Содержание
Короткие байты: SSD (Solid State Drive) — новый разговор о городе, и его популярность растет с каждым днем. Было бы интересно узнать, что такое SSD, что находится внутри этих немеханических запоминающих устройств, как работают SSD и в чем разница между SSD и HDD.
Современные твердотельные накопители являются отличным вариантом по сравнению с традиционными вращающимися жесткими дисками, которые являются основным средством хранения с последних 50-60 лет. Этот вариант хранения на магнитной ленте оказался слишком коротким, когда дело доходит до согласования скорости с процессором компьютера. Он все еще отстает, когда речь идет о снижении задержек при доступе к данным.
С другой стороны, SSD (Solid State Drive) предпринял значительную попытку конкурировать с задержкой, предлагаемой процессорами, но они отстают, но все же они являются преимуществом по сравнению с дисками с вращающимся кругом. Обычные жесткие диски — это вращающиеся магнитные диски, используемые для хранения данных, таких как файлы ОС, фильмы, музыка, игры и т. Д. Они являются дешевым вариантом, но их главный недостаток в том, что они медленные.
Говоря об их происхождении, их предки были там, когда мы работали на компьютерах с вакуумными трубками. Хранение в режиме постоянного заряда на заряженном конденсаторе (CCROS) и память на магнитных сердечниках были двумя похожими технологиями в 1950-х годах.
Что такое SSD?
SSD (твердотельный накопитель или твердотельный диск) — это энергонезависимое запоминающее устройство, которое хранит постоянные данные в твердотельной флэш-памяти.
Что внутри SSD?
SSD (твердотельные накопители) представляет собой интегральную схему под капотом, которая используется для хранения данных. Их электронный интерфейс совместим с блочным интерфейсом ввода / вывода, используемым HDD. Вы можете просто заменить свой старый жесткий диск на новый SSD за считанные минуты, при условии, что вы достаточно опытны, чтобы успешно открыть компьютерное оборудование. И без движущихся частей, они намного быстрее и способны противостоять ударам. Они не будут возражать, даже если вы достаточно небрежны, чтобы бросить их со своего стола.
Память:
Ранние версии SSD основывались на энергозависимой памяти DRAM, которая обеспечивала более быстрый доступ и низкую задержку, но единственная проблема заключалась в том, что данные не могли быть сохранены в памяти при отсутствии источника питания. Именно в 2009 году были представлены твердотельные накопители на основе энергонезависимой памяти NAND, что способствовало их широкому распространению. Хотя они медленнее, чем те, что основаны на DRAM, они все еще могут обогнать обычные жесткие диски. И самое большое преимущество заключается в том, что данные остаются без изменений, даже если вы отключите питание.
Память NAND состоит из транзисторных ячеек с плавающим затвором, которые сохраняют свои зарядовые состояния при отсутствии питания. Плавающий затвор содержит электроны, а заряженное состояние представлено двоичным битом 0, а разряженное состояние — 1. Бинарный бит 0 представляет данные, хранящиеся во флэш-памяти NAND. Ячейки присутствуют в виде сетки, а сетка называется блоком. Отдельная строка в блоке называется Page с размерами 2K, 4K, 8K или 16K. Каждый блок содержит 128-256 страниц, поэтому приблизительный размер блока варьируется от 256 КБ до 4 МБ.
NAND Flash — это либо одноуровневая ячейка (SLC), которая хранит только один двоичный бит в одном транзисторе с плавающим затвором, и многоуровневая ячейка (MLC), которая хранит два бита. Понятно, что у последнего больше емкости, но это дорого, они быстрее изнашиваются. Флеш-память NAND типа MLC дешевле, чем SLC, и используется в твердотельных накопителях промышленного уровня (после внесения некоторых изменений), которые требуют большей емкости хранения, но быстрее разрушаются.
контроллер:
Он отвечает за то, как данные хранятся во флэш-памяти. Он разработан для различных требований и может быть свободно разделен на две группы, одну для сред с низким рабочим циклом, таких как флэш-диски, SD-карты, камеры и т. Д., В которых непрерывные операции чтения / записи не требуются. Другая среда — это высокий коэффициент заполнения, который требует постоянных операций чтения / записи в памяти, таких как твердотельные накопители.
Flash Controller выступает в качестве посредника между носителем данных и компьютером. Это встроенный процессор, который отвечает за производительность SSD. Каждый раз, когда компьютер хочет получить доступ к флэш-памяти для выполнения операции чтения / записи, контроллер флэш-памяти вступает в действие.
Контроллер также управляет ячейками флэш-памяти. Эффективная обработка ячеек памяти необходима, поскольку твердотельные накопители поддерживают ограниченное количество циклов чтения / записи, порядка 10 тысяч. И было бы разумно развернуть что-то, что гарантирует одинаковое использование всех ячеек, чтобы сохранить срок службы флэш-носителей. В противном случае некоторые ячейки станут неработоспособными, а некоторые останутся неиспользованными в течение всего срока службы SSD. Производители используют метод, известный как выравнивание износа, чтобы убедиться, что ухудшение флэш-памяти происходит равномерно с течением времени, программируя контроллер для эффективного использования всех элементов.
Другая задача, назначенная контроллеру, называется сбором мусора. В этом процессе, когда операция записи завершается для каждого блока памяти в течение одного раза, контроллер проверяет блоки на наличие страниц, которые потребуются компьютеру. Затем он копирует эти страницы в новый блок и оставляет существующий блок (известный как устаревший блок) для удаления и заполнения новыми данными.
Контроллер управляет другими важными операциями, такими как введение кода с исправлением ошибок (ECC), который представляет собой битовую последовательность хранимых данных и помогает в восстановлении данных в случае их повреждения. Контроллер также отображает поврежденные сектора во флэш-памяти, которые вызваны повреждением SSD. Это могут быть логические поврежденные сектора, которые можно исправить, или физические поврежденные сектора, которые представляют собой постоянно поврежденные части флэш-памяти и не могут быть исправлены. Контроллер использует ECC для выполнения операции очистки памяти, которая включает сканирование и восстановление поврежденных данных в разных местах памяти.
кэш:
Небольшой объем энергозависимой памяти DRAM ведет себя как кэш для хранения данных выравнивания износа и для поддержки каталога размещения блоков. Это повышает производительность SSD, но в то же время увеличивает энергопотребление.
Как работают SSD?
Если говорить на базовом уровне, внутри твердотельного накопителя, транзисторы работают последовательно. Первоначально все транзисторы установлены на значение 1 (не заряжены). Когда начинается операция сохранения, ток начинает течь через цепочку транзисторов, и значение для некоторых транзисторов становится равным 0, поскольку в них хранятся данные. В сетке каждое пересечение строк и столбцов называется ячейкой, которая состоит из двух транзисторов, один из которых является управляющим затвором, а другой — плавающим затвором. Ток течет в плавающий затвор, а электроны — в управляющий затвор. Таким образом, развивается чистый положительный заряд, который прерывает течение тока. Точно так же мы можем иметь уникальный шаблон 1 и 0, применяя правильные значения напряжения.
Разница между SSD и HDD:
Преимущества SSD перед HDD:
Время быстрой загрузки: Твердотельные накопители могут отстать от скорости, которую они предлагают, когда требуется молниеносная загрузка ОС. Типичный SSD потребительского уровня может загружать вашу ОС Windows почти вдвое быстрее, чем требуется для вращающегося диска.
Быстрое чтение / запись: Около 500 мегабайт в секунду для среднего SSD по сравнению с 150 мегабайтами в секунду на жестком диске. Твердотельные накопители могут быть вам полезны, если вы графический дизайнер, который использует большое программное обеспечение для редактирования видео или какой-то хардкорный геймер в шпионской миссии.
Низкое энергопотребление: Эти устройства флэш-памяти предназначены для использования меньше по сравнению с их традиционными альтернативами. Таким образом, батарея вашего ноутбука будет работать дольше, и вы сможете сэкономить на счетах за электроэнергию.
Уменьшенное шумовое загрязнение: Известно, что вращающиеся жесткие диски издают звуки, которые иногда раздражают, когда вы находитесь в центре чего-то, что требует большой концентрации. SSD могут иметь большое значение на этой ноте; Вы даже не заметите этих безмолвных движущих сил в действии.
Форма и размер: Их интегральная схема может размещаться в компактном корпусе, но они предназначены для размещения в обычных жестких дисках. Они могут быть установлены прямо из коробки в том же слоте, где находится ваш старый жесткий диск.
Недостатки SSD перед HDD:
Карманная цена горения: За прошедшие годы цены на твердотельные накопители упали, но дедушки на их магнитных дисках значительно дешевле. Наиболее вероятная причина в том, что они не так популярны, как жесткие диски, и технология должна стать более зрелой. Возможно, в ближайшие годы мы увидим замену флэш-памяти NAND другим типом памяти, обеспечивающим более доступные твердотельные накопители на рынке.
Потеря данных из-за отключения питания: Хотя они более надежны, чем их вращающиеся коллеги. Их чувствительный характер отражается при отключении электроэнергии. Прерванные операции записи и даже полная потеря данных возможны в случае прерывания питания.
Ограниченная продолжительность жизни: Самый большой недостаток SSD в том, что со временем он теряет свои возможности записи. Это потому, что невозможно изменить одно-битное значение в SSD. Для этого необходимо стереть и переписать большой блок данных. Когда цикл стирания выполняется для ячейки, остается некоторый остаточный заряд. Этот заряд увеличивает сопротивление элемента и, в конечном счете, ток не может пройти через него. Таким образом, это становится бесполезным.
Я рассказал вам о технике выравнивания износа, которая применяется для решения этой проблемы. Но это не полностью защищенное решение, и оно только замедляет процесс деградации за счет равномерного износа SSD. Он включает в себя сложные алгоритмы, которые сложно протестировать исчерпывающе и может привести к потере данных, вызванной ошибками прошивки. Следует отметить одну важную вещь: эта проблема не влияет на способность чтения SSD, так как во время операции чтения значение заряда не изменяется.
Один из подходов, меняющих игру, используемый производителями, — это гибридный диск, основанный на методе, известном как SSD Caching, который не следует путать с кеш-памятью внутри SSD. При этом часто используемые данные и приложения копируются на SSD, который действует как кэш-память. Жесткий диск действует как основное устройство хранения, которое хранит все данные. Таким образом, у нас есть молниеносный носитель, а также места для хранения нашей музыки, фильмов и игр.
Эти немеханические приводы могут иметь преимущество в скорости перед вращающимися жесткими дисками, но старые лошади по-прежнему дешевле этих современных спортивных автомобилей. Новые технологии, такие как HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording), являются разработкой для жестких дисков, которая поможет им сохранить свой трон на рынке. Жесткие диски проделали огромную работу, революционизировав компьютерный мир. С течением времени и повышенным спросом на высокоскоростные носители, твердотельные накопители позиционируют себя в качестве потенциального кандидата на будущее хранилища. Недавно Samsung выпустила твердотельный накопитель PM1633a емкостью 15 ТБ, который можно рассматривать как первые шаги к светлому будущему этих твердотельных носителей.
Сейчас смотрите: лучшие советы и хитрости на YouTube
