Принцип работы ssd: Принцип работы SSD — Принцип работы накопителей информации

Принцип работы SSD | Brain Fart

Кроме того, в предыдущей статье рассматривали основные преимущества названных дисков и технологии в целом. А в этой статье рассмотрим ее недостатки.

Твердотельный диск

Как всегда, целый список

В основном SSD диски могут разочаровать:

• из-за своей стоимости. По сравнению с  HDD дисками они стоят дороже, а вот информации хранят меньше.
• Эти диски уязвимы. Опять же по сравнению с устройствами, имеющих магнитный принцип записи. Они чувствительны к перепадам и отключениям электричества, магнитным полям и так далее.
• На SSD диске всегда должно сохраняться около 20% свободного места. Полностью заполнять его нельзя.
• Продолжительность срока службы диска зависит от количества производимых записей.
  Теперь посмотрим на весь список подробнее. Выясним, по какому принципу происходит работа диска.

Мы уже отмечали, что это твердотельный накопитель информации.

Здесь нет тех пластин с ферромагнитным слоем, которые используются в жестких дисках. Здесь применяют NAND чипы.

Твердотельный дискNAND чипыNAND чипы

Что такое NAND память?

Это «продвинутая» флеш-память, имеющая более высокую производительность и долговечность. Раньше эти чипы были больше и отличались конструктивно.

Цепочка эволюции простая и короткая. Впервые флеш-память была выпущена в 1984 году компанией Toshiba. Потом, в 1988 году это был уже коммерческий вариант от Intel. Но в 1989 году появилась флеш-память NAND и стала считаться новым типом.

Различают три уровня памяти NAND:

• трехуровневая TLC, или Three Level Cell;
• двухуровневая MLC, или Multi Level Cell;
• одноуровневая SLC, или Single Level Cell.

Специалисты рекомендуют использовать устройство с чипом SLC. Это самый надежный вариант. Информации в ячейке хранится не более одного бита.

И по сравнению с этим решением, два дургих хранят в одной ячейке по два или три бита информации. Для этого используются на затворах ячеек памяти разные уровни заряда электричества.

Все это можно посмотреть на схеме, расположенной ниже.

Уровни памяти

Когда структура имеет много уровней, тогда увеличивается вместимость чипов. При этом объем не меняется, а вот гигабайт информации удешевляется. Но не все так просто. Срок жизни чипов становится меньше, ведь зависит он от того, сколько перезаписей было произведено.

Если одноуровневый диск выдерживает сто тысяч перезаписей, двухуровневый только десять тысяч, а трехуровневый всего-то пять тысяч. Дело в том, что диэлектрический слой, находящийся в затворе ячейки, постепенно разрушается. Происходит это под воздействием электричества. И при большой моличестве уровней, каждый раз распознавание усложняется. Таким образом, чтобы найти нужную ячейку, требуется больше и больше времени. Отсюда возникновение ошибок при прочитывании информации.

Нельзя сказать, что проблему эту не решают. Уже разработаны специальные контролеры. Это микроконтроллеры высокоинтеллектуальные и они управляют SSD дисками. Их задачей является запись информации, процедуры вывода и ввода. Таким образом происходит контроль за износом ячеек, распределение нагрузки равномерное и коррекция ошибок.

Но не износ ячеек SSD может стать проблемой для пользователя, а контролер. Оказывается, к перепадам энергоснабжения он наиболее чувствителен и при скачке напряжения или полного внезапного отключения он просто выходит их строя. При этом может оказаться потерянной вся информация. Восстановить ее в некоторых случаях можно, но в основном это оказывается слишком трудоемко и дорого. Чего не сказать о дисках HDD.

И совершенно не случайно в сети можно увидеть в свободном доступе обновленные прошивки для SDD дисков. Так производители заботятся о пользователях. Так постепенно можно сделать диск работоспособным в случае «аварии».

Чаще всего рекомендуют обновлять прошивку firmware. Найти ее можно на специализированном сайте от производителя.

Как еще можно продлить срок службы накопителя?

Производители рекомендуют часть ячеек оставлять незадействованными. Это примерно 20%. Так можно использовать метод, применяемый в дисках с магнитным способом записи. Когда некоторые ячейки оказались изношенными, они динамично заменяются на резервные.

Но каждый пользователь может самостоятельно контролировать срок службы своего диска. Можно таким образом настроить операционную систему, чтобы она лишний раз не обращалась к диску.

Как это делается?

Вот несколько советов или примеров. Все знают, что ОП Windows часто использует файл pagefile.sys скрытый системой. Это файл подкачки. И происходит этот процесс с использованием некоторой части ячеек твердотельного диска. Таким образом, быстро исчерпывается отведенное количество записи/перезаписи. Ячейки просто изнашиваются.

Избежать неприятностей можно. Просто этот файл подкачки должен быть перенесен на другой диск. Можно от этого файла даже отказаться совсем и есть объем оперативной памяти большой, то ничего страшного не произойдет.

Далее учтите следующее. Дефрагментацию диска делать не нужно. Для данного типа устройств она не просто не нужна, а даже вредна. И все потому, что это будет ненужно обращение к диску, и как следствие, изной преждевременный ячеек. Поэтому службу дефрагментации попросту отключите. Сделайте это и со службой индексирования файлов. Она нужна для того, чтобы файлы находились быстро. Но на деле она практически не используется.

В принципе все понятно. Но есть еще возможность оптимизировать работу накопителя SSD. Сделать это возможно с помощью программы SSD Mini Tweaker. Просто поставьте нужные галочки и примените изменения, нажав соответствующую кнопку.

Оптимизация

После перезагрузки компьютера изменения станут «законными». Это удобная программа и прежде всего потому, что интерфейс на русском языке. Даже справка тоже на русском и понятна пользователю. С каждой отключенной или включенной заново функцией можно познакомиться при желании подробно.

Но скачивать утилиту нужно из проверенных источников. сегодня доступны версии для систем 64 и 32-х разрядных.

Надо упомянуть и еще об одной разработке. Это программа SSD Life Pro. Она должна следить за тем, какое время используется диск и вовремя просигнализировать о его возможной «кончине». Но на практике подсчет времени не всегда оказывается точным.

SSD Life Pro

На изображении видна довольно интересная информация. Смотрите, «FW: 1.00» показана версия прошивки диска firmware. Так же показано, насколько диск свободен или занят информацией. Далее, подсчитано количество включений диска, начиная с первого запуска. Если есть строка TRIM, то диск будет иметь хорошую производительность.

А следующее изображение показывает, как работает та же самая программа, но на сайте производителя. Прогноз состояния диска Intel здесь несколько отличается и все потому, что свои данные диск передал корректно.

Прогноз состояния

Если верить программе, то диск выйдет из строя в 2020 году.

Как производится расчет времени? С этим можно подробно ознакомиться на сайте производителя. Для этого достаточно нажать в окне программы на кнопку «Как вы это считаете?».

Всеми уважаемая компания Intel пользователям своих дисков дает рекомендации. Там четко описана работа диска SSD, ее принцип и желательное количество информации. Обычно это 75% от всего объема. Резерв в 15-20% свободного места оставлять нужно обязательно. Так устройство будет работать быстрее и стабильнее.

Если подводить итог, то можно сказать с уверенностью, что диск SSD уместен там, где есть ОП и необходимые программы. Хорошо покажет себя этот диск на сервере, когда будет кешировать статичные данные.

Самое главное преимущество

Теперь несколько слов о том, почему именно SSD диски оказываются такими быстрыми и в чем их основное отличие от всех предыдущих разработок.

Первой причиной можно назвать чип контролера. Кроме того, что он интеллектуальный, он еще и многоканальный. Это позволяет производить запись одновременно в каждый чип диска. Отсюда хорошие скоростные данные.

Если вы имеете не самую дешевую модель диска, то можете не сомневаться, что там есть элементы, дополнительно устанавливаемые на плату. например, конденсаторы, сохраняющие данные в кеш памяти, если вдруг происходит сбой в питании.

Когда в диске большая часть ячеек станет непригодной для записи, то при условии, что прошивка качественная, диск блокируется для записи. С этого момента он работает в режиме чтения данных и только. Таким образом, все данные пользователя сохраняются. Появляется возможность создать копию, пока диск полностью не вышел из строя.

В заключении хотелось бы рассказать о таком твердотельном диске как RAM SSD. Это гибридное устройство, имеющее энергонезависимый чип. В принципе он такой же как модуль оперативной памяти компьютера.

Преимущество этого устройства в чрезвычайно высокой скоростью записи и чтения данных. Использование его помогает ускорить работу при больших базах данных.

 В таком устройстве есть свой аккумулятор, он особенно актуален, когда нет электроэнергии или питание не стабильно. Есть так же и системы, осуществляющие резервное копирование, но этим обладают только дорогие модели. При этом копирование происходит на носитель HDD.

Система это устройство считает жестким диском. И выглядит он примерно так.

RAM SSD RAM SSD 

Иногда можно увидеть и такой вариант, как PCI Express X1.

RAM SSD PCI Express X1RAM SSD PCI Express X1

И везде один и тот же принцип работы. И чипами флеш-памяти здесь являются RAM модули.  

Видео: SSD диск

Твитнуть

Поделиться

Плюсануть

Поделиться

Класснуть

Что такое SSD? Это твердотельные диски. Посмотрим, по какому принципу они работают и их основные функции. Мы уже говорили о дисках SSD и HDD. Даже проводили сравнение. Мы уже знаем, как они выглядят изнутри и из чего состоят. Комплектующие 4.81 14 Идёт загрузка…

Что такое портативный SSD-накопитель и как он работает

В современном мире мы храним огромное количество данных — фотографии, видео, музыку, игры и другие файлы, которые занимают много места и замедляют работу нашей системы. Когда свободное место заканчивается, а это случается довольно часто, универсальным решением может стать портативный твердотельный накопитель, или SSD. К основным преимуществам портативного SSD можно отнести более высокую скорость работы, повышенную надежность и более компактный размер по сравнению с портативным жестким диском (HDD). Компания Crucial®, один из лидеров в сфере производства встраиваемых SSD-накопителей, представляет две портативных модели SSD — Crucial X6 и X8. Обе версии позволяют безопасно хранить и передавать фотографии, видео, файлы, документы, музыку и игры на одном портативном устройстве SSD, обеспечивая надежность и феноменальное качество, ожидаемые от бренда Crucial.

Задавались ли вы когда-либо вопросом: «Что такое твердотельный накопитель»? Портативные SSDs-накопители — то же, что и встраиваемые SSD-накопители, но переносимые, долговечные, удобные, а также совместимые с любым оборудованием. Вне зависимости от ваших увлечений или сферы деятельности SSD-накопители Crucial будут работать практически с любой системой или устройством. Благодаря цельному алюминиевому корпусу и рекордной оценке за свою устойчивость к падению с высоты в 2,3 метра накопители X6 и X8 достаточно надежны и будут функционировать практически в любых условиях. 

Портативные SSD, как и внутренние SSD, вместе с компьютерной памятью и процессорами обеспечивают доступ к данным и их хранение в течение длительного времени. Как и во флэш-накопителях, в SSD-накопителях используется сеть электрических ячеек для отправки и получения данных на хранение. Разница между твердотельными накопителями (SSD) и жесткими дисками (HDD) заключается в том, что жесткие диски хранят данные на вращающейся пластине, доступ к которой осуществляется посредством механической головки. Иными словами, внутри SSD отсутствуют движущиеся детали: вращающиеся пластины или движущиеся головки.

Портативные SSD предлагают все преимущества внутренних SSD, но при этом их не нужно устанавливать в компьютер. Кроме того, их можно использовать с несколькими системами и устройствами. Crucial X8 прост и удобен в использовании. Подсоедините его, и вы сразу же получите все преимущества и высокую скорость SSD, который можно отсоединить и при необходимости взять с собой куда угодно.

Накопители Crucial X8 обеспечивают невероятно высокую производительность и скорости до 1050 МБ/с, что позволяет им работать в 7,5 раз быстрее портативных HDD. Накопитель Crucial X6 обеспечивает скорость до 540 МБ/с, что примерно в 3,8 раз быстрее портативных HDD. Обе модели накопителей Crucial обеспечивают более быструю загрузку и высокую производительность за счет мгновенного запуска, предоставляя вам преимущества высоких скоростей чтения и записи.

Скорость внешнего диска внутри вашего компьютера непосредственно влияет на скорость передачи портативного SSD-накопителя. Диски SATA могут с трудом достигать пиковых скоростей передачи данных при использовании с быстрыми портативными SSD, тогда как технология NVMe создана для работы с флэш-памятью и может легко обеспечить самые высокие скорости. Тем не менее диски SATA, работающие вместе с портативными SSD, все же демонстрируют исключительное быстродействие.

Портативные SSD-накопители Crucial совместимы с большинством устройств и позволяют увеличить объем хранилища практически любого компьютера, планшета, телефона или игровой приставки. Если вам необходимо передавать большие объемы данных или запускать программы с внешнего накопителя, приобретите портативный SSD. Портативные SSD-накопители Crucial X6 и X8 работают со следующими системами:

• Windows^® 10, 8. 1
• macOS^®
• iPad Pro^® (модель с USB-C 2018 г.)5
• Chromebook^®
• Android^®4
• Linux^®
• PS4^® и PS4 Pro^®3
• Xbox One^® и Xbox One Pro ^®3

Эффективное использование портативного SSD зависит от нескольких факторов. Тип хранилища, встроенное ПО, наличие поддержки Trim и регулярная проверка состояния накопителя могут стать определяющими критериями исправности и высокого быстродействия SSD. 

• Для оптимальных показателей производительности и качества хранения лучше всего, чтобы на нем всегда оставалось 10–15 процентов свободного места. Если на портативном SSD останется слишком мало или вообще не останется места, у него может снизиться скорость записи.
  
• Чтобы портативный SSD-накопитель работал с максимальной производительностью и на нем не возникали программные ошибки или технические неполадки, необходимо обновлять встроенное ПО.
• Все SSD Crucial разрабатываются и тестируются с учетом того, что в операционной системе будет использоваться Trim, однако не все операционные системы поддерживают Trim, бывает и такое. Если система не поддерживает Trim, задумайтесь о том, чтобы поменять ее на ту, которая поддерживает.
• Отслеживайте состояние портативного SSD Crucial X8 с помощью системы самоконтроля, анализа и отчетности (S.M.A.R.T.), такой как Storage Executive.

Сегодня портативные SSD стали более удобными и доступными, а также предлагают более высокую производительность и скорость, чем когда-либо. Подключите Crucial X8 к своим устройствами и сами оцените все его преимущества.

<sup>1. Максимальная скорость в МБ/с измерена компанией Crucial при выполнении последовательных операций на высокопроизводительном настольном компьютере с помощью программы Crystal Disk Mark (версии 6.0.2 для x64). Производительность на вашем устройстве может отличаться. Сравнительные данные по максимальной скорости получены при выполнении последовательных операций на портативных SSD в этой категории, на популярных HDD и на популярных флэш-накопителях USB от производителей, реализующих устройства под своими брендами по данным на июнь 2019 года.
2. Совместимость может отличаться и напрямую зависит от форматирования устройства и возможностей хоста. Дополнительную информацию см. на веб-сайте https://www.crucial.ru/support/x8.
3. Для работы может потребоваться последняя версия встроенного ПО. Дополнительную информацию см. на веб-сайте https://www.crucial.ru/support/x8.
4. Совместимые устройства Android должны быть способны работать с запоминающими устройствами для USB через OTG (On-the-Go, расширение спецификации USB 2.0 для соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК). Может потребоваться обновление операционной системы и переформатирование. Дополнительную информацию см. на веб-сайте https://www.crucial.ru/support/x8.
5. Для работы Crucial X8 с устройствами iPad Pro с портом USB-C требуется iPadOS 13. Дополнительную информацию см. на веб-сайте https://www.crucial.ru/support/x8.
6. Устойчивость к падению на пол с ковровым покрытием с высоты 2,3 метра без повреждения данных на накопителе. © Micron Technology, Inc., 2019</sup> 

БУЛАТ — Публикации

Производительность современных центральных процессоров, определяющих вычислительные возможности ПК, существенно превосходит производительность традиционных жестких дисков (HDD). В результате, именно подсистемы хранения данных во многих случаях становятся узким местом, сдерживающим рост производительности компьютеров в целом. Использование дорогостоящих решений на основе RAID-массивов лишь отчасти позволяет решить проблему дисбаланса в производительности процессоров и подсистем хранения данных на основе HDD. В дальнейшем дисбаланс производительности процессоров и HDD-дисков будет только увеличиваться, и мы неизбежно придем к тому, что производительность компьютера во многих приложениях уже перестанет определяться производительностью процессора, а будет упираться в самое слабое звено — подсистему хранения данных. Так, с 1996 года усредненная производительность процессоров выросла в 175 раз, в то время как производительность HDD-дисков (имеется в виду выборочное чтение блоков размером 20 Кбайт) — всего в 1,3 раза [1].

Сегодня единственным способом решения этой проблемы является переход от HDD к твердотельным дискам SSD (Solid State Drive) на основе флэш-памяти. Такие диски способны обеспечить уровень производительности, который в полной мере отвечает производительности современных многоядерных процессоров.

Твердотельные накопители или SSD (solid-state drive) по сравнению с классическими жёсткими дисками предлагают заметно более высокие скорости передачи данных и на порядки более низкое время отклика. В результате ПК, в котором используется твердотельный накопитель, предлагает пользователю по-настоящему стремительную реакцию на обычные действия вроде загрузки операционной системы, запуска приложений или открытия файлов.

Высокая производительность — это не единственное преимущество SSD-дисков. Они также абсолютно бесшумны, поскольку не содержат движущихся частей, и потребляют гораздо меньше электроэнергии по сравнению с HDD-дисками. Так, энергопотребление обычного 2,5-дюймового HDD-диска в режиме активности составляет порядка 2,5-3 Вт и порядка 0,85-1 Вт в режиме простоя (Idle). Если HDD-диск не активен, то через некоторое время (в зависимости от настроек) он переходит в режим пониженного энергопотребления (Standby или Sleep) и при выходе из этого режима ему требуется порядка 1-2 с для раскрутки. Типичное энергопотребление SSD-диска (не серверного) в режиме активности составляет порядка 0,15 Вт, а в режиме простоя — 0,06 Вт. Переход из режима активности в режим пониженного энергопотреб­ления происходит автоматически, если диск не активен в течение 25 мс. Отметим, что для автоматического перехода SSD-диска в режим пониженного энергосбережения необходимо активировать функцию Device Initiated Power Management (DIPM) в реестре, поскольку по умолчанию задана функция Host Initiated Power Management (HIPM), когда переходом в режим пониженного энергопотребления управляет не сам диск, а операционная система.

Появление столь прорывной технологии было по достоинству оценено многими пользователями. Спрос на твердотельные накопители потребительского уровня лавинообразно вырос, а к производству SSD стали присоединяться всё новые и новые компании. Десятки производителей предлагают сотни различающихся между собой по характеристикам SSD, и найти в таком многообразии подходящее решение для каждого конкретного случая становится очень непросто, особенно без досконального знания всех тонкостей. 

Форм-факторы и интерфейсы

Первое и самое заметное различие между имеющимися на рынке твердотельными накопителями заключается в том, что они могут иметь различное внешнее исполнение и подключаться в систему по разным интерфейсам, использующим для передачи данных принципиально различные протоколы.

Наиболее распространены SSD, обладающие интерфейсом SATA. Это ровно тот же интерфейс, что применяется в классических механических жёстких дисках. Поэтому большинство SATA SSD и выглядят похожим на мобильные HDD.

SSD накопители, использующие интерфейс SATA, стали своего рода правопреемниками HDD, и это обуславливает их повсеместное распространение и широчайшую совместимость с существующими платформами. Однако современная версия SATA-интерфейса рассчитана на максимальную скорость передачи данных лишь на уровне 6 Гбит/с, которая кажется запредельной для механических жёстких дисков, но не для SSD. Поэтому производительность наиболее мощных моделей SATA SSD определяется не столько их возможностями, сколько пропускной способностью интерфейса. Это не особенно мешает массовым твердотельным накопителям раскрывать свою высокую скорость, но наиболее производительные модели SSD для энтузиастов интерфейс SATA стараются обходить стороной. Тем не менее, именно SATA SSD является самым подходящим вариантом для современной общеупотребительной системы.

В тех же случаях, когда пропускной способности, предлагаемой SATA-интерфейсом, кажется недостаточно, обратить внимание можно на SSD накопители с интерфейсом PCI Express. В зависимости от того, какая версия протокола и сколько линий используется накопителем для передачи данных, пропускная способность этого интерфейса может доходить до значений, впятеро превосходящих возможности SATA. В таких накопителях обычно используются самая производительная начинка, и они существенно обходят по скорости более привычные SATA-решения. Необходимо отметить, что SSD накопители с интерфейсом PCI Express существенно дороже, поэтому чаще всего они попадают в наиболее высокопроизводительные системы высшей ценовой категории.

В последнее время популярны накопители c интерфейсом PCI Express, работающие по протоколу NVMe. Это – новый программный протокол работы с устройствами хранения данных, который дополнительно увеличивает быстродействие системы при взаимодействии со скоростной дисковой подсистемой. За счёт сделанных в нём оптимизаций этот протокол действительно обладает лучшей эффективностью, но сегодня к NVMe-решениям нужно относиться с осторожностью: они совместимы лишь с самыми новыми платформами и работоспособны только в новых версиях операционных систем.

В то время как пропускной способности интерфейса SATA становится недостаточно для скоростных моделей SSD, а PCIe-накопители громоздки и требуют для своей установки отдельного полноразмерного слота, на сцену постепенно выходят накопители, выполненные в форм-факторе M. 2. Похоже, что именно M.2 SSD имеют шанс стать следующим общепринятым стандартом, и они будут не менее популярны, чем SATA SSD. Однако, нужно иметь в виду, что M.2 – это не ещё один новый интерфейс, а лишь спецификация типоразмера карт и разводки необходимого для них разъёма. Работают же M.2 SSD по вполне привычным интерфейсам SATA, либо PCI Express: в зависимости от конкретной реализации накопителя допускается как один, так и другой вариант.

Карты M.2 представляют собой небольшие платы с напаянными на них элементами. Необходимые для них слоты M.2 сегодня можно найти на большинстве современных материнских плат, а также во многих новых ноутбуках. Учитывая, что M.2 SSD могут работать в том числе и через интерфейс PCI Express, наиболее интересны с практической точки зрения как раз именно такие M.2-накопители. Однако, на данный момент ассортимент подобных моделей не слишком велик. 

Типы Flash-памяти и надежность накопителей

Flash-память определяет основные потребительские характеристики SSD: их производительность, надёжность и цену.

Разница между различными типами Flash-памяти состоит лишь в том, сколько бит данных хранится в каждой ячейке NAND, и это подразделяет память на три разновидности: SLC (Single Level Cell), MLC (Multi Level Cell) и TLC (Three Level Cell). Однако, теперь производители осваивают в своих полупроводниковых технологиях новые подходы к компоновке ячеек и к повышению их надёжности, и ситуация стала значительно сложнее.

Рассмотрим основные варианты Flash-памяти, которые можно встретить в современных твердотельных накопителях для обычных пользователей.

SLC NAND. Это самый старый и самый простой тип памяти. Он предполагает хранение одного бита данных в каждой ячейке Flash-памяти и, благодаря этому, имеет высокие скоростные характеристики и заоблачный ресурс перезаписи. Проблема лишь в том, что хранение по одному биту информации в каждой ячейке активно расходует транзисторный бюджет и Flash-память такого типа получается очень дорогой. Поэтому SSD на базе такой памяти уже давно не выпускаются, и на рынке их попросту нет.
Разумной альтернативой SLС-памяти с более высокой плотностью хранения данных в полупроводниковых NAND-кристаллах и с более низкой ценой является MLC NAND. В такой памяти в каждой ячейке хранится уже по два бита информации. Скорость работы логической структуры MLC-памяти остаётся на достаточно хорошем уровне, но выносливость снижается примерно до трёх тысяч циклов перезаписи. Тем не менее, MLC NAND используется сегодня в подавляющем большинстве высокопроизводительных твердотельных накопителей, а уровень её надёжности вполне достаточен для того, чтобы производители SSD не только давали на свои продукты пятилетнюю или даже десятилетнюю гарантию, но и обещали возможность перезаписи полной ёмкости накопителя несколько сотен раз.

Для тех же применений, где интенсивность операций записи очень высока, например, для серверов, производители SSD собирают решения на базе специальной eMLC NAND. С точки зрения принципов работы это – полный аналог MLC NAND, но с повышенной устойчивостью к постоянным перезаписям. Такая память изготавливается из самых лучших, отборных полупроводниковых кристаллов и может без проблем переносить примерно втрое большую нагрузку, чем ординарная MLC-память.

В то же время стремление к снижению цен на свою массовую продукцию заставляет производителей переходить на более дешёвую по сравнению с MLC NAND память. В бюджетных накопителях последних поколений нередко встречается TLC NAND – Flash-память, в каждой ячейке которой хранится по три бита данных. Эта память примерно в полтора раза медленнее, чем MLC NAND, а её выносливость такова, что перезаписать в ней информацию до деградации полупроводниковой структуры удаётся около тысячи раз.

Тем не менее, даже такую хлипкую TLC NAND в сегодняшних накопителях можно встретить достаточно часто. Число моделей SSD на её основе уже перевалило далеко за десяток. Секрет жизнеспособности таких решений заключается в том, что в них производители добавляют небольшой внутренний кеш, основанный на скоростной и высоконадёжной SLC NAND. Именно таким образом решается сразу обе проблемы – как с производительностью, так и с надёжностью. В результате, SSD на базе TLC NAND получают скорости, достаточные для насыщения SATA-интерфейса, а их выносливость позволяет производителям давать на конечные продукты трёхлетнюю гарантию.

В погоне за снижением себестоимости продукции производители стремятся к уплотнению данных внутри ячеек Flash-памяти. Именно этим был обусловлен переход на MLC NAND и начавшееся теперь распространение в накопителях TLC-памяти. Индустрия в настоящее время нашла другой путь повышения плотности хранения данных в полупроводниковых кристаллах, а именно – их перевод на трёхмерную компоновку.

В то время как в классической NAND-памяти ячейки расположены исключительно планарно (в виде плоского массива), в 3D NAND в полупроводниковой структуре введено третье измерение, и ячейки располагаются не только по осям X и Y, но и в несколько ярусов друг над другом. Этот подход позволяет решить главную проблему – плотность хранения информации в такой структуре можно наращивать не увеличением нагрузки на имеющиеся ячейки или их миниатюризацией, а простым добавлением дополнительных слоёв. Успешно решается в 3D NAND и вопрос выносливости Flash-памяти. Трёхмерная компоновка позволяет применять производственные технологии с увеличенными нормами, которые с одной стороны дают более устойчивую полупроводниковую структуру, а с другой – устраняют взаимное влияние ячеек друг на друга. В результате, ресурс трёхмерной памяти по сравнению с планарной удаётся улучшить примерно на порядок.

Иными словами, трёхмерная структура 3D NAND готова совершить настоящую революцию. Проблема лишь в том, что изготавливать такую память несколько сложнее, чем обычную, поэтому старт её производства значительно растянулся по времени. В итоге, на данный момент налаженным массовым выпуском 3D NAND занимается лишь компания Samsung. Остальные производители NAND пока лишь готовятся к запуску серийного производства трёхмерной памяти.

Если же говорить о трёхмерной памяти Samsung, то на сегодняшний день она использует 32-слойный дизайн и продвигается под собственным маркетинговым именем V-NAND. По типу организации ячеек в такой памяти она подразделяется на MLC V-NAND и TLC V-NAND. И то, и другое – это трёхмерная 3D NAND, но в первом случае каждая отдельная ячейка хранит по два бита данных, а во втором – по три. Хотя принцип действия в обоих случаях схож с обычной MLC и TLC NAND, за счёт использования зрелых техпроцессов её выносливость выше, а значит, SSD на базе MLC V-NAND и TLC V-NAND несколько лучше по надёжности, чем SSD с обычной MLC и TLC NAND.

Говоря о надёжности твердотельных накопителей, необходимо иметь в виду, что от ресурса применяемой в них Flash-памяти она зависит лишь опосредовано. Как показывает практика, современные потребительские SSD, собранные на качественной NAND-памяти любого типа, в реальности способны перенести запись сотен терабайт информации. И это с лихвой покрывает потребности большинства пользователей персональных компьютеров. Выход же накопителя из строя при исчерпании им ресурса памяти может быть связан лишь с тем, что SSD используется при слишком интенсивной нагрузке, для которой он на самом деле не предназначался изначально. В большинстве случаев поломки SSD происходят по совершенно другим причинам, например, от перебоев питания или ошибок в их микропрограмме.

Поэтому вместе с типом Flash-памяти очень важно обращать внимание и на то, какая компания изготовила конкретный накопитель. Крупнейшие производители имеют в своём распоряжении более мощные инженерные ресурсы и лучше заботятся о своей репутации, чем небольшие фирмы, вынужденные конкурировать с грандами, используя в первую очередь ценовой аргумент. Вследствие этого SSD крупных производителей, в целом, более надёжны: в них используются заведомо качественные компоненты, а доскональная отладка микропрограммы является одним из важнейших приоритетов. Это подтверждаются и практикой. Частота обращений по гарантии (по общедоступной статистике одного из европейских дистрибуторов) меньше у тех SSD, которые произведены более крупными компаниями.

Контроллер SSD [6]

Очевидно, что SSD требуют более совершенных механизмов управления, чем жесткие диски. Это не просто предрассудки, а HDD действительно заслуживают большего уважения, чем они сейчас имеют. Есть механические проблемы, которые связаны с балансировкой множественного чтения-записи головками всего на нанометр от пластины, вращающейся с достаточно большой скоростью. Тот факт, что HDD выполняют сложную задачу по внедрению новых методов записи на магнитные носители и при этом продают гигабайт памяти всего за 3-5 центов — просто невероятно.

SSD контроллеры представляют свой класс. Они часто снабжены пулом DDR3 памяти, чтобы помочь NAND разбираться самой с собой. Много дисков также включают одноуровневые ячейки кэша, которые действуют как буферы, повышая производительность диска путем выделения быстрой NAND-памяти для чтения/записи циклов. Из-за того, что NAND память в SSD очень часто связана с контроллером посредством серии параллельных каналов памяти, контроллер диска выполняет функции балансира в высокопроизводительном массиве памяти. SSD не развертывают RAID внутренне, но технология выравнивания износа, накопление мусора и управление кэшем SLC имеет аналоги c HDD.

Некоторые диски также используют алгоритмы сжатия данных для уменьшения общего числа операций записи и улучшения продолжительности жизни привода. Контроллер SSD производит коррекцию для однобитных ошибок и алгоритмы обработки со временем становятся все более сложными.

Большая часть производительности NAND памяти определяется базовым контроллером, и компании не готовы слишком уж срывать завесу таинственности со своей техники, чтобы не вручить конкуренту преимущество прямо в руки.

Типичный контроллер SDD

Рынок потребительских SSD очень молод, и на нём ещё не успела произойти консолидация. Поэтому число производителей твердотельных накопителей очень велико – как минимум их не меньше сотни. Но большинство из них – это мелкие компании, которые не имеют ни собственных инженерных команд, ни полупроводникового производства, а фактически занимаются лишь сборкой своих решений из закупаемых на стороне готовых компонентов и их маркетинговой поддержкой. Естественно, SSD накопители, выпущенные такими «сборщиками», уступают продукции настоящих производителей, которые инвестируют в разработку и производство огромные средства. Поэтому, при рациональном подходе, к выбору твердотельных накопителей обращать внимание стоит лишь на решения, выпускаемые лидерами рынка.

В числе таких «столпов», на которых держится весь рынок твердотельных накопителей, можно назвать лишь несколько имён. И в первую очередь это – Samsung, которая на этот момент владеет весьма внушительной 44-процентной рыночной долей. Иными словами, почти каждый второй проданный SSD сделан именно Samsung. И такие успехи совсем не случайны. Компания не только самостоятельно делает Flash-память для своих SSD, но и обходится вообще без какого-либо стороннего участия в проектировании и производстве. В её твердотельных накопителях используются аппаратные платформы, от начала и до конца сконструированные собственными инженерами и производимые на собственных мощностях. В результате, передовые накопители Samsung нередко отличаются от конкурирующих продуктов своей технологической продвинутостью – в них можно встретить такие прогрессивные решения, которые в продукции других фирм появляются существенно позже. Например, накопители, основанные на 3D NAND, в настоящее время присутствуют исключительно в ассортименте компании Samsung. Поэтому на SSD этой компании следует обратить внимание энтузиастам, которым импонирует техническая новизна и высокая производительность.

Второй по величине производитель SSD потребительского уровня – Kingston, владеющий примерно 10-процентной рыночной долей. В отличие от Samsung эта компания не занимается самостоятельным выпуском Flash-памяти и не ведёт разработок контроллеров, а опирается на предложения сторонних производителей NAND-памяти и решения независимых инженерных команд. Однако, именно это позволяет Kingston конкурировать с гигантами вроде Samsung: умело подбирая партнёров в каждом конкретном случае, Kingston предлагает весьма разностороннюю линейку продукции, хорошо отвечающую потребностям разных групп пользователей.

Другая группа производителей SSD накопителей — компании SanDisk и Micron, использующей торговую марку Crucial. Обе эти фирмы имеют собственные мощности по выпуску Flash-памяти, что позволяет им предлагать высококачественные и технологичные SSD с отличным сочетанием цены, надёжности и быстродействия. Немаловажно и то, что при создании своих продуктов эти производители опираются на сотрудничество с компанией Marvell – одним из лучших и крупнейших разработчиков контроллеров. Такой подход позволяет SanDisk и Micron стабильно добиваться достаточно высокой популярности их продукции – их доля на рынке SSD достигает 9 и 5 процентов соответственно.

Также необходимо отметить компанию Intel, которая самостоятельно производит Flash-память и имеет в своём распоряжении отличную инженерную команду, способную проектировать весьма интересные SSD. Однако, Intel сосредоточена в первую очередь на разработках твердотельных накопителей для серверов, которые рассчитаны на интенсивные нагрузки.  

Поддержка TRIM

Функция TRIM специально разработана для поддержания производительности SSD накопителей на максимальном уровне в течение всего их срока эксплуатации. TRIM была включена в стандартный функционал операционной системы.

TRIM – исключительно полезная функция (одна из команд протокола SATA), которая сообщает ОС об уже ненужных блоках данных на SSD (вследствие удаления файла или форматирования носителя) и о том, что они могут быть использованы для записи. TRIM осуществляет сбор и утилизацию «мусора», при этом ускоряет операции записи и обеспечивает более равномерный износ ячеек памяти.

Различие обработки файлов между обычными HDD и SSD накопителями.

Все современные файловые системы разрабатывались для хранения данных на HDD. Процесс их обработки здесь происходит следующим образом: Допустим, нам нужно записать на диск файл. Система сохраняет его в кластере (ячейке) на диске и записывает координаты этого файла в специальной таблице адресов «MFT» (которая тоже хранится на этом диске) и при необходимости получает доступ к файлу. MFT сообщает системе точное местоположение кластеров с требуемыми данными. Если необходимо удалить этот файл, система попросту стирает его адрес из этой таблицы, не трогая источник. При последующей записи данных, новые файлы сохраняются в кластерах поверх старых (удаленных).

Такая схема не подходит для современных SSD, потому что они основаны на Flash-памяти, которая не допускает запись новых данных в ячейку, где уже находится какой-то файл (даже если запись о нем была удалена в таблице MFT). То есть, при сохранении данных в занятую ячейку, системе приходится выполнять процедуру в несколько этапов: 

Первый – копирование старых данных из ячейки в кэш;

Второй – очистка ячейки; 

Третий — замена старых данных новыми; 

Четвертый — запись данных в ячейку SSD.

Если же ячейка пустая – выполняется только один, последний этап (запись). Исходя их этого, видим, что скорость записи данных в пустые ячейки SSD намного выше, чем в занятые. 

Вывод: При таких условиях скорость работы SSD будет со временем существенно снижаться из-за необходимости предварительной очистки ячеек с устаревшими данными непосредственно перед записью новых.

Команда TRIM удаляет данные из ячейки памяти, когда запись о них стирается из MFT.

Если операционная система и SSD-диск поддерживают команду TRIM, то при удалении некоторого файла с диска ОС посылает команду TRIM диску и дает ему знать, что данные из определенного набора страниц могут быть перезаписаны, то есть соответствующие страницы памяти помечаются к удалению и могут применяться в процедуре Garbage Collection. Важно отметить, что сама по себе команда TRIM не приводит к физическому удалению данных. Преимущество команды TRIM заключается в том, что с ее помощью можно увеличить количество блоков, содержащих страницы, отмеченные к удалению, и тем самым повысить эффективность процедуры Garbage Collection при выборе блока с наибольшим количеством страниц, отмеченных к удалению. Тем самым, команда TRIM способствует увеличению производительности диска, минимизируя избыточную запись при перемещении данных. Кроме того, использование команды TRIM позволяет снизить число перемещений данных в процедуре Wear Leveling.

Условия, необходимые для работы TRIM

• Наличие SSD с поддержкой этой функции
• Операционная система, начиная с Windows 7, Linux. Необходимо наличие ядра версии 2.6.33 и выше
• Активный режим взаимодействия: AHCI
• Установленный драйвер Microsoft Storage (MSAHCI)
• Работа TRIM не поддерживается в конфигурациях RAID
• Иногда TRIM не работает при включенной функции «Восстановление системы»

SSD хранят данные в ячейках  Flash-памяти, сгруппированных (в MLC SSD) в «страницы» (обычно по 4 Кбайт каждая), которые, в свою очередь, сгруппированы в блоки (обычно 128 страниц или 512 Кбайт суммарно) [3, 4].  ЯчейкиNAND-Flash-памяти могут быть непосредственно записаны лишь в том случае, когда они чисты. В случае, когда они хранят данные, содержимое ячеек должно быть очищено, прежде чем в них будут записаны новые данные. В SSD накопителях операция записи может быть проделана только для страниц, однако, из-за аппаратных ограничений команда удаления всегда выполняется на весь блок [4]. В результате, запись на SSD-носитель выполняется очень быстро до тех пор, пока существуют чистые страницы, но значительно замедляется, если необходимо очищать предварительно записанные страницы. Процесс перезаписи инициирует цикл чтение-очистка-модификация-запись: содержимое целого блока должно быть сохранено в кэше перед тем, как оно может быть удалено с накопителя, перезаписываемые данные модифицируются в кэше и только после этого целый блок (с обновленной страницей) записывается на накопитель. Это явление известно как усиление записи [5].

Способы повышения производительности SSD-дисков

«Слабость» SSD-диска заключается в том, что его производительность (скорость записи) со временем снижается. Напомним, что происходит это из-за того, что по мере заполнения диска уменьшается количество свободных блоков, которые можно использовать для перемещения данных.

Однако скорость записи можно повысить путем принудительного увеличения размера резервной области (за счет сокращения области диска, доступной для записи), то есть путем принудительного увеличения количества блоков памяти, применяемых для перемещения данных.

Компания Intel приводит следующие данные для своих новых дисков X25-M размером 160 Гбайт. Если использовать диск (уже применявшийся) для случайных операций (чтение, запись) с блоками данных размером 8 Кбайт при соотношении операций чтения и записи 2:1 и использовать для записи всё доступное пространство, то есть все 160 Гбайт (размер резервной области по умолчанию), то мы получим производительность примерно 1400 IOPS. Если же сократить размер доступного для записи пространства до 96 Гбайт, тем самым увеличив размер резервной области, то производительность возрастет до 8300 IOPS. При сокращении используемого пространства до 128 Гбайт производительность увеличится до 5500 IOPS, а при сокращении до 144 Гбайт — до 3500 IOPS.

Размер резервной области с целью повышения производительности случайной записи можно регулировать, если  создать на диске логический раздел (partition) меньше физического размера диска. В этом случае не применяемое для логического раздела пространство автоматически станет резервной областью диска. Следует отметить, что данный способ годится только для нового диска, на котором до этого не создавалось логических разделов. Если же на диске первоначально был создан логический раздел по размеру всего диска, и он ранее использовался, то создание нового логического раздела не приведет к ожидаемым результатам. В этом случае диск нужно прежде почистить, то есть принудительно очистить все блоки памяти. Обычная операция форматирования при этом помогает не всегда (это зависит от операционной системы, модели SSD-диска и версии прошивки диска), поэтому для очистки дисков иногда приходится применять специальные утилиты.

Другой способ повышения производительности SSD-дисков в операциях записи заключается в том, чтобы периодически производить процедуру очистки диска от «мусора», то есть время от времени очищать блоки памяти от страниц, помеченных к удалению, увеличивая тем самым количество пустых блоков.

Для такой процедуры можно использовать специализированные утилиты (например, wiper.exe, которая поставляется с некоторыми моделями SSD-дисков или может быть просто скачана из Интернета, или фирменную утилиту для оптимизации производительности диска), которые сканируют диск и очищают его от страниц, помеченных к удалению.

Можно также вообще очистить все блоки диска от данных и фактически вернуть диск к своему первоначальному состоянию, то есть сделать из уже использованного диска новый диск (ранее не применявшийся). Для этого можно использовать утилиту HDD Eraser (запускается под DOS).

Другой подход заключается в том, чтобы переложить задачу очистки диска от «мусора» на операционную систему и сам диск. Для этого предназначена специальная команда TRIM.

Быстродействие и цены

Совершенно очевидно, что выбирать следует из основанных на V-NAND или MLC NAND моделей SSD, предлагаемых лучшими производителями  (Crucial, Kingston, Samsung или SanDisk).

На сегодняшнем рынке SSD произошла чёткая сегментация: предлагаемые продукты относятся к нижнему, среднему или верхнему уровню и от этого прямо зависит их цена, производительность, а также и условия гарантийного обслуживания. Наиболее дорогие твердотельные накопители основываются на самых производительных аппаратных платформах и используют самую качественную и быструю Flash-память, более же дешёвые – базируются на урезанных платформах и NAND-памяти попроще. Накопители же среднего уровня характеризуются тем, что в них производители пытаются соблюсти баланс между производительностью и ценой.

В результате, продающиеся в магазинах бюджетные накопители предлагают удельную цену на уровне $0,3-0,35 за каждый гигабайт. Модели среднего уровня подороже – их стоимость составляет $0,4-0,5 за каждый гигабайт объёма. Удельные же цены флагманских SSD вполне могут доходить до $0,8-1,0 за гигабайт.

Решения верхней ценовой категории, которые в первую очередь ориентированы на аудиторию энтузиастов, – это высокопроизводительные SSD, использующие для своего включения в систему шину PCI Express, которая не ограничивает максимальную пропускную способность при передаче данных. Такие накопители могут быть выполнены в виде форм-фактора M.2 или PCIe-карт и обеспечивают скорости, в разы превышающие быстродействие любых SATA-накопителей. При этом в их основе используются специализированные контроллеры Samsung, Intel или Marvell и самая качественная и быстродействующая память типов MLC NAND или MLC V-NAND.

В среднем ценовом сегменте играют SATA-накопители, подключаемые по SATA-интерфейсу, однако, способные при этом задействовать (почти) всю его пропускную способность. Такие SSD могут использовать разные контроллеры разработки Samsung или Marvell и различную качественную MLC либо V-NAND память. Однако, в целом их производительность примерно одинакова, поскольку больше зависит от интерфейса, чем от мощности начинки накопителя. Выделяются такие SSD на фоне более дешёвых решений не только производительностью, но и расширенными условиями гарантии, срок которой устанавливается в пять или даже десять лет.

Бюджетные накопители – самая многочисленная группа, в которой находят место совершенно разношёрстные решения. Однако находятся у них и общие черты. Так, контроллеры, которые применяются в недорогих SSD, обычно имеют урезанный уровень параллелизма. Кроме того, чаще всего это процессоры, созданные небольшими тайваньскими инженерными командами вроде Phison, Silicon Motion или JMicron, а не командами разработчиков с мировым именем. По своей производительности бюджетные накопители до решений более высокого класса, естественно, не дотягивают, что бывает особенно заметно при случайных операциях. Кроме того, попадающая в накопители нижнего ценового диапазона Flash-память тоже к самому высокому уровню, не относится. Обычно здесь встречается либо дешёвая MLC NAND, выпущенная по «тонким» производственным нормам, или вообще TLC NAND. Вследствие этого сроки гарантии на такие SSD сокращены до трёх лет, существенно ниже бывает и декларируемый ресурс перезаписи..

Заключение 

Самое слабое место SSD-дисков — это операции случайной записи и снижение производительности SSD-диска по мере его эксплуатации, то есть производительность нового диска (еще не применявшегося) и уже заполненного диска (удаление файлов не всегда означает их физическое удаление из блоков памяти диска) могут существенно различаться.

Частично решить проблему снижения производительности при случайной записи можно за счет применения команды TRIM, для чего необходимо использовать операционную систему Windows 7 или Linux с ядром версии 2.6.28 и выше, а также SSD-диски, контроллеры которых поддерживают команду TRIM.

Кроме того, повысить производительность SSD-дисков можно путем принудительного увеличения резервной области, то есть количества резервных блоков памяти, используемых для операций перемещения данных. Сделать это можно, если создать логический раздел диска (партицию) с размером меньше физического размера диска. Тогда всё неиспользуемое пространство автоматически будет применяться как резервная область диска.

Ссылки на используемые источники

Правила выбора накопителя SSD для компьютера

SSD — это накопители данных нового поколения. И они пусть и частично, но все-таки уже стали хорошей заменой жестких дисков HDD не только в компьютерах, но и в ноутбуках. 

Они удобны. Ведь у них компактные размеры. А еще у них подходящая скорость обработки данных. А еще они хороши тем, что не нагреваются во время работы. В чем же еще отличие твердотельных накопителей?

Характеристики объема памяти SSD для разных девайсов

Главным параметром твердотельного накопителя является объем памяти. Для домашнего компьютера он ускоряет загрузку операционной системы, программ, простых игр и повышает отзывчивость системы. Для этого вполне достаточно объема 120-240 Гб.

Если у вас средний игровой компьютер, то лучше выбрать SSD, объем которого должен быть, как минимум, 240-500 Гб. Если компьютер мощный, то объем должен составлять 500-2000 Гб.

ВАЖНО! Берите SSD диск не впритык. Необходим запас емкости. Дело в том, что многим пользователям со временем выбранного объема не хватает.

Типы флеш-памяти в SSD

Для девайсов флеш-память является разновидностью памяти полупроводниковой перезаписываемой и энергонезависимой. В каждом диске SSD применяют флеш-память нескольких типов: TLC, QLC, MLC и SLC.

В одной ячейке MLC на хранении может находиться два бита данных. В ячейке TLC — три бита. В QLC — четыре бита. Чем больше данных находится на хранении в ячейке, тем дешевле память. Однако при этом у нее меньше скорость, а также количество циклов перезаписи. То есть MLC обходится дороже. Однако надо признать, что он будет служить долго. Он также быстрее по сравнению с TLC и QLC.

ВАЖНО! Для того чтобы флеш-память работала долго, необходимо учитывать поколение чипов. Первые чипы для флеш-памяти MLC и TLC имели один слой. Они были планарными. Для нынешних твердотельных накопителей используют трехмерные, то есть многослойные чипы TLC 3D NAND, MLC 3D NAND и QLC.

MLC 3D NAND среди основных типов памяти SSD выделяется своей быстротой и долговечностью. Но она же и самая дорогая. Ресурс составляет примерно 10 тысяч циклов перезаписи. Она хороша для нагруженных профессиональных систем, в которых возможна перезапись диска полностью в течение суток. Скажем, для серверов.

SLC NAND Flash — флэш-память старого образца. У нее запись и чтение осуществляются с большой скоростью. Она особо долговечная. Ведь это 90-100 тысяч циклов. Ошибок выдает меньше даже в том случае, когда даже температуры относительно высокие. Покупка обходится дорого. Ко всему по сравнению с другими типами флэш-памяти NAND может хранить меньше данных. 

ВАЖНО! Память SLC широко используется на веб-серверах, а также в промышленных приложениях.

Покупка TLC 3D NAND обходится дешевле. Средняя скорость, а ресурс перезаписи составляет примерно три тысячи циклов. Используется во многих SSD среднего класса. Подходит для домашних персональных компьютеров.

QLC — это память самая дешевая. Ресурс перезаписи составляет примерно одну тысячу циклов. Она ненадежная, медленная. Ее можно встретить в самых бюджетных SSD. Она сгодится для простых персональных компьютеров в офисах.

Зачем необходим SLC-кэш

Это важный показатель. Ведь он оказывает влияние на реальную скорость записи SSD. Технология SLC-кэширования позаимствовала принцип записи у флеш-памяти типа SLC, которая практически не нашла применения, поскольку обходится слишком дорого. 

Она предоставляет возможность взять на хранение только один бит данных в одной ячейке памяти. Отметим при этом, что обладает высокой скоростью записи.

Когда применяется SLC-кэширование, то в ячейку флеш-памяти MLC или TLC производится запись только одного бита данных. Скорость записи увеличивается примерно до уровня SLC. Указанная скорость позволяет производить запись данных до тех пор, пока не будет исчерпан объем SLC-кэша. Потом же процесс сильно замедляется.

ВАЖНО! Как правило, объем SLC-кэша имеет ограничения. А у бюджетных SSD он может вообще отсутствовать. Чем он больше, тем реже возможно падение скорости. Для SSD с разъемом SATA, емкость которого 250 ГБ, достаточно SLC-кэша 30-50 ГБ.

Отличие SSD по формату и интерфейсам

Интерфейс  SATA часто используется во внутренних девайсах, предназначенных для хранения данных. Он может быть разных форматов. И на него можно опереться, если нужно понять, возможно ли подключение SSD к конкретной материнской плате.

2,5-дюймовый, у которого интерфейсный разъем SATA на 6 Гбит/с, пользуется большой популярностью в качестве форм-фактора SSD. Если подобный разъем предусмотрен на материнской плате, то его установку можно произвести как в компьютере, так и в ноутбуке.  

Накопитель сгодится и для SATA2 на 3 Гбит/с. Однако имейте в виду, что скорость чтения/записи SSD будет ниже. Однако отзывчивость системы будет выше, чем у обычного жесткого диска HDD.

mSATA — вариант SSD, отличающийся своей компактностью, базируется на шине SATA. Однако у него другой разъем. Он необходим для сверхкомпактных компьютеров, ноутбуков и планшетов, у которых разъемом mSATA. Ведь для них не подходит обычный SSD.

Модели под слот M.2 форм-фактора 2280 считаются самым популярным компактным форматом SSD. Их величина всего 22 х 80 мм. Встречаются модели с интерфейсом SATA, как и с новым PCI-E х2 и PCI-E х4, которые поддерживают протокол NVMe. 

ВАЖНО! Накопители M.2 SATA удобны. Их можно поместить в слот на материнской плате, и при этом провода не понадобятся. Модели PCI-E NVMe получили право называться самыми быстрыми.

Самый компактный тип SSD — это плата расширения PCI-E.

Важность контроллеров в SSD 

Контроллером называют микропроцессор, обрабатывающий все запросы к SSD, а также внутренние служебные операции. Когда быстрее работает SSD? Когда он более мощный!

Очень важно, сколько в контроллере ядер. Их обычно бывает от одного до четырех. А каналов — от двух до восьми. Большое количество ядер и каналов обеспечивает более высокую производительность SSD. От контроллера зависит не только скорость чтения/записи, но и поддержка разных технологий, которая позволяет улучшить работу SSD-диска. Скажем, TRIM.

ВАЖНО! Перечислим контроллеры для SSD, которые считаются самыми популярными: Marvell, Realtek, Samsung, Phison, Silicon Motion. Такие девайсы, как JMicron, SandForce, Indilinx, уже устарели. И потому в современных SSD их применяют очень редко.

Предназначение функции TRIM

SSD-накопитель для того, чтобы улучшить его работу, может осуществлять поддержку разных технологий. TRIM, или «уборка мусора», считается самой важной функцией.

Принцип работы памяти SSD заключается в том, что диск способен произвести запись данных лишь в те ячейки памяти, которые свободны. Когда их становится мало, то надо произвести чистку тех, которые уже не нужны, потому что файлы удалены. 

SSD без поддержки TRIM может очистить ячейки лишь перед записью новых данных. В результате это сказывается на скорости записи. Сегодня такие модели встречаются очень редко.

ВАЖНО! SSD, которую поддерживает TRIM, производит очистку таких ячеек заранее. Тогда, когда диск применяется не очень часто. Это и есть уборка мусора: скорость записи нужно поддерживать на уровне максимально возможном.

Каков ресурс SSD

Некоторые считают, что «твердотельники» быстро изнашиваются. Однако уверяем, что фактически ресурс современных SSD быстро исчерпывается лишь в серверах, где диски работают и днем, и ночью, проходя множество циклов перезаписи. Там необходимы версии самые надежные и долговечные.

Если у вас обычный компьютер, то знайте, что ресурса любого современного SSD будет достаточно на десятилетие и более.

Различия скорости чтения и записи SSD

Основными показателями твердотельного накопителя являются скорость чтения, записи и время доступа.

Если взять обычный компьютер, то в них в 20 раз больше операций чтения, чем операций записи. Вот почему более важной является скорость чтения. Во многих современных SSD она равна 450-550 Мб/с. Лучше, когда скорость более высокая. Нет смысла покупать SSD, когда скорость чтения низкая. Тем более что сэкономите на этом вы немного.

ВАЖНО! Скорость записи многих SSD составляет 300-550 Мб/с. Ниже 300 Мб/с лучше не покупать. Разница в скорости незначительная, а платишь дороже.

В чем разница между дорогими и дешевыми SSD-дисками

Бывает так, что SSD-диски, у которых один и тот же объем и одинаковые скоростные характеристики, существенно отличаются в цене. Даже в несколько раз.

Цена зависит от того, каков тип памяти. А это, как и скорость, оказывает влияние на долговечность и надежность. Чипы памяти могут иметь разное качество, если у них разные производители. В бюджетных SSD обычно установлены самые простые чипы памяти.

Качество контроллера тоже влияет на цену. Ведь его изготавливают разные производители. Они бывают бюджетными, у которых более низкая скорость и надежностью. Они бывают и более качественными. В недорогих SSD, как правило, установлены контроллеры, которые самые ненадежные.

Для того чтобы повысить быстродействие, в большинстве современных SSD буфером обмена является DRAM-кэш, который базируется на оперативной памяти DDR3 или DDR4. Если в SSD нет такого КЭШа, то они недорогие. Однако и работают они медленнее.

ВАЖНО! Бывает так, что производители экономят на конденсаторах. Это важные компоненты SSD-диска. Без них не сохранишь данные, если неожиданно отключилось электричество. Даже не каждый качественный SSD имеет резервный конденсатор.

У более дорогих моделей самая продуманная схемотехника. Инженерные решения недорогих SSD базируются на схемах, которые уже устарели.

Компании-производители наиболее популярных SSD-накопителей

Твердотельные накопители производят многие. Однако только некоторые из них могут похвастаться надежными вариантами. Их девайсы с высокими характеристиками. Они долговечны. У них качественная сборка.

Диск известного бренда не может работать со сбоями. Его паспортные данные будут соответствовать действительности. Особо выделяется продукция от Samsung, Western Digital, ADATA, Kingston.

Ячейки памяти в SSD. Как работают, почему ломаются? SLC, MLC, TLC, QLC — PC-01

Для данной статьи существует видоеверсия с большим количеством анимаций, рекомендую к просмотру именно её, вместо текстовой версии:

Принципы работы ячеек памяти, определение носителя информации, принципы считывания состояния ячейки памяти

Каждая ячейка памяти — это полевой транзистор с изолированным затвором, но не простой, а хитрый. Со сдвоенным затвором. Если кто не в курсе общая суть полевого транзистора заключается в следующем:

У нас есть исток и сток, проще говоря вход и выход, и между ними область через которую может проходить заряд от стока к истоку, и есть ещё одна отделённая область от этих структур диэлектриком, которая называется — затвор. И если подать заряд на затвор, то затвор своим электромагнитным полем начинает влиять на легированную часть транзистора между стоком и истоком и этим перекрывает возможность протекания тока между ними.

Бывают конструкции наоборот, что если не подавать заряд на затвор, то ток от стока к истоку не идёт, а если подавать — то идёт. Но общая суть — это то, что затвор — это типа ручки у крана. Когда хочешь открываешь, когда хочешь закрываешь. Ну либо замок у ворот, собственно термин «затвор» как бы и намекает, что мы им можем затворять или отворять ток между стоком и истоком. Наиболее классический вариант для ячеек памяти — это когда без подачи питания на затвор — между стоком и истоком ток не идёт, а при питании плюсом на затвор — ток — идёт. Очень удобно в части управления, но как этим сохранять информацию — не понятно. И для того чтобы сохранять информацию была придумана модификация с двумя затворами. Первый, грубо говоря, внешний. Простой обыкновенный, а второй — внутренний, хитрый, называемый «плавающим». А хитрость его в том, что он со всех сторон окружён изолятором.

То есть если поместить в него какой-то заряд, то этот заряд сам никуда не денется. И тут начинается самое интересное. Предположим, что заряда на плавающем затворе — нет. В таком случае — транзистор работает ровно так же, как и в случае когда второго затвора не было вообще. То есть не подаём заряд на затвор ток не идёт — подаём — ток идёт. Но если в плавающий затвор подать отрицательный заряд, то логика работы меняется. Если не подавать заряд на обычный затвор, то ток идти не будет, но если падать положительный заряд, то этот заряд будет компенсирован отрицательным зарядом плавающего затвора и в сумме они не дадут необходимого заряда чтобы ток через транзистор пошёл. То есть в случае активации транзистора ток через него всё равно не идёт. Иными словами — в случае подачи положительного заряда, если на плавающем ничего нет, то транзистор будет открыт, а если заряд есть — то транзистор будет закрыт. А теперь вспоминаем, что заряд в плавающем затворе никуда не девается, в том числе и в моменты когда питание на весь накопитель не подаётся вообще. То есть в любой момент времени мы можем по поведению тока сток исток понять есть ли заряд в нашем хитром затворе или нет. То есть прочитать заранее сохранённое состояние нашего транзистора, который стал уже вовсе и не транзистором, а ячейкой памяти.

Запись данных в ячейку памяти и причины ограниченности ресурса работы SSD

С запоминанием информации в целом понятно. С тем как понять что записано надеюсь тоже понятно. Остаётся понять только то, как осуществляется зарядка и разрядка плавающего изолированного затвора. То есть изменение состояния самой ячейки памяти. Иными словами — запись и стирание данных. И тут всё в общем-то не так сложно. Общая суть в том, что если приложить достаточное напряжение — то электроны могут пройти через диэлектрик, в нашем случае диоксид кремния.

При подаче высокого напряжения на Затвор и Сток электроны вынужденно проходят в область плавающего затвора

И имея вокруг нашего хитрого затвора достаточную разность потенциалов можно в него насильно впихнуть электроны, или наоборот высосать из него электроны, тем самым придав ему некий заряд, который сам по себе, без этих повышенных напряжений, никуда уже не денется долгие годы. Собственно таким образом и производится запись в ячейки памяти.

Подача отрицательного заряда на затвор «выталкивает» электроны из плавающего затвора и они притягиваются на исток

Проблема только в том, что эти насильственные действия над транзистором на повышенном напряжении разрушают диоксид кремния вокруг затвора раз за разом при каждом прохождении через него заряда.

Что ведёт к деградации свойств, и в конечном итоге к выходу ячейки памяти из строя. То есть при многократном воздействии на изолированный плавающий затвор для изменения его заряда — разрушается транзистор. То есть для транзистора существует предельное количество циклов изменения состояния этого затвора перед тем как ячейка памяти перестанет работать должным образом. Естественно разработчики накопителей в курсе проблемы, это всё учитывается в создаваемых контроллеров памяти, которые стремятся равномерно производить износ всего накопителя, вводятся резервные области для замены вышедших из строя ячеек, есть и другие софтовые оптимизации уже и на уровне операционных систем позволяющие максимально редко производить ненужные перезаписи.

Многобитные ячейки памяти. MLC, TLC, QLC. Принципы работы и отличия от однобитных. Причины падения скорости от увеличения битности.

С точки зрения работы транзистора наш дополнительный затвор позволяет сдвигать сток затворную характеристику. И кардинальное наличие заряда в плавающем затворе сдвигает эту характеристику так далеко, что рабочие напряжения для транзистора его не открывают.

Отрицательные заряды сильно смещают напряжение Затвор-исток при котором начинает идти ток сток-исток

И в показанной схеме у нас есть некий широкий диапазон напряжений на затворе который нам позволяет понять что записано условно 0 или 1. То есть мы сохраняем 1 бит информации.

И описанный метод записи и чтения — полностью цифровой. То есть транзистор либо проводит ток, либо — нет, и это мы можем интерпретировать условно в то, что записан условно 0 или 1.

И так работает SLC память, SLC расшифровывается как «Single-Level Cells», то есть одноуровневая ячейка. Величины зарядов, напряжения и прочее параметры плавающего затвора — не имеют особого значения значения, как-то произведена перезарядка затвора, как-то проводит транзистор и в целом это всё надёжно и просто работает. Однако при разных градациях зарядов на плавающем затворе — напряжения на которых начинает открываться транзистор разные. И если фиксировать не только факт проводимости транзистора, а характеристику проводимости — то можно более точно и контролируемо заряжая плавающий затвор получить больше информации при записи в одну ячейку.

Набор стоко-затворных характеристик для разного уровня заряда плавающего затвора

И это уже не цифровая запись, а аналоговая, то есть если мы зарядили чуть-чуть плавающий затвор, то и сместили мы характеристику чуть-чуть и у нас транзистор открывается если подать на затвор напряжение чуть выше чем минимально нужное, если зарядить плавающий затвор чуть сильнее, то и открыть транзистор будет ещё сложнее и т.д. В теории можно допустить бесконечное количество градаций уровней записей. Сейчас наверное некоторые из вас в шоке, но ячейки памяти в  MLC, TLC и QLC SSD накопителях — это аналоговые носители информации, а не цифровые. Потому что именно таким образом и производиться запись многобитных ячеек памяти. Ячейка всё равно может сохранить только одно состояние записи, но если для однобитных ячеек записью было наличие или отсутствие заряда на плавающем затворе, то в многобитных ячейках под записью понимается не факт наличия или отсутствия заряда — а величина заряда. И уже эта величина при чтении должна быть оцифрована таким образом, чтобы это можно было записать в более чем один бит информации. И при оцифровывании любого аналогового сигнала емкость его данных в цифровом виде зависит от получаемой дискретности уровней распознавания сигнала. То есть чем больше градаций сигнала можно распознать, тем выше ёмкость данных аналогового сигнала. В текущий момент дискретизация сигнала производиться не очень сильная. Для двух битов данных нужно распознать 4 уровня величины сохранённого заряда,

для трёх бит нужно распознать 8 уровней величины заряда,

и для 4-х бит нужно распознавать до 16 уровней заряда.

И распознование производиться по смещению характеристики открытия транзистора. Грубо говоря, если у нас разбит весь диапазон тестирования открытия транзистора на 16 диапазонов, то надо по очереди тестировать каждое напряжение на затвор и зная при каком из них у нас в достаточной степени открылся транзистор — такой уровень и считать записанным в этом транзисторе. И просто каждой градации этих напряжений даются порядковые номера которые и есть цифровая интерпретация уровня заряда плавающего затвора. И для 16 градаций или для QLC памяти — это 4 бита. Некоторые компании грозятся сейчас выпустить 5 битные ячейки.

Как вы понимаете именно по технике разницы с 4-х битными не будет, но градаций будет уже не 16, а 32. То есть надо очень точно попадать в нужный диапазон заряда при наполнении плавающего затвора, и гораздо сложнее становится процесс считывания сигнала, вернее процесс оцифровки уровня заряда плавающего затвора. Естественно при этом снижается скорость работы с памятью. Кроме того — напомню, что процесс наполнения затвора зарядом — это аварийный для транзистора режим работы, и этот аварийный режим надо ещё очень точно контролировать, чтобы действительно был помещён нужный заряд, а не чуть больше или чуть меньше, потому что если заряд не попал в строгие рамки, то при его интерпритации он может дать другие цифровые значения. И, естественно, чем больше градаций — тем сложнее попасть в нужный диапазон. И в многобитных ячейках — неверная запись не является чем-то очень редким, поэтому для записи всегда требуется контроль на ошибки, что отнимает время, снижая скорость работы, вдобавок в случае ошибочной записи требуется перезапись ячеек в странице в которой была произведена ошибочная запись, что, как вы понимаете, ещё и снижает ресурс.

Причины снижения ресурса работы накопителей, запись накопителей с уплотнением данных.

Но не только этим снижается ресурс записи на многобитных ячейках. Как вы могли понять из теории — аппаратных различий для MLC, TLC или QLC памяти — нет. Меняется только процесс интерпретации записи, который задаётся программно. Иными словами если контроллер накопителя это позволяет, то QLC можно записывать в более простых для записи TLC, MLC или SLC режимах. Что сейчас активно и делается, хотя не на всех накопителях, но если пару лет назад было редкость — перезапись накопителей с уплотнением, то сейчас редкость когда такого не происходит. Работу уплотнения записи отлично было видно в тестах накопителей, когда при полной последовательной записи скорость падала в несколько градаций.

Пример «Ступенчатой» скорости записи, когда она падает градациями несколько раз

Разберёмся в том, что при этом происходило с накопителем.

Вначале накопитель занимал весь свой объём записывая всё в однобитном режиме. То есть абы какой заряд уже абы как смещает стоко-затворную характеристику, но этого достаточно чтобы записать один бит на ячейку. И в таком режиме весь объём ячеек быстро заканчивается. По данным о диске он ещё записан совсем чуть-чуть, но на самом деле он полностью забит данными. И для дальнейшего записывания накопитель начинает уплотнять запись. Но происходит это исключительно перезаписыванием. То есть надо во временное место скопировать данные страницы, далее затереть записанные данные, то есть вытащить из плавающих затворов заряды, дальше взять новый кусок информации, собрать его со старым куском информации и записать в те же ячейки, но уже не абы как, а, допустим, в MLC режиме, то есть с 4-мя градациями уровней заряда плавающих затворов. Далее накопитель так же заполняется полностью уже в режиме MLC. Если надо продолжить запись, а в MLC режиме место опять закончилось, то процесс уплотнения, то есть перезаписи в более плотном формате производиться уже в TLC режиме. Далее ещё может быть произведена запись в QLC режиме. Подобный механизм работает и в случае если вам хватило места до уплотнения. Как только вы перестаёте заполнять накопитель он автоматически начинает уплотнять запись, чтобы в случае необходимости он мог опять кратковременно вести запись в однобитном режиме используя свободный остаток. Хотя ещё раз напомню, что не все накопители так делают. В некоторых выделен фиксированный объём для быстрой записи и дальше накопитель заполняется уже с финальной плотностью.

Естественно такое огромное количество травмирующих ячейки перезаписей а также перезаписей из-за ошибок — крайне негативно сказывается на долговечности работы ячеек. Кроме того при большей плотности записи для изменения одного и того же объёма данных записанных случайным образом потребуется перезаписать больше страниц накопителя. Иными словами — ресурс накопителей от увеличения плотности резко падает и, в общем-то, причин на это аж несколько.

Надеюсь теперь полученные знания сделают для вас тесты накопителей увлекательнее.

Видео на YouTube канале «Этот компьютер»

Материнская плата — нервная система компьютера. Из чего она состоит?

Одно и двухканал памяти в современных процессорах

Как изменится мир, если NVIDIA купит ARM?

Intel Alder Lake (12 gen) | Две новые микроархитектуры на одно поколение.

InfoCAST #047 | Новости о 12-ом поколении Intel, 3D компоновка от AMD…

Инструменты техноблогинга. Чем делаются тесты? Бесплатное ПО от моего канала.

Как собрать свой первый компьютер? Подбор комплектующих, сборка ПК, установка Windows. Всё от А до Я

EK-QuantumX Delta TEC | Пельтье от EKWB и Intel | Обзор и модификация

DLSS против FSR | Качество изображения | Производительность

Linux, Wundows, x86, ARM… Всё смешалось | InfoCAST #046

FSR vs DLSS | Как работает | Графику сравниваю не я, а — ВЫ!

Настройки ниже минимальных при помощи настройки драйверов. Проверяем эффективность.

Как работает SSD | Лаборатория памяти

В отличие от традиционных винчестеров, Solid-State Drive использует принципиально иной способ хранения, записи и чтения данных на основе микросхем памяти, которые полностью эмулируют работу жесткого диска. По своей сути, это очень большая «флэшка», оснащенная к тому же интеллектуальным управляющим контроллером. Эти особенности и определяют преимущества, недостатки, методы ремонта и восстановления данных. Разберем их подробнее.Ф

Внутреннее устройство

Твердотельный накопитель представляет собой компактный бокс, внутрь которого помещена единая печатная плата с расположенными на ней конструктивными элементами.

Хранилище данных

В качестве хранилища данных и внутреннего буфера выступают Flash-модули энергонезависимой NAND-памяти. В некоторых моделях применяется дорогостоящая DRAM-память с автономным источником питания, комплексами оперативного и резервного копирования.Ф

Уникальная особенность памяти NAND заключается в том, что она не позволяет работать отдельно с каждой индивидуальной ячейкой, которые сгруппированы в «страницы» объемом 4 КБ. Еще более неприятный сюрприз связан с тем, что стирать информацию разрешается только по блокам, размер которых равен 512 КБ. Наконец, самое большое огорчение доставляет тот факт, что ресурс записи ограничен. И, если для дорогих топовых моделей это не является проблемой (количество циклов переваливает за 100 000), то бюджетные модули могут исчерпать свой ресурс уже после 1 000 обращений. Рассмотренные ограничения предъявляют очень серьезные требования к процессу управления.

Управляющий контроллер

Это «мозг» девайса, главная задача которого: обработка операций записи/чтения и контроль структуры размещения данных. Использует высокоинтеллектуальный избирательный алгоритм выбора позиции для записи блоков, так называемый «алгоритм перемешивания». Цель: оптимизировать быстродействие и обеспечить равномерную нагрузку на модули памяти для продления срока службы.

Прочие элементы

Включают в себя коннектор, а также многочисленные конденсаторы, резисторы и транзисторы. Для «общения» с процессором SSD задействует самые современные интерфейсы (SATA III, PCI Express, NGFF, SATA Express, NVM Express, U.2), поскольку скорость контроллера и Flash-памяти ни в чем им не уступает (600 МБ/с).

Принцип работы

Для чтения или чистовой записи данных контроллеру достаточно обработать запрос операционной системы, вычислить адрес нужного блока и получить к нему доступ. Минимальное время, требуемое для выполнения этих операций, гарантирует высочайшую производительность, превышающую показатель HDD в несколько раз.Ф

Более грустной выглядит ситуация при изменении или удалении данных, поскольку требуется:

• считать полный блок (512 КБ) во внутренний буфер;
• произвести модификацию байтов;
• очистить блок в микросхеме флэш-памяти;
• вычислить его новое место по логике алгоритма перемешивания;
• и только потом произвести запись.

Кроме того, есть еще один важный нюанс. По аналогии с HDD, после удаления операционной системой данные все еще продолжают храниться в ячейках. Со временем чистых блоков, доступных для прямой записи, становится все меньше (большое количество занято устаревшей или ненужной информацией), и производительность SSD снижается из-за длинного цикла. И, хотя в периоды бездействия контроллер регулярно осуществляет очистку и дефрагментацию, не рекомендуется заполнять накопитель более чем на 80-85%.

Преимущества и недостатки

В общем, достоинства твердотельного накопителя весьма весомы. К их числу относятся:

• превосходная скорость чтения/записи;
• отсутствие движущихся частей, механических операций, шума;
• компактные габариты и небольшой вес;
• минимальное энергопотребление;
• высокая устойчивость к вибрациям, ударам и внешним электромагнитным воздействиям.

С другой стороны, не следует забывать о высокой цене, меньшей износостойкости и потере производительности с течением времени.

Основные неполадки

Архитектура SSD и принцип его работы позволяют выявить наиболее вероятные проблемы:

• сбои во внутреннем программном обеспечении;
• поломка пассивных элементов;
• неисправность контроллера;
• выход из строя одной или нескольких микросхем памяти.

И, если первые два пункта не доставят серьезных неприятностей профессиональным инженерам, то c последними придется помучиться. Так, дефект контроллера чаще всего приводит к необходимости его замены, что оказывается экономически нецелесообразно. Но при этом удается спасти информацию пользователя. Другое дело — импульсные выбросы напряжения, способные повредить электронную плату в целом и, как следствие, «убить» сразу несколько модулей памяти. Это случай может оказаться критическим.

Тем не менее, специалисты Лаборатории памяти готовы прийти к вам на помощь в любых ситуациях. Мы располагаем современной стерильной лабораторией, ламинарными боксами, высокоточными инструментами и эталонной базой ресурсов для любых моделей Solid-State Drive. Квалификация наших мастеров подтверждена сертификатами и тысячами успешных кейсов. Подробнее об этом вы узнаете в статьях Восстановление данных и Ремонт SSD.

Принцип работы NAND-памяти | SSD-накопители | Блог

Современные мобильные гаджеты, повышение быстродействия компьютерных систем и производство недорогих, но быстрых накопителей для хранения большого объема информации напрямую связано с микросхемами памяти.

В быстродействующих устройствах хранения данных используются микросхемы флеш-памяти. Анонсировали их в 1988-89 году, когда компании Intel и Toshiba представили память с архитектурой NOR (Intel) и NAND (Toshiba). Именно вторая разновидность стала наиболее популярной, так как имела больше возможностей для миниатюризации. Почему, сейчас разберемся.

Полевой транзистор с плавающим затвором — основа ячейки памяти

Основой всей технологии флеш-памяти, в том числе и NAND, является полевой транзистор с плавающим затвором. В общем случае его структура выглядит так:

Перед нами обычный полевой транзистор, у которого, помимо управляющего, появился еще один затвор. Так вот в этом затворе, называющемся «плавающий», как раз и кроется вся особенность технологии.

Дело в том, что этот затвор и полупроводник, представляющий собой канал транзистора между стоком и истоком, разделяет тонкий слой диэлектрика. Электроны воздействии положительного напряжения к затвору, смогут не только направиться по своему обычному пути внутри полупроводника, но и «перескочить» с помощью инжекции или туннелирования через слой диэлектрика в плавающий затвор.

Разумеется, так смогут сделать не все электроны, а только их часть — те, которые получили большую энергию. При этом они не пробивают слой диэлектрика в физическом смысле, а в соответствии со своими квантово-волновыми свойствами «перепрыгивают» сразу в плавающий затвор. Вернуться обратно «перепрыгнувшие» электроны не могут, так как у них для этого не хватает энергии.

То есть, мы можем подать напряжение и тем самым «затащить» электроны в плавающий затвор. Они там останутся,  когда мы включим транзистор в следующий раз ­— заряд, сосредоточенный на плавающем затворе окажет влияние на расположенный под ними канал между стоком и истоком: пропустит или не пропустит ток через транзистор независимо от напряжения на управляющем затворе. В самом простом случае мы получаем два состояния — ток есть или тока нет. Ноль и единицу. Что нам и требовалось.

Причем это состояние может сохраняться достаточно долго. Конечно, это время не бесконечно. Постепенно заряд на «плавающем» затворе потеряется. Но этого времени вполне достаточно для хранения информации в реальных условиях применения, так как речь идет о годах.

Разумеется, записанную информацию, то есть, заряд на плавающем затворе, можно стереть. Для этого достаточно подать на управляющий затвор напряжение обратной полярности, чтобы электроны смогли покинуть плавающий затвор и вернулись в проводящий канал транзистора. До этого времени заряд и логическое состояние транзистора сохраняется из-за того, что энергии электронов недостаточно для преодоления потенциального и физического барьера в виде тонкого слоя диэлектрика.

В процессе развития и миниатюризации технология изготовления полевых транзисторов с плавающим затвором менялась и совершенствовалась. Если первые элементы памяти создавали в планарном виде на поверхности кристалла, то сейчас используется технология 3D NAND или V-NAND (разные маркетинговые названия), в которой структура транзистора сформирована не на горизонтальной плоскости, а на вертикальной. Это позволяет экономить площадь и увеличивать объем памяти, который размещается в одной микросхеме. Принцип работы транзистора при этом остается прежним.

Кроме того, сейчас используют не только металлические плавающие затворы. Появились технологии изготовления кристаллов микросхем, повышающие их надежность и позволяющие удерживать заряд в течение большего времени. Например, компания Samsung использует для захвата зарядов и работы в качестве «плавающего затвора» изолированные области из непроводящего материала нитрида кремния SiN. Они называются 3D Charge Trap Flash — «ловушки заряда». Их применение увеличивает срок хранения заряда, а, следовательно, и информации в ячейке, а также делает микросхемы экономичнее в плане энергопотребления.

NAND и NOR ячейки памяти — как они работают

Транзисторы с плавающим затвором соединяются в матрицы, хранящие слова данных по нужным адресам, разными способами. Основными являются NAND и NOR. Эти аббревиатуры представляют собой сокращения словосочетаний «Not AND» и «Not OR» — соответственно «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ».

Схематично способ построения матриц в двух случаях выглядит так:

Как видите из представленных схем, построение матрицы по схеме NOR удобно тем, что можно просто получить доступ к любой конкретной ячейке и записать информацию именно в нее. В случае с NAND несколько одиночных ячеек памяти соединены последовательно и для того, чтобы записать состояние «ноля» в одну из них, надо, чтобы все другие были открыты и пропускали ток.

Именно по этой причине стирание информации в микросхемы NAND-памяти производится поблочно, а для того, чтобы записать новые данные, обновляют информацию сразу для множества ячеек (осуществляют запись «постранично»). Но зато такая схемотехника позволила значительно упростить топологию и сократить размеры ячеек памяти на кристалле. Поэтому в современной микроэлектронике именно NAND-память является основной. И когда вы покупаете новый SSD-диск, то в нем стоят именно микросхемы с NAND-памятью.

Как в одной ячейке удается хранить до 4 бит данных

Небольшими размерами преимущества ячеек NAND-памяти не ограничивается.  Еще один интересный и полезный момент заключается в том, что в них можно записать не один, а несколько (до четырех) битов информации. Теоретически можно и больше, но пока реально можно говорить только о четырех, так как дальше начинаются серьезные технические сложности. Тем не менее, на мероприятии Flash Memory Summit 2019 представители компании Toshiba уже представили идею записи по пять бит данных в каждую ячейку. Но пока до практического применения дело ещё не дошло.

Разберемся, как работает запись нескольких бит информации в одну ячейку. Транзистор с плавающим затвором представляет собой элемент, который может находиться не только в двух состояниях — закрытом и открытом, но и в промежуточных. Фактически это аналоговый элемент, способный пропускать по цепи сток-исток ток разной величины в зависимости от того, какой заряд имеется на затворах и какое поле им создается.

Это значит, что можно «загнать» в плавающий затвор (в 3D NAND — в «ловушку зарядов») столько электронов, сколько понадобится, чтобы пропускать определенный ток через транзистор при определенном значении порогового напряжения. Таких пороговых напряжений может быть несколько, так как есть возможность накопить заряд больше или меньше — столько, сколько потребуется, чтобы в ячейке записалась нужная информация. Далее, подавая на транзистор напряжение и контролируя ток, можно судить о его состоянии, то есть о том, какие данные он хранит.

Отсюда и возникают ячейки памяти, в которых хранится не один бит информации, а больше, вплоть до четырех. Поэтому вся память делится на две категории: SLC (сокращение от Single Level Cell — одноуровневые ячейки) и MLC (Multi Level Cell — многоуровневые ячейки).

С SLC-ячейками все просто. Это классические элементы памяти, которые хранят один бит с двумя состояниями, одно из которых соответствует заряженному затвору, а второе — разряженному.

MLC-ячейки в свою очередь подразделяются на:

• MLC-ячейки. Это элементы памяти, в которых может храниться два бита информации. Соответственно, для этого надо точно фиксировать четыре режима работы транзистора, чтобы понять, какая из четырех комбинаций данных хранится — 00, 01, 10, 11.
• TLC-ячейки. TLC — сокращение от Triple Level Cell, трехуровневая ячейка. В них может храниться три бита данных, а, следовательно, потребуется точно фиксировать уже восемь режимов работы транзистора.
• QLC-ячейки. QLC — сокращение от Quad Level Cell, четырехуровневая ячейка. В ней помещается уже четыре бита данных. Но при этом надо фиксировать уже 16 режимов работы транзистора.

Такое увеличение плотности записи с одной стороны повышает объемы накопителей. Но с другой снижается надежность, так как требуется высокая точность записи состояния и последующего чтения данных. Увеличивается и время, которое тратится на чтение и запись данных, так как надо понять, в каком из 4, 8 или 16 режимов находится транзистор.

Дальнейшие перспективы технологии

Чтобы еще больше увеличить плотность хранения данных в одной ячейке и перейти на хранение пяти бит информации, потребуется контролировать уже 32 режима работы транзистора. Учитывая, что питание микросхем составляет единицы вольт, речь идет о том, чтобы соблюдать точность измерения и установки пороговых напряжений в сотые доли вольта. И это только одна из сложностей, которые надо решить.

Кроме того, надо решать такие задачи, как коррекция ошибок, надежность и количество циклов записи/чтения. Последняя проблема — одна из наиболее критичных, так как запись и чтение данных приводит к износу и уменьшению слоя диэлектрика между плавающим затвором и полупроводниковым каналом транзистора, а, следовательно, к выходу из строя ячейки. Именно этот момент является определяющим для времени безотказной работы памяти. Но, вполне возможно, что инженеры скоро найдут решение, позволяющее сделать следующий шаг в увеличении плотности записи. Тогда появятся еще более объемные твердотельные накопители  по низкой цене.

Как работают твердотельные накопители | HowStuffWorks

Вы приобрели первоклассный ноутбук с жестким диском емкостью 500 ГБ, и он отлично работает. У вас есть все ваши фотографии и видео, вся ваша музыкальная библиотека, пять незавершенных романов и множество приложений, упакованных на диски. Почему вам стоит подумать о замене жесткого диска на твердотельный накопитель? Разве папа не всегда говорил: «Если не сломано, не чини»?

Может быть, у папы не было жестких дисков. Суровая реальность такова, что жесткие диски могут выходить из строя и действительно выходят из строя, причем чаще, чем предполагают их технические характеристики.Например, производители жестких дисков оценивают надежность своих продуктов, используя показатель, известный как , среднее время наработки на отказ или MTBF . Типичный потребительский жесткий диск имеет рейтинг MTBF 500 000 часов, что означает, что в выборке протестированных дисков один отказ будет происходить каждые 500 000 часов тестирования. Это одна неудача каждые 57 лет, что звучит неплохо, не так ли? К сожалению, оценки MTBF вводят в заблуждение. Они исходят из статистической оценки, основанной на небольшом размере выборки и коротком промежутке времени.На самом деле, вы также захотите рассмотреть типичную гарантию и срок службы жесткого диска (от трех до пяти лет или около того), а также оценку MTBF. Поскольку у них нет движущихся частей, твердотельные накопители могут обеспечить повышенную надежность. Они могут рассчитать наработку на отказ до 2,5 миллионов часов, что, вероятно, означает, что срок службы устройства увеличится на несколько лет.

Еще важнее производительность твердотельных накопителей по сравнению с жесткими дисками. Благодаря отсутствию движущихся головок и вращающихся пластин твердотельные накопители могут получить доступ к одному фрагменту данных так же быстро, как и к любому другому фрагменту, даже если они находятся не в такой же близости.Скорость устройства проявляется во всех ключевых задачах ЦП, от загрузки системного программного обеспечения до открытия файлов и чтения и записи данных. В следующих пунктах сравниваются твердотельные и жесткие диски по этим важнейшим действиям:

Время загрузки (Windows 7): 22 секунды (SSD), 40 секунд (жесткий диск)

Скорость чтения-записи данных : 510-550 мегабайт в секунду (SSD), 50-150 мегабайт в секунду (HDD)

Скорость открытия файла Excel : 4 секунды (SSD), 14 секунд (HDD)

Все это складывается.Даже обычный пользователь заметит значительное увеличение производительности компьютера, оснащенного SSD. Но опытный пользователь действительно почувствует разницу. Дизайнеры игр, аниматоры и другие люди, создающие огромные выходные файлы, первыми начали использовать SSD только из-за кумулятивного времени, которое они могли сэкономить при чтении и записи больших файлов. Сегодня геймеры, фотографы и все, кто редактирует графические или видеофайлы, оценят увеличение скорости, которое обеспечивает твердотельный накопитель.

Наконец, твердотельные накопители потребляют гораздо меньше энергии, чем традиционные жесткие диски, что означает, что они продлевают срок службы батареи и остаются более прохладными.Кроме того, они очень тихие, без жужжания и щелчков, которые характерны для жестких дисков. Вы оцените это больше, если вы часто путешествуете и часто ставите компьютер на колени, но даже если ваш ноутбук большую часть времени остается подключенным к док-станции, более прохладная и тихая машина может существенно повлиять на комфорт вашего пребывания. рабочая среда.

Конечно, нет совершенных технологий, да и твердотельные накопители далеки от этого. На следующей странице мы рассмотрим недостатки флэш-памяти NAND и выясним, почему сочетание технологий может быть лучшим решением.

Что такое SSD и как он работает?

Обновлено 2 мая 2019 г.

Узнайте, что такое твердотельные накопители и как они работают — вкратце. Кроме того, вы поймете, почему хостинговые компании (и производители компьютеров) выбирают твердотельные накопители в качестве жесткого диска. Вот подсказка (скорость, надежность, скорость)…

Что такое SSD

Хостинг на твердотельных накопителях

(SSD) — это премиальный вид веб-хостинга, который делает ваш сайт более быстрым и надежным для посетителей и клиентов.Производительность SSD — это то, что делает его предпочтительным вариантом по сравнению с традиционными жесткими дисками.

SSD или твердотельные накопители — это новейшие компьютерные запоминающие устройства, которые обычно используются в ноутбуках, настольных компьютерах и серверах высокого класса. Сегодня они широко используются в индустрии хостинга и крупными организациями для хранения данных в их серверной инфраструктуре. Твердотельные накопители хранят информацию во флэш-памяти и , а не в магнитной системе в качестве жесткого диска. Они не зависят от вращающихся дисков или движущихся частей — отсюда и название твердотельные — скорее, данные сохраняются в кластере банков памяти.По сути, твердотельные накопители — это просто увеличенные версии флэш-накопителя, который находится внутри сервера или компьютера.

Поскольку они используют энергонезависимую память для сохранения данных, твердотельные накопители не теряют никакой информации при сбоях системы из-за потери питания и других проблем. Они также на быстрее, бесшумны, надежны и энергоэффективны, чем традиционные жесткие диски .

Как работают твердотельные накопители

Чтобы понять, как работают твердотельные накопители, посмотрите на жесткие диски.Жесткие диски сохраняют данные на вращающихся магнитных дисках, называемых пластинами. У них есть приводной рычаг с головками чтения-записи. Рычаг помещает головки чтения / записи в правильное положение привода для записи или чтения данных. Поскольку головки должны быть выровнены с областью диска для чтения / записи данных (а диск постоянно вращается), потребуется некоторое время, прежде чем можно будет получить доступ к информации. Жесткому диску может потребоваться чтение из разных областей для загрузки файла или запуска программы, то есть ему может потребоваться подождать, пока диск вернется в правильное положение несколько раз, прежде чем он завершит команду.Если жесткий диск находится в состоянии низкого энергопотребления или в спящем режиме, пластинам может потребоваться несколько секунд, чтобы они набрали обороты и начали работу.

Твердотельные накопители

служат той же цели, что и жесткие диски. Однако их отличает тот факт, что твердотельные накопители используют флеш-память, аналогичную оперативной памяти вашего компьютера, но в отличие от оперативной памяти, которая теряет данные в случае сбоя питания, информация на твердотельных накопителях остается неизменной. SSD не зависят от вращающихся дисков или движущихся частей ; вместо этого они используют полупроводниковые чипы для отправки и получения данных.Эти чипы разделены на страницы, на которых хранятся данные. Одно преимущество SSD должно быть очевидным. Поскольку у них нет движущихся частей, они могут работать со скоростью, намного превышающей скорости традиционных жестких дисков.

Не все хостинговые компании используют SSD, или когда они это делают, делают дикие заявления о том, что они в 19 или 21 раз быстрее. Извините, на KnownHost, мы ИСПОЛЬЗУЕМ ТОЛЬКО SSD — и никто не в 2 раза быстрее нас, а тем более в 20 раз быстрее! Все наши серверы быстрые — мы не продаем хорошие и мусор — кто бы это сделал? Если вы покупаете хостинг, а компания предлагает хостинг в 20 раз лучше, чем их базовые планы — БЕГИ!

Оцените высокопроизводительные решения для хостинга SSD VPS и облачного VPS от KnownHost (для тех, у кого есть загруженные сайты) или наши планы Shared SSD и SSD реселлера (для небольших сайтов или только начинающих).

Что такое SSD-хостинг

Проще говоря, SSD-хостинг — это хостинговая система, в которой используются SSD-серверы. По сути, ваш сайт размещен на виртуальных серверах, которые поддерживаются серией физических серверов , все из которых основаны на твердотельных накопителях . SSD-хостинг — это новейшее решение для хостинга веб-сайтов, и его преимущества, несомненно, огромны. Он работает виртуально, и ваш сайт размещается на виртуальных серверах.Часто серверы являются частью обширной сети физических серверов (образующих облако). При таком хостинге каждый сервер всегда работает для поддержки вашего сайта, если какой-либо из серверов выйдет из строя. Именно по этой причине хостинг VPS очень надежен, потому что у вас есть доступ к бесконечным ресурсам с разных серверов.

Фактически, хостинг KnownHost SSD VPS оказался самым надежным хостингом на планете с 99.Время безотказной работы 99% (варьируется от 99,993% до 99,996%).

Почему SSD для хостинга

Скорость

Преимущества более быстрого доступа к информации для вашего серверного программного обеспечения очевидны, но они имеют больший вес в современных платформах, управляемых данными, которые динамически создают страницы из нескольких запросов к базе данных. В настоящее время многие сайты разработаны с использованием веб-приложений с открытым исходным кодом, таких как Joomla, Drupal и WordPress, из-за их простоты использования и универсальности с точки зрения настройки с помощью бесплатных плагинов и тем. Когда пользователь нажимает на динамический сайт, такой как WordPress, запрос одновременно запрашивает базу данных и оценивает контент. . В тарифных планах хостинга, в которых используется жесткий диск, этот процесс замедляется из-за механического перемещения запоминающего устройства. Но с SSD информация читается / записывается одновременно, что делает просмотр страниц более приятным, поскольку сокращает время загрузки .

Если вы используете платформу электронной коммерции, ценность более быстрой загрузки невозможно переоценить.Потенциальные клиенты могут ждать очень долго (в данном случае три секунды), прежде чем они потеряют интерес и перейдут на сайты ваших конкурентов.

Надежность

Естественно, что с любым механическим устройством, таким как жесткий диск, вы, скорее всего, в тот или иной момент столкнетесь с аппаратными сбоями. Это часто связано с рычагом передачи данных или пластинами или поломкой пружины где-то в устройстве. Хотя со временем технология жестких дисков значительно улучшилась, они всегда будут иметь более низкую надежность, чем такие электронные устройства, как SSD.Кроме того, в отличие от жесткого диска, который может внезапно выйти из строя и привести к полной потере данных, отсутствие движущихся частей означает, что SSD менее подвержен вибрации или ударам. Все это означает, что у вас больше шансов сохранить свои данные в безопасности. с SSD в случае возникновения проблемы, чем с жестким диском.

Заключение

SSD

— это не будущее, а настоящее. Убедитесь, что всякий раз, когда вы покупаете веб-хостинг, вы ищете SSD (например, KnownHost ) — потому что скорость и надежность того стоят!

HDD vs.SSD: как они работают и когда их использовать

Жесткий диск

против SSD: что вы должны установить на свой компьютер? Хотя вы можете не увидеть никакой разницы при сохранении и перемещении файлов на компьютерах, которые используют традиционные жесткие диски или твердотельные накопители, эти две части оборудования не могут быть более разными в том, как они работают. В этом общем руководстве должно быть рассказано, как они работают и для чего вам следует использовать диски. Не все решения хранения одинаковы для одного и того же варианта использования.

Жесткий диск

Это внутренняя часть вашего традиционного жесткого диска, и он по-прежнему использует тот же стиль электромагнитной технологии, которая заставляет работать гибкие диски и полосы кредитных карт.Ряд «пластин» или дисков, покрытых магнитным материалом, вращаются с высокой скоростью, в то время как рычаг чтения / записи следует командам для чтения или записи информации, предоставляя вам все, от программ до документов. Чтение и письмо происходит за счет небольшого изменения магнитного рисунка на поверхности диска. Одна магнитная полярность соответствует «1», а другая — «0», поэтому диск может записывать и читать в двоичном коде.

Так как же выглядит этот тип хранилища? Представьте емкость вашего жесткого диска в виде таблицы, как на картинке ниже:

Когда вы сохраняете файлы, жесткий диск магнитно записывает для них двоичный код в ячейки памяти:

Таким образом, привод может прочитать код позже и снова вытащить документ.

Единственные команды, которые есть на традиционном жестком диске, — это «чтение» или «запись». Обратите внимание, что нет команды «стереть» или «удалить». Так что же происходит, когда вы «удаляете» файл?

Если вы удаляете файл на своем компьютере, вы указываете диску обрабатывать пространство как пустое пространство . То же самое и с переформатированием диска; по сути, вы просто игнорируете файл или файлы, пока жесткий диск не заполнит это пространство новой информацией.

Из-за этого информация еще некоторое время существует, ожидая перезаписи.Вот почему файлы на жестких дисках часто можно восстановить даже после того, как они были «удалены», если, конечно, они еще не были перезаписаны.

Преимущества HDD

• Надежность в течение длительного времени (9-11 лет при хорошем обращении)
• Лучший выбор для архивирования информации и массового хранения, поскольку они устойчивы к деградации с течением времени при хранении в сухой среде с низкой температурой.
• Они вообще дешевле SSD
• Риск внезапной катастрофической потери данных обычно ниже
• Отличное решение, если вы меньше ориентируетесь на производительность и больше на надежную работу.
• Из двух типов хранилищ их намного проще надежно стереть и повторно использовать, поскольку для этого существуют стандартизированные методы (наиболее распространенным является безопасное стирание ATA).

Недостатки

СВЯЗАННЫЙ: Как купить хранилище в 2019 году

SSD

Твердотельные накопители

принципиально отличаются от жестких дисков практически во всех аспектах хранения данных, хотя вы можете не заметить разницы при сохранении, удалении и перемещении файлов.

В отличие от жесткого диска, большинство твердотельных накопителей хранят и извлекают данные с помощью только электронных схем, без использования каких-либо механических частей.Как правило, они используют «энергонезависимую флэш-память», что означает, что устройство сохранит данные, даже если вы выключите компьютер, но другие будут иметь энергозависимую память, аналогичную ОЗУ, и использовать батареи для поддержания питания и сохранения своих данных. Современные твердотельные накопители обычно используют энергонезависимую флэш-память NAND.

Так как же работает флэш-память? Как и его предшественник, накопитель имеет функции чтения и записи, но также имеет возможность стирать данные. Однако это не означает, что ваши файлы будут удалены, когда вы нажмете «удалить».»Вернемся к нашему примеру с таблицей:

Вместо того, чтобы создавать магнитный узор, данные программируются в ячейке памяти электронным способом. Эти ячейки организованы в «страницы», и обычно 64 страницы сгруппированы в «блок». Блоки можно записать только один раз полностью, а затем их нужно полностью стереть и переписать.

Проблема в том, что каждый раз, когда на твердотельный накопитель отправляется электронная команда, на нем происходит небольшой физический износ.Если вы стираете и перезаписываете данные в один и тот же блок снова и снова, диск изнашивается намного быстрее, чем его истинный срок службы. Чтобы противодействовать этому, используется «выравнивание износа» для равномерной записи данных по диску. Ваши данные должны быть стерты, но вместо того, чтобы перезаписывать старое место, новые данные записываются в новый блок:

Это превращает традиционную перезапись данных в странную игру с музыкальными стульями, и может пройти более длительный период времени, прежде чем это свободное пространство будет стерто и заменено новыми данными.Копии «стертых» данных могут некоторое время плавать на вашем твердотельном накопителе.

Кроме того, твердотельные накопители, как правило, «избыточно выделяют» свои данные, чтобы еще больше продлить срок службы устройства:

Это дополнительное пространство используется для выравнивания износа, но оно часто недоступно для потребителя или даже для программного обеспечения для удаления данных из-за установленных на нем блокировок замораживания. Это следует учитывать, если вы планируете стереть и повторно использовать диск.

Преимущества SSD:

• SSD намного быстрее жестких дисков, и даже дешевые модели превосходят традиционные накопители.Windows загружается быстрее, программы загружаются быстрее, а файлы сохраняются быстрее. Более дешевые диски, как правило, имеют более низкую скорость записи, в то время как более дорогие модели имеют более равные скорости чтения и записи.
• Очень низкий риск отказа из-за движения, удара или загрязнения.
• Будет работать при более экстремальных температурах, на высоте
• Очень большая емкость памяти

Недостатки

• Без питания изношенные твердотельные накопители начнут терять данные в течение одного или двух лет.SSD не рекомендуется использовать в архиве.
• Дороже традиционных приводов.
• Надежность значительно варьируется от бренда к бренду, от модели к модели.
• Чувствителен к отключениям электроэнергии

СВЯЗАННЫЕ: Наше руководство по покупке твердотельных накопителей на 2019 год

HDD против SSD: почему не оба?

Вполне возможно и рекомендуется использовать в вашем компьютере оба типа дисководов. На современных материнских платах есть множество вариантов для установки, например, твердотельного накопителя M.2 и нескольких традиционных накопителей.Гибридные диски также существуют, хотя обычно их лучше всего использовать в ноутбуках.

Если SSD обеспечит вам почти мгновенный доступ к вашим программам и документам, то HDD будет хранить большие объемы данных в течение более длительных периодов времени. Это ставит вас в золотую середину с точки зрения производительности и надежности, давая вам машину, рассчитанную на долгий срок службы.

Что такое SSD? Все, что вам нужно знать о твердотельных накопителях

Если вам интересно, «что такое SSD?» но мало что знаю об этом, вы пришли в нужное место.Твердотельный накопитель (SSD) — это запоминающее устройство, которое позволяет постоянно читать, записывать и хранить данные без постоянного источника питания.

Чем SSD отличается от жесткого диска (HDD)? Какой из них лучше? И как выбрать подходящий твердотельный накопитель для своих нужд?

В этом руководстве мы поможем вам понять, что такое SSD, разницу между SSD и HDD, различные типы SSD и как выбрать лучший.

Продолжайте читать!

История твердотельных накопителей (SSD)

А 2.SSD-накопитель с 5-дюймовым отсеком. (Источник изображения: Dsimic, через Wikimedia Commons)

Знаете ли вы, что долгий путь SSD-накопителей и их развития начался в 1950-х годах?

Да, он такой старый!

Тогда они использовали их в компьютерах первого поколения (ЭВМ с электронными лампами) с помощью двух аналогичных технологий: карт памяти, предназначенной только для чтения, и магнитной памяти , ядра памяти .

Однако эти два решения вышли из моды в 1950-х и 1960-х годах с ростом популярности более дешевых компонентов хранения, таких как барабанная память .

Поскольку технология постоянно развивается, к 1970-м и 1980-м годам твердотельные накопители вернулись на сцену, но они были довольно дорогими и не получили широкого распространения, пока Dataram не представила твердотельный накопитель Bulk Core в 1976 году. Хотя это революционное творение твердотельных накопителей емкостью 2 ГБ все еще использовалось. Основная память, она была хорошо совместима и работала намного быстрее, чем диски с фиксированной головкой.

Компании начали разрабатывать технологии SSD, такие как Sharp PC-5000 с пузырьковой памятью SSD 128 КБ, в 1983 году. К 1990-м годам SSD на основе флеш-памяти были представлены и начали набирать популярность во всем мире, но по-прежнему стоили дорого (до 47000 долларов). .

В 2003 году Transcend представила дешевые флэш-накопители SSD с разъемом Parallel Advanced Technology Attachment (Parallel ATA или PATA), которые стоили всего 50 долларов. Разъем PATA подключен жестких дисков к компьютерам.

Только в 2006 году Samsung начала массово продавать флэш-накопители SSD с емкостью 32 ГБ и интерфейсом PATA. В 2009 году компания OCZ Technology представила SSD-накопители большого объема с твердотельными накопителями на флэш-памяти емкостью 1 ТБ, в то время как Virident Systems разработала твердотельные накопители на базе флэш-памяти второго поколения до двух.2 ТБ хранилища в 2012 году.

К концу 2012 года мы увидели надежные корпоративные флэш-накопители для высокопроизводительных приложений, такие как накопитель Intel SDD DC S3700. Возрастающая потребность в скорости, высокой производительности и надежности является критическими факторами для роста и продвижения твердотельных накопителей по сравнению с жесткими дисками.

Чем SSD отличается от жесткого диска? Какой из них лучше? И как выбрать подходящий твердотельный накопитель для своих нужд? 🤯 Нажмите, чтобы узнать больше ⬇️Нажмите, чтобы твитнуть

Разница между SSD и HDD

Чтобы понять шумиху вокруг SSD, вы должны сначала узнать, как он работает и чем отличается от устаревшей технологии хранения, такой как HDD.Хотя твердотельные накопители и жесткие диски используются для хранения данных, они работают по-разному.

Как работает жесткий диск

Жесткие диски

существуют дольше, чем твердотельные накопители. Вы можете найти их в различных электронных устройствах, таких как настольные компьютеры, ноутбуки, игровые консоли, мобильные телефоны и планшеты. Однако в настоящее время она считается устаревшей технологией хранения данных из-за ее метода работы.

Жесткий диск (Источник изображения: Wikimedia Commons)

Если вы знакомы со старыми проигрывателями, HDD немного похож.Жесткий диск — это электромеханическое энергозависимое запоминающее устройство, состоящее из нескольких пластин (дисков), вращающихся вокруг шпинделя (центральной оси). У него есть механический рычаг, позволяющий записывать и читать данные.

Существует два популярных размера жестких дисков: 2,5-дюймовый жесткий диск, используемый в ноутбуках, и 3,5-дюймовый жесткий диск, используемый в настольных компьютерах. Скорость жесткого диска зависит от количества вращений / оборотов, которые он совершает в минуту.

Как работает SSD

В отличие от жестких дисков, SSD-накопитель не имеет движущихся частей и обеспечивает почти мгновенный доступ.В SSD данные хранятся в микрочипах, что ускоряет работу. SSD меньше по размеру по сравнению с HDD и даже может быть установлен непосредственно на материнскую плату. Можно сказать, что это более продвинутая и сложная форма USB-накопителя.

SSD-накопитель (Источник изображения: Wikimedia Commons)

SSD зависит от флэш-памяти, причем двумя наиболее популярными типами флэш-памяти являются NOR и NAND. Большинство твердотельных накопителей используют флэш-память NAND, потому что она быстрее записывает и меньше по размеру, чем NOR.NAND — это энергонезависимая флеш-память, которая хранит данные, хранящиеся в ней, даже если диск выключен.

В то время как у жестких дисков есть механический рычаг для чтения и записи данных, твердотельный накопитель использует процессор (контроллер) для чтения и записи данных. Он также отвечает за хранение, восстановление, кеширование и очистку данных.

Скорость чтения и записи данных SSD, вместе с его общей производительностью, определяется его контроллером.

Почему SSD лучше HDD

А теперь перейдем к битве за накопители.Хотя старый добрый вращающийся диск все еще продается и используется многими центрами обработки данных и бюджетными потребителями, все больше предприятий и потребителей переходят на твердотельные накопители. Вот почему:

• Скорость: Скорость является наиболее заметным и значительным преимуществом твердотельного накопителя перед жестким диском. Поскольку у него нет движущихся частей, SSD может читать данные в 10 раз быстрее, чем HDD, и писать в 20 раз быстрее. Более того, процесс копирования жесткого диска колеблется от 30 МБ / с до 150 МБ / с, тогда как стандартный SSD занимает 500 МБ / с.Таким образом, твердотельные накопители обеспечивают более быстрое время загрузки, время загрузки приложений и файлов (например, игр и видео) и передачу данных.

• Энергоэффективность: Из-за того, что жесткий диск требует большого количества механических операций, это энергоемкий накопитель. Напротив, твердотельные накопители более энергоэффективны и потребляют меньше энергии, что продлевает срок службы батареи.

• Нет перегрева: твердотельные накопители более термостойкие, в то время как жесткие диски склонны к перегреву, что снижает общую производительность системы.

• Сборка: Отсутствие движущихся частей дает твердотельным накопителям преимущество над жесткими дисками с точки зрения долговечности. Это более надежное запоминающее устройство, оно не вибрирует и может выдерживать удары, в отличие от жесткого диска. Твердотельные накопители также работают тихо, а жесткие диски — шумно.

• Вес: твердотельные накопители имеют меньший вес по сравнению с жесткими дисками, что делает их более эффективными по производительности и функциональности.

Когда вам понадобится SSD

Учитывая различные преимущества твердотельных накопителей перед жесткими дисками, многие люди и компании берут их на вооружение.Но это не обязательно означает, что у вас должен быть SSD-накопитель, или вы должны полностью опустошить свой кошелек.

Итак, давайте взглянем на некоторые из основных вариантов использования SSD.

1. Бизнес

SSD — отличный выбор для предприятий и предприятий, которые управляют и хранят кучи данных, благодаря его высокой скорости, высокой производительности и надежности при передаче файлов и времени доступа.

Возьмем, к примеру, программирование и графический дизайн. Хотя жесткие диски широко распространены среди графических дизайнеров и программистов из-за его большой емкости, профессионалы недавно перешли на твердотельные накопители из-за их скорости.Они могут выполнить больше проектов в более короткие сроки, чем жесткие диски.

2. Хостинг веб-сайтов

Скорость — важный фактор в индустрии веб-хостинга. Если ваш сайт загружается медленно, вы потеряете доход и трафик, что в конечном итоге убьет ваш онлайн-бизнес. Знаете ли вы, что скорость — один из важнейших факторов повышения рейтинга вашего сайта в Google?

Веб-сайты

Professional включают богатый контент и интерактивные функции, особенно сайты с интенсивным использованием баз данных, размещенные на WordPress.Высокая скорость чтения / записи SSD может помочь уменьшить задержку и быстро выполнять запросы, ускоряя загрузку вашего веб-сайта WordPress. Мы подробно писали о том, как ускорить работу своего сайта на WordPress.

Безопасность данных — еще одна важная причина использования твердотельных накопителей, поскольку жесткие диски подвержены механическим сбоям, что ведет к риску потери данных. Как упоминалось выше, твердотельные накопители более устойчивы к физическим повреждениям, что делает их лучшим выбором для защиты данных.

В отличие от жестких дисков, твердотельные накопители не подвержены фрагментации данных, что улучшает общую производительность.Их низкое энергопотребление также идеально подходит для компаний, предоставляющих веб-хостинг, для экономии энергии и снижения потребления электроэнергии, что позволяет им стать более экологически чистыми.

Здесь, в Kinsta, мы верим в силу твердотельных накопителей, и все наши планы включают в себя использование твердотельных накопителей. Посмотрите, как мы разработали самое быстрое решение для хостинга WordPress и как правильно выбрать емкость хранилища для вашего веб-сайта.

3. Игры

Твердотельный накопитель

популярен среди энтузиастов игр, и это неудивительно.Производительность SSD идеальна для игр, от скорости до долговечности и энергоэффективности. В наши дни игры загружаются тяжелыми текстурами и моделями, загрузка которых с жесткого диска может занять до 3 минут. Но с SSD та же игра загрузится менее чем за минуту.

4. Путешествие

Независимо от того, являетесь ли вы исследователем, коммунальным работником или блогером / влогером, вам понадобится портативный твердотельный накопитель, если вы регулярно путешествуете. SSD и HDD действительно бывают как во внутренней, так и во внешней форме. Однако твердотельный накопитель более долговечен благодаря энергонезависимому механизму и не занимает много места по сравнению с внешним жестким диском.

Различные типы твердотельных накопителей

Сегодня на рынке представлены твердотельные накопители различных типов. Вы, наверное, слышали термины «SATA», «NVMe», « PCIe » и «M.2», но что именно?

Подпишитесь на информационный бюллетень

Хотите узнать, как мы увеличили посещаемость более чем на 1000%?

Присоединяйтесь к 20 000+ другим пользователям, которые получают нашу еженедельную новостную рассылку с инсайдерскими советами по WordPress!

Подпишитесь сейчас

Начнем с того, что различные типы твердотельных накопителей зависят в основном от интерфейса соединения между устройством хранения и компьютером или сервером.Давайте углубимся в каждый тип.

Различные типы SSD (Источник изображения: Tech Society)

SATA

Первый интерфейс или поколение, используемое с твердотельными накопителями, называется Serial Advanced Technology Attachment (SATA). Это наиболее часто используемый интерфейс среди жестких дисков и запоминающих устройств.

SATA обеспечивает скорость до 600 МБ / с, а его размер подходит для большинства ноутбуков и ПК, отсюда и его популярность. SATA также имеет меньший размер, называемый mini-SATA (mSATA).

SATA — самый медленный среди всех типов SSD, но он по-прежнему имеет скорость передачи данных до 5 раз быстрее, чем жесткие диски.

NVMe

Non-Volatile Memory Express (NVMe) — это протокол для твердотельных накопителей, который позволяет достигать скорости обмена данными до 2600 МБ / с, что почти в 5 раз быстрее, чем у твердотельных накопителей SATA. Твердотельные накопители NVMe новее, чем твердотельные накопители SATA, и обычно используют экспресс-соединение периферийных компонентов (PCIe), более подробно обсуждаемое ниже.

Твердотельные накопители

NVMe дороже, чем твердотельные накопители SATA, и обычно требуют большей мощности. Вот почему они используются только для особых нужд, например для предприятий, которым важна высокая скорость обработки и передачи данных.

Протокол NVMe также работает с флэш-памятью, что означает, что даже внешние или портативные твердотельные накопители NVMe будут работать так же быстро, как и твердотельные накопители NVMe с внутренним подключением.

Разъем PCIe

Вы также можете классифицировать твердотельные накопители в соответствии с используемыми разъемами, которые определяют скорость передачи данных.

PCIe — это тот же разъем, который используется для подключения высокопроизводительных графических карт непосредственно к материнской плате. Когда твердотельные накопители NVMe используют разъемы PCIe, они обеспечивают максимальную скорость обработки и передачи данных.

Однако разница в скорости или пропускной способности наиболее заметна при работе с большими файлами (50 ГБ или более), но при запуске Windows или запуске игры она не будет сильно отличаться от использования обычных SSD.

Разъем M.2

Ранее известный как форм-фактор следующего поколения (NGFF), разъем M.2 обеспечивает максимально возможную скорость SSD (до 2600 МБ / с). Если на материнской плате компьютера нет разъема M.2, можно использовать карту PCIe с разъемом M.2 используется для подключения твердотельного накопителя NVMe к материнской плате.

Если на материнской плате компьютера уже есть разъем M.2, вы найдете хранилище с пометкой «SATA M.2» или «NVMe M.2». Однако, если на материнской плате его нет и есть карта PCIe со встроенным разъемом M.2, она будет помечена как «PCIe NVMe M.2 SSD».

Разъем M.2 относительно невелик по размеру и предназначен для замены mSATA. Он также подходит как для небольших ноутбуков, так и для более крупных устройств.Разъем M.2 совместим с SATA, PCIe и даже USB 3.0.

Преимущества и недостатки SSD

Из того, что мы до сих пор обсуждали о твердотельных накопителях, теперь вы имеете довольно хорошее представление об их основных преимуществах.

Подведем итоги: они намного быстрее традиционных дисководов. Они также более надежны в том смысле, что обеспечивают более стабильную работу. Более того, они энергоэффективны и меньше по размеру.

А как насчет недостатков SSD? Что ж, SSD отстают в нескольких вещах:

• Цена: Цена — самый существенный недостаток SSD.Хотя они стали дешевле и с каждым днем ​​становятся все доступнее, они по-прежнему дороже жестких дисков. Тем не менее, SSD по-прежнему подходят не всем, особенно пользователям с ограниченным бюджетом.

• Емкость хранилища: Некоторые пользователи отдают предпочтение емкости хранилища над производительностью, поскольку они используют хранилище для обычно больших файлов, таких как фильмы, музыка, фотографии и т. Д. Хотя существуют твердотельные накопители, которые могут предоставить вам до 4 ТБ хранилища, они по-прежнему ограничены в емкости, если сравнивать их с жесткими дисками.

• Ограниченная запись / стирание: SSD имеют ограниченный цикл записи / стирания. Например, твердотельные накопители потребительского уровня имеют ограниченное количество циклов записи / стирания, которое составляет от 3000 до 5000 циклов. Твердотельные накопители премиум-класса могут иметь циклы записи / стирания до 100 000 циклов.

SSD Цена

Несмотря на то, что твердотельные накопители обычно дороже жестких дисков, спрос на твердотельные накопители быстро растет, особенно с облачными платформами, благодаря преимуществам, которые мы обсуждали выше.Падению цен на твердотельные накопители с момента их запуска способствуют и другие факторы.

Например, стоимость флеш-памяти NAND падала последние пару лет. Кроме того, переход к 96- и 128-слойным процессам от 32- и 64-слойных технологий привел к размещению большего объема памяти в меньшем пространстве, что снизило стоимость материалов.

Еще одним фактором является широкий спектр твердотельных накопителей, представленных на рынке в настоящее время для потребителей, от недорогих до премиальных.Например, вы можете получить ADATA XPG SX8200 Pro с 1 ТБ памяти и интерфейсом 3D NAND NVMe Gen3x4 PCIe M.2 2280 всего за 150 долларов или твердотельный накопитель Crucial MX500 3D NAND SATA с 500 ГБ памяти примерно за 60 долларов.

Когда вы покупаете SSD, рассчитайте стоимость гигабайта. Но имейте в виду, что диски с большой емкостью хранения — более 256 ГБ — обеспечат вам лучшее соотношение цены и качества.

Как правильно выбрать твердотельный накопитель

Выбор правильного типа SSD зависит от нескольких факторов, включая ваш бюджет, размер желаемой емкости хранилища и тип устройства (настольный компьютер, ноутбук, сервер и т. Д.)).

1. Бюджет

Самым доступным способом хранения данных действительно является жесткий диск, в то время как твердотельные накопители даже всех их типов, как правило, дороже.

Твердотельные накопители

SATA — самый доступный тип твердотельных накопителей. Другими словами, если у вас небольшой бюджет, но вы ищете производительность, тогда SATA SSD — самый подходящий вариант для вас.

С другой стороны, если бюджет не является проблемой, более эффективный вариант NVMe — более эффективный выбор.

2. Емкость накопителя

SSD становятся доступными с большей емкостью хранения.Чем больше емкость, тем они экономичнее. Простой расчет может помочь вам точно определить, сколько SSD-хранилища вам понадобится на вашем ПК.

Во-первых, узнайте, сколько данных вы в среднем используете в месяц. Затем добавьте к этому минимум 20%, чтобы быть в безопасности. Это та сторона хранения, которая вам нужна.

Например, если средний общий размер всех файлов и данных, которые вы используете, составляет 700 ГБ, то SSD на 1 ТБ будет более чем идеальным для вас. Однако, если ваше использование не превышает 500 ГБ, то SSD на 512 ГБ кажется достаточно.

3. Тип устройства

Благодаря постоянному развитию твердотельных накопителей и их разъемов, их размеры постоянно уменьшаются, сохраняя при этом их производительность. В результате большинство SSD совместимы с большинством компьютерных устройств и их материнских плат.

Тем не менее, тип используемого SSD зависит от того, совместимо ли с ним ваше устройство. Но это всегда можно отрегулировать с помощью подходящего разъема.

Единственный тип, который не работает с некоторыми устройствами, — это твердотельный накопитель SATA из-за его большого размера.Вот почему это чаще встречается на больших устройствах, таких как настольные компьютеры.

С другой стороны, твердотельный накопитель NVMe совместим практически со всеми устройствами, особенно при использовании разъема M.2.

Если вы все еще не уверены, какой тип SSD вам следует использовать, взгляните на следующую сравнительную таблицу:

SSD Тип	Доступность	Преимущества	Недостатки	Лучшее для
SATA	Доступный	Самый дешевый тип SSD	Производительность ниже, чем у твердотельного накопителя NVMe	Для домашнего использования
NVMe	Сравнительно дорого	Высокая производительность и небольшой размер	Относительно дорого, и для совместимости с некоторыми устройствами может потребоваться разъем	Деловое использование, игры, хостинг веб-сайтов

Все, что вам нужно знать, чтобы понять, что такое SSD, разницу между SSD и HDD, различные типы SSD и как выбрать лучший 👇Нажмите, чтобы твитнуть

Сводка

Нет сомнений в том, что рынок твердотельных накопителей переживает бум из-за возросшего спроса со стороны предприятий и услуг веб-хостинга.Но будут ли твердотельные накопители заменять жесткие диски навсегда? Пока не ясно, уйдут ли жесткие диски в прошлое, учитывая их большую емкость и доступную стоимость.

Тем не менее, стоимость твердотельных накопителей снижается. А их доступность в различных емкостях, размерах и конфигурациях делает их более доступными, чем когда-либо.

Мы рекомендуем использовать твердотельные накопители вместо жестких дисков для настольных компьютеров и ноутбуков. А если вы ищете управляемый SSD-хостинг для своего сайта WordPress, мы поможем вам!

Что вы выбрали при выборе между SSD и HDD? Дайте нам знать об этом в комментариях!

---

Экономьте время, деньги и повышайте производительность сайта с помощью:

• Мгновенная помощь от экспертов по хостингу WordPress, 24/7.
• Интеграция Cloudflare Enterprise.
• Глобальный охват аудитории с 28 центрами обработки данных по всему миру.
• Оптимизация с помощью нашего встроенного мониторинга производительности приложений.

Все это и многое другое в одном плане без долгосрочных контрактов, поддержки миграции и 30-дневной гарантии возврата денег. Ознакомьтесь с нашими планами или поговорите с отделом продаж, чтобы найти план, который подходит именно вам.

Революция твердотельных накопителей: подробные сведения о том, как на самом деле работают твердотельные накопители

Внутри коробки

В отличие от вращающихся жестких дисков, которые считывают и записывают данные магнитным способом, SSD считывает и записывает на носитель, называемый флэш-памятью NAND.Флэш-память является энергонезависимой, что означает, что она не теряет свое содержимое при отключении питания, как это происходит с DRAM, используемым в памяти вашего компьютера. Это то же самое, что живет внутри ваших смартфонов, mp3-плееров и маленьких флэш-накопителей USB, и оно производится на одних и тех же сборочных линиях. Что делает SSD намного быстрее, чем флэш-накопитель, так это комбинация способа адресации чипов NAND и различных ярлыков кэширования и вычислений, которые встроенный контроллер SSD использует для чтения и записи данных.

«Определенный объем хранилища, созданный из флэш-памяти NAND, займет примерно на 60 процентов меньше физического пространства, чем такая же структура, построенная из флэш-памяти NOR».

Энергонезависимость флэш-памяти

обусловлена ​​типами транзисторов, используемых в ее составе, а именно транзисторами с плавающим затвором. Нормальные транзисторы — это простые вещи; по сути, это просто переключатели с электронным управлением. Энергозависимая память, как и ОЗУ компьютера, использует транзистор, соединенный с конденсатором, для индикации нуля или единицы.Транзистор используется для передачи заряда конденсатору или его отвода, и этот заряд должен обновляться каждые несколько микросекунд. С другой стороны, транзистор с плавающим затвором — это больше, чем просто переключатель, и он не имеет необходимого внешнего конденсатора для удержания заряда. Скорее, транзистор с плавающим затвором создает крошечную клетку (называемую плавающим затвором , ), а затем побуждает электроны мигрировать в эту клетку или из нее, используя особый вид квантового туннельного эффекта. Заряд, который представляют эти электроны, постоянно удерживается внутри клетки, независимо от того, потребляет ли компьютер в данный момент энергию или нет.

Легко увидеть, как транзистор с плавающим затвором может стать основой для носителя информации. Каждый транзистор может хранить один бит — «1», если ячейка не заряжена, «0», если она заряжена — так что просто соберите их вместе, и готово. Ячейки обычно объединяются в сетку, а затем соединяются между собой. Сегодня для хранения используются два типа флеш-памяти: NOR и NAND. Оба имеют сетку ячеек; чем они отличаются, так это их проводка.

NOR вспышка

Самый простой способ использовать транзисторы — соединить вместе каждую строку и каждый столбец, чтобы можно было прочитать каждую отдельную битовую позицию.Этот конкретный макет используется в NOR flash. Цепи, соединяющие каждую строку, называются «словарными линиями», а схемы для каждого столбца — «битовыми линиями». При таком расположении операции чтения очень просты: подайте напряжение на каждую строку слов, и разрядные строки будут показывать напряжение (или нет) в зависимости от того, хранит ли каждая ячейка 0 или 1. Это похоже на то, как энергозависимая SDRAM. выложил.

Чтобы понять, как это работает более подробно, мы должны сначала понять транзисторы с плавающим затвором.Обычный транзистор имеет три соединения, названных в зависимости от используемой технологии: «база, коллектор и эмиттер» или «затвор, сток и исток». Транзисторы с плавающим затвором используют второй набор терминов.

Когда на затвор (или базу в транзисторе другого типа) подается напряжение, ток может течь от истока к стоку (или от коллектора к эмиттеру). Когда к затвору прикладываются низкие напряжения, напряжение, протекающее от истока к стоку, изменяется пропорционально напряжению затвора (таким образом, низкое напряжение затвора вызывает низкий поток от истока к стоку, высокое напряжение вызывает высокое).Когда напряжение затвора достаточно высокое, пропорциональный отклик прекращается. Это позволяет использовать транзисторы как в качестве усилителей (слабый сигнал, подаваемый на затвор, вызывает пропорционально больший сигнал в источнике), так и в качестве переключателей (используйте только высокое или нулевое напряжение на затворе, и есть либо высокий ток, либо отсутствие тока между истоком и стоком). (На YouTube есть действительно отличное видео, показывающее, как работает транзистор, более подробно.)

Реклама

Плавающий затвор находится между затвором и остальной частью транзистора и существенно меняет поведение затвора.Заряд, содержащийся в части с плавающим затвором транзистора, изменяет пороговое значение напряжения транзистора. Когда напряжение затвора выше определенного значения, известного как V _{, читается} , и обычно составляет около 0,5 В, переключатель всегда замыкается. Когда напряжение затвора ниже этого значения, размыкание переключателя определяется плавающим затвором.

Если плавающий затвор не имеет заряда, то низкое напряжение, приложенное к затвору, все еще может замкнуть переключатель и позволить току течь от истока к стоку.Если плавающий затвор действительно сохраняет заряд , то для протекания тока к затвору необходимо приложить полное напряжение V _{, считывающее} . То есть, независимо от того, содержит ли плавающий затвор заряд, изменяется количество напряжения, которое должно быть приложено к затвору транзистора, чтобы он проводил или не проводил.

В сетке ячеек словарные шины подключены к затворам транзисторов. Битовые линии прикреплены к их стокам. Источники подключены к третьему набору линий, называемых линиями источников.Как и в случае с разрядными линиями, источники всех транзисторов в одном столбце соединены вместе.

Мы можем прочитать содержимое ячейки, приложив низкое напряжение к воротам и проверив, течет ли ток. В частности, словарная шина, к которой подключена эта ячейка, запитана до некоторого напряжения ниже V _чтения . Ток будет течь через ячейку от исходной линии к подключенной к ней битовой линии тогда и только тогда, когда плавающий затвор ячейки не содержит заряда (1). Если плавающий затвор содержит заряд (a 0), пороговое значение напряжения всей ячейки слишком велико для преодоления небольшого напряжения.Затем битовая линия, подключенная к этой ячейке, проверяется на ток. Если у него есть ток, он обрабатывается как логическая 1; если нет, то логический 0.

Такое расположение транзисторов используется во флеш-памяти ИЛИ-НЕ. Причина, по которой он назван ИЛИ, заключается в том, что он напоминает логическое ИЛИ — низкий ток в словарной шине исключает заряд в плавающем затворе. Если вы примените V _{, чтение} и плавающий затвор не имеет заряда, тогда битовая линия показывает заряд (0 ИЛИ 0 = 1), тогда как плавающий затвор не будет проводить низкий ток чтения, если он содержит заряд (0 ИЛИ 1 = 0).

Упрощенная диаграмма, показывающая фрагмент NOR flash и способ подключения ячеек.

NOR flash имеет большой недостаток. Хотя конструкция концептуально проста, микросхемы довольно сложны, потому что большой кусок флэш-памяти ИЛИ-НЕ занимает все эти отдельные линии слов и соединения разрядных линий — они должны быть у каждого транзистора, и это приводит к большому количеству возможность подключения. В некоторых приложениях, где требуется возможность чтения и записи с приращениями в один бит, NOR flash отвечает всем требованиям; однако для замены жестких дисков нам не нужна такая чрезвычайная степень детализации доступа.Жесткие диски не адресуются до ближайшего байта; вместо этого вы можете читать и записывать только целые сектора (обычно 512, но все чаще и чаще 4096 байт) за раз.

Реклама

NAND флэш-память

Итак, перейдем к новому устройству, в котором сокращаются все эти соединительные провода. Начните с той же сетки транзисторов и тех же словарных линий, соединяющих затворы каждой строки. Однако соединение битовых линий меняется. Каждый транзистор в столбце соединен последовательно, сток одного соединяется с истоком другого.Первый транзистор в столбце подключен к обычному транзистору, выбор источника, а выбор источника — к линии истока. Последний транзистор в столбце затем подключается к другому обычному транзистору, выбору разрядной линии, и тот подключается к разрядной линии. Все транзисторы выбора источника и транзисторы выбора разрядной линии имеют свои затворы, связанные вместе, поэтому они концептуально добавляют дополнительные строки выше и ниже словарных строк.

Упрощенная диаграмма, показывающая блок флэш-памяти NAND, состоящий из страниц, и способ соединения ячеек.Обратите внимание на последовательные разрядные линии вместо параллельных.

Для чтения отдельного бита в сетке включены транзисторы выбора разрядной линии и выбора источника. Затем ко всем строкам слов, которые вы читаете , а не , применено V _read , заставляя транзисторы проводить ток независимо от того, есть ли у них заряд в их плавающих затворах. Только словарная строка интересующего вас бита имеет более низкое напряжение. Если этот бит имеет накопленный заряд (и, следовательно, является логическим 0), транзистор останется открытым, и ток не будет течь через цепочку транзисторов.Если в нем нет накопленного заряда (и, следовательно, это логическая 1), транзистор закроется, и будет течь ток. Наличие или отсутствие тока в разрядной шине определяется и обрабатывается как 1 или 0 соответственно. Все битовые линии будут доставлять сигнал одновременно, параллельно.

Изменение порогового напряжения ячеек всего блока позволяет читать отдельные страницы.

Типичная сетка флэш-памяти имеет от 32 до 256 столбцов (и, следовательно, от 32 до 256 битных строк) и от 4096 до 65 536 строк (и, следовательно, от 4096 до 65 536 строк слов).Общая сетка называется блоком , , а каждая строка называется страницей , (на практике страницы еще немного больше, чтобы включать данные для исправления ошибок и бухгалтерского учета).

Эта конструкция называется NAND flash. Опять же, это ссылка на его сходство с своего рода логическим вентилем, логическим вентилем И-НЕ, что означает «не и» или «отрицаемое и».

Последовательное соединение столбцов ячеек флэш-памяти друг с другом устраняет огромное количество структурных элементов по сравнению с флэш-памятью ИЛИ-НЕ; данный объем хранилища, созданный из флэш-памяти NAND, займет примерно на 60 процентов меньше физического пространства, чем такая же структура, построенная из флэш-памяти NOR.

Но есть и обратная сторона — это потеря способности читать и записывать каждый бит индивидуально. Флэш-память NAND может читать и записывать данные только по одной странице — по одной строке — за раз. Вопреки расхожему мнению, в структуре флэш-памяти NAND нет ничего, что препятствовало бы чтению и записи из отдельных ячеек; скорее, придерживаясь цели дизайна флэш-памяти NAND, чтобы она была проще и меньше, чем флэш-память NOR, стандартизованные команды, которые чипы NAND могут принимать и понимать, структурированы так, что страницы являются наименьшей адресуемой единицей.Это экономит место на кристалле, которое в противном случае потребовалось бы для хранения большего количества инструкций и возможности удерживать карту от ячейки к странице.

Теперь давайте используем всю эту память в качестве хранилища и посмотрим, как она работает.

Обеспечивает ли твердотельный жесткий диск больше оперативной памяти? | Small Business

Твердотельные жесткие диски обменивают быстро вращающиеся магнитные диски и несколько движущихся головок чтения / записи традиционного жесткого диска на банк микросхем памяти того же типа, которые используются в USB-накопителях, сотовых телефонах и картах памяти цифровых фотоаппаратов.Хотя они сделаны с микросхемами памяти, это не ОЗУ. Твердотельные накопители используют другой тип памяти, не могут напрямую обращаться к процессору вашего компьютера и работают намного медленнее, чем ОЗУ. Однако они могут иметь даже большее значение для производительности вашего компьютера, чем добавление оперативной памяти.

Как работают твердотельные накопители

Вне коробки твердотельный накопитель работает так же, как и любой другой жесткий диск. ЦП вашего компьютера запрашивает данные у набора микросхем материнской платы, который отправляет запрос на жесткий диск. На дату публикации данные передаются на твердотельный накопитель и из твердотельного накопителя через последовательное соединение с расширенной технологией 6 Гбит / с, обычно называемое соединением SATA, по одному разряду за раз.Внутри накопителя контроллер извлекает информацию или помещает ее на множество микросхем флэш-памяти, которые он содержит.

Как работает RAM

RAM имеет почти прямое соединение с процессором. Фактически, данные, поступающие на жесткий диск и с него, по пути проходят через оперативную память компьютера. Микросхемы ОЗУ также управляются контроллером памяти, но они синхронизируются с часами процессора, поэтому они могут доставлять или принимать данные именно тогда, когда это необходимо процессору. Канал связи между процессором и оперативной памятью также намного шире, чем соединение SATA — 64 бита является обычным явлением в середине 2013 года.Ключевой недостаток оперативной памяти, помимо ее стоимости, заключается в том, что при отключении питания она теряет все, что хранит.

SSD и RAM Скорость

RAM на порядки быстрее SSD. Теоретическая максимальная скорость передачи SSD соответствует скорости интерфейса SATA — 6 Гбит / с, что эквивалентно 750 МБ / с. Однако относительно быстрый SSD может обеспечить реальную скорость записи 456 МБ / с. Теоретическая максимальная скорость оперативной памяти указывается в ее номере ПК, поэтому модуль памяти PC3-12800 может передавать 12800 МБ / с — примерно в 30 раз быстрее, чем реальная производительность SSD.Прямая замена RAM на SSD значительно замедлит работу вашей системы.

Реальная производительность

Однако в реальном мире трата денег на твердотельный накопитель может иметь большее значение, чем добавление ОЗУ. Старое правило, согласно которому добавление ОЗУ улучшает производительность, не работает, когда у вас уже достаточно ОЗУ для выполнения того, что вы хотите. Для многих пользователей от четырех до восьми ГБ памяти обеспечивают отличную производительность. В этот момент замена относительно медленного жесткого диска на быстрый SSD существенно повлияет на то, как быстро загружается ваш компьютер и как быстро открываются программы.Если ваша операционная система должна использовать файл подкачки, который представляет собой часть вашего жесткого диска, выделенную для использования на всякий случай, файл подкачки, хранящийся на SSD, также будет работать быстрее.

Ссылки

Писатель Биография

Стив Ландер работает писателем с 1996 года, имея опыт работы в области финансовых услуг, недвижимости и технологий. Его работы публиковались в отраслевых изданиях, таких как «Minnesota Real Estate Journal» и «Minnesota Multi-Housing Association Advocate».»Ландер имеет степень бакалавра политических наук Колумбийского университета.

Что лучше для вас? — Intel

SSD против HDD: скорость

Твердотельные накопители становятся все более популярными благодаря их скорости. По всем параметрам твердотельные накопители превосходят жесткие диски, поскольку в них используется электрическая схема и нет физических движущихся частей. Это приводит к сокращению времени ожидания при запуске и меньшим задержкам при открытии приложений или выполнении тяжелых вычислительных задач.Например, Intel SSD D5-P5316 — это твердотельный накопитель корпоративного уровня емкостью 15,36 ТБ, обеспечивающий пропускную способность более 7000 МБ / с. Совместимый жесткий диск Seagate Exos 2×14 емкостью 14 ТБ обеспечивает пропускную способность только до 500 МБ / с. Это разница в 14 раз! ¹

Эти более высокие скорости приводят к повышению производительности в нескольких областях, например, при входе в систему и ожидании запуска приложений и служб или при выполнении задач, требующих большого объема памяти, таких как копирование большого файла. С жестким диском производительность значительно снижается, в то время как SSD может продолжать работать над другими задачами.

На скорость

также влияет интерфейс, используемый в твердотельном накопителе и жестком диске, который подключается к остальной части компьютерной системы при передаче данных туда и обратно. Возможно, вы слышали об этих интерфейсах — SATA и PCI Express (PCIe). SATA — это более старая, медленная устаревшая технология, а PCIe — новее и быстрее. SSD-накопители с интерфейсами PCIe обычно работают намного быстрее, чем жесткие диски с SATA, поскольку PCIe содержит больше каналов для передачи данных. Думайте об этом как о количестве автомобилей, которые могут съехать по однополосной проселочной дороге по сравнению с четырехполосным шоссе.

Хотя никто никогда не жалуется, что их компьютер слишком быстр, бывают случаи, когда жесткий диск может иметь смысл. Если у вас есть терабайты файлов, которые вы хотите хранить, жесткие диски по-прежнему являются менее дорогим вариантом, хотя ситуация меняется с более низкими ценами на твердотельные накопители и новыми технологиями NAND, повышающими плотность битов на кристалл NAND. Решения о хранении на компьютере можно упростить, если рассматривать данные как «холодные» или «горячие». «Холодные» данные могут включать в себя фотографии за годы, которые вы хотите хранить на ноутбуке, но не смотрите каждый день и не нуждаетесь в быстром доступе.Жесткие диски могут быть отличным и экономичным выбором для холодных данных. На другом конце спектра, если вы занимаетесь транзакциями в реальном времени, редактируете видео и фотографии и вам нужен быстрый доступ к базе данных файлов, видеоклипов или моделей, или даже просто запускаете операционную систему, это называется как «горячие» данные. Высокая производительность SSD делает их идеальным выбором, когда важнее всего быстрый доступ к вашим данным.

SSD против HDD: Endurance

Степень износа записи на твердотельный накопитель NAND частично зависит от состояния данных, уже находящихся на диске, поскольку данные записываются на страницах, а стираются блоками.При последовательной записи данных на относительно новый твердотельный накопитель данные могут быть эффективно записаны на последовательные, свободные страницы на диске. Однако, когда небольшие блоки данных необходимо обновить (например, при редактировании документов или числовых значений), старые данные считываются в память, редактируются и затем перезаписываются на новую страницу на диске. Старая страница, содержащая устаревшие данные, помечена как недопустимая. Когда свободные страницы больше не доступны, эти «недействительные» страницы освобождаются для использования в фоновом процессе, называемом «дефрагментацией» или «выравниванием износа».Все существующие допустимые страницы в данном блоке должны быть сначала скопированы в другие свободные места на диске, чтобы исходный блок содержал только недопустимые, устаревшие страницы. Затем исходный блок можно стереть, чтобы освободить место для записи новых данных.

Внутренние служебные процессы NAND, такие как выравнивание износа, приводят к усилению записи, когда общее количество внутренних операций записи на твердотельный накопитель превышает количество операций записи, необходимых для простого размещения новых данных на диске. Поскольку каждая запись немного ухудшает качество отдельных ячеек NAND, усиление записи является основной причиной износа.Встроенные процессы помогают твердотельным накопителям NAND равномерно распределять износ по всему диску. Но суть в том, что рабочие нагрузки с большим объемом записи (в частности, случайные записи) приводят к тому, что твердотельные накопители NAND изнашиваются быстрее, чем другие шаблоны ввода / вывода (I / O), потому что они приводят к большему усилению записи.

Хорошая новость заключается в том, что всегда указывается ресурс твердотельного накопителя на уровне твердотельного накопителя с учетом наихудшего случая случайной записи. Например, когда вы слышите, что диск может выполнять одну запись на диск в день, это означает, что вы можете записывать как минимум один полный объем данных, используя эту случайную запись каждый день в течение гарантийного срока диска (обычно 5 лет).

Прямое сравнение: SSD и HDD

Что касается емкости, SSD для компьютеров доступны емкостью от 120 ГБ до 30,72 ТБ, тогда как жесткие диски могут иметь емкость от 250 ГБ до 20 ТБ. При измерении стоимости на единицу емкости жесткие диски выходят на первое место, но по мере того, как твердотельные накопители падают в цене, их отличие от жестких дисков становится все меньше. Однако с твердотельными накопителями вы получаете гораздо больше работы на каждый сервер, что приводит к развертыванию меньшего количества устройств для получения такой же производительности, как и на жестких дисках. Результат? Твердотельные накопители имеют более низкую совокупную стоимость владения (совокупная стоимость владения).

Надежность определяется как то, хранятся ли данные должным образом в неповрежденном состоянии. Твердотельные накопители в целом более надежны, чем жесткие диски, что опять же связано с отсутствием движущихся частей. Это потому, что без движения твердотельные накопители не подвержены вибрации или связанным с ними тепловым проблемам.

Твердотельные накопители

обычно потребляют меньше энергии и увеличивают время автономной работы, поскольку доступ к данным осуществляется намного быстрее, а устройство чаще простаивает. Благодаря вращающимся дискам жестким дискам при запуске требуется больше энергии, чем твердотельным накопителям.

Снижение затрат на твердотельные накопители по сравнению с жесткими дисками

Понятно, что твердотельные накопители работают значительно лучше жестких дисков. Почти так же хорошо известно преимущество твердотельных накопителей в надежности. Учитывая эти внутренние преимущества, твердотельные накопители не нуждаются в репликации для повышения производительности, и, как правило, для надежности им требуется гораздо меньше репликации. Более высокая производительность SSD также позволяет использовать более эффективные методы сокращения объема данных, чем жесткие диски. Сокращение объема данных — это отношение хранимых данных хоста к требуемому физическому хранилищу; 50-процентный коэффициент будет эквивалентен коэффициенту уменьшения объема данных 2: 1.Поскольку сокращение объема данных позволяет пользователю хранить больше данных, чем на физическом оборудовании, в результате эффективная емкость увеличивается. Технологии сжатия и дедупликации могут значительно уменьшить требуемую необработанную емкость хранилища, необходимую для удовлетворения требований «полезной емкости».

Современные алгоритмы оптимизированы для твердотельных накопителей, используя преимущества их производительности, чтобы обеспечить высокий коэффициент уменьшения объема данных (DRR) при обеспечении высокой производительности приложений.