▷ Co to jest SSD, jak działa i do czego służy?

Dyski twarde, a dokładniej półprzewodnikowe dyski lub dyski SSD pozostaną. Prawie wszyscy użytkownicy, którzy kupują nowy sprzęt, mogą znaleźć w środku jednostkę tego typu. Ale czym tak naprawdę jest dysk SSD i jak działa ? W tym artykule omówimy szczegółowo ten element elektroniczny i to, co go odróżnia od dobrze znanych dysków twardych HDD.

Indeks treści

Od kilku lat mamy szczęście doświadczać wielkich zmian w naszych komputerach. Najpierw były procesory wielordzeniowe i ich architektura. Doprowadziło to do tego, że sprzęt stawał się coraz szybszy, ulepszone karty graficzne, pamięć RAM. Ale w naszym zespole wciąż było duże wąskie gardło i był to tylko dysk twardy. Przy całym komputerze z układami scalonymi nadal mieliśmy w środku element mechaniczny.

Byłoby więc bezużyteczne mieć niezwykle szybki procesor, gdyby dostęp do zawartości danych był naprawdę wolny. Z tego i innych powodów branża cyfrowej pamięci masowej zaczęła działać, a tym samym obniżyć koszty tworzenia tego nowego typu urządzeń. Wraz ze spadkiem kosztów zmniejszyła się również pojemność przechowywania danych, a także jego niezawodność.

Obecnie mamy już ten element praktycznie znormalizowany i powszechny we wszystkich nowych urządzeniach. I w stosunkowo przystępnej cenie. Jeśli chcesz mieć szybki komputer, musisz mieć jeden z nich dla swojego systemu operacyjnego. Zobaczmy więc, o co chodzi w tych dyskach SSD.

Co to jest dysk SSD

Dysk półprzewodnikowy lub dysk SSD (dysk półprzewodnikowy) to urządzenie do przechowywania danych oparte na użyciu pamięci nieulotnej lub powszechnie nazywanej pamięcią flash. W ten sposób zastępuje dyski magnetyczne tradycyjnych dysków twardych.

Te pamięci flash, następcy starej pamięci EEPROM, umożliwiają operacje odczytu i zapisu wielu lokalizacji pamięci w tej samej operacji, zwiększając w ten sposób szybkość w porównaniu do pamięci EEPROM, które w każdej operacji mogły odczytać tylko jedną komórkę pamięci.

Korzystanie z pamięci flash polega na użyciu układów do przechowywania pamięci. Eliminując ruchome części normalnego dysku twardego, znacznie zwiększymy jego dostęp i szybkość zapisu.

W 2010 r. Raporty te zrobiły kolejny skok, który naprawdę doprowadził do obniżenia kosztów produkcji, a tym samym do ich dostępności dla użytkowników. Wykorzystanie drzwi NAND do produkcji tych pamięci flash.

Jedną z najbardziej uderzających cech bramki logicznej NAND (ORAZ lub odwróconego Y) jest to, że może ona przechowywać dane nawet po odcięciu zasilania.

Te bramki NAND są wykonane przy użyciu tranzystorów z pływającą bramą, które są elementem, w którym przechowywane są bity. W przypadku pamięci RAM tranzystory potrzebują ciągłego zasilania, aby utrzymać swój stan, a nie pamięci flash. Kiedy tranzystor pływającej bramki jest załadowany, ma w środku 0, a gdy jest rozładowany, ma 1.

Wspomnienia te są uporządkowane w formie macierzy, która z kolei jest tworzona przez szereg kolejnych bramek NAND. Nazywamy cały blok macierzy, a wiersze tworzące macierz nazywane są stronami. Każdy z tych wierszy ma pojemność od 2 KB do 16 KB. Jeśli każdy blok ma 256 stron, będziemy mieć rozmiar między 256 KB a 4 MB.

Różnica między dyskiem SSD a pamięcią RAM

W związku z tym pierwszą rzeczą, która przychodzi na myśl, jest pamięć RAM. Jak wiemy, ten typ pamięci służy do dostarczania danych i programów do procesora. Gdy wyłączamy komputer, pamięć RAM jest całkowicie pusta, w przeciwieństwie do dysków SSD.

Różnica polega na zastosowaniu bramek NAND. Te elementy logiczne przechowują w środku ostatni stan elektryczny, a także pozostają bez zasilania.

Technologie produkcyjne

Zasadniczo istnieją dwie technologie przechowywania do produkcji tych urządzeń. Zaczęło się eksperymentowanie z dyskami RAM. Wymagało to elementu, który stale dostarczał im energię, aby nie utracić danych.

Z powodu tych ograniczeń technologia DRAM w tych urządzeniach została złomowana wraz z pojawieniem się bramek NAND z nieulotnym magazynowaniem. Jest to obecnie używany i istnieją trzy różne technologie wytwarzania:

SLC lub komórka poziomu indywidualnego

Za pomocą tej metody można zapisać jeden bit danych dla każdej komórki pamięci. Jego konstrukcja składa się z pojedynczych płytek krzemowych, za pomocą których otrzymujesz cienki układ pamięci i jeden poziom pamięci. Te układy mają zalety wyższej prędkości dostępu do danych, dłuższej żywotności i mniejszego zużycia energii. Z drugiej strony mają mniejszą pojemność pamięci, dlatego konieczne będzie zbudowanie większej liczby macior, co zwiększy ich koszt budowy.

Jego produkcja na razie ogranicza się do środowisk przemysłowych i klastrowych serwerów, w których jakość pamięci masowej musi być lepsza.

MLC lub komórka wielopoziomowa

Ta metoda produkcji jest wręcz przeciwna do poprzedniej. Każdy układ pamięci jest wytwarzany przez układanie płytek krzemowych w jeden układ wielopoziomowy. Ze względu na zalety związane z większą pojemnością pamięci na chip, możliwe jest przechowywanie dwóch bitów dla każdej komórki, co daje w sumie 4 różne stany. A także tańszy koszt produkcji.

Jako wady podajemy odwrotnie niż w poprzednim przypadku: wolniejszy dostęp i chipy o mniejszej wytrzymałości.

TLC lub komórka trzypoziomowa

W tym przypadku proces produkcji udaje się zaimplementować 3 bity dla każdej komórki, pozwalając na przechowanie do 8 stanów. Cena produkcji jest niższa, a dostęp do treści mniej wydajny. Są to zatem najtańsze jednostki do nabycia, ale z żywotnością komórki ograniczoną do około 1000 zapisów.

Technologia TRIM

Przedmiotem oczekującym na jednostki pamięci SSD jest właśnie ich trwałość. Komórki pamięci degradują się przy każdym zapisywaniu i usuwaniu danych, co powoduje, że intensywnie używane dyski szybko się degradują, co prowadzi do awarii integralności plików i utraty plików.

Proces usuwania plików z dysku SSD jest dość złożony. Możemy pisać zawartość na poziomie wiersza, ale możemy usuwać tylko na poziomie bloku. Oznacza to, że jeśli w tym bloku znajdują się przydatne pliki, które oprócz tych, które należy usunąć, zostaną one również usunięte.

Aby zapobiec usunięciu prawidłowych plików, pliki te należy pobrać i zapisać w nowym wierszu, a następnie usunąć blok, a następnie przepisać prawidłowe dane tam, gdzie były poprzednio. Konsekwencją całego tego procesu jest dalsza degradacja komórek pamięci poprzez konieczność wykonywania dodatkowych zapisów i operacji usuwania.

W odpowiedzi powstają technologie takie jak TRIM. TRIM umożliwia komunikację między systemem operacyjnym a jednostką pamięci, dzięki czemu sam system informuje dysk SSD o danych, które musi usunąć. Kiedy usuwamy dane w systemie Windows, dane nie są fizycznie usuwane, ale nabywają własność, która nie jest używana. Pozwala to ograniczyć procesy pisania i fizycznego wymazywania komórek pamięci. Od firmy Microsoft ta technologia została wdrożona od systemu Windows 7.

Fizyczne elementy dysku SSD

Jeśli chodzi o komponenty napędu SSD, możemy wspomnieć o trzech kluczowych elementach:

Kontroler: jest procesorem odpowiedzialnym za administrowanie i zarządzanie operacjami przeprowadzanymi na modułach pamięci NAND.

Pamięć podręczna: również w tego typu urządzeniach znajduje się pamięć DRAM, która przyspiesza proces przesyłania danych z urządzenia do pamięci RAM i procesora.

Kondensator: Kondensatory mają funkcję utrzymywania integralności danych w przypadku nagłych awarii zasilania. Jeśli dane są w ruchu z powodu przecięcia, dzięki kondensatorom będzie można przechowywać te dane, aby uniknąć utraty.

Technologie połączeń

SATA

Typowe dyski SSD mają tę samą technologię połączenia, co zwykłe dyski twarde, tzn. Używają portu SATA 3 do połączenia ich z płytą główną. W ten sposób będziemy mieli transfer 600 MB / s.

PCI-Express

Istnieje jednak jeszcze szybsza technologia połączeń i komunikacji o nazwie NVMe. Za pomocą tej metody urządzenia zostaną bezpośrednio podłączone do gniazd rozszerzeń PCI-Express na naszej płycie głównej. W ten sposób możliwe jest osiągnięcie prędkości transferu do 2 GB / s podczas odczytu i 1, 5 GB / s na piśmie.

Jak zwykle, te dyski twarde nie mają typowego 2, 5-calowego prostokątnego formatu enkapsulacji, ale wyglądają jak karty rozszerzeń, takie jak przechwytywacze lub karty graficzne bez radiatora.

M.2

Jest to nowy standard komunikacji, który ma zastąpić typ SATA w perspektywie średnio- i krótkoterminowej. Korzysta zarówno z protokołów komunikacyjnych SATA, jak i NVMe. Jednostki te są bezpośrednio podłączone do określonego portu na płycie głównej. W ten sposób unikamy zajmowania gniazd PCI-E i będziemy mieć określone porty. Ten standard nie ma prędkości PCI-E, ale jest znacznie wyższy niż SATA i już istnieją dyski wszystkich producentów w umiarkowanych cenach.

Aspekty do rozważenia na dysku SSD

Kupując dysk SSD, musimy znać zarówno jego zalety, jak i wady, a także czy nasz system jest odpowiedni.

Systemy plików

Jak widzieliśmy, zarządzanie dyskiem SSD jest zupełnie inne niż w przypadku normalnych dysków twardych. Właśnie dlatego tradycyjne systemy plików musiały aktualizować swoją wewnętrzną strukturę operacyjną, aby odpowiadały potrzebom tych napędów. Gdyby tak nie było, spowodowałoby to szybką degradację jednostek, drastycznie skracając ich życie.

NTFS

Jasnym przykładem jest system plików Windows. Jedną z pierwszych optymalizacji, które zostały wdrożone, ponieważ system Windows Vista miał poprawnie wyrównać partycję do systemu. Pozwoliło to na wykonanie dodatkowych operacji odczytu i zapisu, ponieważ organizacja sektorów różni się w jednostkach mechanicznych i dyskach SSD.

W późniejszych wersjach systemu Windows 7 systemy wprowadzają ulepszenia dysków SSD, takie jak wyłączenie defragmentatora plików, usługę Superfetch, ReadyBoost oraz wprowadzenie polecenia TRIM w celu przedłużenia żywotności dysku SSD.

Zalety dysku SSD w stosunku do dysku mechanicznego

• Odczyt / zapis: Znaczny wzrost podstawowych operacji poprzez wyeliminowanie elementów mechanicznych. Jego najbardziej znacząca i znacząca cecha. Otwieranie aplikacji i plików: bezpośrednio z powyższego wynika, że ​​aplikacje i pliki otwierają się znacznie szybciej, a czas uruchamiania komputera gwałtownie spada. Awarie i bezpieczeństwo: czas pomiędzy awariami znacznie się zwiększa, a bezpieczeństwo transakcji zwiększa się poprzez poprawę czyszczenia danych i nie ma różnic w wydajności, gdy jednostka jest pełna lub pusta. Usuwanie plików jest również bezpieczniejsze, ponieważ po fizycznym usunięciu plików nie można ich odzyskać. Energia: będzie wymagała mniejszego zużycia energii i produkcji ciepła. Hałas: ponieważ nie ma elementów mechanicznych, wytwarzanie hałasu wyniesie zero. Waga i odporność: dzięki zmniejszeniu elementów mechanicznych i wielkości ich waga jest mniejsza, a odporność na wstrząsy jest znacznie lepsza.

Wady dysku SSD

• Użyteczna żywotność: te urządzenia mają zazwyczaj mniej użyteczną żywotność niż tradycyjne dyski. Jest to związane z intensywnością użytkowania, jaką się im przypisuje oraz z technologią wytwarzania. Cena: koszt za GB jest znacznie wyższy niż w przypadku tradycyjnych dysków. Znajdujemy więc dyski o znacznie mniejszej pojemności w wyższych cenach. Pojemność pamięci: dyski twarde nadal istnieją na rynku z mniejszą pojemnością niż dyski mechaniczne. Nie z powodu ograniczeń sprzętowych (od pewnego czasu opublikowano, że Nimbus Data planuje zbudować dysk SSD 100 TB), ale z powodu ich kosztu. Odzyskiwanie danych: jak omówiono w zaletach, dyski SSD trwale usuwają pliki, co jest również wadą, jeśli chcemy odzyskać usunięte pliki. Mimo to technologia TRIM daje nam taką możliwość. Katastrofalne awarie: podczas gdy dyski mechaniczne ulegają stopniowej degradacji i możemy to zauważyć, dyski SSD ulegają awarii bez ostrzeżenia, a błąd ten jest całkowity i ostateczny. Tak więc stracimy pliki prawie całkowicie bezpiecznie. Zadania konserwacyjne: W tym przypadku zadania te są bardzo szkodliwe dla dysku twardego. Defragmentacja dysku SSD nie ma sensu, ale nie zaleca się konfigurowania części przestrzeni do pamięci wirtualnej. Ten proces powoduje, że zużywa się jeszcze bardziej.

Jeśli chcesz poznać wszystkie szczegóły dotyczące mechanicznych dysków twardych, zalecamy nasz artykuł:

W ten sposób kończymy wyjaśnienie, czym jest dysk SSD i jak działa. Czy było ci to przydatne? Czy masz jakieś pytania? ?