3D动画你揭秘固态硬盘的工作原理

这是固态硬盘的存储芯片，这是将存储芯片放大到纳米级别后的样子。我们电脑里面的数据就存储在几十亿个这种存储单元里面。存储单元由同心圆组合而成，内部包含多层，这是存储单元的平面图。存储单元分为山脊、电荷井以及通道，它们中间都通过绝源的电介质隔开，电介质可以防止电子流失。这些结构中，电荷井就是用来存储电子的。当我们往硬盘存储文件，就相当于往存储单元的电荷井内冲入电子。问题来了，电子是怎么进入到电荷井的呢？现在我们换个角度来探讨这个问题。我们把电荷井想象成一个封闭的房间，而房间两边绝缘的电介质想象为房间的墙壁，进入到房间内的电子都无路可逃，以至于能待上十几年之久。当我们需要写入数据时，数据会通过中间的通道来到需要写入的位置，但是通道和电荷井之间隔的一道墙，他们一开始都是相安无事。通道的电子是无法越过墙壁进入房间的，因为电子移动是需要一定能量的。那能不能加大电压呢？问题是，这样做可能会破坏掉墙壁。怎么才能穿透这堵墙？这就要用到量子力学的原理。在量子力学中，电子不是像经典物理学中的粒子那样具有确定的位置和动量，而是具有一定的概率分布。当在另一堵墙后面的山脊上施加一个正电压，正电场会将带有负电的电子从通道上吸引过来，并往房间这边拉。如果绝缘的电介质足够薄，并且施加在山脊上的电压拉力足够大，通道中概率分布的电子就能直接穿越电介质屏障进入到房间中来，这种现象被称为量子碎穿效应。电子进入房间的数量有多有少，电子数量最少或者没有时，用111表示，电子数量装满时，用000表示，一共可以存入8个不同的二进制组合。当我们存储照片时，照片就是通过这种方式存储到每个房间的。这是一套极其复杂的量子。地学方程作为理论基础的，它能计算出电介质屏障到底应该有多薄，以及山级电压需要多大才能让电子穿过电介质进入电荷基。但是我们在使用手机和硬盘时，并不需要懂任何量子力学的知识，这一切都要归功于科学家天才般的设计。数据存入硬盘后，那要怎么将数据读取出来呢？我们还是回到存储单元的结构上来。为了更容易理解，我们先简化设计一下，将存储电子的电荷井先去掉。通常情况下，通道里面电子是不流动的，也就是通道是关闭的。但是当一个电压施加在山脊上时，会产生一个电场，在电场的作用下，电子就会在通道中流动了，这个打开通道的最小电压成为阈值电压，也就是低于阈池电压。通道关闭，高于阈值电压通道打开。现在我们将电荷井放回去，当增加深级电压，电磁会发生量子碎船，从而进入电荷井中。当电荷井中有电磁后，我们施加一个超过预值。的电压到山脊，有趣的事情发生了。按照前面降大超过阈值电压，通道的电子应该流动才对。但是由于电荷井的电子扰乱了山脊的电压，所产生的电场通道的打开被阻止了，也就是电荷井的电子能抑制通道的打开。为了克服这个问题，需要在山脊施加更大的电压，我们通过这种阈值电压的差异就能读取数据了。这是两个相连的存储单元，左边的电荷井中没有电子，而右边的电荷井中有很多电子。当一个电压是加在两个存储单元的山脊时，左边的通道会打开，电子会流动，而右边由于电荷井中有电子，通道不会被打开。接下来我们施加一个更高的电压，这时右侧通道也被打开了。也就是说，这两个存储单元有不同的阈值电压，左边的阈值电压比较低，它的电荷井中没有多余的电子，我们读取为二进制的1，而右边的阈值电压比较高，电荷井中有大量的电子，我们读取为二进制的0。根据施加在。N级电压的高低，我们就能读取SSD里面的数据了，但是这种是存储1比特数据的情况，如果是存储3比特的数据，又是怎么读的呢？我们通过这一页为例，同一页上的储存单元，一个相同的电压会被施加到这一页上所有储存单元的山脊上。我们先往山脊施加一个很小的电压，然后检查每一个通道是否有电子流动。如果检查到这个储存单元有电子流动，说明通道是打开的，这意味着电荷井没有电子，我们就读取为111。接着我们提高升级的电压，并检查通道的电子流动，这时这个储存单元的通道被打开了，这说明电荷擎有少量的电子，存储的值读为10，继续提高电压，我们就能读取到每个电荷井存储的二进制值了。

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