▷ Що таке ssd, як він працює і для чого це?

Жорсткі диски, або, краще сказати, твердотільні накопичувачі або SSD, тут залишаються. Практично всі користувачі, які купують нове обладнання, можуть знайти накопичувач такого типу всередині. Але що таке насправді SSD і як він працює ? У цій статті ми детально поговоримо про цей електронний елемент та що його відрізняє від відомих жорстких дисків жорсткого диска.

Зміст індексу

Через кілька років нам пощастило зазнати великих змін на наших комп’ютерах. Спочатку були багатоядерні процесори та їх архітектура. Це призвело до того, що обладнання стає все швидшим та швидшим, покращуються відеокарти, оперативна пам’ять. Але в нашій команді було ще величезне вузьке місце, і це був не хто інший, як жорсткий диск. З усім комп'ютером, повним інтегральних мікросхем, у нас все ще був механічний елемент.

Тож було б марно мати надзвичайно швидкий процесор, якби доступ до вмісту даних був дійсно повільним. З цієї та інших причин галузь цифрового зберігання почала працювати і, як наслідок, знизити витрати на створення цього нового типу блоків. Із зменшенням його вартості зросла і здатність зберігати дані, а також її надійність.

У наші дні цей елемент у нас вже практично стандартизований і поширений у новому обладнанні. І за відносно доступною ціною. Якщо ви хочете швидкий комп’ютер, ви повинні мати один із них для вашої операційної системи. Тож давайте подивимося, про що ці диски SSD.

Що таке SSD

Твердотільний накопичувач або SSD (твердотільний накопичувач) - це запам'ятовуючий пристрій для даних, що базується на використанні енергонезалежної пам'яті або зазвичай називається флеш-пам'яттю. Таким чином замінюючи магнітні диски традиційних жорстких дисків.

Ці флеш-пам’яті, наступники старого EEPROM, дозволяють виконувати операції зчитування та запису декількох місць пам’яті в одній операції, тим самим збільшуючи швидкість порівняно із пам’яттю EEPROM, яка могла прочитати лише одну комірку пам’яті в кожній операції.

Використання флеш-пам’яті передбачає використання мікросхем для зберігання пам’яті. Видаляючи рухомі частини звичайного жорсткого диска, ми значно збільшимо його доступ та швидкість запису.

У 2010 році ці звіти зробили ще один стрибок, який справді призвів до зниження виробничих витрат, а отже, і доступності цих користувачів для користувачів. І саме використання дверей NAND для виготовлення цих флеш-пам’яті.

Однією з найяскравіших особливостей логічного ворота NAND (AND або перевернутого Y) є те, що він може зберігати дані всередині навіть тоді, коли живлення було відключено.

Ці ворота NAND виготовлені за допомогою транзисторів з плаваючими затворами, які є предметом, де зберігаються біти. Що стосується пам'яті ОЗУ, то ці транзистори потребують постійного живлення для підтримки свого стану, а не у флеш-пам'яті. Коли транзистор із плаваючим затвором завантажений, він має 0 всередині, а коли він вивантажений, він має 1.

Ці спогади організовані в матричній формі, яка, в свою чергу, формується серією послідовних воріт NAND. Ми називаємо повний блок матриці, а рядки, що складають матрицю, називаються сторінками. Кожен з цих рядків має ємність пам’яті від 2 Кб до 16 Кб. Якщо кожен блок містить 256 сторінок, у нас буде розмір від 256 КБ до 4 Мб.

Різниця між SSD і ОЗУ

З цим першим, що спадає на думку, є оперативна пам’ять. Як ми знаємо, цей тип пам'яті використовується для подачі даних і програм в процесор. Коли ми вимикаємо комп'ютер, пам'ять оперативної пам’яті повністю порожня на відміну від накопичувачів SSD.

Різниця полягає у використанні воріт NAND. Ці логічні елементи зберігають останній електричний стан всередині, а також залишаються навіть без живлення.

Технології виготовлення

В основному існували дві технології зберігання для виготовлення цих пристроїв. Він почав експериментувати з накопичувачами на базі ОЗУ. Для цього потрібен елемент, який постійно постачав їм енергію, щоб не втратити дані.

Через ці обмеження технологія DRAM в цих блоках була знята з появою воріт NAND з енергонезалежним сховищем. Це зараз використовується та є три різні технології виготовлення:

SLC або індивідуальна клітинка рівня

За допомогою цього методу можна зберігати один біт даних для кожної комірки пам'яті. Його конструкція виготовлена ​​з індивідуальних кремнієвих пластин, за допомогою яких ви отримуєте тонку мікросхему пам'яті та єдиний рівень зберігання. Ці мікросхеми мають переваги: ​​більша швидкість доступу до даних, більша довговічність та менше енергоспоживання. З іншого боку, вони мають меншу ємність пам’яті, тому потрібно буде нарощувати більшу кількість свиноматок, тому збільшуючи їх вартість будівництва.

На сьогоднішній день його виробництво обмежується промисловими та серверними кластерними середовищами, де якість зберігання повинна бути вище.

MLC або багаторівнева комірка

Цей спосіб виготовлення якраз протилежний попередньому. Кожен мікросхем пам'яті виготовляється шляхом складання кремнієвих пластин для формування єдиного багаторівневого чіпа. Що стосується його переваг - більша ємність зберігання на один чіп, то можна зберігати по два біти для кожної комірки, що складає загалом 4 різних стану. А також дешевша вартість виготовлення.

Як недоліки ми наводимо навпаки, ніж у попередньому випадку: повільніший доступ та чіпи з меншою міцністю.

TLC або комірка потрійного рівня

У цьому випадку виробничий процес встигає реалізувати 3 біти для кожної комірки, дозволяючи зберігати до 8 станів. Виробнича ціна дешевша, а доступ до вмісту менш ефективний. Таким чином, вони є найдешевшими одиницями, які можна придбати, але з обмеженим життям клітини приблизно 1000.

Технологія TRIM

Предметом, що перебуває в блоках зберігання SSD, є саме їх довговічність. Осередки пам’яті погіршуються для кожного запису та стирання, що робиться для них, це призводить до швидкої деградації часто використовуваних дисків, що призводить до збоїв цілісності файлів та втрати файлів.

Процес видалення файлів з SSD досить складний. Ми можемо записати вміст на рівні рядків, але видалити лише на рівні блоку. Це означає, що якщо в цьому блоці є корисні файли на додаток до тих, які потрібно видалити, вони також будуть видалені.

Щоб запобігти видаленню дійсних файлів, ці файли слід взяти і зберегти в новому рядку, потім видалити блок і переписати дійсні дані там, де раніше. Наслідком всього цього процесу є подальша деградація комірок пам’яті за рахунок додаткового запису та видалення.

У відповідь на це з'являються такі технології, як TRIM. TRIM дозволяє зв’язок між операційною системою та блоком зберігання, щоб саме система передала SSD дані, які вона повинна стерти. Коли ми стираємо дані в Windows, вони фізично не стираються, а натомість набувають права власності на те, що вони не використовуються. Це дозволяє зменшити процеси запису та фізичного стирання комірок пам'яті. У Microsoft ця технологія впроваджена з Windows 7.

Фізичні компоненти накопичувача SSD

Щодо компонентів накопичувача SSD, ми можемо згадати три критичні елементи:

Контролер: це процесор, відповідальний за адміністрування та управління операціями, що виконуються на модулях пам'яті NAND.

Кеш: Також у цьому типі блоків є пристрій пам'яті DRAM для прискорення процесу передачі даних від блоку до оперативної пам’яті та процесора.

Конденсатор: Конденсатори мають функцію збереження цілісності даних при раптових відключеннях електроенергії. Якщо є дані в русі через зріз, завдяки конденсаторам можна буде зберігати ці дані, щоб уникнути втрат.

Технології підключення

SATA

Звичайні SSD мають таку ж технологію підключення, що і звичайні жорсткі диски, тобто для підключення їх до материнської плати використовують порт SATA 3. Таким чином ми матимемо передачу 600 Мб / с.

PCI-Express

Але є ще одна, більш швидка технологія зв'язку та зв'язку під назвою NVMe. Використовуючи цей метод, блоки будуть безпосередньо підключені до слотів розширення PCI-Express на нашій материнській платі. Таким чином можна досягти швидкості передачі до 2 ГБ / с при читанні та 1, 5 ГБ / с у письмовій формі.

Як це нормально, ці жорсткі диски не мають типового 2, 5-дюймового прямокутного формату інкапсуляції, але виглядають як картки розширення, такі як захоплювачі або відеокарти без радіатора.

М.2

Це новий стандарт зв'язку, призначений замінити тип SATA в середньо- та короткостроковій перспективі. Він використовує як протоколи зв'язку SATA, так і NVMe. Ці блоки безпосередньо підключені до конкретного порту, розташованого на материнській платі. Таким чином ми уникаємо зайняття слотів PCI-E і матимемо конкретні порти. Цей стандарт не має швидкості PCI-E, але він набагато вищий, ніж SATA, і вже є накопичувачі всіх виробників за помірними цінами.

Аспекти розгляду SSD

Купуючи SSD, ми повинні знати як його переваги, так і недоліки, а також якщо наша система підходить.

Файлові системи

Як ми бачили, управління SSD-диском сильно відрізняється від того, що ми бачили для звичайних жорстких дисків. Ось чому традиційні файлові системи мали потребу оновити свою внутрішню операційну структуру відповідно до потреб цих накопичувачів. Якби цього не було, це спричинило б швидку деградацію підрозділів, що кардинально скоротило б їхнє життя.

NTFS

Наочний приклад - файлова система Windows. Однією з перших оптимізацій, які були впроваджені, оскільки Windows Vista мала правильно вирівняти розділ до системи. Це дозволило виконувати додаткові операції з читання та запису, оскільки організація секторів відрізняється за механічними підрозділами та SSD.

У пізніших версіях Windows 7 системи реалізують удосконалення для SSD, такі як відключення дефрагментатора файлів, сервіс Superfetch, ReadyBoost та введення команди TRIM для продовження терміну служби SSD.

Переваги SSD над механічним диском

• Читання / запис: Значне збільшення основних операцій за рахунок усунення механічних компонентів. Найбільш помітна і значна його характеристика. Відкриття програм та файлів: безпосередньо з вищесказаного випливає, що програми та файли відкриваються набагато швидше, а час запуску комп'ютера різко скоротиться. Збої та безпека: час між відмовами значно збільшується, а безпека транзакцій збільшується за рахунок поліпшення очищення даних, і немає різниці в продуктивності, коли пристрій повністю або порожній. Видалення файлів також безпечніше, оскільки після фізичного видалення файли повністю неможливо відновити. Енергія: це потребуватиме менше споживання енергії та виробництва тепла. Шум: оскільки механічних елементів немає, виробництво шуму буде нульовим. Вага та опір: за рахунок зменшення механічних компонентів і розмірів їх вага менше, а стійкість до ударів набагато краща.

Недоліки SSD

• Строк корисного використання: зазвичай ці пристрої мають менший термін корисного використання, ніж традиційні диски. Це відносно інтенсивності використання, яка надається цим і технології виготовлення. Ціна: Вартість за ГБ значно вища, ніж традиційні диски. Тож ми знаходимо набагато менші диски з ємністю за більш високими цінами. Ємність для зберігання: жорсткі диски все ще існують на ринку з меншою ємністю для зберігання, ніж механічні накопичувачі. Не через технічні обмеження (оскільки деякий час тому було опубліковано, що Nimbus Data планував побудувати SSD на 100 ТБ), а через їх вартість. Відновлення даних: Як обговорювалося в перевагах, SSD-накопичувачі видаляють файли назавжди, і це також є недоліком, якщо ми хочемо відновити видалені файли. Незважаючи на це, технологія TRIM дає нам можливість у цьому плані. Катастрофічні збої: хоча механічні диски поступово руйнуються, і ми це бачимо, SSD виходять з ладу без попередження, і ця помилка є повною та остаточною. Так ми втратимо файли майже повністю безпечно. Завдання з технічного обслуговування: У цьому випадку ці завдання дуже шкодять жорсткому диску. Дефрагментація SSD не має сенсу, але не рекомендується налаштовувати частину простору на віртуальну пам'ять. Цей процес змушує його зношуватися ще більше.

Якщо ви хочете дізнатися всі подробиці про механічні жорсткі диски, рекомендуємо нашу статтю:

Цим ми закінчуємо своє пояснення про те, що таке SSD і як він працює. Це вам було корисно? У вас є запитання? ?