4K对齐、AHCI模式、驱动的重要意义 性能对比实测

破晓红尘

    固态硬盘论坛我们常看到2个关键词“4KB对齐”、“AHCI模式”，往往有网友提问为何新入的固态硬盘测试性能明显偏低，答案多半是4KB没对齐、AHCI没设置或运行IDE模式、SATA接口以及硬件平台性能等等。后2者很好理解，SATA 3.0比2.0提供更高带宽，电脑整体性能好有利于发挥固态硬盘，而不会成为瓶颈。
    那么4K对齐和AHCI具体什么概念，对固态硬盘性能影响如何呢，乘着金士顿SSDNow V+200试用活动机会来实测重要性。


一、 4K对齐、AHCI模式
     相关硬盘的专业术语可以延伸出很多内容，我爬文加综合自己的理解就简单说了。首先网友最关心的还是自己固态硬盘有没有设置正确

查看硬盘是否正确4K对齐、AHCI模式的最快捷方法：
AS SSD Benchmark 很实用的免费小工具



AS SSD Benchmark软件运行界面

最简单方法，看图中KINGSTON金士顿固态硬盘下方的2行颜色字符：
第一行AHCI模式，绿色OK说明正确运行，前面iaStorA / msahci / amd_sata （AMD平台） / mv91XX（非原生SATA）代表主板平台不同的驱动；假如显示红色pciide Bad，自然就是IDE兼容模式。
第二行4K对齐，绿色OK说明正确4K对齐，数字多少K表示当前分区起始偏移量；红色Bad就是杯具，没有4K对齐，一般多显示31K。

    如果网友发现运行IDE模式，莫着急还有得补救，通过安装补丁驱动、主板BIOS设置AHCI模式，不破坏任何数据情况下快速解决；如果是31K - BAD 4K未对齐，就比较麻烦了，虽然也能通过Paragon Alignment Tool 软件无损对齐4K，但是速度非常慢。4K对齐相比AHCI模式，对固态硬盘性能影响更多，甚至包括寿命方面，所以先了解4K对齐的概念。
4K对齐：
机械硬盘以扇区sector为单位（扇区为512字节），能够直接覆盖写入新数据。
固态硬盘以页page为单位（典型为4KB）进行读取、写入操作，但是擦除是以块block为单位（典型为128个页），因为固态硬盘不支持直接覆写，所以有数据的页，先擦除才能写入新数据，也就是读取 – 擦除 – 写入。

覆写一个4KB的页，先读取512K的块复制到缓存，然后缓存内生成新数据，并擦除闪存上的这个块，最后新数据写入。写入数据容量大于实际文件容量，就是固态硬盘常提及的写入放大，金士顿SSDNow采用SandForce主控，特点之一就是压缩数据，从而降低写入放大，优化闪存寿命。
传统的硬盘分区比如windows xp安装，主引导扇区占用起始63个扇区，包括主引导记录、分区表，所以硬盘的分区起始偏移为63个扇区，即63 X 0.5K = 31.5K（31.5K – Bad没有4K对齐的由来）。
固态硬盘基于兼容原则，仍然模拟机械硬盘操作。但如果采用上述扇区分区方式，分区偏移31.5K，数据起始4KB在31.5KB~35.5KB，位于第8和第9页，以此类推其后所有数据都占用2个页。

也就是说4K没有对齐的话，覆写操作要对2页进行读取 – 擦除 – 写入操作，严重降低固态硬盘的效率性能。
4K对齐，当然只需进行1页操作。

    使用金士顿SSDNow V+200固态硬盘进行对比测试，验证4K对齐重要性：

1024K - OK  固态硬盘4K对齐状态



31K - BAD  固态硬盘没有4K对齐状态
  


    结果很明显了，Read（不同类型）读取性能影响还不大，Write（不同类型）写入性能全部暴跌，不叫掉速，简直是掉坑里了。而且4K没有对齐，随机性能损失更大，随机读写是固态硬盘比机械硬盘优势最大之处，可想而知4K对齐有多重要。
    最新操作系统比如windows 7，对固态硬盘优化支持，硬盘分区偏移默认设置为2048个扇区（2048 X 0.5 = 1024K），4K对齐。
    至于如何进行4K对齐，这里不详细介绍了，因为超简单，新的固态硬盘，打开windows7管理工具的存储面板，直接格式化分区就已经4K对齐好；有数据未4K对齐的固态硬盘，重新格式化或者通过 Paragon Alignment Tool 3.0也能进行无损4K对齐，耗时较长，网络都有教程。
AHCI模式：
    主板BIOS里硬盘设置，提供3种即AHCI模式、IDE兼容模式、Raid阵列模式选择，Raid阵列玩多硬盘用。
    AHCI模式相比IDE最大优势开启SATA硬盘的NCQ技术。简单的比方，硬盘需读写不同扇区时，NCQ能够优化操作顺序，对多个队列请求进行排序实现智能管理，提升效率和性能。NCQ技术现最大支持32指令排序，实际操作系统只应用到4队列左右。

    机械硬盘因磁头的机械结构只能单一工作，NCQ技术提升性能有限，而固态硬盘通过主控芯片，能控制多颗闪存同时读写操作（多通道或多线程说法），运行AHCI模式打开NCQ技术后，固态硬盘尤其在操作数量很多的随机读写模型，优化排序队列，发挥最强性能。

    同样使用金士顿SSDNow V+200固态硬盘对比AHCI模式和IDE模式：

msahci - OK 固态硬盘运行AHCI模式（图片成绩还是4K对齐那张）
  


pciide - BAD  固态硬盘运行IDE模式
  


    测试结果符合NCQ技术概念，持续读写、4K随机读写的速度变化不大，4K-64Thrd多队列深度（理解为64个文件同时测试随机读写）性能差距非常明显。打开AHCI模式除BIOS设置，系统中也要安装对应驱动，否则启动系统会蓝屏。
     


综合3种状态的性能测试对比，固态硬盘运行在黄色段的4K对齐和AHCI模式性能最好。固态和机械硬盘都推荐4K对齐、AHCI模式，但是内部结构和工作原理不同，4K对齐、AHCI模式对固态硬盘性能影响更大，特别强调是随机读写应用，机械硬盘的瓶颈就在于iops每秒操作次数最多只有200次，导致4K随机和4K-64队列测试仅有1~3MB/s，而固态硬盘轻松达到10000数量级。我们购买固态硬盘主要为了体验超高随机性能，因此更建议用户正确设置4K对齐和AHCI模式。

二、 金士顿 SSDNow  V+200 介绍
    金士顿SSDNow 火山加强版V+200系列有60G、90G、120G、240G、480G六种型号，此次ZOL论坛试用产品为120G，官方报价699元，京东报价619元，淘宝最低和有销量的报价560元，价格供参考，应该说3年保固产品真的很实惠了。
金士顿 SSDNow  V+200  SVP200S37A  120GB （以下简称金士顿V+200）
  


   金士顿V+200系列产品，新包装使用靓丽的紫色和白色小清新风格，丝绸图案增添无限遐想。正面部分透明，能直接看到金士顿V+200固态硬盘，通过贴纸上的变化3色带，帮助用户判断产品真伪，不错的人性化设计细节。
    特性参数说明，比较重要的2.5英寸 SATA 3.0 主流规格，3年保固增加用户品质信息，作为国际知名存储品牌，对固态硬盘提供多达3年售后服务，意味着产品绝对的稳定性和寿命。相反即使3年甚至5年售后，如果其品牌售后网点少，代理经常坑爹跑路，保修时间再长也没有很大意义。
   


  内包装为一个装着固态硬盘的透明塑料盒，缓冲空间多，保护设计很好，加上固态硬盘不像传统硬盘的机械结构，几乎不可能因为暴力快递导致损坏。
    没有其他附件，根据官网资料，V+200系列产品固态硬盘独立包装，另有升级套件，本次试用的产品也许就是独立包装，又或者为简包装版本。个人觉得SATA线材、2.5转3.5英寸支架等不是必要附件，很多游戏机箱都支持2.5英寸免螺丝工具安装方式，简包装降低成本，性价比更高大家都乐意。



金士顿V+200固态硬盘 正面
    金士顿V+200固态硬盘采用超薄7mm身形，金属外壳严丝合缝、做工精致，表面磨砂颗粒工艺极具质感，并且不易留指纹和耐磨损。
    正面贴纸，金士顿最经典的复活节岛巨人石像标志，右侧醒目标注SSDNow V+200产品系列、120G容量，还有一张代理商的激光防伪标签（说明ZOL提供的金士顿固态硬盘出自正规渠道，保修力度也势必更靠谱，活动试用产品的保修问题一直是头疼的事）。V+下方有个3色带，不同角度颜色会有变化，快速鉴别金士顿正品的方法。
    底部详细参数，包括各种规范的认证logo，SVP200S37A型号、DC 5v 1A功率、固件号以及序列码等齐全，正品保证。



金士顿V+200固态硬盘 背面
    金士顿V+200使用不多见的六角螺丝固定，其中一颗螺丝用黄色易碎质保标签封住（电源、固态硬盘、显卡等常见，防止拆解损坏），而且我也不想放弃金士顿强大的三年保固，所以暂不做拆解。
    固态硬盘结构其实很简单，PCB电路板、主控芯片和闪存颗粒，很多玩家或媒体评测做拆解就是为了看清闪存颗粒是否有猫腻，金士顿品牌向来低调，远离“白片、黑片”等颗粒门事件。



金士顿V+200固态硬盘    SATA数据接口、电源接口



金士顿V+200固态硬盘 侧面
    侧面也提供螺丝孔，兼容多种机箱安装方式



对比硬币    7mm更显超薄身材
    金士顿 SSDNow  V+200固态硬盘，采用SandForce  SF-2811主控方案、intel 25nm工艺的MLC异步闪存颗粒，SATA 3.0接口。
    SandForce主控芯片的核心优势就是DuraWrite特色技术，拥有压缩数据功能，所以优化前面说过的写入放大，同时闪存颗粒寿命也得以延长。当然需要辩证地看待SandForce的压缩特性，我们实际应用中既不是所有数据都可以压缩，也不是完全不能压缩，了解硬盘性能测试软件的局限性而重视体验感受。搭载的闪存颗粒其P/E寿命指标为3000次，大意即完全擦除、覆写全盘120G能有3000次，加上固态硬盘内部的平衡写入机制，正常使用根本不用担心寿命问题，再说金士顿也提供真3年保固，事实上之前媒体测试、网友挂掉固态硬盘的情况，大多都是固件问题导致的不认硬盘，与颗粒寿命无关。

金士顿V+200系列固态硬盘的详细参数：
  


三、测试硬件平台、评测软件介绍

测试对象：
固态硬盘
金士顿 SSDNow  V+200  SVP200S37A  120GB



CrystalDiskInfo 5.3.1正确识别金士顿固态硬盘所有信息，包括型号、容量、固件等，健康状态显示良好。
因做过性能测试，所以时间、通电次数和读取、写入数据有记录。
S.M.A.R.T信息看到报废扇区数、程序失败次数、擦除失败次数、错误报告、读取错误率等Raw值都显示0，这些和硬盘健康息息相关的属性全部完美。喜欢淘宝渠道购买的用户，特别要注意这些属性。

硬件平台：
CPU  intel i5 2500K @ 3.4GHz
主板  技嘉Z68XP-UD3P @ BIOS F7
内存  三星黑武士DDR3  4G X 4 @ 1333MHz
显卡  双敏GTX670小妖G
散热  采融创世纪
风扇  安耐美阿波力斯 X 2
电源  安钛克SG850



很多电脑配置喜欢黑、红为主要配色，金士顿V+200固态硬盘混搭效果不错
  


测试软件：
CrystalDiskInfo 5.3.1
AS SSD Benchmark 1.7.4739.38088
Atto Disk Benchmark
CystalDiskMark 3.0.2 Beta
HD Tune Pro v5.00
PCMark 7 v1.0.4
FastCopy ver2.11
测试状态：
平台默认设置，CPU、内存、显卡不超频，打开节能选项
硬盘接技嘉主板白色的原生SATA 3.0接口

数据模型介绍：
软件评测方法虽有不同，但数据模型不外乎3种
1、Seq持续读写，测试数据为顺序地址，如大容量的视频、iso镜像等文件读写操作
2、4K随机读写/单队列深度，测试数据为乱序、随机地址，如很多容量小的文件读写操作，单线程
3、4K随机读写/多队列深度，同一时间对多个文件进行随机读写操作，如windows系统启动、大型数据库等文件数量庞大的操作，多线程
iops，每秒读写操作次数
存取时间，读写操作一次需要时间，时间越短说明速度越快，和iops意义实际相同
四、金士顿 SSDNow  V+200 基准测试
    测试过程中CrystalDiskMark的4K随机-32队列项成绩有异常，开始认为是软件Beta版本的兼容性所致，通过更换系统和主板磁盘驱动重复验证测试，最终发现驱动对金士顿V+200的随机性能影响也不小。下面测试2种驱动下的性能表现，，驱动2为安装intel快速存储技术Rapid Storage Technology，显示iaStorA AHCI，硬件平台和频率设置完全相同。
（以下数据是在写入量200G+后测得，理论上跑分比空盘会差点）
AS SSD Benchmark一款基于固态硬盘的性能测试软件（测机械硬盘耗时达30分钟，伤不起），主要测试项目包括Seq持续读写、4K随机读写、4K-64队列随机读写、存储时间，并且最后加权总评分。默认显示MB/s数据形式，也可以选择iops形式，两者可换算，比如持续读写iops成绩乘16MB。 对固态硬盘压力大，折腾型玩家最喜欢对比软件。
驱动1：





驱动2：





    AS SSD Benchmark测试数据模型为不可压缩，所以提供了Compression Benchmark测试选项，以连续曲线描述数据压缩比情况和读写性能的关系。
   


AS SSD Benchmark持续读写197MB/s、147MB/s，4K随机读写17MB/s、61MB/s，4K-64队列随机读写99MB/s、139MB/s。看到不同驱动显示金士顿固态硬盘的信息也略微差异，iaStorA为安装intel快速存储技术，4K随机写入增加9MB/s，性能提升非常明显，iops也是随机各项数据不同程度提高。

ATTO Disk Benchmark一款硬盘、移动存储设备性能测试软件，该软件自由选择64K～256MB测试数据包，使用0.5K到8192K不同容量的文件数据模型对存储设备进行持续读写测试，并用图表直观显示不同文件读写性能。注意：ATTO Disk Benchmark默认设置使用的为最理想状态的压缩数据。

驱动1：



驱动2：
   


ATTO Disk Benchmark测试模型为理想压缩数据，持续读写都达到500MB/s+，等于变相测试SATA 3.0的带宽，实际日常应用的数据压缩比不会这么高。更新驱动后，持续读写性能仍然有提升。

CrystalDiskMark一款易用硬盘测试工具，可选择测试Seq持续读写、512K随机读写、4K单队列以及4K-32队列深度的随机读写。软件默认设置采用的随机数据模型、不可压缩，用户也可以手动选择全零或全1压缩数据，标题栏会有显示，2种模式对于SandForce主控的固态硬盘，注意成绩相差很多。
驱动1：



驱动2：



    CrystalDiskMark和AS SSD软件相像，随机持续读写211MB/s、154MB/s，4K随机读写30MB/s、91MB/s，4K-32队列随机读写150MB/s、154MB/s。更新驱动后的随机性能提升幅度超出预期，原驱动多队列项目看起来未能很好的启用AHCI模式。
HD Tune Pro一款使用广泛的存储类检测、性能测试软件，主要功能能够检测当前存储设备（包括大多数硬盘、移动设备、甚至是内存虚拟硬盘等）健康状态、温度、磁盘表面坏道、固件、序列号、容量、缓存等全面信息；还能够测试各种不同数据模型的连续读写、随机读写、存取时间等，方便用户综合了解存储设备的运行状况。
驱动1：





驱动2：






    HD Tune Pro测试方式应有不同，基准界面的持续读取增加至407MB/s。文件基准的测试成绩和前面软件就比较相似，顺序读写195MB/s、154MB/s，随机性能以iops显示，更新磁盘驱动后同样提升很多。
五、金士顿 SSDNow  V+200 实际应用测试
    最后增加2个系统评分测试，游戏载入时间和复制速度简单对比
win7评分7.5，因测试折腾几天略降低，新装系统开测是7.8，机械硬盘封顶5.9



PCMark 7 存储设备得分4671，而机械硬盘一般只有2000+得分。win7总评分和PCMark 7总评分的瓶颈都是机械硬盘，又叫固态硬盘Mark，加了金士顿V+200总得分高很多。



《FarCry3 孤岛惊魂3》游戏启动加载时间对比：
金士顿V+200固态硬盘 52秒


机械硬盘 64秒


Fastcopy复制文件时间对比：
  


   使用内存虚拟硬盘RAMDisk做源地址，复制1个windows系统文件夹共1185个文件、1.23G数据。金士顿V+200耗时11秒，机械硬盘耗时87秒慢了许多，一方面windows系统文件压缩比高，更能发挥金士顿SF-2281主控的压缩特性，另一方面这块机械硬盘长时间使用文件碎片多，此消彼长所以时间差距多。

金士顿SSDNow  V+200  120GB 性能简析和总结：
    金士顿V+200固态硬盘几个软件测试，都是持续读写200MB/s 、150MB/s左右性能，看似和单碟1T机械硬盘差不多，但是HD Tune Pro直线图表说明固态硬盘所有地址性能相同，而不像机械硬盘的递减曲线，磁盘最内道速度很低。另外这是非压缩数据的成绩，ATTO跑分和AS SSD的Compression Benchmark压缩比-性能曲线图都显示，如果数据可压缩，金士顿V+200性能还会提升，比如操作系统的数据压缩比大致50%，数据库文件压缩比更高，根据Compression Benchmark曲线图表其性能增幅很可观。
    比起持续读写，随机性能才是固态硬盘最强大的地方。机械硬盘iops只有可怜的100~200次，如果同时操作大量小文件（假设容量4K），机械硬盘的性能就是每秒读写200 X 4K = 800K，金士顿V+200根据AS SSD Benchmark软件实测（多线程）达到随机读取25000+次、随机写入35000+次，相差几个级数。我们启动windows系统时需读取很多文件，电脑使用久会额外增加不少启动项，特别文件碎片化严重（1个文件存储硬盘不同地址，而不是连续）又增加操作次数，机械硬盘开机越发缓慢，同样的QQ和浏览器等软件长久使用也会堆积很多缓存文件，导致启动耗时超长，有些用户可能就误以为软件崩溃或电脑死机了，换了固态硬盘的话，启动系统和软件都是闪进，体验舒心很多。金士顿V+200固态硬盘定位主流消费级，真实体验下来速度响应超快，性价比也很高，加上金士顿强大的3年保固后盾，很适合用户选购体验。