Ssd диск принцип работы: HDD и SSD: принципы работы

HDD и SSD: принципы работы

Главная > Новости > HDD и SSD: принципы работы

HDD (он же «винчестер») — это жесткий диск, который состоит из одного или нескольких магнитных дисков и считывающих головок. Магнитные диски вращаются, а считывающая головка (закрепленная на рычаге) перемещается над поверхностью диска и распознает сохраненные данные.

В SSD нет движущихся механических частей, он состоит из большого количества отдельных flash-накопителей, которые встроены в диск по тому же принципу, что и в USB-флешках.

Преимущества SSD:

• Так как SSD твердотельный накопитель, он работает практически бесшумно,  HDD, напротив, потрескивает во время работы.

• При пиковой нагрузке накопитель потребляет до 2 Вт, жесткий диск «съедает» до 7 Вт. Таким образом, SSD на 80% снижает потребление электроэнергии.

• Как ранее упоминалось, SSD нет механических частей, что делает их более прочными.

  Такие устройства, в большинстве случает, могут без проблем пережить даже падения. В то время как с HDD это может привести к деформации конструкции и потере данных.

• SSD работают значительно быстрее, чем классические жесткие диски, что сокращает время запуска ПК или ноутбука до 5-10 секунд. На HDD время запуска системы — 40-45 секунд.

Преимущества HDD:

• Классические жесткие диски предлагают гораздо больший объем памяти —  до 10 Тбайт, в то время как SSD пока ограничиваются 2 Тбайтами.

• При потере данных на HDD, зачастую, информацию можно восстановить с помощью специальных утилит. В то время как на SSD-накопителе, данные спасти будет крайне сложно.

 

Возникли вопросы? Звоните по телефону  095 5 404 404   097 280 82 20   093 170 0 180  наши операторы с радостью ответят Вам!

 

SSD — принцип работы, преимущества, недостатки

---

В последнее время все большей популярностью стали пользоваться SSD или твердотельные накопители. Как работают твердотельные накопители, какими достоинствами они обладают, и всегда ли SSD лучше, чем накопитель на жестких магнитных дисках?

Устройство SSD

SSD – это энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство, работающее на основе микросхем памяти. По своему внутреннему устройству твердотельный накопитель не многим отличается от обычной флешки. Информация в нем хранится в нескольких блоках флеш-памяти, для кеш-памяти используется микросхема DDR DRAM, а управляет процессом чтения записи и структурой размещения данных SSD-контроллер.

Как работает SSD

Принцип работы твердотельного накопителя несколько иной, чем у накопителя на жестких магнитных дисках, то есть HDD. При считывании информации в винчестере сначала происходит вычисление местонахождения блока данных, потом блок магнитных головок перемещается к нужной дорожке, а затем уже происходит собственно сам процесс считывания. А если запрашиваемые файлы фрагментированы и находятся в разных секторах винчестера, то процесс считывания данных сильно замедляется.

В SSD-накопителях за счет отсутствия движущихся частей считывание информации происходит значительно быстрее – после вычисления контроллером адреса нужного блока доступ к данным предоставляется практически моментально.

Преимущества SSD

Популярность SSD на современном рынке объясняется рядом весомых преимуществ, которым обладают данные накопители.

• Высокая скорость чтения и записи, которая в разы превышает средние показатели большинства HDD-накопителей.
• Лучшая, чем у HDD, производительность. Показатель IOPS (количество операций ввода-вывода в секунду) у SSD значительно выше, чем у накопителей на жестких магнитных дисках.
• Относительно низкое энергопотребление.
• В твердотельных накопителях нет никаких движущихся деталей, за счет чего достигается полное отсутствие шума и вибрации.
• SSD менее чувствительны к механическим воздействиям и внешним электромагнитным полям (благодаря отсутствию магнитных дисков).
• Твердотельные накопители обладают более широким диапазоном рабочих температур.
• У SSD сравнительно низкое тепловыделение, что способствует улучшению производительности как самого накопителя, так и системы в целом.

Недостатки SSD

К сожалению, при всех своих достоинствах, твердотельные накопители не лишены и недостатков, некоторые из которых могут показаться весьма существенными.

• Главная проблема SSD-накопителей – это ограниченное количество циклов перезаписи, от 10 000 в недорогих моделях SSD до 100 000 циклов в SSD с более дорогостоящим типом памяти. И хотя производители твердотельных накопителей пытаются бороться с данным недостатком, например, применяя схемы балансировки нагрузки и заменяя DRAM-память кеш-памятью, сделанной по технологии FRAM, однако проблема износа SSD по-прежнему остается актуальной.
• Второй недостаток SSD-дисков – высокая стоимость. Из-за применения инновационных технологий цена на твердотельный накопитель значительно превышает цену HDD-диска с таким же объемом и сходными характеристиками. Кроме того, стоимость SSD прямо пропорционально зависит от его емкости, тогда как цена жесткого диска далеко не всегда напрямую зависит от объема его памяти.
• После очистки SSD-накопителя с применением команды TRIM восстановление удаленных данных не представляется возможным, даже с применением специализированных утилит. Впрочем, для тех, кому нужно удалить с диска конфиденциальную информацию, данная особенность является скорее преимуществом.
• Также невозможно восстановить данные с твердотельного диска после резкого скачка напряжения. Поскольку в SSD-дисках микросхемы памяти находятся на одной плате с контроллером, то при перепадах в сети, как правило, сгорает и контроллер и память, тогда как в HDD в аналогичных ситуациях сгорает лишь плата контроллера диска.

Оптимизация SSD

Для того, чтобы твердотельный накопитель прослужил дольше, необходимо соблюдать некоторые рекомендации:

• Желательно отключить все функции, которые подразумевают в своей работе частое обращение к данным на диске.
  Сюда относится дефрагментация (на SSD она вообще не нужна), индексирование файлов Windows и функция Prefetch. Также можно отключить гибернацию, что освободит немного места на диске и поможет уменьшить число обращений к памяти SSD.
• Лучше всего иметь в компьютере два диска: HDD и SSD. На SSD можно хранить системные и программные файлы, а также игровые приложения (для прироста производительности, разумеется), а HDD – использовать для хранения пользовательских данных (документов, фильмов, фотографий и так далее). При этом папки с временными файлами и кешем браузера лучше перенести на HDD. Туда же можно поместить и файл hiberfil.sys.
• По возможности следует избегать полного заполнения пространства раздела твердотельного накопителя. Последние 10-20% свободного места SSD рекомендуется оставлять пустыми, так как функции TRIM необходимо пространство для перегруппировки данных, и полное заполнение диска может отрицательно сказаться на его производительности.

Воспользуйтесь услугой нашей компании обслуживание компьютеров сетей.

SSD жесткий диск

В разделе SSD жесткий диск Вы найдете информацию о принципе работы, особенностях, видах и поколениях SSD дисков. Так же в данном разделе представлены программы и утилиты для мониторинга и восстановления данных с SSD.

SSD жесткий диск, относительно новый носитель информации. Абривиатура SSD обозначает Solid State Drive, что в переводе обозначает твердотельный привод. SSD накопитель, так же называют SSD жесткий диск или короче SSD диск, а так же они меют название твердотельный накопитель ssd или просто твердотельный накопитель.

Они снабжены точно такими же интерфейсами IDE, SATA или SAS, как и у жестких дисков. Со стороны внешнего интерфейса SSD идентичны обычным винчестерам.

Для массовых пользователей SSD жесткие диски являются относительно новым веянием. В «больших компьютерах» твердотельные накопители применяются очень давно, но широкому распространению долго мешала запредельная стоимость.

Впрочем, в пересчете на единицу емкости цена SSD по сравнению с HDD до сих пор остается довольно высокой. Не стоит воспринимать SSD просто как «большую и быструю флешку». К SSD накопителям предъявляются иные требования, чем к «заменителям дискет», и в них воплощены весьма специфические решения.

Особенности SSD накопителей.

Прежде всего, это развитая схема чередования блоков (в SSD чипов флеш-памяти всегда несколько) и технология выравнивания износа ячеек. Флеш-память часто представлена чипами MLC (Multi-Level Cell), в которых каждая ячейка памяти может находиться не в одном из двух, а в одном из нескольких дискретных состояний.

Наконец, SSD жестким дискам своим появлением обязана новая команда TRIM, добавленная к стандартному набору АТА-команд. Она опровергает казавшееся незыблемым положение о том, что «удаленные данные физически остаются на диске, пока блоки не будут перезаписаны новыми данными» (более подробно об восстановлении информации Вы можете узнать в разделе Восстановление данных), а понятие «тримминг» заставляет пересмотреть саму идею восстановления информации!

Принцип работы SSD жестких дисков.

Архитектурно диск подключен к контроллеру IDE или SATA (это видно и в BIOS, и в диспетчере устройств), однако конструктивно он является самой настоящей встроенной памятью. Когда нужно извлечь данные из нетбука, который «умер» и даже не включается, возникают серьезные проблемы.

Работа флеш-памяти основана на явлении диффузии электронов в полупроводнике. Из этого следуют два не очень приятных вывода.
— Срок хранения зарядов на плавающих затворах пусть и велик, но все же конечен. По законам термодинамики электроны стремятся со временем равномерно распределиться по всему объему кристалла. Рано или поздно такое равновесие наступит и все содержимое памяти утратится.

— Каждый цикл записи понемногу «подтачивает» слой, отделяющий затвор от остальной массы кристалла. Кроме того, со временем неизбежно происходит деградация самого материала и р-n-переходов. Из-за этого срок жизни ячейки ограничен некоторым числом циклов записи-перезаписи.

Производители заверяют, что продолжительность надежного хранения однажды записанных данных составляет не менее 5 лет (реально — 10 и более). Число циклов перезаписи тоже иногда оговаривается. Например, ранние модели Kingston Compact Flash были рассчитаны на 300 000 циклов перезаписи, Transcend Compact Flash — на 1 000 000, а флеш-диски USB Transcend объемом 1 Gb образца 2006 года — всего на 100 000. Многие модели 2010 года преодолели рубеж в 2 000 000 циклов.

Износ ячеек происходит неравномерно. Те из них, которые хранят записи файловой системы, переписываются при каждом изменении содержимого диска. Они и пострадают в первую очередь! Примерно так же газон на футбольном поле сильнее всего бывает вытоптан перед воротами.

При обычной эксплуатации в роли «карманного переносчика гигабайт» редкий диск USB или карта памяти доживают до такой ситуации. Обычно их раньше топят, ломают, разгрызают, сжигают по питанию. Однако «флешка», которая пару лет стационарно проработала в компьютере с Windows 7 как дополнительная память Ready Boost, попадает под подозрение. Во всяком случае, нежелательно потом держать на ней единственную копию бухгалтерской базы или своих рабочих документов.

Однако для SSD проблема износа блоков стоит очень остро по определению. На системном диске обновление записей файловой системы, а также областей, где находятся файл подкачки, журналы и реестр, происходит непрерывно. Решением стали технологии динамического распределения или равномерности износа ячеек (wear leveling). Благодаря им часто обновляемая информация по очереди заносится в разные ячейки флеш-памяти. Другими словами, таблица трансляции (соответствия между логическими блоками и физическими блоками, куда они записываются) регулярно меняется.

Подробности таких технологий производители пока не разглашают. Можно лишь сказать, что в микропрограммы накопителей закладываются различные алгоритмы выравнивания износа ячеек. Сама таблица трансляции хранится в служебной области той же флеш-памяти или в отдельном чипе EEPROM вместе с микропрограммой устройства.

Виды SSD.

В наши дни SSD на массовом рынке представлены в трех основных видах:
— SSD с интерфейсом SATA в стандартных форм-факторах 3,5″, 2,5″ или 1,8″;
— SSD, интегрированные в материнские платы нетбуков и ноутбуков.
— SSD в виде платы PCI (PCI-E). Такая конструкция встречается реже.

Если оставить в стороне последний вариант, типичный твердотельный диск состоит из управляющего процессора, нескольких микросхем флеш-памяти NAND, микросхемы (иногда нескольких) памяти DDR — кеша данных, чипа EEPROM с микропрограммой и элементов обвязки. Монтаж на плате бывает односторонним или двухсторонним. Существуют конструкции с двумя платами — что-бы уменьшить габариты в плане, часть чипов флеш-памяти выносят на дополнительную плату.

Особой разновидностью являются решения с двумя самостоятельными контроллерами, каждый из которых обслуживает свой пул флеш-памяти, и RAID- контроллером. Последний функционирует прозрачно для интерфейса SATA. Благодаря этому со стороны SATA такой «внутренний массив» ничем, кроме скорости работы, не отличается от обычного диска. В виде плат расширения, как правило, выпускают дорогие «топовые» модели SSD. Архитектурно это контроллер PCI SATA с подключенным к нему и смонтированным на той же плате твердотельным накопителем.

Поколения и типы SSD жестких дисков.

За недолгую историю твердотельных дисков широкого применения уже сменилось два их поколения. Производителей чипов для SSD не так уж много, и по наборам используемых элементов условно выделяют четыре (пока) типа накопителей SSD:
— первое поколение: Тип 1. Контроллер JMicron 602(B) + NAND (MLC) Hitachi, Samsung, Intel(Micron). Производительность ограничивается в основном контроллером. В некоторых накопителях установлена пара контроллеров. Поддержка команды TRIM не предусмотрена;
— второе поколение: Тип 2. Контроллер Indilinx LC(B) + NAND (MLC, SLC) Samsung, Intel (Micron) + кеш Elpida 64 Мбайт. Поддержка тримминга и показатели чтения/записи зависят от версии прошивки;
— Тип 3. Контроллер Samsung ARM + NAND Samsung (MLC.SLC) + кеш Samsung 64, 128 Мбайт. Отличается высокой скоростью чтения. Микропрограмма, как правило, не подлежит обновлению. Поддержка тримминга отсутствует;
— Тип 4. Контроллер Intel + NAND (MLC,SLC) Intel (Micron 50 нм, 34 нм) + кеш Sumsung или Micron 16, 32, 64 Мбайт. Высокие абсолютные показатели только чтения. В случае использования микросхем MLC — низкая, но постоянная скорость записи. С чипами SLC скорость записи наоборот, высокая, но падает по мере заполнения диска. Поддержка тримминга зависит от версии прошивки.

Статьи по теме SSD жесткий диск.

Преймущества и недостатки SSD твердительных накопителей — в статье рассмотрены достоинства и недостатки SSD относительно флешки и HDD.

HDD против SSD — в статье представлен сравнительный анализ устройства и принципа работы жестких дисков и твердотельных накопителей.

Проблема TRIMM в SSD жестких дисках — в статье рассмотрена команда TRIMM, которая была добавленная в спецификацию ATA.

Особенности логической структуры SSD жестких дисков — в статье рассмотрены особенности логической структуры Solid State Drive.

Программа SSDlife — в статье описана программа для мониторинга состояния SSD дисков.

Дисковая система: HDD, SSD и NVMe

Отличия дисковых подсистем SSD и HDD+SSD для виртуальных выделенных серверов, сравнение производительности.

Диски HDD+SSD-кэш

Принцип работы. Мы используем быстрые SSD-диски для кэширования запросов к медленным, но значительно более ёмким и недорогим HDD-дискам. В этом режиме каждое обращение к жесткому диску виртуальной машины проверяется на наличие в кэше, и при его наличии в кэше отдаётся оттуда, а не читается с медленного диска. Если же в кэше данные не найдены, то они читаются с HDD-диска и записываются в кэш.

Преимущества технологии HDD+SSD-кэш. Основной плюс технологии HDD+SSD-кэш в объеме предоставляемого дискового пространства. Также серверы на этой технологии дешевле, что немаловажно для размещения начинающих проектов, тестовых серверов и вспомогательных сервисов.

Что рекомендуем размещать на серверах с HDD+SSD дисками:

• VPN
• Бекапы данных
• Объемные архивы с данными
• Любые сервисы и сайты, для которых не критична скорость чтения/записи с дисков

Диски SSD

Принцип работы. SSD (Solid-state drive) — это накопитель, в котором, в отличие от обычных жестких дисков, нет движущихся элементов. Для хранения в SSD используется флеш-память. Простыми словами, это большая флешка.

Преимущества технологии SSD. Основное преимущество SSD-накопителей — это скорость работы. В отличие от обычного жесткого диска, отсутствуют временные затраты на позиционирование считывающих головок — увеличивается скорость доступа к данным. Согласно тестам, скорость чтения/записи на SSD превышает показатели обычных HDD в несколько раз.

Кому будет полезен VDS или VPS на SSD?

• Владельцам интернет магазинов: скорость работы с базами данных на SSD несоизмеримо выше, чем на HDD.
• Владельцам других сайтов: страницы вашего сайта будут открываться значительно быстрее, что немаловажно для ранжирования в поисковых системах.
• Для разработчиков: скорость компиляции кода на SSD-дисках выше, сэкономьте свое время.
• Для игровых серверов: скорость загрузки увеличивается, не заставляйте игроков ждать.

Диски NVMe

Принцип работы. NVM Express (NVMe, NVMHCI, Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification) — обновленная версия SSD-диска. Использует собственный, разработанный с нуля, протокол взаимодействия, и подключается через порт PCI Express.

Преимущества технологии NVMe. Чтение-запись с дисками NVMe в 2-3 раза быстрее, чем с обычными SSD. Шина PCI Express не ограничивает скорость диска — этим обеспечивается прирост производительности. Кроме этого, на NVMe быстрее обрабатываются параллельные операции, больше операций чтения-записи проводится в единицу времени.

Когда заказывать виртуальный сервер с диском NVMe?

• В тех же случаях, что и SSD. Когда вашему проекту уже не хватает производительности SSD, либо планируете рост проекта и высокие нагрузки.

Сравниваем производительность

Мы сравнили производительность виртуальных машин на «боевых» физических серверах с различными дисковыми подсистемами.

Для наглядности сделали таблицу со сравнением IOPS — количество операций чтения/записи за секунду. Это один из ключевых параметров при измерении производительности систем хранения данных, жёстких дисков и твердотельных дисков (SSD).

В реальных условиях показатели могут отличаться, но цифры дают наглядное представление о разнице в производительности дисков. Замеры проводились утилитой fio — случайное чтение и запись в файл размером 10 Гб блоками по 4 килобайт в 16 одновременных потоков с глубиной очереди 64.

Обратите внимание, что в работе сайтов чаще всего используются именно операции чтения данных, а не записи. Этот показатель NVMe SSD дисков существенно опережает обычные SSD-диски. 

Сравнение производительности технологий

Как работает SSD-диск?

Мы очень часто обсуждаем разницу между разными типами NAND- структур — вертикальных NAND и плоскостных, многоуровневых ячеек (MLC) и трехуровневых ячеек (TLC). Но мы еще ни разу не сели и не поговорили о более простом и фундаментально уместном вопросе: как, в первую очередь, работает SSD?

Чтобы понять, чем отличаются SSD от вращающихся дисков, нам нужно немного поговорить о жестких дисках. Жесткий диск хранит данные на вращающихся магнитных дисках, называющихся пластинами. Там есть манипулятор на электроприводе с прикрепленными головками чтения/записи. Этот манипулятор направляет головки над нужным участком диска для чтения или записи информации.

Из-за того, что головка должна зафиксироваться над определенной областью диска для чтения или записи информации (а диск постоянно вращается), есть ненулевое время ожидания, прежде чем данные станут доступны. Диску иногда приходится читать из разных участков диска, чтобы запустить какую-то программу или открыть файл, что означает, что пластинам надо прокрутиться несколько раз для чтения с определенного участка, прежде чем команда сможет выполниться. Если диск находится в режиме сна или энергосберегающем, разгон до максимальной скорости и набор мощности для чтения может занять несколько секунд.

С самого начала было понятно, что жесткие диски не смогут предоставить необходимую скорость для мгновенной скорости работы компьютера. Задержка HDD измеряется в миллисекундах, в то время, как задержка работы процессора измеряется в наносекундах.  Одна миллисекунда это 1,000,000 наносекунд, а у жесткого диска уходит около 10-15 миллисекунд на то, чтобы найти данные и начать их считывать. Индустрия жестких дисков представила более маленькие пластины, дисковое пространство, более высокую скорость вращения, чтобы хоть как-то ускорить работу диска, но есть предел скорости работы таких дисков. Семейство VelociRaptor от Western Digital вращается со скоростью 10,000 оборотов в секунду, а это самый быстрый диск за всю историю потребительского рынка (некоторые корпоративные могут разгоняться и до 15,000). Проблема в том, что несмотря на скорость вращения, диск все еще значительно медленней, чем процессор.

Чем отличается SSD

«Если бы я спросил, чего хотят люди, они бы сказали, что более быстрых лошадей». Генри Форд.

Твердотельные накопители названы так потому, что не полагаются на подвижные части вращающихся дисков. Вместо этого, данные сохраняются в пул NAND памяти. Память NAND сама по себе состоит из так называемых транзисторов с плавающим гейтом. В отличие от транзисторных конструкций, которые используются в DRAM, нуждающемуся в обновлении несколько раз в секунду, память NAND разработана для удержания прежнего заряда даже если питания нет. Это делает NAND памятью, независимой от энергии.

Диаграмма выше показывает дизайн простой флеш-ячейки. Электроны, хранящиеся на плавающем гейте, который впоследствии считывает заряженный транзистор как «1», а не заряженный как «0». И да, в NAND памяти 0 означает наличие информации, в отличие от классической двоичной системы.  NAND память образует сетку. Весь макет сетки называется блоком, а отдельные строки, которые составляют сетку, называются страницами. Обычно страницы бывают таких размеров: 2К, 4К, 8К, и 16К, а на каждом блоке по 128 или 256 страниц. Размер блока колеблется от 256КБ до 2Мб.

Одно из преимуществ этой системы должно сразу бросаться в глаза. Из-за того, что в SSD нет подвижных частей, они могут работать на скоростях, недоступных для обычного HDD. На таблице показана задержка доступа на обычном носителе в миллисекундах.

NAND даже рядом не стоит с основной памятью, но она на несколько порядков быстрей, чем обычный жесткий диск. В то время, как задержки NAND памяти при записи значительно больше задержек при чтении, они все еще опережают обычный диск.

В таблице выше можно заметить две вещи. Во-первых, обратите внимание, как добавив больше бит в ячейку, NAND оказывает существенное влияние на производительность памяти. Записывает, впрочем, хуже, чем читает — типичная трехуровневая ячейка (TLC) в 4 раза хуже в сравнении с одноуровневой ячейкой (SLC) NAND при чтении, и в 6 раз хуже при записи. Задержка при вытирании также сильно снижена. Воздействие не пропорционально, TLC NAND почти в два раза медленней, чем MLC NAND, несмотря на удержание всего на 50% больше данных (три бита на ячейку вместо двух).

Напряжение TLC NAND

Причина такой низкой скорости TLC NAND в сравнении с MLC или SLC заключается в том, как данные перемещаются с/на ячейку NAND. C SLC NAND, контроллеру нужно только знать, чему равен бит — 0 или 1. С MLC NAND, ячейка может иметь четыре значения — 00, 01, 10, или 11. С TLC NAND, ячейка может иметь уже восемь значений. Чтение правильного значения с ячейки требует от контроллера памяти использования очень точного напряжения, чтобы удостовериться в заряженности ячейки.

Чтение, запись, cтирание

Одно из функциональных ограничений SSD заключается в том, что чтение и запись с/на пустой диск происходит очень быстро, а вот перезапись информации в разы медленней. Это из-за того, что когда SSD читает информацию на уровне страницы (в значении отдельных строк в памяти типа NAND) и могут записывать тоже на уровне страницы, предполагая, что окружающие ячейки пусты, они могут удалять данные только на уровне блоков. Это потому, что акт стирания NAND памяти требует большого напряжения. Хотя теоретически вы можете стереть NAND память на уровне страниц, объем требуемого напряжения устанавливается запросом отдельных ячеек вокруг ячейки, которая переписывается. Стирание данных на уровне блока помогает смягчить эту проблему.

Единственный способ для SSD обновить существующие страницы — просто скопировать содержимое всего блока в память, стереть блок, а затем записать содержимое блока назад + обновленные страницы. Если диск полон, и нет доступных пустых страниц, SSD сначала должен просканировать блоки, которые помечены для удаления, но еще не были удалены, вытереть их, и записать на их место новые данные. Вот почему SSD со временем становятся медленней — по сути, пустой диск полон блоков, которые могут быть мгновенно переписаны, а почти полный диск более вероятно будет вынужден пройти всю последовательность программы «вытри-запиши».

Если вы пользовались SSD, вы, вероятно слышали о чем-то под названием «накопление мусора». Мусор — это фоновой процесс, который позволяет диску смягчать влияние на производительность цикла «вытри-запиши» путем выполнения определенной задачи в фоновом режиме. На изображении показывается процесс накомления мусора.

Обратите внимание, что на этом примере привод пользуется тем, что он может писать очень быстро, опустошая страницы и записывая новые значения для первых четырех блоков (A-D). Он также записал два новых блока — Е и Н. Блоки A-D теперь отмечены как устаревшие, а это означает, что они хранят информацию, которая значится в памяти диска как «устаревшая». Во время неактивного периода, SSD будет двигать новые страницы в новый блок, вытирая старый блок, и помечая его как пустое место. Это означает, что в следующий раз, когда SSD понадобится произвести запись, он может записать прямо на уже пустой блок Х, вместо того, чтобы произвести цикл «вытри-запиши».

Следующая концепция, которую следует упомянуть, это TRIM. Когда вы удаляете файл с Windows на простом диске, файл удаляется не мгновенно. Вместо этого, операционная система сообщает диску, что он может перезаписать физическое место на диске, где был файл в следующий раз, когда ему понадобится место. Вот почему можно восстановить файлы (и именно потому удаление файлов не освобождает место на диске, пока вы не очистите корзину). С традиционным HDD, ОС не нужно следить за тем, куда записывается информация, или какое относительное состояние блоков и страниц. С SSD, это важно.

Команда TRIM позволяет операционной системе говорить SSD, что он может пропустить перезапись некоторых данных в следующий раз, когда будет производить очистку блока. Это уменьшает общее количество данных, которые диск записывает и повышает долговечность SSD. Чтение и запись повреждают NAND память, но запись наносит гораздо больше вреда, чем чтение. К счастью, долговечность на блочном уровне не была проблемой для современных NAND носителей. Больше информации о долговечности SSD любезно предоставлено вот здесь.

Последние две концепции, о которых стоит упомянуть — выравнивание износа и усиление записи. Поскольку SSD записывают данные на страницы, но удаляют блоками, количество данных, записанных на носитель, всегда больше, чем фактическое обновление. Если вы вносите изменение в 4Кб файл, например, весь блок, который занимает этот файл, будет вытерт и переписан с обновлением. В зависимости от количества страниц на блок и размер каждой из них, вы можете вытереть целых 4Мб данных, чтобы просто обновить несчастные 4Кб. Сборка мусора понижает влияние на увеличение объема записи, как это делает и команда TRIM. Сохраняя значительную часть диска свободной, и/или заводское избыточное выделение ресурсов также может снизить влияние на увеличение объема записи.

Выравнивание износа относится к практике обеспечения того, чтобы определенные блоки памяти NAND не записывались/стирались чаще, чем другие. Во время выравнивания износа, в равной степени увеличивается продолжительность жизни и надежность записи на памяти NAND, что, фактически, может увеличить прирост объема записи. В другом случае, при распределении операции записи равномерно по всему диску, иногда необходимо программировать и вытирать блоки даже если их содержимое никогда не обновлялось. Хороший алгоритм выравнивания износа направлен на поиск этого баланса.

Контроллер SSD

Должно быть очевидно, что SSD требуют более совершенных механизмов управления, чем жесткие диски. Это не просто предрассудки, на самом деле, HDD заслуживают большего уважения, чем они сейчас имеют. Механические проблемы, которые связаны с балансировкой множественного чтения-записи головками всего на нанометр от пластины, вращающейся со скоростью 5,000-10,000 оборотов в секунду — это вам не шубу сами знаете куда заправить. 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.

Типичный контроллер SDD

SDD контроллеры, как бы там ни было, нами 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, вы можете подумать, что контроллер диска выполняет функции балансира в высокопроизводительном массиве памяти. SSD не развертывают RAID внутренне, но технология выравнивания износа, накопление мусора и управление кэшем SLC имеют аналоги в большом железном мире.

Некоторые диски также используют алгоритмы сжатия данных для уменьшения общего числа операций записи и улучшения продолжительности жизни привода. Контроллер SSD обрабатывает коррекци ошибок и алгоритмы управления для однобитных ошибок, по прошествии определенного времени, становятся все более сложными.

К сожалению, мы не можем вдаваться в подробности устройства контроллеров SSD, так как разные компании по-своему скрывают свои секреты. 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.

Дорога впереди

Память NAND предлагает огромный прирост производительности по сравнению с жесткими дисками, но не без собственных недостатков и проблем. Емкость дисков и цена за гигабайт, как ожидается, будут повышаться и падать соответственно, но вероятность того, что SSD догонит HDD по этим параметрам, крайне мала. Усадка узлов это серьезная проблема для памяти NAND, в то время, как большинство аппаратного обеспечения улучшается с уменьшением узла, NAND становится все более хрупкой. Время сохранения данных и производительность записи неразрывно ниже для 20нм NAND, в сравнении с 40нм NAND, даже если плотность и суммарная мощность значительно улучшена.

К настоящему времени, производители SSD добились лучшей производительности, приняв более быстрые стандарты информации, высокую пропускную способность, и больше каналов на каждый контроллер, плюс, использование SLC кэша, о котором говорилось ранее. Тем не менее, в долгосрочной перспективе, предполагается, что NAND будет заменена на что-то совершенно другое.

А на что это «другое» будет похоже пока что остается темой для обсуждения. И магнитные RAM и память с изменением фазы обе зарекомендовали себя как возможные кандидаты, хотя обе технологии находятся на ранней стадии разработки, и должны преодолеть множество трудностей, чтобы конкурировать в качестве замены NAND-памяти.  Заметит ли потребитель разницу — вопрос открытый. Если вы обновились с NAND на SSD, а затем прикупили более быстрый SSD, вы знаете, что разрыв между HDD и SSD гораздо больше, чем между SSD и SSD, даже при переходе со сравнительно более скромного носителя. Улучшение времени доступа с миллисекунд до микросекунд имеет большое значение, но прыжок с миллисекунд на наносекунды едва ли можно засечь человеческим разумом.

Сейчас NAND-память является царем горы, и будет оставаться таковой еще лет 5, как минимум.

Зачем нужен диск SSD в компьютер: преимущества и недостатки

До недавнего времени для хранения данных использовались носители, работающие по принципу магнитной записи. В 70-80-х годах ушедшего века ими являлись гибкие дискеты, которые затем уступили более надежным и вместительным жестким дискам. Такое положение дел наблюдалось до конца прошлого десятилетия, пока на рынке не появились SSD – твердотельные электронные носители, лишенные подвижных механических частей и отличающиеся высоким быстродействием.

Первое время они отличались небольшой емкостью и высокой ценой. Срок службы этих девайсов тоже оставлял желать лучшего. Поэтому на вопрос, зачем нужен SSD накопитель, однозначного ответа не было. При объеме 32 или 64 Гб и цене в несколько сотен долларов эти носители казались большинству дорогой игрушкой. А незначительное преимущество в скорости записи/чтения (до 1,5-2 раз) делало SSD интересными только для «гиков», стремящихся выжать максимум производительности из своего ПК.

Но прогресс не стоит на месте, и вскоре в продажу поступили более емкие и доступные твердотельные накопители, которые привлекли внимание широкой аудитории. Вопрос о том, зачем нужен жесткий диск SSD, стал актуальным, как никогда.

Особенности конструкции, преимущества дисков SSD

Чтобы понять, зачем ставить SSD накопитель, необходимо разобраться с основными преимуществами таких дисков. Не помешает знать и главные недостатки этих гаджетов.

Конструкция дисков HDD и SSD

Самым главным отличием SSD от традиционных жестких дисков является иной принцип устройства и работы. В отличие от НЖМД, в конструкции твердотельных носителей нет каких-либо механических компонентов. Для записи данных используются массивы высокоскоростной флэш-памяти, доступ к которой обеспечивает внутренний контролер. Такая конструкция наделяет SSD рядом преимуществ, недоступных классическим HDD.

• Бесшумность. Благодаря отсутствию подвижных элементов, в процессе работы SSD не издает звуков.
• Устойчивость к встряскам. В отличие от HDD, где в процессе перемещения устройства или падения магнитная головка может поцарапать поверхность диска (тем самым повредив ее и хранящиеся данные), SSD меньше уязвим. Конечно, вследствие удара по корпусу может произойти нарушение контакта между компонентами, но накопитель, спрятанный внутри компьютера или ноутбука, защищен от этого в достаточной мере.
• Малое энергопотребление. Основной потребитель энергии в ЖД – это мотор, приводящий в движение диски. Он вращается со скоростью 5, 7 или 10 тысяч оборотов в минуту и расходует до 95 % всей электроэнергии, поданной на накопитель. Таким образом, SSD является до 10 раз более экономным, что особо актуально для тонких ноутбуков.
• Высокая скорость чтения/записи. Магнитный метод записи данных достиг предела совершенства. Больше 100-200 Мб/сек в режиме последовательной записи, без снижения срока службы, наращивания габаритов, увеличения энергопотребления и роста цены, получить от жесткого диска невозможно. Флэш-память SSD не имеет данного минуса и работает до 10 раз быстрее.
• Стабильная скорость работы. Если информация на традиционном ЖД записана на физически разные диски (их конструкции HDD 2 и более) или их участки – происходит задержка, вызванная необходимостью перемещения считывающей головки. Скорость работы из-за этого значительно снижается. Аналогичная задержка при чтении ячеек массива флэш-памяти SSD составляет миллионные доли секунды и не влияет существенно на общую производительность.

Сравнение скорости работы, общей производительности и задержек SSD и HDD

Недостатки SSD

При всех преимуществах, говорить о совершенстве технологии SSD говорить пока рановато. Недостатками таких накопителей являются недостаточно низкая стоимость (в 3-10 раз дороже HDD в пересчете на 1 Гб памяти) и ограниченный ресурс работы (от 10 тысяч до 1 миллиона циклов перезаписи на ячейку). Этот показатель у HDD теоретически является неограниченным, а на практике достигает десятков миллионов циклов.

Еще одним минусом твердотельных накопителей является электрическая уязвимость: при подаче высокого напряжения, вызванного неполадками блока питания, сгорает и контроллер, и флэш-накопитель.

SSD накопители – зачем они нужны

Зная основные преимущества твердотельных накопителей, ответить на вопрос «Зачем нужен SSD диск в компьютер?» намного проще. Покупка данного гаджета позволит, в первую очередь, повысить комфортабельность использования гаджета и продлить время его автономной работы (если это портативный ПК). Высокая скорость работы положительным образом скажется на времени загрузки ОС, открытия документов и производительности в играх.

Зачем SSD диск нужен в ноутбуке

Если дело касается ноутбука, то здесь вопрос «зачем нужен SSD» вообще можно не ставить на обсуждение. В любом случае, хуже от покупки твердотельного носителя не станет. Энергоэффективная технология позволит достичь большего времени работы от одной зарядки, отсутствие в питающих цепях высокого напряжения минимизирует риск безвозвратного выхода диска из строя при поломке БП, а объем памяти в портативном ПК не играет столь важной роли, как в настольном.

Что касается меньшего ресурса работы, опыт сервисных центров показывает: жесткий диск ноутбука выходит из строя и подвергается преждевременному износу в несколько раз чаще и быстрее, чем в стационарном компьютере. Связанно это, в первую очередь, со значительно большим количествам динамических нагрузок, которым подвергается девайс в ходе транспортировки и эксплуатации. Случайно уронив лэптоп с коленок в момент, когда происходит запись данных на HDD, велик риск вывести накопитель из строя, даже если визуально компьютер не пострадал. Поэтому высока вероятность, что SSD прослужит даже больше, чем ЖД.

Зачем SSD диск в геймерском ПК

Геймеры — основная, на данный момент, часть покупателей SSD. Применение твердотельного накопителя позволяет им добиться лучшей производительности в трехмерных играх за счет сокращения времени их запуска. Подгрузка уровней, инвентаря, окружающих объектов и других элементов игрового мира из файлов, хранящихся на диске, тоже происходит значительно (до 10 раз) быстрее.

Заметна разница в «бесшовных» играх, таких как Skyrim, Grand Theft Auto или Fallout. Внутренний мир в них располагается на одной огромной карте, и для уменьшения загрузки на железо в оперативной памяти хранится лишь его часть. Это может быть обстановка, к примеру, в радиусе 200 метров вокруг персонажа. По мере продвижения по местности, отдаляющиеся предметы из ОЗУ удаляются, а на их место записываются объекты, в сторону которых игрок приближается. Таким образом, чтение с жесткого диска происходит постоянно и нетрудно догадаться, что подавать данные процессору SSD позволит гораздо быстрее и эффективнее, чем ЖД.

Для геймеров высокая стоимость гигабайта в твердотельном накопителе не является критичной, так как игры занимают относительно немного места. Если коллекция из 100 фильмов в качестве FullHD весит примерно 1 Тб, тот же Fallout 4 требует менее 50 Гб свободного пространства.

SSD с интерфейсом PCI-E в геймерском ПК

Зачем нужен жесткий диск SSD в мультимедийном компьютере

В домашнем ПК, используемом для веб-серфинга и решения мультимедийных задач (просмотр кино, прослушивание музыки) SSD накопитель нужен меньше всего. Потребность в таком диске могут испытывать только ценители контента в качестве Blue-Ray. Ждать, пока фильм, объемом 40 Гб, запишется в память ПК, достаточно долго (примерно 10 минут). Но для хранения подборки любимого кино в FullHD, QHD или 4K UHD требуются вместительные SSD на 500, 1000 или 2000 Гб. Стоимость таких накопителей превышает тысячу долларов, и позволить себе такое приобретение может далеко не каждый.

Для нетребовательных пользователей ПК большой SSD в мультимедийном компьютере без особой надобности. Возможностей классических (магнитных) жестких дисков достаточно для удовлетворения потребностей 99 % юзеров. Тем не менее, небольшой (на 64 – 128 Гб) твердотельный накопитель, используемый в качестве системного носителя (для установки Windows), будет не лишним. Он позволит значительно повысить общее быстродействие ПК, снизить уровень шума системного блока и экономнее расходовать электроэнергию.

Сочетание SSD и HDD в домашнем ПК не помешает

SSD или HDD – их плюсы и минусы и отличия

С выходом на рынок быстрых и современных твердотельных накопителей SSD традиционным жёстким дискам пришлось потесниться. Теперь, приобретая компьютер или ноутбук, пользователь стоит перед выбором, какому их постоянных накопителей отдать предпочтение. SSD значительно превосходят HDD по скорости, а разница в цене с каждым годом всё меньше, и теперь ими оснащаются не только модели премиум-сегмента, но и девайсы в средней ценовой категории, что многих побуждает к покупке. Если подходить к выбору со всей ответственностью, то следует помнить о поставленных задачах и необходимости учитывать особенности каждого из типов накопителей, поскольку руководствуясь одним только желанием апгрейдить дисковую систему компьютера, можно серьёзно промахнуться. Списывать со счетов классический хард пока рано, хотя не исключено, что уже совсем скоро новые технологии оставят HDD в прошлом, как в своё время появление жёстких накопителей отправило на пенсию гибкие диски.

У SSD и HDD общее только назначение, заключающееся в длительном хранении информации – системы и пользовательских данных. В остальном же накопители принципиально отличаются, прежде всего, конструктивно и по способу функционирования, а потому могут использоваться под разные задачи. Чтобы правильно выбрать тип постоянного накопителя для устройства, важно учесть все отличия, преимущества и недостатки SSD и HDD, о которых мы и поговорим.

Чем отличаются данные устройства

Требования к компьютеру и его комплектации индивидуальны, обычно выбор находится в прямой зависимости от поставленных перед девайсом задач. Проясняя, чем отличается HDD от SSD, ещё на этапе сравнения, нужно обозначить, как будет использоваться устройство, под операционку или хранение данных. При этом важным моментом являются и условия эксплуатации стационарного ПК и ноутбука.

Главное, в чём заключается разница между HDD и SSD – конструкция накопителя и принцип работы, определяющие важные параметры устройств.

HDD

Классический представитель дисковой подсистемы – магнитный жёсткий диск или HDD (Hard Disk Drive), он же винчестер.

Это механическое устройство, конструкция которого включает несколько жёстких пластин с ферромагнитным покрытием, электропривод и магнитную головку считывания/записи информации, движущуюся над поверхностью вращающихся в процессе работы дисков.

SSD

Твердотельные носители Solid-state drive или SSD лишены подвижных механических деталей, в их конструкции используется память NAND, так что накопитель, по сути, представляет собой набор микросхем. Такой способ реализации и обеспечивает ССД высокую скорость записи и чтения данных, многократно превышающую скорость работы винчестера, а также низкое энергопотребление, бесшумность, компактность и лёгкость.

Производительность и срок службы SSD зависят от типа используемой памяти NAND и контроллера с прошивкой. Именно на эти характеристики следует обращать внимание при выборе, с учётом этих параметров варьируется и стоимость накопителя.

Типы NAND (SLC, MLC, TLC и QLC) главным образом отличаются количеством битов, хранящихся в ячейке памяти. Львиная доля накопителей сегодня используют TLC 3D NAND, данный тип мало чем уступает MLC, при этом трёхуровневая память обходится дешевле, потому новые модели на MLC выпускают только в верхнем потребительском сегменте, как правило, это высокоскоростные модели, и за большой объём такого SSD придётся заметно переплатить. Пока не очень популярны, но уже встречаются в продаже чипы QLC, предлагающие много гигабайт за небольшие деньги, но всё же лучшим во всех отношениях всё ещё является SLC. Данный тип памяти в разы дороже, а потому выпускается для оборудования промышленного и серверного применения.

Плюсы и минусы SSD и HDD

Главное преимущество твердотельных накопителей – скорость обработки информации, именно за этот параметр пользователи готовы переплачивать, но не всё так радужно, ССД имеет и недостатки. Чтобы определиться с выбором, важно знать все плюсы и минусы накопителей SSD и HDD. Что примечательно, положительные качества твердотельного накопителя являются слабыми сторонами винчестера, и наоборот.

Преимущества и недостатки SSD

Есть несколько причин, по которым стоит выбрать твердотельный накопитель:

• высокая скорость;
• устойчивость к механическим воздействиям;
• низкое энергопотребление;
• низкая температура нагревания;
• бесшумная работа;
• компактность и лёгкость;
• устойчивость к магнитным полям.

Недостатки:

• высокая стоимость;
• ограниченный ресурс;
• риск потери данных при внезапном отключении питания.

Преимущества и недостатки HDD

Положительными качествами ХДД являются:

• оптимальное соотношение стоимости и объёма диска;
• безграничное число циклов перезаписи;
• долговечность;
• стабильность при внезапном отключении питания;
• возможность восстановления при выходе из строя контроллера, в том числе при скачках напряжения.

Недостатки:

• чувствительность к механическим воздействиям;
• шумная работа;
• высокое энергопотребление в сравнении с твердотельными накопителями;
• вес и габариты.

Сравнительные характеристики HDD и SSD

Шустрые «твердотельники» хороши для установки системы и работы с требовательным софтом, при этом для увеличения срока службы ССД лучше снизить обращение ОС к накопителю. При регулярном задействовании дискового пространства целесообразно приобрести винчестер, который станет надёжным хранилищем данных. Чтобы провести сравнение HDD и SSD, рассмотрим основные параметры накопителей, являющиеся важными при выборе.

Скорость накопителей SSD и HDD

По данному критерию перевес на стороне твердотельных накопителей. Система на SSD загружается и работает намного быстрее, чем когда она установлена на HDD. То же касается и любого другого программного обеспечения, твердотельный накопитель мгновенно откликается на запросы. Это обусловлено принципиально разным конструктивным исполнением накопителей.

Средняя и максимальная ёмкость SSD и HDD

Если нужен объёмный накопитель, лучшим решением будет приобретение винчестера, средний объём которого составляет 1 Тб. Уже появились и сверхобъёмные HDD на 20 Тб корпоративного класса. Хотя сегодня можно найти модели SSD и ёмкостью 4 Тб, или даже 8 Тб, за такой объём пространства придётся выложить внушительную сумму. Стандартный же размер твердотельного накопителя составляет 265 Гб, его будет достаточно для установки системы и основных программ.

Фрагментация

В процессе эксплуатации жёсткому накопителю периодически требуется дефрагментация. Это связано с тем, что после многочисленных процедур записи, копирования, удаления файлов винчестер работает медленнее, поскольку при просмотре файла считывающая головка ищет фрагменты по всей поверхности диска, затрачивая время.

Явление называют фрагментацией, а для ускорения жёсткого диска применяют процедуру дефрагментации, позволяющую собрать такие фрагменты воедино.

Способ записи SSD совершенно иной, данные пишутся в любой сектор памяти и могут быть мгновенно считаны, поэтому дефрагментация твердотельному накопителю ни к чему.

Надёжность и срок службы

Что надёжнее, SSD или HDD, сказать сложно. Долговечность зависит от многих факторов. Жёсткий диск, отличающийся неограниченным количеством циклов перезаписи, может прослужить в среднем около 7 лет и более. При этом HDD является хрупким устройством и не переносит механического воздействия, даже небольшая вибрация может привести к появлению битых секторов, хотя это и не означает выхода из строя носителя.

С SSD в этом плане проще, данные, записанные на нём, не пострадают от удара или падения, потому твердотельный накопитель лучше использовать в ноутбуках. Зато у ССД другой весомый недостаток – ограниченный ресурс, так что если регулярно перезаписывать информацию, это неизбежно приведёт к выработке носителя. Производители указывают гарантийный срок эксплуатации, но ресурс может выработаться раньше или позже, по окончании срока службы накопитель теряет ёмкость и больше не принимает данные. Ещё один момент – непереносимость SSD скачков напряжения. Если в случае с хардом выйдет из строя контроллер и данные могут быть восстановлены, то твердотельный собрат сгорит со всей информацией.

Форм-фактор

В зависимости от типа девайса могут устанавливаться накопители разных размеров. Например, 3,5-дюймовые и 2,5-дюймовые диски подойдут для компьютера, тогда как для портативных устройств нужен небольшой носитель.

В случае с SSD формат 2,5-дюйма был принят в угоду совместимости, но сегодня можно встретить ультрабуки в тонком корпусе с более компактными чипами.

Шум

Возникновение шума при работе жёсткого накопителя вызвано вращением дисков в процессе функционирования устройства. Операции чтения и записи также приводят в движение головку, которая перемещается по поверхности устройства с огромной скоростью, что тоже провоцирует характерный звук. Накопители SSD работают бесшумно.

SSD или HDD – что лучше выбрать

Выбирая тип накопителя, важно сразу обозначить предназначение и цель покупки. Для ПК целесообразнее установить HDD, но если есть необходимость в быстрой работе операционной системы, то SSD можно поставить именно под ОС, оставив при этом и винчестер для хранения данных. Для ноутбука желательна установка твердотельного накопителя ввиду его стойкости к механическим повреждениям, низкого энергопотребления и отсутствия нагревания при работе, тогда как в случае стационарного компьютера эти параметры не будут столь значимыми.

Определяясь, какому накопителю отдать предпочтение – SSD или HDD, не забываем и о задачах, которые будут возложены на устройство. Если рассматривать, что лучше для игр, то здесь зависимость от типа носителя не прослеживается, так что разумно выбрать жёсткий диск, ведь современные игры требовательны к ресурсам, а ёмкий твердотельный накопитель, хоть и обеспечит быстрый старт ПО, стоить будет немало.

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 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 получать 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, по достоинству 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. Рабочее пространство.

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.

Как работают твердотельные накопители? — ExtremeTech

Здесь, в ExtremeTech, мы часто обсуждали разницу между различными типами структур NAND — вертикальными NAND и планарными, или многоуровневыми ячейками (MLC) по сравнению с трехуровневыми ячейками (TLC) и четырехуровневыми ячейками (QLC).Теперь давайте поговорим о более важном и актуальном вопросе: как вообще работают твердотельные накопители и как они соотносятся с новыми технологиями, такими как технология энергонезависимого хранения Intel Optane?

Чтобы понять, чем и почему твердотельные накопители отличаются от вращающихся дисков, нам нужно немного поговорить о жестких дисках. Жесткий диск хранит данные на серии вращающихся магнитных дисков, называемых пластинами. К нему прикреплен рычаг привода с головками чтения / записи. Этот рычаг размещает головки чтения-записи над правильной областью привода для чтения или записи информации.

Поскольку головки дисководов должны быть выровнены по области диска для чтения или записи данных, а диск постоянно вращается, перед получением доступа к данным возникает задержка. Приводу может потребоваться чтение из нескольких мест, чтобы запустить программу или загрузить файл, что означает, что ему, возможно, придется ждать, пока пластины не вернутся в нужное положение несколько раз, прежде чем он сможет выполнить команду. Если диск находится в спящем режиме или в состоянии низкого энергопотребления, ему может потребоваться еще несколько секунд, чтобы раскрутиться до полной мощности и начать работу.

С самого начала было ясно, что жесткие диски не могут соответствовать скоростям, с которыми могут работать процессоры. Задержка на жестких дисках измеряется в миллисекундах по сравнению с наносекундами для вашего типичного процессора. Одна миллисекунда — это 1000000 наносекунд, и обычно жесткому диску требуется 10-15 миллисекунд, чтобы найти данные на диске и начать их чтение. Чтобы противодействовать этой тенденции, производители жестких дисков представили пластины меньшего размера, кэш-память на диске и более высокие скорости вращения шпинделя, но есть только такие быстрые диски, которые могут вращаться.Семейство VelociRaptor со скоростью 10 000 об / мин от Western Digital — это самый быстрый набор приводов, когда-либо созданных для потребительского рынка, в то время как некоторые корпоративные диски вращаются со скоростью 15 000 об / мин. Проблема в том, что даже самый быстрый вращающийся диск с самыми большими кэшами и самыми маленькими пластинами по-прежнему очень медленен для вашего процессора.

Чем отличаются твердотельные накопители

«Если бы я спросил людей, чего они хотят, они бы сказали, что лошади быстрее». — Генри Форд

Твердотельные накопители называются так потому, что они не полагаются на движущиеся части или вращающиеся диски.Вместо этого данные сохраняются в пуле флэш-памяти NAND. Сама NAND состоит из так называемых транзисторов с плавающим затвором. В отличие от конструкций транзисторов, используемых в DRAM, которые необходимо обновлять несколько раз в секунду, флэш-память NAND предназначена для сохранения состояния заряда даже при отключенном питании. Это делает NAND типом энергонезависимой памяти.

Изображение Cyferz в Википедии, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0.

На схеме выше показана простая конструкция флэш-ячейки. Электроны хранятся в плавающем затворе, который затем читается как заряженный «0» или незаряженный «1».«Да, во флеш-памяти NAND 0 означает, что данные хранятся в ячейке — это противоположно тому, как мы обычно думаем о нуле или единице. Флэш-память NAND организована в виде сетки. Весь макет сетки называется блоком, а отдельные строки, составляющие сетку, называются страницей. Обычные размеры страниц — 2K, 4K, 8K или 16K, от 128 до 256 страниц в блоке. Поэтому размер блока обычно варьируется от 256 КБ до 4 МБ.

Одно преимущество этой системы должно быть сразу очевидно. Поскольку твердотельные накопители не имеют движущихся частей, они могут работать со скоростью, намного превышающей скорость типичного жесткого диска.На следующей диаграмме показана задержка доступа для типичных носителей данных в микросекундах.

Изображение CodeCapsule

NAND далеко не так быстр, как основная память, но на несколько порядков быстрее, чем жесткий диск. Хотя задержки записи для флэш-памяти NAND значительно ниже, чем задержки чтения, они все же опережают традиционные вращающиеся носители.

В приведенной выше таблице следует обратить внимание на два момента. Во-первых, обратите внимание, как добавление большего количества битов на ячейку NAND оказывает значительное влияние на производительность памяти.Это хуже для записи, чем для чтения — типичная задержка трехуровневой ячейки (TLC) в 4 раза хуже по сравнению с одноуровневой ячейкой (SLC) NAND для чтения, но в 6 раз хуже для записи. Также существенно снижается задержка стирания. Влияние также не является пропорциональным — TLC NAND почти в два раза медленнее, чем MLC NAND, несмотря на то, что хранит всего на 50% больше данных (три бита на ячейку вместо двух). Это также верно для приводов QLC, которые хранят еще больше битов при различных уровнях напряжения в одной и той же ячейке.

Причина, по которой TLC NAND медленнее, чем MLC или SLC, связана с тем, как данные перемещаются в ячейку NAND и из нее.С SLC NAND контроллеру нужно только знать, является ли бит 0 или 1. С MLC NAND ячейка может иметь четыре значения — 00, 01, 10 или 11. С TLC NAND ячейка может иметь восемь значений. , а QLC имеет 16. Считывание правильного значения из ячейки требует, чтобы контроллер памяти использовал точное напряжение, чтобы определить, заряжена ли какая-либо конкретная ячейка.

Чтение, запись и стирание

Одно из функциональных ограничений твердотельных накопителей заключается в том, что, хотя они могут очень быстро читать и записывать данные на пустой диск , перезапись данных происходит намного медленнее.Это связано с тем, что, хотя твердотельные накопители читают данные на уровне страницы (то есть из отдельных строк в сетке памяти NAND) и могут записывать на уровне страницы, предполагая, что окружающие ячейки пусты, они могут стирать данные только на уровне блоков. Это связано с тем, что для стирания флэш-памяти NAND требуется высокое напряжение. Хотя теоретически вы можете стереть NAND на уровне страницы, необходимое количество напряжения вызывает нагрузку на отдельные ячейки вокруг перезаписываемых ячеек. Стирание данных на уровне блоков помогает смягчить эту проблему.

Единственный способ для SSD обновить существующую страницу — скопировать содержимое всего блока в память, стереть блок, а затем записать содержимое старого блока + обновленную страницу. Если диск заполнен и нет доступных пустых страниц, SSD должен сначала просканировать блоки, отмеченные для удаления, но еще не удаленные, стереть их, а затем записать данные на уже удаленную страницу. Вот почему твердотельные накопители могут работать медленнее с возрастом — почти пустой диск полон блоков, которые можно записать немедленно, а почти полный диск с большей вероятностью будет принудительно проходить через всю последовательность программы / стирания.

Если вы использовали твердотельные накопители, вы, вероятно, слышали о чем-то, что называется «сборкой мусора». Сборка мусора — это фоновый процесс, который позволяет накопителю уменьшить влияние цикла программы / стирания на производительность за счет выполнения определенных задач в фоновом режиме. На следующем изображении показан процесс сборки мусора.

Изображение предоставлено Wikipedia

Обратите внимание, что в этом примере накопитель воспользовался тем, что он может очень быстро записывать пустые страницы, записывая новые значения для первых четырех блоков (A’-D ’).Также записаны два новых блока, E и H. Блоки A-D теперь помечены как устаревшие, что означает, что они содержат информацию, которую диск пометил как устаревшую. Во время простоя SSD переместит свежие страницы в новый блок, сотрет старый блок и пометит его как свободное место. Это означает, что в следующий раз, когда SSD-накопителю потребуется выполнить запись, он сможет записать непосредственно в пустой теперь блок X, а не выполнять цикл программы / стирания.

Следующая концепция, которую я хочу обсудить, — это TRIM. Когда вы удаляете файл из Windows на обычном жестком диске, файл удаляется не сразу.Вместо этого операционная система сообщает жесткому диску, что он может перезаписать физическую область диска, где эти данные хранились, в следующий раз, когда потребуется выполнить запись. Вот почему можно восстановить файлы (и почему при удалении файлов в Windows обычно не очищается много физического дискового пространства, пока вы не очистите корзину для мусора). С традиционным жестким диском ОС не нужно обращать внимание на то, куда записываются данные или каково относительное состояние блоков или страниц. С SSD это имеет значение.

Команда TRIM позволяет операционной системе сообщить SSD, что она может пропустить перезапись определенных данных при следующем стирании блока. Это снижает общий объем данных, которые записывает диск, и увеличивает срок службы SSD. И чтение, и запись повреждают флеш-память NAND, но запись наносит гораздо больший ущерб, чем чтение. К счастью, долговечность на уровне блоков не является проблемой для современной флэш-памяти NAND. Дополнительные данные о долговечности SSD, любезно предоставленные Техническим отчетом, можно найти здесь.

Последние две концепции, о которых мы хотим поговорить, — это выравнивание износа и усиление записи.Поскольку твердотельные накопители записывают данные на страницы, но стирают данные блоками, объем данных, записываемых на диск, всегда превышает фактическое обновление. Например, если вы вносите изменения в файл размером 4 КБ, весь блок, в котором находится файл размером 4 КБ, должен быть обновлен и перезаписан. В зависимости от количества страниц в блоке и размера страниц вы можете записать 4 МБ данных для обновления файла 4 КБ. Сборка мусора снижает влияние усиления записи, как и команда TRIM. Сохранение значительной части диска свободным и / или избыточное выделение производителем ресурсов также может снизить влияние усиления записи.

Выравнивание износа относится к практике обеспечения того, чтобы определенные блоки NAND не записывались и не стирались чаще, чем другие. Хотя выравнивание износа увеличивает ожидаемый срок службы и выносливость накопителя за счет одинаковой записи в NAND, оно фактически может увеличить усиление записи. С другой стороны, для равномерного распределения записей по диску иногда необходимо программировать и стирать блоки, даже если их содержимое фактически не изменилось. Хороший алгоритм выравнивания износа призван сбалансировать эти воздействия.

Контроллер SSD

К настоящему времени должно быть очевидно, что твердотельные накопители требуют гораздо более сложных механизмов управления, чем жесткие диски. Это не для дискредитации магнитных носителей — я вообще-то думаю, что жесткие диски заслуживают большего уважения, чем им уделяют. Механические проблемы, связанные с балансировкой нескольких головок чтения-записи нанометров над пластинами, вращающимися со скоростью от 5400 до 10 000 об / мин, не вызывают нареканий. Тот факт, что жесткие диски справляются с этой задачей, одновременно открывая новые методы записи на магнитные носители и, в конечном итоге, продавая диски по 3-5 центов за гигабайт, просто невероятен.

Типичный контроллер SSD

Контроллеры SSD , однако, представляют собой отдельный класс. У них часто есть пул памяти DDR3 или DDR4, чтобы помочь с управлением самой NAND. Многие диски также включают в себя одноуровневые кэши ячеек, которые действуют как буферы, повышая производительность диска за счет выделения быстрой NAND для циклов чтения / записи. Поскольку флеш-память NAND в твердотельном накопителе обычно подключается к контроллеру через ряд параллельных каналов памяти, вы можете думать о контроллере накопителя как о выполняющем ту же работу по балансировке нагрузки, что и в массиве хранения высокого класса — твердотельные накопители этого не делают. внутреннее развертывание RAID, но выравнивание износа, сборка мусора и управление кеш-памятью SLC имеют параллели в большом мире железа.

В некоторых накопителях также используются алгоритмы сжатия данных для уменьшения общего количества операций записи и увеличения срока службы накопителя. Контроллер SSD обрабатывает исправление ошибок, и алгоритмы, которые контролируют однобитовые ошибки, со временем становятся все более сложными.

К сожалению, мы не можем вдаваться в подробности контроллеров SSD, потому что компании блокируют свои различные секретные соусы. Производительность флэш-памяти NAND во многом определяется базовым контроллером, и компании не хотят слишком сильно закрывать глаза на то, как они делают то, что они делают, чтобы не дать конкуренту преимущества.

Интерфейсы

Вначале твердотельные накопители использовали порты SATA, как и жесткие диски. В последние годы мы стали свидетелями перехода на диски M.2 — очень тонкие диски, длиной несколько дюймов, которые устанавливаются прямо в материнскую плату (или, в некоторых случаях, в монтажный кронштейн на переходной плате PCIe. Samsung Диск 970 EVO Plus показан ниже. Накопители

NVMe обеспечивают более высокую производительность, чем традиционные драйверы SATA, поскольку они поддерживают более быстрый интерфейс. Обычные твердотельные накопители, подключенные через SATA, имеют максимальную скорость ~ 550 МБ / с с точки зрения практической скорости чтения / записи.Накопители M.2 способны значительно повысить производительность в диапазоне 3,2 ГБ / с.

The Road Ahead

Флэш-память NAND значительно лучше жестких дисков, но не лишена недостатков и проблем. Ожидается, что емкость накопителей и цена за гигабайт будут продолжать расти и падать соответственно, но вероятность того, что твердотельные накопители уступят жестким дискам по цене за гигабайт, мала. Уменьшение размера узлов процесса является серьезной проблемой для флэш-памяти NAND: в то время как большая часть оборудования улучшается по мере сжатия узла, NAND становится более хрупкой.Время хранения данных и производительность записи существенно ниже для 20-нм NAND, чем для 40-нм NAND, даже если плотность данных и общая емкость значительно улучшатся. До сих пор мы видели на рынке диски с 96 слоями, и 128 слоев кажутся правдоподобными на данный момент. В целом переход на 3D NAND помог повысить плотность без сжатия узлов процесса и без использования планарного масштабирования.

На данный момент производители SSD обеспечивают лучшую производительность, предлагая более быстрые стандарты данных, большую пропускную способность и больше каналов на контроллер, а также использование кэшей SLC, о которых мы упоминали ранее.Тем не менее, в долгосрочной перспективе предполагается, что NAND будет заменен чем-то другим.

Как это будет выглядеть, все еще остается открытым. Как магнитная RAM, так и память с фазовым переходом представили себя в качестве кандидатов, хотя обе технологии все еще находятся на ранних стадиях и должны преодолеть серьезные проблемы, чтобы фактически конкурировать в качестве замены NAND. Заметят ли потребители разницу — вопрос открытый. Если вы перешли с жесткого диска на твердотельный накопитель, а затем перешли на более быстрый твердотельный накопитель, вы, вероятно, знаете, что разрыв между жесткими дисками и твердотельными накопителями намного больше, чем разрыв между твердотельными накопителями и твердотельными накопителями, даже при обновлении с относительно скромного диска. .Улучшение времени доступа с миллисекунд до микросекунд имеет большое значение, но улучшение их с микросекунд до наносекунд может оказаться ниже того, что люди действительно могут воспринять в большинстве случаев.

Optane возвращается на корпоративный рынок

С 2017 по начало 2021 года Intel предлагала память Optane в качестве альтернативы флэш-памяти NAND на потребительском рынке. В начале 2021 года компания объявила, что больше не будет продавать накопители Optane в потребительском сегменте, за исключением гибридного накопителя h30.h30 сочетает в себе QLC NAND с кэш-памятью Optane для повышения общей производительности при одновременном снижении стоимости накопителя. Хотя h30 — интересный и уникальный продукт, он не предлагает такой же высокопроизводительной SSD-накопителя Optane.

Optane останется на рынке в сегменте корпоративных серверов. Несмотря на то, что его охват ограничен, он по-прежнему ближе всего к конкурентам, которые есть у NAND. Твердотельные накопители Optane не используют NAND — они построены с использованием энергонезависимой памяти, которая, как считается, реализована аналогично ОЗУ с фазовым переходом, — но они предлагают такую ​​же последовательную производительность, что и современные флэш-накопители NAND, хотя и с лучшей производительностью при небольшом количестве очередей дисков.Задержка диска также составляет примерно половину от флэш-памяти NAND (10 микросекунд против 20) и значительно более высокая выносливость (30 полных операций записи на диск в день по сравнению с 10 полными операциями записи на диск в день для высокопроизводительных твердотельных накопителей Intel).

Цели производительности Intel Optane

Optane доступен в нескольких форматах дисков и в качестве прямой замены DRAM. Некоторые из высокопроизводительных процессоров Intel Xeon поддерживают развертывание Optane на несколько терабайт и поддерживают сочетание DRAM и Optane, что обеспечивает сервер с гораздо большей оперативной памятью, чем одна DRAM, за счет более высоких задержек доступа.

Одна из причин, по которой у Optane возникли проблемы с прорывом на потребительском рынке, заключается в том, что цены на NAND резко упали в 2019 году и оставались низкими до 2020 года, что затрудняет эффективную конкуренцию Intel.

Ознакомьтесь с нашей серией статей ExtremeTech Explains, чтобы получить более подробное описание самых актуальных технических тем на сегодняшний день.

Прочитано :

Как работают твердотельные накопители (SSD)?

Что такое жесткий диск?

Всем компьютерам нужен метод для хранения, извлечения и обмена цифровой информацией; Жесткие диски справляются с этой задачей. Жесткий диск хранит ваши данные с помощью магнитов, используя один или несколько быстро вращающихся дисков или пластин, покрытых магнитным материалом.

Самые ранние жесткие диски были чрезвычайно большими и очень дорогими. Они использовались в основном правительством, корпорациями или учебными заведениями для выполнения исследовательских задач.

Первый жесткий диск

В настоящее время существует три основных типа накопителей, которые используются для хранения данных; Жесткие диски, внешние диски и твердотельные накопители. Мы собираемся сосредоточиться в первую очередь на твердотельных накопителях (SSD), но также будем включать информацию о жестких дисках.

Что такое жесткий диск?

Жесткий диск, также известный как традиционный жесткий диск (HDD) или фиксированный диск (FDD), представляет собой энергонезависимое аппаратное устройство хранения данных, подключенное к компьютеру или серверу. Жесткий диск с помощью магнитов хранит, извлекает и выводит цифровую информацию с помощью ряда уложенных друг на друга вращающихся металлических дисков, покрытых магнитным материалом. Вращающиеся диски соединены с рычагом привода, который считывает и записывает цифровые данные на диски.

Жесткие диски

были представлены IBM в 1950-х годах и широко используются по сей день.На сегодняшний день жесткие диски по-прежнему являются основным методом хранения цифровых данных на всех носителях.

Однако их использование сокращается из-за использования более совершенных в технологическом отношении SSD-накопителей. Это изменение связано с тем, что твердотельные накопители имеют более высокую плотность хранения и скорость передачи данных, меньшую задержку и лучшую общую надежность.

Жесткие диски

по-прежнему превосходят по объему возможного хранения данных и остаются более экономичными по цене на бит. Однако различия между жесткими дисками и твердотельными накопителями сокращаются и вскоре будут использоваться только в устаревших системах, требующих решения с фиксированным диском из-за аппаратных ограничений.

Кроме того, частота отказов жестких дисков по-прежнему составляет примерно 2–9 процентов в год (на основе данных за 2016 год) по сравнению с твердотельными накопителями, у которых частота отказов составляет всего 1–3 процента в год.

Если закон Мура будет действовать, как ожидалось, темпы роста плотности данных SDD будут продолжать увеличиваться на 40% в год, как это было в прошлом. Наконец, рыночная доля жестких дисков (опять же по состоянию на 2016 год) составляла 70 процентов, а доля рынка твердотельных накопителей увеличилась до 30 процентов.

Последние данные показывают, что все секторы рынка жестких дисков ежегодно падают, за исключением вариантов хранения данных Nearline.Хранилище Nearline — это гибридная система, объединяющая онлайновые и автономные носители данных, что означает, что данные не обязательно должны быть доступны немедленно, но их можно быстро вернуть в оперативный режим без вмешательства человека.

С https://t.ly/PwXPV

Что такое SSD?

Твердотельный накопитель (SSD) — это запоминающее устройство, которое хранит данные во флэш-памяти, в отличие от магнитной системы, такой как жесткий диск. По определению, «флэш-память — это электронный (твердотельный) энергонезависимый компьютерный запоминающий носитель, который можно электрически стереть и перепрограммировать.”

Твердотельный накопитель определяется его способностью хранить информацию с использованием надежных атрибутов надежного кластера полупроводников. Поскольку твердотельные накопители не зависят от движущихся частей или вращающихся дисков, данные сохраняются в кластере банков памяти или полупроводников.

Во флэш-накопителе, который вы носите в кармане или сумочке, используется та же полупроводниковая технология ».

По сути, SSD-накопитель — это просто увеличенная версия флеш-накопителя, установленная внутри компьютера / сервера.

Ниже мы видим изображение внутренней части SSD-накопителя. Вы заметите большие черные полупроводники, прикрепленные к печатной плате. Здесь ваши данные хранятся в электронном виде.

Краткая история SSD

Флэш-память

существует с 1950-х годов, но эта технология в основном использовалась в больших мэйнфреймах, которым требовалось постоянное состояние включения питания для сохранения содержимого энергозависимой памяти. В конце 70-х годов появление технологии электрически изменяемых ПЗУ позволило реализовать множество сценариев использования, что в значительной степени способствовало появлению современных SSD-накопителей.

Хотя проблемы с долговечностью данных продолжали мешать общему развитию его функциональности, производители решили эти проблемы. Коммерчески доступные SSD стали общедоступными в начале 90-х годов.

С тех пор открытое хранилище увеличивалось в геометрической прогрессии за счет использования более современных технологий для повышения скорости и надежности. Из-за этого твердотельные накопители стали одним из стандартных носителей во многих ситуациях, когда требуются высокие скорости чтения / записи.

Сравнение SSD и HDD

Что касается скорости, твердотельные накопители продолжают доминировать на рынке жестких дисков из-за постоянных улучшений, вносимых в сектор твердотельных накопителей такими крупными производителями, как SanDisk, Samsung, Sun Microsystems и Toshiba.

На рынке серверов твердотельные накопители предлагали более быстрое чтение / запись, что увеличивало скорость сервера в среднем на 95% в некоторых случаях. Это увеличение, в свою очередь, привело к сокращению времени загрузки страницы, что побудило разработчиков вкладывать больше функций в веб-приложения, что позволило пользователям использовать более функциональные веб-сайты.

С появлением портативных компьютеров и более широким использованием портативных компьютеров твердотельные накопители получили новый коммерческий сектор, в котором эта технология процветала.

Согласно прогнозам

на 2018 год, поставки жестких дисков будут продолжать снижаться в ближайшие годы по мере роста использования твердотельных накопителей. В 2019 году, по оценкам, общее снижение составило около 15% по сравнению с 2018 годом.

Традиционные жесткие диски (HDD) продолжают занимать значительную долю рынка. Поскольку цены продолжают падать, а использование рейдового массива обеспечивает большой объем дискового пространства, малые и средние предприятия часто пользуются преимуществами сниженной совокупной стоимости владения, предлагаемой традиционными носителями данных.Более низкие затраты, связанные с большими жесткими дисками по сравнению с новыми средними твердотельными накопителями, предоставляют надежный альтернативный вариант для многих предприятий в зависимости от их потребностей.

Объем SSD

Есть несколько предложений, когда речь идет о вариантах хранения SSD: портативные карманные флэш-накопители, внешние SSD-накопители и внутренние SSD-накопители на стороне сервера.

Western Digital в настоящее время предлагает самые высокие в мире карманные портативные твердотельные накопители емкостью 8 ТБ. Samsung предлагает внешний SSD на 16 ТБ по цене чуть более 4000 долларов.00.

Для серверов мобильный массив Seagate Lyve Drive теперь представляет собой изолированный высокопроизводительный массив SSD-накопителей с 6 отсеками, который является прочным и легко транспортируемым. Этот мобильный массив, недавно представленный на выставке CES, оснащен шестью жесткими дисками Seagate Exos с подогревом и магнитной записью емкостью 18 ТБ, общей емкостью 108 ТБ.

Liquid Web в настоящее время предлагает на выбор несколько вариантов SSD:

• Два твердотельных накопителя емкостью 250 ГБ в конфигурации RAID1, увеличение до 2 твердотельных накопителей емкостью 2 ТБ в конфигурации RAID1
• Четыре твердотельных накопителя емкостью 250 ГБ в конфигурации RAID10, увеличение до 4 твердотельных накопителей емкостью 2 ТБ в конфигурации RAID10
Решения для выделенного сервера

Liquid Web полностью настраиваются по скорости, памяти и хранилищу.

SSD Надежность — ли SSD выходят из строя?

Накопители SSD

не имеют движущихся частей, которые могут изнашиваться или ломаться, что обеспечивает лучшую производительность и надежность по сравнению с обычными жесткими дисками. Кроме того, твердотельные накопители обеспечивают повышенную целостность и надежность данных, поскольку они сохраняют данные даже при отключении питания.

При этом у SSD есть обратная сторона. Доступно ограниченное количество операций записи, что в конечном итоге приведет к необходимости использования замены SSD-накопителя.Кроме того, некоторые диски могут поступать с завода с поврежденными блоками или страницами, что может вызвать экспоненциально более быстрый выход из строя и вызвать преждевременный выход диска из строя. Конечно, это большая редкость, но такое бывает.

Избыточное выделение ресурсов

Современные производители SSD хорошо осведомлены об этой проблеме и в ответ обычно добавляют дополнительные ячейки памяти, чтобы компенсировать эту потерю. Это дополнение обычно называется избыточным выделением ресурсов и типично для большинства крупных производителей. Этот факт означает, что в SSD-накопитель на 120 ГБ обычно можно добавить дополнительные восемь ГБ памяти NAND.В SSD-накопители корпоративного уровня некоторые производители включают до 100% дополнительной избыточной памяти, чтобы предотвратить эту проблему.

Сборка мусора

Другие методы, которые производители используют для предотвращения проблем, называются сборкой мусора. Этот процесс определяет, когда страницы становятся устаревшими, и копирует весь блок, который имеет как хорошие данные, так и устаревшие страницы, а затем перемещает хорошие страницы в альтернативный блок, а затем полностью стирает исходный блок.

Накладка

Кроме того, ОС может использовать команду Trim.Обрезка — это команда, которая отправляется на SSD, чтобы сигнализировать, что определенные страницы или блоки больше не содержат действительных данных. Эта команда не удаляет существующие данные, а просто сообщает ОС, что данные в этом кластере могут быть перезаписаны. Этот процесс постоянно освобождает пространство, позволяя выполнять дополнительные записи в эти «открытые пространства».

Как и все процессы SSD, постоянное использование этих команд увеличивает количество операций записи, что способствует общему сокращению срока службы накопителя.

Производительность SSD

Используя твердотельные накопители, скорость передачи данных увеличит общую скорость и скорость отклика ваших серверов, что обеспечит более предсказуемый срок службы.

Типичный твердотельный накопитель имеет скорость доступа от 40 до 100 микросекунд, что почти в 100 раз быстрее, чем у стандартного жесткого диска. Повышенная скорость доступа означает, что программы могут работать быстрее и работа выполняется с меньшей нагрузкой на сервер.

Поскольку каждый блок хранения доступен с той же скоростью, что и любой другой блок хранения, скорость доступа к данным и их предоставления экспоненциально увеличивается.Это означает, что пропускная способность SSD значительно выше, чем у HDD.

Требования к питанию SSD

SSD-накопители

требуют меньше энергии и охлаждения, чем другие типы носителей. Твердотельные накопители выделяют меньше тепла, чем обычные жесткие диски, что снижает потребность в теплоотводе.

Стандартные жесткие диски выделяют больше тепла из-за механического воздействия диска. Под нагрузкой твердотельные накопители потребляют от 2,5 до 3,5 Вт мощности.

Поскольку SSD-диски работают лучше, они проводят больше времени в состоянии ожидания по сравнению с традиционными жесткими дисками.Это просто означает, что SSD обеспечивает на порядок большую эффективность на ватт, чем стандартный жесткий диск.

Почему SSD-накопитель важен для вас

Преимущества использования SSD-накопителя в текущей конфигурации сервера проявятся в общем увеличении емкости, производительности и надежности. Это означает, что с добавлением этого типа диска объем данных, которые вы сможете хранить, увеличится с общей более низкой общей стоимостью гигабайта.

Если вы обрабатываете графику или видео, SSD-диски существенно сокращают общее время преобразования этих данных. При анализе значительных объемов информации твердотельные накопители позволяют значительно сократить время обработки и нагрузку на сервер.

Кроме того, резко возрастет возможность потоковой передачи видео в реальном времени, что позволит осуществлять потоковую передачу видео без задержек.

Наконец, твердотельные накопители обеспечивают необходимую скорость, надежность и стабильность, необходимые для надежного обмена информацией.

6 преимуществ использования SSD по сравнению с HDD

В целом, преимущества использования SSD по сравнению с HDD заключаются в том, что SSD:

1. Потребляйте меньше энергии / меньше энергии
2. Обеспечивает более высокую скорость передачи данных (поскольку твердотельные накопители мгновенно считывают данные без необходимости раскручивать диск или перемещать головки диска)
3. Предлагайте варианты хранения с более высокой производительностью
4. Повышение надежности, поскольку в приводе нет движущихся частей. Хранилище содержится в микросхемах памяти
5. Запускать процессы намного быстрее, быстрее запускать приложения и программы и уменьшать время загрузки
6. Предлагает большую емкость хранения по сравнению с жесткими дисками

Заключение

Твердотельные накопители продолжают совершенствовать и расширять возможности хранения данных и потребности в архивировании.Они остаются высоконадежными средами для хранения данных и хранения информации.

С точки зрения производительности, SSD расширяет и превосходит предыдущие рамки традиционных систем, использующих HDD. Уменьшение потребности в мощности SSD снижает общую стоимость владения, так как уменьшение потребления энергии со временем увеличит экономию.

Наконец, цены на твердотельные накопители продолжают сужаться, и со временем они сравняются с ценами на традиционные модели жестких дисков по сравнению с ценой за ГБ.

Liquid Web продолжает рекомендовать твердотельные накопители как эффективный и улучшенный вариант практически для каждого клиента.

Получите руководство для покупателя нашего хостинга

Как работают твердотельные накопители?

В наши дни, покупаете ли вы новый компьютер или модернизируете старый компьютер, вы захотите купить твердотельный накопитель (SSD) вместо традиционного жесткого диска (HDD). Действительно, переключение с жесткого диска на твердотельный накопитель — одно из лучших улучшений производительности ПК, которые вы можете сделать.

Но как? И почему? Что делает SSD такой прорывной технологией?

В этой статье вы точно узнаете, что такое твердотельные накопители, как на самом деле работают и работают твердотельные накопители, почему они так полезны, а также об одном серьезном недостатке твердотельных накопителей, о котором вам следует знать. Если вместо этого вам нужен совет по покупке, мы рекомендуем прочитать нашу статью о том, что следует учитывать перед покупкой SSD.

Общие сведения о компьютерах и памяти

Чтобы понять, как работают твердотельные накопители и почему они так полезны, мы должны сначала понять, как работает память компьютера.Архитектура памяти компьютера разбита на три аспекта:

1. Кэш
2. Память
3. Накопитель данных

Каждый из этих аспектов выполняет важную функцию, определяющую их работу.

Кэш — это самый внутренний блок памяти. Во время работы ваш компьютер использует кэш как своего рода площадку для вычислений данных и процедур. Электрические пути к кэш-памяти самые короткие, что делает доступ к данным практически мгновенным. Однако кэш очень мал, поэтому его данные постоянно перезаписываются.

Кредит изображения: AddyTsl / Shutterstock

Память — это золотая середина. Вы можете знать это как RAM (оперативное запоминающее устройство).Здесь ваш компьютер хранит данные, относящиеся к активно запущенным программам и процессам. Доступ к ОЗУ медленнее, чем доступ к кешу, но лишь незначительно.

Диск с данными — это место, где все остальное хранится на постоянной основе. Здесь хранятся все ваши программы, файлы конфигурации, документы, музыкальные файлы, файлы фильмов и все остальное. Когда вы хотите получить доступ к файлу или запустить программу, компьютеру необходимо загрузить ее с диска данных в оперативную память.

Кредит изображения: Scanrail1 / Shutterstock

Важно знать, что между ними существует огромная разница в скорости. В то время как кэш и оперативная память работают со скоростью нано секунда, традиционный жесткий диск работает со скоростью милли секунда.

По сути, диск с данными является узким местом: независимо от того, насколько быстро все остальное, компьютер может загружать и сохранять данные только с той скоростью, с которой диск данных может их обработать.

Здесь на помощь приходят твердотельные накопители. В то время как традиционные жесткие диски на порядки медленнее, чем кэш и оперативная память, твердотельные накопители намного быстрее. Это может значительно сократить время, необходимое для загрузки различных программ и процессов, и заставит ваш компьютер работать намного быстрее.

Как работают твердотельные накопители?

Твердотельные накопители служат той же цели, что и жесткие диски: они хранят данные и файлы для долгосрочного использования. Разница в том, что твердотельные накопители используют тип памяти, называемый «флэш-памятью», которая похожа на оперативную память, но в отличие от ОЗУ, которая очищает свои данные при выключении компьютера, данные на твердотельном накопителе сохраняются, даже когда он теряет питание.

Если вы разобрали типичный жесткий диск, вы бы увидели стопку магнитных пластин с иглой для чтения — что-то вроде проигрывателя виниловых пластинок. Прежде чем игла сможет читать или записывать данные, пластины должны повернуться в нужное место.

С другой стороны, твердотельные накопители используют сетку электрических ячеек для быстрой отправки и получения данных. Эти сетки разделены на разделы, называемые «страницами», и на этих страницах хранятся данные. Страницы сгруппированы в «блоки».»

SSD-диски называются «твердотельными», потому что у них нет движущихся частей.

Кредит изображения: Иржи Ваклавек / Shutterstock

Почему это необходимо знать? Потому что твердотельные накопители могут записывать только пустые страницы в блоке. На жестких дисках данные могут быть записаны в любое место на пластине в любое время, а это означает, что данные могут быть легко перезаписаны. SSD не могут напрямую перезаписывать данные на отдельных страницах. Они могут записывать данные только на пустые страницы в блоке.

Итак, как твердотельные накопители обрабатывают удаление данных? Когда достаточное количество страниц в блоке помечено как неиспользуемое, SSD фиксирует данные всего блока в памяти, стирает весь блок, затем повторно фиксирует данные из памяти обратно в блок, оставляя неиспользуемые страницы пустыми. Обратите внимание, что стирание блока не обязательно означает, что данные полностью удалены. (Как безопасно удалить данные на SSD!)

Это означает, что SSD со временем становятся медленнее.

Когда у вас есть новый SSD, он полностью загружен блоками, заполненными пустыми страницами. Когда вы записываете новые данные на SSD, он может немедленно записать на эти пустые страницы с невероятной скоростью. Однако по мере того, как записывается все больше и больше данных, пустые страницы заканчиваются, и у вас остаются случайные неиспользуемые страницы, разбросанные по блокам.

Поскольку SSD не может напрямую перезаписывать отдельную страницу, каждый раз, когда вы хотите записать новые данные с этого момента, SSD должен:

1. Найдите блок с достаточным количеством страниц, помеченных как «неиспользуемые».
2. Запишите, какие страницы в этом блоке по-прежнему необходимы
3. Сбросить каждую страницу в этом блоке на пустую
4. Перепишите нужные страницы в только что сброшенный блок
5. Заполните оставшиеся страницы новыми данными

По сути, после того, как вы пройдете все пустые страницы после покупки нового твердотельного накопителя, вашему диску придется пройти через этот процесс всякий раз, когда он захочет записать новые данные.Так работает большая часть флэш-памяти.

Тем не менее, по-прежнему намного быстрее , чем традиционный жесткий диск, и прирост скорости абсолютно оправдывает покупку SSD вместо жесткого диска.

Обратная сторона твердотельных накопителей

Теперь, когда мы знаем, как работает твердотельный накопитель, мы также можем понять один из его самых больших недостатков: флеш-память может выдержать только конечное количество операций записи, прежде чем она умрет.

Есть много научных данных, которые объясняют, почему это происходит, но достаточно сказать, что при использовании SSD электрические заряды в каждой из его ячеек данных необходимо периодически сбрасывать.К сожалению, электрическое сопротивление каждой ячейки немного увеличивается с каждым сбросом, что увеличивает напряжение, необходимое для записи в эту ячейку. В конце концов, необходимое напряжение становится настолько высоким, что запись в конкретную ячейку становится невозможной.

Таким образом, ячейки данных SSD имеют конечное количество операций записи. Однако это не значит, что SSD не прослужит долго! Ознакомьтесь с нашей статьей о среднем сроке службы жестких дисков, твердотельных накопителей и флеш-накопителей, если вы хотите узнать больше.Надеюсь, теперь вы лучше понимаете, как работают твердотельные накопители.

Как получить Wi-Fi без интернет-провайдера: 5 способов

Нет постоянного интернет-провайдера? Узнайте, как получить Wi-Fi, где бы вы ни находились, даже без интернет-провайдера.

Читать далее

Об авторе Джоэл Ли (Опубликовано 1527 статей)

Джоэл Ли — главный редактор MakeUseOf с 2018 года.У него есть степень бакалавра наук. Кандидат компьютерных наук и более девяти лет профессионального опыта написания и редактирования.

Более От Джоэла Ли

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать технические советы, обзоры, бесплатные электронные книги и эксклюзивные предложения!

Нажмите здесь, чтобы подписаться

Разверните, чтобы прочитать всю историю

Обзор структуры SSD и основных принципов работы (1)

无 标题 文档

По мере развития технологий жесткие диски стремительно развиваются с точки зрения емкости, скорости и интерфейсов.Есть изменения в интерфейсе с PATA на SATA, SCSI на SAS и прорыв в технологии вертикальной записи в емкости, в то время как эти достижения не изменили способ записи на диски. По мере увеличения спроса на данные система хранения встречает все более очевидные узкие места. Стремитесь к суровой среде встроенных в области мобильных устройств и управления промышленной автоматизацией, традиционная механическая структура жесткого диска не может удовлетворить требования к увеличению данных. Появление твердотельных накопителей (SSD) свидетельствует о том, что это изменилось.

Традиционный механический жесткий диск (HDD) работает в основном с механической приводной головкой, включая двигатель, диск, коромысло магнитной головки и другие необходимые механические компоненты. Его необходимо переместить в положение доступа на быстро вращающемся диске, чтобы не менее 95% времени уходило на перемещение механических частей. В то время как твердотельные накопители (SSD), отличные от механических конструкций, не требуют движущихся компонентов, SSD, состоящий в основном из управляющего чипа и флеш-чипа, может получить доступ к любой части диска быстрее и точнее.Традиционные механические жесткие диски должны полагаться на главный вал, магнитную головку и рычаг магнитной головки для определения местоположения, в то время как SSD заменяют физический вращающийся диск на интегральную схему, которая по времени и задержке доступа к данным намного превосходит механические жесткие диски. Причина, по которой SSD такие быстрые, заключается в том, что это внутренний компонент основного управляющего чипа, флэш-памяти и алгоритма прошивки.

Взаимосвязь между главным устройством управления, флэш-памятью и алгоритмом прошивки:

Три самых важных компонента SSD — это флеш-память NAND, контроллер и прошивка.Флэш-память NAND отвечает за важные задачи хранения, в то же время контроллеры и прошивка работают вместе для выполнения сложных и не менее важных задач, таких как управление хранением данных, поддержание производительности и долговечности SSD.

Контроллер
Контроллер SSD представляет собой встроенный микрочип (например, ЦП в компьютере) с функцией выдачи всех запросов операций, начиная от чтения и записи данных до сбора мусора и алгоритма выравнивания истощения для обеспечения скорости и чистоты SSD.Итак, контроллер — это мозговой центр SSD. Сегодня доступны основные контроллеры, такие как Marvell, SandForce, Samsung, Indilinx. Например, Marvell мощен во всех направлениях, а контроллер Marvell 88ss9187 / 89/90 используется на твердотельных накопителях Plextone, SanDisk, Crucial и других брендов.

Производительность SandForce также хороша с функцией сжатия данных. Например, 10 МБ сжимаемых данных можно сжать до 5 МБ, записанных на диск. Хотя он по-прежнему занимает 10 м, скорость можно улучшить.Самая большая особенность заключается в том, что он продлевает срок службы SSD. Но загрузка ЦП больше, а скорость немного снижается по мере использования жесткого диска. Репрезентативная модель — SF-2281, которая используется на твердотельных накопителях Intel, Kingston, A-Data и других марок.

Контроллер Samsung обычно доступен только на SSD. Производительность у него сильная и ненамного хуже, чем у Marvell. В настоящее время разработан контроллер Samsung до MEX пятого поколения, который в основном используется в Samsung 850EVO и 850PRO.

Алгоритм микропрограммы
Микропрограмма SSD, используемого для управления контроллером, является наиболее важным компонентом для обеспечения производительности SSD. Главный управляющий чип использует управляющую программу в алгоритме прошивки SSD для выполнения таких задач, как автоматическая обработка сигналов, код исправления ошибок (ECC), управление плохими блоками, связь с хост-оборудованием (например, компьютером) и шифрование данных. Поскольку избыточность прошивки хранится во флеш-памяти NAND, производителям SSD необходимо вручную обновлять прошивку, чтобы улучшить и расширить функциональность SSD при ее обновлении.

Разработка высококачественного микропрограммного обеспечения требует не только сложной инженерии, но и идеальной интеграции флэш-памяти NAND, контроллеров и других компонентов SSD. Кроме того, необходимо освоить самые передовые технологии в отношении характеристик NADN, полупроводникового процесса и характеристик контроллера. Чем лучше качество прошивки, тем точнее и эффективнее будет SSD в целом. В настоящее время не так много производителей SSD, которые имеют возможность самостоятельно исследовать и разрабатывать микропрограммы, за исключением Intel / Crucial / Plextone / OCZ / Samsung и других производителей.

Флэш-память NAND

Все данные пользователей SSD хранятся во флеш-памяти NAND, которая является носителем данных SSD. Основная стоимость SSD — это флэш-память NAND. Флэш-память NAND не только определяет срок службы SSD, но и оказывает большое влияние на производительность SSD. Ранее мы выпустили серию статей, посвященных внедрению флэш-памяти NAND. Здесь мы представляем флэш-память SLC, MLC и TLC.

В последние годы мы стали свидетелями значительного прогресса в технологии флэш-памяти NAND, от стандартной флэш-памяти SLC корпоративного уровня до флэш-памяти MLC, которая широко используется в твердотельных накопителях потребительского уровня, и заканчивая появляющейся флэш-памятью TLC.
Как понять SLC, MLC и TLC flash? Проще говоря, данные во флеш-памяти NAND хранятся в каждой ячейке памяти. SLC, MLC и TLC — это разные биты памяти.

Разница между одноуровневым и многоуровневым хранилищем заключается в количестве «битов», которое каждая ячейка хранения NAND может хранить одновременно. SLC (одноуровневая ячейка) хранит только 1 бит данных на ячейку, в то время как MLC (многоуровневая ячейка) хранит 2 бита, а TLC (тринарный уровень) хранит 3 бита. Ячейка памяти, в которой одновременно хранится больше битов, будет иметь большую емкость, что может снизить стоимость флэш-памяти и увеличить производство NAND.Однако состояние трудно различить при добавлении дополнительных данных в каждую ячейку. В то же время снизятся надежность, долговечность и производительность.

SSD — это твердотельные электронные компоненты, которые не нужно перемещать и считывать данные напрямую. Чтобы быть конкретным, ноутбуку с традиционным жестким диском, возможно, придется ждать 36 секунд загрузки операционной системы, в то время как время ожидания составляет менее девяти секунд с SSD. Благодаря сотрудничеству таких высокопроизводительных жестких дисков эффективность ЦП также может быть улучшена, в результате чего экономии энергии достаточно, чтобы продлить срок службы батареи на 15%.Кроме того, он более устойчив к землетрясениям и легкий. В то время как традиционный жесткий диск считывает и записывает данные, головке диска требуется время, чтобы повернуться и найти данные.

Обзор принципа работы SSD
Контроллер SSD управляет несколькими частицами FLASH параллельно по нескольким каналам, аналогично RAID0, что значительно улучшает базовую полосу пропускания. Например, предположим, что между HOST и FLASH-частицей есть 8 каналов. Каждый канал загружен частицей FLASH.Скорость передачи данных между HOST и FLASH составляет 200 МБ / с. Размер страницы FLASH-частицы составляет 8 КБ, время чтения FLASH-страницы — Tr = 50us, среднее время записи — Tp = 800us, а время передачи данных 8KB составляет Tx = 40us. Тогда нижняя максимальная полоса пропускания чтения составляет (8 КБ / (50 мкс + 40 мкс)) * 8 = 711 МБ / с, а максимальная полоса пропускания записи составляет (8 КБ / (800 мкс + 40 мкс)) * 8 = 76 МБ / с. Как видно из вышеизложенного, чтобы улучшить нижележащую полосу пропускания, мы можем увеличить количество параллельных частиц внизу или выбрать быстрые частицы FLASH (или сделать медленные частицы более быстрыми, например, заменить MLC на SLC).Контроллер соединяет 8 матриц FLASH через 8 каналов. В целях иллюстрации в каждой матрице DIE рисуется только один блок, где каждый маленький квадрат представляет страницу (при условии, что размер 4 КБ).

Когда HOST записывает 4 КБ данных:

HOST продолжает записывать 16 КБ данных

HOST продолжает запись до тех пор, пока не будет заполнен весь блок.

Когда все блоки на канале заполнены, контроллер SSD выберет следующий блок для продолжения записи таким же образом.

Твердотельный накопитель (SSD)

— как это работает, типы, применение, SSD против жесткого диска

Твердотельный накопитель (SSD)

— это усовершенствованное решение для хранения данных с многообещающим будущим, которое заменит большинство жестких дисков. В этом посте мы обсудим твердотельный накопитель, как он работает, его типы, приложения, преимущества, недостатки и сравнение между SSD и HDD.

Что такое твердотельный накопитель (SSD)

Твердотельный накопитель (SSD) очень похож на USB-накопитель или технологию Thumb Drive.SSD — это устройство хранения, которое хранит постоянные данные в твердотельной флэш-памяти, в которой используются в основном две ключевые компонентные технологии, называемые чипом флэш-памяти NAND и флэш-контроллером. Они обеспечивают высокую производительность чтения и записи.

Рис. 1. Знакомство с твердотельным накопителем (SSD)

Независимо от местоположения скорость, с которой данные доступны в каждом блоке, одинакова. Это делает его более совершенным, чем жесткий диск, который заставляет диск вращаться, а головки приводов перемещаться в нужное место.

Как работает твердотельный накопитель (SSD)

Чипы памяти твердотельного накопителя (SSD) часто сравнивают с RAM (памятью с произвольным доступом). Однако, в отличие от ОЗУ, файлы сохраняются в сетке флэш-памяти NAND, которая может хранить от 256 КБ до 4 МБ. У устройства хранения есть точный маршрут к месту назначения файла, что дает контроллеру мгновенный доступ к адресу необходимого файла, когда и когда делается запрос. Для предотвращения нестабильности в устройствах используются транзисторы с плавающим затвором (FGR) для удержания электрического заряда.

Рис.2 — Принцип работы твердотельного накопителя (SSD)

SSD использует три основных типа памяти: одноуровневую ячейку (SLC), многоуровневую ячейку (MLC) и трехуровневую ячейку ( ТСХ). SLC, будучи самым быстрым и долговечным, является самой дорогой формой SSD. MLC имеют меньшую скорость записи, тогда как TLC может хранить 3 бита данных в ячейке.

Рис. 3 — Память SLC, MLC и TLC SSD

Типы твердотельных накопителей (SSD)

SSD можно классифицировать по различным форм-факторам, таким как тип соединений.Некоторые из них перечислены ниже:

SATA III

Соединение работает с последней версией более старого варианта, который работает как с твердотельными накопителями, так и с жесткими дисками. Это меньший по размеру драйвер и голая схема. Они используются в меньшей емкости, как правило, в ноутбуках или портативных компьютерах.

Рис.4 — SATA III SSD

PCI Express

Опция Peripheral Component Interconnect Express подключается непосредственно к материнской плате для прямого потока данных, который, в свою очередь, поддерживает скорость записи SSD примерно до 1 ГБ в секунду .В качестве интерфейса твердотельные накопители используют слот PCI-E, который ограничивает скорость слота PCI-E.

Рис. 5 — Твердотельный накопитель (SSD) PCIe

M.2 SSD

Они похожи на mSATA с концепцией голой печатной платы. Отличие от других SSD заключается в том, что в форм-факторе M.2 имеется множество различных комбинаций ширины и длины, что обеспечивает большую гибкость в его использовании. Этот тип SSD обычно используется для мобильных решений, таких как ультрабуки или планшеты.

Рис. 6. Твердотельный накопитель (SSD) M.2

NVMe (Non Volatile Memory Express)

NVMe — это универсальные соединения PCIe, которые легче модернизировать и в целом быстрее. Это коммуникационный интерфейс, который определяет набор команд.

Рис. 7 — NVMe SSD

Приложения твердотельного накопителя (SSD)

Изначально твердотельные накопители (SSD) были разработаны для потребительских устройств.С увеличением скорости и мощности, многие другие сектора также стали пользоваться огромным спросом на них. Некоторые из них обсуждаются ниже:

• Business — Компании, зависящие от среды программирования или анализа данных, часто полагаются на твердотельные накопители, поскольку время доступа и скорость передачи файлов имеют решающее значение.
• Игры — Для каждой игровой программы компьютеру требуется более высокая скорость доступа к данным, что обеспечивает более быстрое время загрузки, обеспечиваемое твердотельным накопителем.
• Смартфоны — В связи с постоянным развитием индустрии смартфонов потребность в быстрой памяти небольшого размера лучше всего удовлетворяется с помощью SSD.
• Серверы — SSD могут улучшить время отклика сервера за счет его скорости. Они подходят для более быстрых операций чтения и записи.
• Умные носимые устройства и гаджеты — Меньшие требования к пространству, низкое энергопотребление и высокая скорость делают его незаменимой частью умных носимых устройств и гаджетов.

Рис.8 — Использование твердотельного накопителя (SSD)

Преимущества твердотельного накопителя (SSD)

К преимуществам SSD относятся:

• Долговечность — более прочный и тяжелый , SSD покрывает очень большое количество циклов привода.
• Скорость — скорость, с которой обращается SSD, составляет от 35 до 100 микросекунд, что в 100 раз превышает производительность жестких дисков. SSD может улучшить присутствие в Интернете, когда дело доходит до хостинга веб-сайта. Это связано с более высокой скоростью загрузки веб-сайта и стабильным и эффективным хранением данных.
• Доступность на рынке — SSD доступны с различными физическими размерами и объемом памяти.
• Низкое энергопотребление — По сравнению с жестким диском твердотельный накопитель потребляет меньше энергии, поскольку у него нет движущихся частей.

Рис.9 — Преимущества твердотельного накопителя (SSD )

Недостатки твердотельного накопителя (SSD)

К недостаткам SSD относятся:

• Стоимость — SSD дороже чем жесткий диск, даже если он имеет аналогичную емкость.
• Восстановление данных — Данные могут быть полностью уничтожены и не могут быть восстановлены, если одна из флэш-памяти разрушена.
• Хранилище — SSD сталкивается с серьезной проблемой, связанной с хранилищем.Данные можно записывать в пустые блоки. Однако, когда блоки заполняются, перезапись становится проблемой. Это не влияет на чтение данных. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо перенести данные на другой диск памяти и стереть SSD, чтобы перезагрузить данные.

Рис.10 — Внутренний вид SSD и HDD

Что лучше, твердотельный накопитель (SSD) или жесткий диск (HDD)

Хотя оба они имеют схожие физические характеристики, они вполне отличаются друг от друга, если сравнивать производительность, функциональность, вес и другие аспекты.У обоих есть свои преимущества и недостатки, и все зависит исключительно от того, как вы используете свой компьютер и каких ожиданий вы от него ожидаете. Ниже приводится краткое сравнение некоторых важных функций и их характеристик.

  Также читают: 
  Что такое технология Li-Fi - как она работает, применение и преимущества 
  Регистры сдвига - режимы, тип, применение, преимущества и недостатки 
 Система нумерации штрих-кода  - типы, структура, принцип работы, применение, преимущества и недостатки  

Прия имеет диплом MBA и имеет 10-летний опыт работы в области бизнес-анализа в различных ТНК.Она является автором, редактором и партнером Electricalfundablog.

Как твердотельные накопители хранят данные?

Твердотельные накопители, как следует из названия, не имеют движущихся частей, в отличие от жестких дисков. Вместо этого данные хранятся в серии чипов NAND, которые могут сохранять свой заряд без источника питания.

Жесткие диски (HDD) хранят данные на серии вращающихся магнитных дисков, называемых пластинами. На несколько нанометров над магнитными пластинами находятся головки чтения / записи, расположенные на конце рычага привода.Головки чтения / записи, как следует из названия, отвечают за чтение и запись данных на магнитные пластины. Головки чтения / записи должны быть выровнены по определенной части диска для чтения и записи данных, что означает задержку в действии. Например, данные, которые требуются пользователю, могут находиться в разных частях диска. Кроме того, если жесткий диск выключен или находится в спящем режиме, для его повторного включения может потребоваться несколько секунд. Всегда было ясно, что жесткие диски никогда не смогут соответствовать скоростям, с которыми работают процессоры, которые измеряются в наносекундах, а не в миллисекундах.Несмотря на то, что индустрия жестких дисков пытается постоянно улучшать скорость чтения / записи жестких дисков, внедряя пластины меньшего размера и более быстрые шпиндели, эти меры пока еще не достигли цели. Даже самые продвинутые жесткие диски по-прежнему не так быстры, как ЦП.

Другое дело — твердотельные накопители. Названные так, потому что они не полагаются на вращающиеся диски или движущиеся части, данные на SSD записываются в пул флэш-памяти NAND, который состоит из транзисторов с плавающим затвором.В отличие от транзисторов в DRAM, флэш-память NAND не требует источника питания для сохранения своего заряженного состояния и известна как энергонезависимая память. Хотя NAND и близко не так быстр, как основная память, NAND во много раз быстрее, чем жесткий диск. Даже операции записи, которые для флэш-памяти NAND намного медленнее, чем операции чтения, намного превышают скорость механических жестких дисков.

Микросхемы NAND в твердотельных накопителях организованы в виде сетки, блока, строк или страниц. Чтение и запись данных на SSD происходит намного быстрее, но как насчет перезаписи данных? Хотя запись данных на пустой диск происходит невероятно быстро, на самом деле перезапись данных происходит намного медленнее.Стирание данных с SSD может быть выполнено только на уровне блока из-за количества задействованного напряжения, которое вызовет дополнительную нагрузку на ячейки на более низком уровне. Контроллер накопителя в твердотельных накопителях также намного сложнее, чем в жестких дисках, из-за количества контролируемой памяти NAND. Обычно твердотельные накопители имеют 4 или 8 каналов, которые действуют как конвейеры, непрерывно перемещающие данные. С другой стороны, у жестких дисков есть только один канал для перемещения трафика. Это то, что делает твердотельные накопители такими быстрыми.Тем не менее, контроллеры жестких дисков, которые программируют головки чтения / записи так, чтобы они парили над пластинами в нанометрах, не вызывают смеха.