3.4　垃圾回收时机 147

4.4　Trim 148

4.5　磨损平衡 150

4.6　掉电恢复 152

4.7　坏块管理 155

4.7.1　坏块来源 155

4.7.2　坏块鉴别 155

4.7.3　坏块管理策略 157

4.8　SLC cache 158

4.9　RD& DR 160

4.10　Host Based FTL 161

4.10.1　Device Based FTL的不足 162

4.10.2　Host Based FTL架构 163

4.10.3　百度的软件定义闪存 163

第5章　PCIe介绍 166

5.1　从PCIe的速度说起 166

5.2　PCIe拓扑结构 169

5.3　PCIe分层结构 172

5.4　PCIe TLP类型 175

5.5　PCIe TLP结构 179

5.6　PCIe配置和地址空间 184

5.7　TLP的路由 189

5.8　数据链路层 197

5.9　物理层 202

5.10　PCIe Reset 205

5.11　PCIe Max Payload Size和Max Read Request Size 210

5.12　PCIe SSD热插拔 211

5.13　SSD PCIe链路性能损耗分析 213

第6章　NVMe介绍 216

6.1　AHCI到NVMe 216

6.2　NVMe综述 218

6.3　吉祥三宝：SQ、CQ和DB 223

6.4　寻址双雄：PRP和SGL 229

6.5　Trace分析 236

6.6　端到端数据保护 241

6.7　Namespace 245

6.8　NVMe over Fabrics 250

第7章　SSD测试 258

7.1　主流SSD测试软件介绍 258

7.1.1　SSD性能测试第一神器——FIO 258

7.1.2　AS SSD Benchmark 263

7.1.3　ATTO Disk Benchmark 264

7.1.4　CrystalDiskMark 264

7.1.5　PCMark Vantage 266

7.1.6　IOMeter 266

7.2　验证与确认 267

7.3　测试仪器 268

7.3.1　Emulator 268

7.3.2　协议分析仪 269

7.3.3　Jammer 272

7.4　回归测试 274

7.5　DevSlp测试 275

7.6　PCIe InterOp 278

7.7　WA测试 280

7.8　耐久度测试 281

7.9　认证Certification 288

7.10　SSD Performance测试 290

第8章　SSD电源管理 294

8.1　SATA省电模式Partial和Slumber 294

8.2　SATA超级省电模式DevSlp 295

8.3　SATA终极省电模式RTD3 299

8.4　PCIe省电模式ASPM 301

8.5　PCIe其他省电模式 305

8.6　NVMe动态电源管理 306

8.7　Power Domain 310

第9章　ECC原理 312

9.1　信号和噪声 312

9.2　通信系统模型 313

9.3　纠错编码的基本思想 315

9.3.1　编码距离 315

9.3.2　线性纠错码的基石——奇偶校验（Parity-Check） 315

9.3.3　校验矩阵H 和生成矩阵G 316

9.4　LDPC码原理简介 317

9.4.1　LDPC是什么 317

9.4.2　Tanner图 319

9.5　LDPC 解码 319

9.5.1　Bit-flipping 算法 319

9.5.2　和积信息传播算法 322

9.6　LDPC 编码 327

9.7　
内容简介:
本书是国内SSD领域的里程碑著作，由国内领先的SSD技术社区SSDFans的核心团队撰写。团队成员都是SSD领域的技术专家，来自SSD、NANDFlash和存储行业的各大公司，精通固件开发、驱动开发、硬件逻辑开发和SSD测试等技术。它从产品、技术和应用3个维度全面、详细地讲解了SSD的发展历史、产品形态、工作原理、整体架构，以及各个功能模块的原理和使用，从SSD的前端接口协议到FTL算法，再到后端的闪存和纠错，本书都有涉及。
作者简介:
SSDFansSSDFans是由几个固态存储行业的技术精英于2014年创立的，他们都是博士、硕士研究生。SSDFans创立的初衷是普及固态存储相关知识，为祖国的固态存储事业添砖加瓦。

SSDFans核心团队，都是SSD行业技术专家，精通固件开发、驱动开发、硬件逻辑开发和SSD测试等技术。

SSDFans作者团队，20多位作者都是技术专家，来自SSD、NAND Flash和存储行业各大公司。

SSDFans是目前中国乃至世界华人圈都颇具影响力的SSD（固态硬盘）技术社区，通过微信互动等方式，建立了中国SSD产业界完善的社交网络。

SSDFans目前拥有：

1.微信公众号：ssdfans，订阅人数一万多人，并且继续快速增长。微信公众号特点是传播速度快、精准、用户忠诚度高，技术文章阅读率在10%以上。

2.网站：www.ssdfans.com，是SSD和闪存业界专业和全面的网站。

3.几十个微信群，覆盖了SSD全产业链：

?产品包括手机/平板/物联网等移动设备固态存储、消费级SSD、企业级SSD?人群包括SSD相关行业工程师、销售、管理层、采购、用户等?厂商有NAND Flash制造商、SSD控制器厂商、SSD制造商、各种代理商、SSD和芯片测试设备厂商、SSD外壳/电路板等配件厂商、SSD控制器芯片IP厂商、投资人、猎头、存储设备制造商、云计算厂商、互联网公司、研究所和高校存储相关部门。

在机械硬盘时代，主导权掌握在国外大公司手里，我国的核心数据存储在国外的设备中。在固态硬盘时代，幸运的是，很多中国公司站在了技术和产业前沿，SSDFans的目标是整合SSD产业链资源，推动中国固态存储产业大发展，为振兴民族存储产业努力奋斗！
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推荐序一

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前言

第1章　SSD综述 1

1.1　引子 1

1.2　SSD vs HDD 3

1.3　固态存储及SSD技术发展史 6

1.4　SSD基本工作原理 11

1.5　SSD产品核心参数 13

1.5.1　基本信息剖析 15

1.5.2　性能剖析 18

1.5.3　寿命剖析 21

1.5.4　数据可靠性剖析 23

1.5.5　功耗和其他剖析 26

1.5.6　SSD系统兼容性 29

1.6　接口形态 30

1.6.1　2.5寸 32

1.6.2　M.2 32

1.6.3　BGA SSD 35

1.6.4　SDP 37

1.6.5　U.2 38

1.7　固态存储市场 38

1.7.1　SSD正在取代HDD 38

1.7.2　SSD、HDD应用场合 39

1.7.3　SSD市场情况 39

第2章　SSD主控和全闪存阵列 41

2.1　SSD系统架构 41

2.1.1　前端 42

2.1.2　主控CPU 45

2.1.3　后端 45

2.2　SSD主控厂商 47

2.2.1　Marvell主控 47

2.2.2　三星主控 49

2.2.3　国产主控，谁主沉浮 50

2.3　案例：硅格（SiliconGo）SG9081主控 55

2.4　案例：企业级和消费级主控需求的归一化设计 56

2.5　案例：DERA（得瑞领新）NVMe控制器TAI和NVMe SSD产品 58

2.6　全闪存阵列AFA 60

2.6.1　整体解剖 60

2.6.2　硬件架构 64

2.6.3　软件架构 66

2.6.4　工作流程 69

2.6.5　应用场景 74

2.7　带计算功能的固态硬盘 75

第3章　SSD存储介质：闪存 77

3.1　闪存物理结构 77

3.1.1　闪存器件原理 77

3.1.2　SLC、MLC和TLC 78

3.1.3　闪存芯片架构 80

3.1.4　读、写、擦原理 83

3.1.5　三维闪存 84

3.1.6　Charge Trap型闪存 89

3.1.7　3D XPoint 91

3.2　闪存实战指南 95

3.2.1　异步时序 95

3.2.2　同步时序 97

3.2.3　闪存命令集 100

3.2.4　闪存寻址 101

3.2.5　读、写、擦时序 102

3.2.6　ONFI与Toggle协议之争 103

3.3　闪存特性 105

3.3.1　闪存存在的问题 105

3.3.2　寿命 107

3.3.3　闪存测试 109

3.3.4　MLC使用特性 110

3.3.5　读干扰 111

3.3.6　闪存数据保存期 112

3.4　闪存数据完整性 115

3.4.1　读错误来源 115

3.4.2　重读 117

3.4.3　ECC纠错码 118

3.4.4　RAID 119

3.4.5　数据随机化 120

第4章　SSD核心技术：FTL 122

4.1　FTL综述 122

4.2　映射管理 124

4.2.1　映射种类 124

4.2.2　映射基本原理 126

4.2.3　HMB 128

4.2.4　映射表刷新 130

4.3　垃圾回收 131

4.3.1　垃圾回收原理 131

4.3.2　写放大 137

4.3.3　垃圾回收实现 140

4.3.4　垃圾回收时机 147

4.4　Trim 148

4.5　磨损平衡 150

4.6　掉电恢复 152

4.7　坏块管理 155

4.7.1　坏块来源 155

4.7.2　坏块鉴别 155

4.7.3　坏块管理策略 157

4.8　SLC cache 158

4.9　RD& DR 160

4.10　Host Based FTL 161

4.10.1　Device Based FTL的不足 162

4.10.2　Host Based FTL架构 163

4.10.3　百度的软件定义闪存 163

第5章　PCIe介绍 166

5.1　从PCIe的速度说起 166

5.2　PCIe拓扑结构 169

5.3　PCIe分层结构 172

5.4　PCIe TLP类型 175

5.5　PCIe TLP结构 179

5.6　PCIe配置和地址空间 184

5.7　TLP的路由 189

5.8　数据链路层 197

5.9　物理层 202

5.10　PCIe Reset 205

5.11　PCIe Max Payload Size和Max Read Request Size 210

5.12　PCIe SSD热插拔 211

5.13　SSD PCIe链路性能损耗分析 213

第6章　NVMe介绍 216

6.1　AHCI到NVMe 216

6.2　NVMe综述 218

6.3　吉祥三宝：SQ、CQ和DB 223

6.4　寻址双雄：PRP和SGL 229

6.5　Trace分析 236

6.6　端到端数据保护 241

6.7　Namespace 245

6.8　NVMe over Fabrics 250

第7章　SSD测试 258

7.1　主流SSD测试软件介绍 258

7.1.1　SSD性能测试第一神器——FIO 258

7.1.2　AS SSD Benchmark 263

7.1.3　ATTO Disk Benchmark 264

7.1.4　CrystalDiskMark 264

7.1.5　PCMark Vantage 266

7.1.6　IOMeter 266

7.2　验证与确认 267

7.3　测试仪器 268

7.3.1　Emulator 268

7.3.2　协议分析仪 269

7.3.3　Jammer 272

7.4　回归测试 274

7.5　DevSlp测试 275

7.6　PCIe InterOp 278

7.7　WA测试 280

7.8　耐久度测试 281

7.9　认证Certification 288

7.10　SSD Performance测试 290

第8章　SSD电源管理 294

8.1　SATA省电模式Partial和Slumber 294

8.2　SATA超级省电模式DevSlp 295

8.3　SATA终极省电模式RTD3 299

8.4　PCIe省电模式ASPM 301

8.5　PCIe其他省电模式 305

8.6　NVMe动态电源管理 306

8.7　Power Domain 310

第9章　ECC原理 312

9.1　信号和噪声 312

9.2　通信系统模型 313

9.3　纠错编码的基本思想 315

9.3.1　编码距离 315

9.3.2　线性纠错码的基石——奇偶校验（Parity-Check） 315

9.3.3　校验矩阵H 和生成矩阵G 316

9.4　LDPC码原理简介 317

9.4.1　LDPC是什么 317

9.4.2　Tanner图 319

9.5　LDPC 解码 319

9.5.1　Bit-flipping 算法 319

9.5.2　和积信息传播算法 322

9.6　LDPC 编码 327

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