▷ Что такое ssd, как он работает и для чего он нужен?

Жесткие диски, или, точнее говоря, твердотельные накопители или твердотельные накопители здесь, чтобы остаться. Практически все пользователи, которые покупают новое оборудование, могут найти внутри него хранилище такого типа. Но что такое SSD и как он работает ? В этой статье мы подробно поговорим об этом электронном элементе и чем он отличается от известных жестких дисков с жесткими дисками.

Указатель содержания

Через несколько лет нам повезло, что мы испытали большие изменения в наших компьютерах. Сначала были многоядерные процессоры и их архитектура. Это привело к тому, что оборудование стало быстрее и быстрее, улучшились графические карты, оперативная память Но в нашей команде все еще было узкое место, и это был не что иное, как жесткий диск. С целым компьютером, полным интегральных схем, у нас все еще был механический элемент внутри.

Поэтому было бы бесполезно иметь чрезвычайно быстрый процессор, если доступ к содержимому данных был очень медленным. По этой и другим причинам индустрия цифровых хранилищ приступила к работе и, следовательно, снизила затраты на создание этого нового типа устройств. По мере снижения его стоимости уменьшалась и способность хранить данные, а также надежность.

В наши дни этот элемент уже практически стандартизирован и распространен во всем новом оборудовании. И по относительно доступной цене. Если вы хотите быстрый компьютер, то вы должны иметь один из них для вашей операционной системы. Итак, давайте посмотрим, о чем эти SSD-накопители.

Что такое SSD

Твердотельный накопитель или твердотельный накопитель (SSD) - это устройство хранения данных, основанное на использовании энергонезависимой памяти или обычно называемой флэш-памятью. Таким образом, замена магнитных дисков традиционных жестких дисков.

Эти флэш-памяти, наследники старой EEPROM, позволяют выполнять операции чтения и записи в нескольких ячейках памяти в одной и той же операции, что увеличивает скорость по сравнению с памятью EEPROM, которая может считывать только одну ячейку памяти в каждой операции.

Использование флэш-памяти предполагает использование микросхем для хранения памяти. Исключив движущиеся части обычного жесткого диска, мы значительно увеличим его доступ и скорость записи.

В 2010 году эти отчеты сделали еще один скачок, который действительно привел к снижению производственных затрат и, следовательно, доступности их для пользователей. И это использование дверей NAND для производства этих флеш-воспоминаний.

Одна из наиболее ярких особенностей логического элемента NAND (И или инвертированного Y) заключается в том, что он может сохранять данные внутри даже после отключения питания.

Эти вентили NAND сделаны с использованием транзисторов с плавающим затвором, которые являются предметом, где хранятся биты. В случае оперативной памяти этим транзисторам необходим постоянный источник питания для поддержания их состояния, а не во флэш-памяти. Когда транзистор с плавающим затвором загружен, он имеет 0 внутри, а когда он выгружен, он имеет 1.

Эти воспоминания организованы в матричной форме, которая, в свою очередь, образована последовательными воротами NAND. Мы называем блок полной матрицы, и строки, которые составляют матрицу, называются страницами. Каждая из этих строк имеет емкость от 2 до 16 КБ. Если каждый блок имеет 256 страниц, мы будем иметь размер от 256 КБ до 4 МБ.

Разница между SSD и RAM

При этом первое, что приходит на ум, это оперативная память. Как известно, этот тип памяти используется для подачи данных и программ на процессор. Когда мы выключаем компьютер, в отличие от SSD-накопителей, оперативная память полностью пуста.

Разница заключается в использовании ворот NAND. Эти логические элементы хранят последнее электрическое состояние внутри, а также остаются даже без питания.

Технологии производства

В основном было две технологии хранения для изготовления этих устройств. Он начал экспериментировать с приводами на основе ОЗУ. Это требовало элемента, который постоянно снабжал их энергией, чтобы не потерять данные.

Из-за этих ограничений технология DRAM в этих устройствах была выброшена с появлением вентилей NAND с энергонезависимым хранилищем. Это тот, который используется в настоящее время, и существует три различных технологии производства:

SLC или индивидуальная ячейка уровня

Используя этот метод, можно хранить один бит данных для каждой ячейки памяти. Его конструкция выполнена из отдельных кремниевых пластин, с помощью которых вы получаете тонкий чип памяти и единый уровень хранения. Эти чипы обладают преимуществами более высокой скорости доступа к данным, большей долговечности и меньшего энергопотребления. С другой стороны, они имеют меньший объем памяти, поэтому необходимо будет построить большее количество свиноматок, что увеличит стоимость их строительства.

Его производство пока ограничено промышленными и серверными кластерными средами, где качество хранилища должно быть выше.

MLC или многоуровневая ячейка

Этот метод производства является противоположностью предыдущему. Каждый чип памяти изготавливается путем укладки кремниевых пластин в единый многоуровневый чип. Так как его преимущества заключаются в большей емкости хранения на чип, можно хранить два бита для каждой ячейки, что в сумме дает 4 разных состояния. А также более дешевая стоимость изготовления.

В качестве недостатков мы приводим противоположное, чем в предыдущем случае: более медленный доступ и чипы с меньшим сроком службы.

TLC или трехуровневая ячейка

В этом случае производственному процессу удается реализовать 3 бита для каждой ячейки, что позволяет сохранить до 8 состояний. Цена на производство дешевле, а доступ к контенту менее эффективен. Поэтому они являются самыми дешевыми единицами для приобретения, но с сроком службы ячеек, ограниченным около 1000 операций записи.

Технология TRIM

Тема, ожидающая рассмотрения в накопителях SSD, - это как раз их долговечность. Ячейки памяти ухудшаются при каждой записи и удалении, что приводит к быстрому износу сильно используемых дисков, что приводит к нарушениям целостности файлов и потере файлов.

Процесс удаления файлов с SSD довольно сложный. Мы можем писать контент на уровне строк, но мы можем удалять только на уровне блоков. Это подразумевает, что если в этом блоке есть полезные файлы в дополнение к тем, которые должны быть удалены, они также будут удалены.

Чтобы предотвратить удаление действительных файлов, эти файлы следует взять и сохранить в новой строке, затем удалить блок и затем перезаписать действительные данные там, где они были ранее. Следствием всего этого процесса является дальнейшая деградация ячеек памяти из-за необходимости делать дополнительные записи и удаления.

В ответ на это появляются такие технологии, как TRIM. TRIM обеспечивает связь между операционной системой и запоминающим устройством, поэтому сама система сообщает SSD данные, которые необходимо стереть. Когда мы стираем данные в Windows, данные физически не стираются, а вместо этого приобретают право собственности на них, а не на их использование. Это позволяет уменьшить процессы записи и физического стирания ячеек памяти. От Microsoft эта технология была внедрена начиная с Windows 7.

Физические компоненты SSD-накопителя

Что касается компонентов SSD-накопителя, мы можем упомянуть три критических элемента:

Контроллер: процессор, отвечающий за администрирование и управление операциями, выполняемыми с модулями памяти NAND.

Кэш: Также в этом типе блоков есть устройство памяти DRAM, чтобы ускорить процесс передачи данных от блока к RAM и процессору.

Конденсатор. Конденсаторы имеют функцию поддержания целостности данных в случае внезапного отключения электроэнергии. Если есть данные в движении из-за обрезки, благодаря конденсаторам можно будет сохранить эти данные, чтобы избежать потери.

Технологии подключения

SATA

Обычные SSD имеют ту же технологию подключения, что и обычные жесткие диски, то есть они используют порт SATA 3 для подключения их к материнской плате. Таким образом, у нас будет передача 600 МБ / с.

PCI-Express

Но есть еще одна, более быстрая технология связи и связи, называемая NVMe. Используя этот метод, устройства будут напрямую подключены к слотам расширения PCI-Express на нашей материнской плате. Таким образом можно достичь скорости передачи до 2 ГБ / с при чтении и 1, 5 ГБ / с при записи.

Как обычно, эти жесткие диски не имеют типичного 2, 5-дюймового формата прямоугольной инкапсуляции, но выглядят как карты расширения, такие как устройства захвата или графические карты без радиатора.

M.2

Это новый стандарт связи, предназначенный для замены типа SATA в среднесрочной и краткосрочной перспективе. Он использует протоколы связи SATA и NVMe. Эти устройства напрямую подключены к определенному порту, расположенному на материнской плате. Таким образом мы не занимаем слоты PCI-E и у нас будут определенные порты. Этот стандарт не имеет скорости PCI-E, но он намного выше, чем SATA, и уже есть накопители от всех производителей по умеренным ценам.

Аспекты для рассмотрения SSD

При покупке SSD мы должны знать как его преимущества, так и недостатки, а также, подходит ли наша система.

Файловые системы

Как мы видели, управление SSD-диском сильно отличается от того, что мы видели для обычных жестких дисков. Вот почему традиционным файловым системам необходимо было обновить свою внутреннюю операционную структуру в соответствии с потребностями этих дисков. Если бы это было не так, это привело бы к быстрой деградации подразделений, что резко сократило бы их срок службы.

NTFS

Ярким примером является файловая система Windows. Одна из первых оптимизаций, которые были реализованы, так как Windows Vista должна была правильно настроить раздел в системе. Это позволило выполнять дополнительные операции чтения и записи, потому что организация секторов отличается в механических устройствах и SSD.

В более поздних версиях Windows 7 системы реализовали улучшения для твердотельных накопителей, такие как отключение дефрагментации файлов, служба Superfetch, ReadyBoost и введение команды TRIM для продления срока службы твердотельных накопителей.

Преимущества SSD перед механическим диском

• Чтение / запись: значительное увеличение основных операций за счет исключения механических компонентов. Его наиболее заметная и значимая характеристика. Открытие приложений и файлов: непосредственно из вышеизложенного следует, что приложения и файлы открываются гораздо быстрее, а время запуска компьютера резко сокращается. Отказы и безопасность. Время между сбоями значительно возрастает, а безопасность транзакций повышается за счет улучшения очистки данных, и производительность не меняется, когда устройство заполнено или пусто. Удаление файлов также безопаснее, поскольку после физического удаления файлы полностью невозможно восстановить. Энергия: потребует меньше энергии и тепла. Шум: поскольку нет механических элементов, шум будет нулевым. Вес и сопротивление: благодаря уменьшению механических компонентов и размеров их вес меньше, а сопротивление ударам значительно выше.

Недостатки SSD

• Срок полезного использования: эти устройства обычно имеют меньший срок полезного использования, чем традиционные диски. Это относительно интенсивности использования, которое дано им и технологии производства. Цена: стоимость за ГБ значительно выше, чем у традиционных дисков. Таким образом, мы находим диски меньшей емкости по более высокой цене. Емкость хранения: на рынке все еще существуют жесткие диски с меньшей емкостью, чем у механических дисков. Не из-за аппаратных ограничений (так как некоторое время назад было опубликовано, что Nimbus Data планировал построить SSD на 100 ТБ), а из-за их стоимости. Восстановление данных: как обсуждалось в преимуществах, твердотельные накопители удаляют файлы навсегда, и это также является недостатком, если мы хотим восстановить удаленные файлы. Несмотря на это, технология TRIM дает нам возможность в этом отношении. Катастрофические отказы: в то время как механические диски постепенно деградируют, и мы можем заметить это, SSD отказывают без предупреждения, и эта ошибка является полной и окончательной. Таким образом, мы потеряем файлы почти полностью безопасно. Задачи обслуживания: В этом случае эти задания очень вредны для жесткого диска. Дефрагментация SSD не имеет смысла, но не рекомендуется настраивать часть пространства для виртуальной памяти. Этот процесс заставляет его носить еще больше.

Если вы хотите узнать все подробности о механических жестких дисках, мы рекомендуем нашу статью:

На этом мы заканчиваем наше объяснение о том, что такое SSD и как он работает. Было ли это полезно для вас? У вас есть вопросы? ?