Что делает ссд диск. Контроллеры SSD накопителей. Нужен ли Вам диск SSD

Сразу начну с того, что я, по всей видимости, отсталый человек... Дело в том, что хоть я и давно знал о существовании так называемых твердотельных жестких дисков, но в силу широкого распространения мифов об их небольшом сроке службы, высокой стоимости и малых объемах купил SSD-диск для своего персонального компьютера только года полтора назад.

И пожалел...что не купил раньше. После покупки SSD сразу же стал искать в интернете информацию о том, что можно делать и чего нельзя делать при эксплуатации такого девайса. В этой статье я постарался развернуто ответить на все возможные вопросы об SSD-дисках.

Что же такое SSD-диск?

SSD – это накопитель для хранения цифровой информации, который аналогичен по принципу работы всем известной флэшке. В его конструкции нет механических деталей. Расшифровывается аббревиатура SSD как Solid State Disk.

Изначально SSD-Диски предназначались для работы в военном сфере. Сегодня каждый может использовать SSD вместо привычных магнитных жестких дисков. SSD-диски используют в стационарных компьютерах для повышения производительности.

Сразу же скажу, что при покупке твердотельного жесткого диска на замену вашему старенькому обычному магнитному жесткому диску вы сразу же заметно ощутите эффект увеличения быстродействия. Это утверждение справедливо при использовании как Windows, так и Linux. Причем эффект прироста производительности будет выше, чем от замены процессора или увеличения объема оперативной памяти.

Надеюсь, что никто из читателей не использует на своем компьютере старушку Windows XP. В противном случае вместе с установкой SSD-диска придется произвести ряд настроек операционной системы для оптимизации работы с SSD.

А вот начиная с Windows 7, операционная система уже сама определяет при установке наличие твердотельного накопителя и оптимизирует настройки на работу с ним. Если вы будете на SSD устанавливать Linux, то однозначно скажу, что Ubuntu 10.04 также произведет необходимые настройки для работы с SSD-диском в автоматическом режиме.

Директ

Что такое гибридный жесткий диск?

При установке в один корпус с магнитными HDD-дисками, образуется гибридный жёсткий диск (SSHD). Флеш-память в них используется в качестве кэша. Это дает возможность получить все преимущества флеш-памяти (произвольный доступ на большой скорости) и сохранить доступную цену за хранение больших объёмов информации.

Чего нельзя ни в коем случае делать с SSD-диском?

Ни в коем случае нельзя дефрагментировать. Во-первых, для SSD- дисков это просто-напросто не нужно в силу принципа работы.Мгновенное обращение к данным в SSD-дисках обеспечивается за счет отсутствия механической головки, поэтому необходимость дефрагментации полностью сведена на нет. Во-вторых, дефрагментация не только не принесет пользу, но и нанесет вред, сократив срок службы SSD-диска в силу ненужной и бесполезной перезаписи информации.

SSD-диск не стоит форматировать. Эта операция для твердотельных дисков просто бессмысленна и приносит вред. При использовании твердотельного накопителя достаточно просто удалить ненужные файлы.

Нельзя забивать твердотельный диск данными на полную катушку. На твердотельном диске всегда должно быть свободно около 20% мета от общего объема диска или логического тома. Это свободное место будет использовано для замены ячеек памяти, вышедших из строя вследствие износа. Можно поступить хитро: оставить 20% от объема диска неразмеченными, чтобы случайно не заполнить их информацией.

Развеиваем мифы об SSD-дисках

Высокая стоимость и малый объем. Да, действительно, за три тысячи российских рубликов можно купить твердотельный накопитель объемом всего 120 Гб или магнитный жесткий диск объемом до 1 Тб. Разница в стоимости в пересчете на 1 Мб информации ощутима. Но зато ощутима разница и в быстродействии, которое примерно в пять раз выше у SSD. Кроме того, 120 Гб хватит с лихвой для установки на один SSD-диск и Windows 10, и Ubuntu одновременно - проверено на личном опыте.

Малый срок службы. Этот тезис, я вам прямо скажу, полный бред. Конечно, ячейки флеш-памяти изнашиваются со временем, но хоть твердотельный диск и работает по принципу всем нам знакомой флешки, гораздо "умнее" последней. В теории производители дают на твердотельные диски стандартную гарантию сроком в три года, а на практике ресурсов SSD-диска хватает на десять лет.

Достоинства SSD

Недостатки SSD-дисков

Большая цена. Цена за 1 Мб в несколько раз выше, чем у магнитных жестких дисков. Несомненно, это основной недостаток. Но не стоит из-за него огорчаться. SSD ведь нужен исключительно для загрузки операционной системы, для чего вполне хватит даже 60 Гб. Кроме того, цены на SSD диск становятся все ниже и ниже.

Лимит циклов перезаписи. Ну ранее я уже говорил, что данный лимит весьма резиновый. Даже самый простой и доступный твердотельный диск способен выдержать около 11 000 циклов перезаписи, что примерно равно пяти годам использования. SSD-диски, сделанные по новым технологиям, имеют значительно больший лимит циклов перезаписи. Так, RAM SSD или FRAM имеет практически недостижимый ресурс в 40 лет!

Невозможность восстановления поврежденной информации. Если в магнитном жестком диске при резком скачке напряжения сгорит лишь контролер, который можно заменить, то SSD-дисках контроллер прикреплен непосредственно к плате, вместе с которой и сгорает весь накопитель целиком.

Малая емкость. Стандартная емкость большинства SSD-дисков варьируется в пределах от 128 до 512 Гб. Устройства объемом более 1 Тб почти не встречаются в продаже. Весьма спорный недостаток (см. первый пункт).

Сфера применения SSD-дисков

Твердотельные диски постепенно начинают использовать во всех сферах. Чаще всего это компактные устройства вроде смартфонов или планшетов с объёмом памяти от 18 до 64 Гб.

СПРАВОЧНО.

Что такое магнитный жесткий диск?

Магнитные жесткие диски часто назвают винчестерами и обозначают аббревиатурой HDD, которая расшифровывается как Hard Disk Drive. Данные на жесткий диск записываются путем перемагничивания ячеек на механических вращающихся магнитных пластинах.

Над и между пластинами с большой скоростью движется так называемая каретка, на которой находиться считывающая головка. В процессе вращения создается шум и происходит нагрев. Жесткие диски в рабочем состоянии очень слабо защищены от колебаний, ударов и падений, которые могут привести к столкновению каретки с пластинами, что в конечном итоге приведет к выходу диска из строя и повреждению данных.

На этом все. Удачи в использовании SSD-дисков.

Сегодня мы с Вами разберем основные моменты и принципы функционирования технологии твердотельных SSD дисков. Как Вы помните, в мы проводили сравнительное тестирование одного SSD и двух HDD дисков. Рассматривали, как он выглядит изнутри и из каких основных блоков состоит.

Также - перечислили основные достоинства данной технологии, а сейчас рассмотрим недостатки, которые присущи ей на данный момент. Представим основные из них в виде списка:

1. Высокая (относительно HDD дисков) стоимость хранения данных, т.е. - меньшую емкость диска мы получаем за большие деньги
2. Большая уязвимость (относительно устройств с магнитным принципом записи) к электрическим помехам и проблемам энергоснабжения (внезапное отключение энергии, магнитные поля, статическое электричество)
3. Нельзя полностью заполнять диск (15-20% пространства должно быть свободным)
4. Срок службы носителя ограничен определенным количеством циклов записи его ячеек

Но давайте - по порядку! Начнем с того, что такое SSD диск и каков принцип его работы?

Это - твердотельный накопитель, в котором вместо традиционных пластин , покрытых ферромагнитным слоем, используются чипы NAND флеш памяти.

NAND память это - эволюция флеш-памяти, чипы которой имели намного меньшее быстродействие, долговечность и конструктивно выглядели более массивными.

Возможно Вам будет интересно, что флеш-память были разработана в одном из подразделений компании «Toshiba» в 1984-ом году. Первый же коммерческий чип на основе данной разработки в 1988-ом году выпустила «Intel». А уже через год (в 1989-ом) та же «Toshiba» представила новый тип флеш-памяти - NAND.

На данный момент есть три основных варианта (модификации) NAND памяти:

• SLC (одноуровневая - Single Level Cell)
• MLC (двухуровневая - Multi Level Cell)
• TLC (трехуровневая - Three Level Cell)

Самыми дорогими и надежными решениями являются устройства на SLC чипах. Почему? Они позволяют в каждой ячейке памяти хранить только один бит информации. В отличие он них, MLC и TLC чипы могут хранить два и три бита соответственно. Это стало возможным за счет использования разных уровней электрического заряда на затворах ячеек памяти.

Схематично это можно изобразить вот так:

Подобная многоуровневая структура позволяет резко увеличить емкость чипов при том же их физическом объеме (в итоге каждый гигабайт получается дешевле). НО! Ничего бесплатно не дается! Поэтому у MLC и TLC чипов резко сокращается срок их "жизни", который напрямую связан с количеством циклов перезаписи их ячеек.

Для SLC это - 100 000 циклов стирания/записи, для MLC - 10 000, а для TLC - всего 5 000. Такое снижение надежности связано с постепенным разрушением диэлектрического слоя плавающего затвора ячейки из за малого резерва изменения его состояния под действием электрического тока. Плюс в силу того, что с каждым новым уровнем усложняется задача безошибочного распознавания уровня электрического сигнала, а значит - увеличивается общее время поиска нужной ячейки с данными, повышается вероятность возникновения ошибок чтения.

Для борьбы с описанными выше явлениями, производителям приходится разрабатывать специализированные высокоинтеллектуальные микроконтроллеры управления для SSD дисков, которые, кроме процедур ввода-вывода, должны записывать информацию на носитель так, чтобы микросхемы его флеш-памяти изнашивались равномерно и контролировать этот износ, балансируя нагрузку, также - проводить коррекцию ошибок и т.д.

Именно контроллер является слабым местом , так как он более чувствителен к проблемам с питанием и повреждение микропрограммы (прошивки), находящейся в нем, может привести к полной потере всех данных пользователя. А их корректное восстановление - еще более трудозатратная операция, чем в случае с HDD дисками. В силу того, что данные разбросаны по разным чипам памяти и необходимо корректно восстановить первоначальную их структуру, а это бывает не просто.

Поэтому производители SSD накопителей регулярно обновляют прошивки своих дисков и выкладывают их для свободного скачивания, дорабатывая и улучшая алгоритмы работы устройства и предупреждая потерю данных в случае аварийной ситуации.

С износом MLC ячеек памяти производители борются еще и методом, хорошо зарекомендовавшим себя в дисках с магнитным принципом записи: резервируя часть их объема (10-20%) для динамической замены изношенных ячеек. В случае HDD эта область служит для замены .

Но и мы, как пользователи, можем помочь нашему SSD накопителю в холостую не растрачивать свой ограниченный ресурс "жизни" и настроить операционную систему таким образом, чтобы минимизировать ненужные обращения к диску.

Я покажу общие принципы того, что нужно делать и чего стараться избегать, а Вы уже сами настроите свою систему на оптимальную работу с твердотельным диском.

Например: мы знаем, что операционная система «Windows» во время своей работы активно использует файл подкачки (скрытый системный файл «pagefile.sys»). Что это значит, применительно к износу ячеек SSD накопителя и всему тому, о чем мы говорили выше? А то, что отдельная область системного флеш-диска интенсивно используется (часто перезаписывается какими-то служебными и не нужными нам данными и, по факту, - активно изнашивается)!

Что можно сделать? Правильно! Перенести файл подкачки на другой (не SSD диск), как сделал я, или же, при большом объеме оперативной памяти, вовсе от него отказаться (выставить в «0»)?

Идем дальше: процедура дефрагментации не только не нужна данному типу устройств (скорость доступа у них одинакова для любой ячейки не зависимо от того, где находится конечный файл), но и попросту вредна. По той же причине, что описана выше. Лишние (холостые) обращения к диску только дополнительно снижают его ограниченный ресурс. Значит - выключаем соответствующую службу дефрагментации. Также не лишним будет отключить индексирование файлов, которое нужно для более быстрого поиска, но так ли часто мы им пользуемся?

Принцип, я думаю, Вы уловили. А сейчас я бы хотел показать Вам небольшую программу «SSD Mini Tweaker» (твикер - оптимизатор), которая подобным образом оптимизирует работу SSD накопителя. В ней достаточно проставить нужные нам галочки напротив соответствующих пунктов и нажать кнопку "Применить изменения".

Компьютер перезагрузится и изменения вступят в силу. Программа замечательна тем, что имеет русский интерфейс и подробную справку на русском же. Так что, в любой момент Вы можете подробно ознакомиться с той функцией, которую собираетесь отключить или оставить задействованной.

Загрузить утилиту можно . В архиве - версии для 32-х и 64-х разрядных систем и файл справки на русском.

Коль скоро мы так много времени уделили вопросу оптимального использования диска и износу ячеек его памяти, то не могу не представить Вам еще одну интересную разработку. Программа «SSD Life Pro», основная задача которой - вести учет времени работы диска и сообщать приблизительную дату выхода его из строя.

Что мы тут видим? Запись «FW: 1.00» это - версия прошивки (firmware) диска, ниже показано занятое и свободное место на нем, общее время работы с первого включения и количество пусков. Также обратите внимание на строку TRIM (должен быть активным), это говорит о том, что производительность SSD диска будет оптимальной.

Ниже представлен скриншот работы той же программы, но взятый с сайта ее разработчика. На нем видно, что диск от компании «Intel» корректно передал утилите свои SMART параметры и на основе них утилита отобразила расширенный прогноз его состояния.

Как видите, выход накопителя из строя "назначен" на седьмое ноября 2020-го года:)

Если мы нажмем в верхней части окна программы на ссылку «Как вы это считаете?», то перейдем на сайт разработчика и сможем ознакомиться (на русском), каким именно образом производится подобный расчет?

Программу можете . Если она точно покажет время "жизни" Вашего диска - отпишитесь, думаю, всем читателям будет интересно!

В завершении этой темы, прислушаемся к рекомендации всеми уважаемой фирмы «Intel», которая говорит, что идеальными условиями работы SSD твердотельного диска является его заполненность данными меньше чем на 75% с соотношением статической (редко изменяемой) и динамической (изменяемой часто) информации - 3 к 1 . Не следует использовать последние 10-20% пространства диска, так как они нужны для корректной работы команды «TRIM». Для работы ей нужно свободное пространство для перегруппировки данных (так же, как для функции дефрагментации). Общее правило такое - чем больше свободного места - тем быстрее работает устройство.

На данный момент SSD диск идеально подходит в роли системного раздела, на котором установлена операционная система и программы и - все. Данные и вся работа над ними должна (по возможности) проходить на втором (HDD) диске. Также твердотельные диски могут эффективно использоваться на серверах для кеширования статичных данных.

А сейчас, давайте кратко рассмотрим, почему более дорогие модели SSD твердотельных дисков имеют такие превосходные скоростные качества и чем еще отличаются от своих "младших" собратьев?

Во первых: это - тот же интеллектуальный чип контроллера накопителя, который может быть сконструирован, как многоканальный т.е. - может записывать данные одновременно в каждый чип флеш-памяти диска. В итоге - общая производительность устройства будет равна скорости одной микросхемы памяти, умноженной на количество каналов контроллера. Ну, это если немного упростить ситуацию:)

Также в более дорогих моделях используются дополнительные элементы, напаиваемые на плату. Это может быть, к примеру, ряд конденсаторов, расположенных возле чипа оперативной памяти диска, которые обеспечивают гарантированное сохранение данных из кеш-памяти при сбое в электропитании.

При достижении критической массы сбойных ячеек накопителя, качественно выполненная прошивка чипа может полностью заблокировать SSD диск для функций записи и перевести его в режим "только чтение", что гарантирует сохранность данных пользователя (возможность ) до полного выхода устройства из строя.

И в завершении нашей статьи давайте коснемся еще одной интересной разновидности твердотельный дисков. Это - «RAM SSD» накопители. Что же это такое?

Подобные гибридные устройства используют для хранения информации энергозависимые чипы, полностью идентичные тем, что используются в модулях . Они обладают сверхбыстрой скоростью доступа к данным, скоростью чтения и записи и могут с успехом применяться для ускорения работы больших баз данных и там, где нужно пиковое быстродействие.

Подобные системы оснащаются аккумуляторами для поддержания функционирования при отсутствии электроэнергии, а более дорогие модели - системами резервного копирования, когда данные копируются на HDD носитель.

Вот как может выглядеть подобное устройство, которое определяется операционной системой, как жесткий диск.

А вот - более простой вариант, выполненный в виде платы PCI Express X1

Как видите, принцип работы здесь - тот же самый, но функцию чипов флеш-памяти или "блинов" HDD здесь выполняют обычные модули RAM.

Теперь, как и обещал, пару слов хочу сказать о субъективных ощущениях после использования твердотельного накопителя. Операционная система (Windows 7) загружается и выключается ощутимо быстрее. Это же можно сказать и об установке и запуске программ. Некоторые приложения просто удивляют: «Microsoft Word 2003» "выстреливает" меньше, чем за секунду! Не успеваешь мысленно подготовиться к работе с ним:) Да, быстро, но не ожидайте чего-то феноменального, все таки это не "революция", а - "эволюция" :)

На этом у меня на сегодня - все. До встречи в следующих статьях!

И в самом конце - как выглядит производство чипов NAND памяти:

Доброго времени суток дорогие читатели блога. С самого начала появления компьютеров мы с вами наблюдаем как стремительно увеличиваются объемы жестких дисков.

Лет 10 назад никто с вами не мог представить наличие в своем компьютере жесткого диска объемом 1 Тб, а 5 лет назад 1 Тб винчестер был роскошью и стоил очень дорого.

Сегодня среди жестких дисков, объем в 1 Тб является самым оптимальным выбором. На 1Тб можно уместить все что угодно, также существуют жесткие диски 1.5, 2 и даже 3 Тб.

На мой взгляд, на сегодняшний день любой жесткий диск может справится со своей основной задачей - хранилище данных. При работе с любой операционной системой Windows, довольно часто компьютер начинает притормаживать из-за повышенной нагрузки на жесткий диск.

Поэтому все статьи посвященные оптимизации и ускорению Windows из рубрики « » , были направлены на ускорение и уменьшение нагрузки на него.

Что такое SSD накопитель

Возможно многие из вас слышали о технологии твердотельных накопителей SSD. Сегодня я попытаюсь вам раскрыть известные плюсы и минусы этих накопителей в сравнении с HDD .

Что такое SSD накопитель и чем он круче HDD?

Накопители SSD состоят из контроллера и микросхем памяти, при этом накопитель не содержит движущихся частей это кстати одно из важных преимуществ перед HDD. Существуют два вида SSD накопителей - это SSD накопитель использующие флеш память и RAM память.

Если говорить в двух словах то SSD накопители с использованием RAM памяти являются самыми быстрыми и самыми дорогими накопителями в мире. Стоимость одного гигабайта такого накопителя начинается от 80 долларов и может превышать планку в 500 долларов.

Помимо цены, главным отличием SSD RAM от флеш заключается в энергозависимой памяти, по типу оперативной (память хранит данные только тогда, когда компьютер включен, если выключен, память полностью очищается).

SSD накопители на основе флеш памяти более дешевые, медленные и не энергозависимые накопители.

Они получили большое распространения в настольных компьютерах, в отличии от SSD RAM которые применяются только на супер-мощных компьютерах с резервными аккумуляторами, на случай если произойдет аварийное выключение электричества.

Теперь поговорим об основным преимуществах и недостатках SSD flash от привычных нам HDD.

Преимущества SSD

Отсутствие подвижных механических частей - имеется ввиду, что со временем SSD не будет «сыпаться» как HDD, так как в нем — нечему сыпаться.

Скорость чтения и записи выше - в отличии от HDD, которые не могут полностью раскрыть потенциал SATA II – SATA III (3 – 6 Gb/s).

Скорость SSD дисков как раз ограничивает именно этот интерфейс. То есть если бы не ограничение в скорость записи 6 Gb/s на SATA III, SSD могли бы работать еще быстрее.

Компактность - SSD более компактны и обычно идут в соответствии с форм фактором 2.5. В то время как HDD настольных ПК, это 3.5.

Отсутствие шума — любой HDD при повышенной нагрузки на пластины, начинает подавать признаки жизни в виде шума и потрескиваний. SSD так не умеет 🙂

Прочность - SSD более стойки к механическим воздействиям и имеют широкий диапазон рабочих температур, включая очень высокие, при которых HDD просто не смог бы работать.

Раз уж такое количество преимуществ, то наверняка должны быть и недостатки этих сверх быстрых накопителей. Иначе почему SSD до сих пор не стоят у каждого в компьютерах, а HDD до сих пор успешно продаются?

Недостатки

Перезапись - Это самый большой недостаток SSD. Накопители SSD имеют ограниченное количество перезаписи и обычно перезаписывать оные можно не более 10000 тысяч раз. При этом HDD (если мне не изменяет память 🙂 ) успешно перезаписываются около миллиона раз .

Я никогда не слышал что эта проблема достаточно критична у пользователей SSD. К тому же большинство из них знакомы с этим недостатком, поэтому используют связку SSD + HDD.

В основном для перезаписи используется HDD, а SSD используют для ускорения загрузки и работы Windows и всех установленных на накопителе программ.

Совместимость - В данный момент только Windows 7 умеет правильно работать с SSD накопителями.

Все предыдущие операционные системы нагружают его лишними технологиями файла подкачки, Ready Boost и т.д. Которые значительно сокращают срок службы, поэтому приобретая SSD используйте для него исключительно Windows 7.

Цена - Цена на SSD накопители значительно выше чем на обычные HDD. При этом сама стоимость на SSD формируется в зависимости от количества гигабайт (1-1.5 $ за 1 Гб).

В отличии от стоимости HDD, стоимость на которые формируется исходя из стоимости и количества пластин . Наверно из-за этого недостатка SSD накопители все еще не так популярны как HDD, но с каждым годом цены за 1 ГБ SSD накопителя падает, а вместе с ним, существенно падает цена на HDD .

Вывод

SSD крайне полезная, классная и дорогая штука, поэтому требует к себе соответствующего внимания. Моя схема использования SSD такая.

Берем SSD исходя из ваших потребностей - лично мне 64 Гб (это 60-70 $ в среднем) для Windows и программ хватает. Ставлю вместе с ним HDD на 1 Тб, который используется мной как хранилище для частой перезаписи информации. Все это устанавливаю на Windows 7 ( сама О.С на SSD).

В итоге все очень шустро летает и я не боюсь что мой SSD вскоре выйдет из строя, так как отдельные важные данные у меня хранятся только на HDD.

Тем кто пока сомневается в необходимости покупки SSD, ) и критерии . Ни в коем случае не используйте данные методики на SSD, так как это не только не повысит его производительность но и может навредить ему.

В принципе все, надеюсь что у меня получилось раскрыть для вас тему SSD накопителей. В любом случае если есть вопросы, задавайте в комментариях, всегда рад помочь 🙂

Где мы разбирали что это такое, как работает и т.д. Но мы не сказали о том, что жесткие диски, на самом деле, уже изжили свой потенциал роста как объемов, так и производительности, а им на смену пришли современные твердотельные накопители или — SSD. Несмотря на то, что HDD еще довольно распространены, SSD также стали весьма популярны, и постепенно вытесняют устаревшую технологию с рынка.

Так как тема популярна и актуальна, в сегодняшней статье разберемся с SSD: узнаем что это такое, какие особенности их работы, характеристики, в общем — как обычно. Начнем.

Что такое SSD

SSD диск — компьютерное не механическое запоминающее устройство, состоящее из микросхем памяти и микроконтроллера. Происходит от английского Solid State Drive, что в буквальном переводе означает – твердотельный накопитель.

В этом определении каждое слово имеет смысл. Не механическое устройство означает, что в нем нет механических частей – внутри ничего не движется, не жужжит и не шумит. Как следствие — ничего и не стачивается, не изнашивается. Поскольку SSD диски пришли на смену традиционным механическим, то это свойство очень важно. Старым дискам были страшны вибрации во время работы, твердотельным накопителям – нет.

Микросхемы памяти используются для хранения информации. Контроллер на диске позволяет получать данные из ячеек памяти и записывать в них, передавая данные на общий интерфейс компьютера, вне зависимости от специфики работы памяти носителя. Гигантская флешка – вот что такое SSD диск, может показаться на первый взгляд, но только с кучей бесполезных компонент.

Для чего нужен SSD

В любом компьютере SSD идет на замену обычным HDD. Он работает быстрее, имеет маленькие габариты и не издает звуков. Высокая скорость загрузки приложений и операционной системы повышает комфортность в работе с ПК.

Что такое SSD в ноутбуке, где каждый ватт энергии на счету? Разумеется, в первую очередь – это очень экономный носитель информации. Он способен работать с зарядом аккумулятора дольше. К тому же у него очень небольшие размеры, что позволяет включать SSD в самые компактные аппаратные конфигурации.

Из чего состоит SSD

Небольшой корпус, в котором расположена маленькая печатная плата – это SSD диск внешне. На эту плату припаяно несколько микросхем памяти и контроллер. На одной из сторон этой коробки находится специальный разъем – SATA, который позволяет подключать SSD диск как любой другой накопитель.

Микросхемы памяти используются для хранения информации. Это не , которая есть в каждом компьютере. Память в SSD диске способна хранить информацию и после выключения. Память SSD дисков энергонезависима. Как у обычного диска данные хранятся на магнитных пластинах, здесь данные хранятся в специальных микросхемах. Запись и чтение данных происходит на порядок быстрее, чем при работе с пластинами механических дисков.

Контроллер на диске – такой себе узкоспециализированный , который умеет очень эффективно распределять данные в микросхемах. Также он выполняет часть служебных операций по чистке дисковой памяти и перераспределении ячеек при их изнашивании. Для работы с памятью очень важно выполнять своевременно служебные операции, чтобы не произошло потери информации.

Буферная память, как и на обычных дисках, используется для кэширования данных. Это быстрая оперативная память на SSD накопителе. Данные, вначале читаются в буферную память, изменяются в ней, а затем только пишутся на диск.

Как работает SSD диск

Принцип работы SSD диска основан на специфике работы ячеек памяти. Больше всего распространена сейчас память типа NAND. Обработка данных осуществляется блоками, а не байтами. Ячейки памяти имеют ограниченный ресурс циклов перезаписи, то есть чем чаще данные пишутся на диск, тем быстрее он выйдет из строя.

Чтение данных выполняется очень быстро. Контроллер определят адрес блока, который нужно считать, и обращается к нужной ячейке памяти. Если в SDD диске читается несколько непоследовательных блоков, то это никак не сказывается на производительности. Просто происходит обращение к другому блоку по его адресу.

Процесс записи данных сложнее и он состоит из ряда операций:

• чтение блока в кэш;
• изменение данных в кэш памяти;
• отработка процедуры стирания блока на энергонезависимой памяти;
• запись блока во флеш-память по адресу, вычисленному специальным алгоритмом.

Запись блока требует нескольких обращений к ячейкам памяти на диске SSD. Появляется дополнительная операция по чистке блока, перед записью. Для того, чтобы ячейки флеш-памяти изнашивались равномерно, контроллер специальным алгоритмом вычисляет номера блоков перед записью.

Операция стирания блоков (TRIM) выполняется SSD дисками во время простоя. Это делается для того, чтобы уменьшить время выполнения записи блока на диск. При записи алгоритм оптимизируется путем удалением этапа стирания: блок просто помечается как свободный.

Операционные системы выполняют самостоятельно команду TRIM, которая приводит к чистке подобных блоков.

Виды SSD дисков

Все SSD диски разделяются на несколько видов в зависимости от того, по какому интерфейсу они подключатся к компьютеру.

• SATA – диски подключаются к компьютеру по тому же интерфейсу, что и обычные HDD. Выглядят они как диски для ноутбуков и имеют размер 2,5 дюйма. Вариант mSATA более миниатюрен;
• PCI-Express – подключаются как обычные видеокарты или звуковые карты в слоты расширения компьютера на материнской плате. Обладают более высокой производительностью и, чаще всего, ставятся на серверах или вычислительных станциях;
• M.2 – миниатюрный вариант чаще PCI-Express интерфейса.

В современных SSD накопителях используется в основном NAND память. По ее типу их можно разделить на три группы, которые появлялись хронологически: SLC, MLC, TLC. Чем новее становилась память, тем ниже становилась надежность ее ячеек. Емкость при этом росла, что помогало снизить себестоимость. Надежность диска целиком зависит от работы контроллера.

Не все производители SSD дисков сами изготавливают флеш-память для своих устройств. Свою память и контроллеры производят: Samsung, Toshiba, Intel, Hynix, SanDisk. Мало кто из пользователей слышал о SSD диске производства Hynix. Известный производитель флеш накопителей Kingston использует память и контроллеры фирмы Toshiba в своих дисках. Samsung сам занимается развитием технологий по производству памяти и контроллеров и комплектует ими свои SSD накопители.

Характеристики SSD

Мы почти разобрались с SSD накопителями, осталось только поговорить о характеристиках. Итак:

• Емкость диска . Обычно эта характеристика указывается величиной не кратной степени двойки. Например, не 256 Гб, а 240. Или не 512 Гб, а 480 Гб. Это связано с тем, что контроллеры дисков резервируют часть флеш-памяти на замену блоков, исчерпавших свой ресурс. Для пользователя такая подмена происходит незаметно и данные он не теряет. Если размер диска составляет величину 480 Гб или 500 Гб, то именно флеш-памяти на диске 512 Гб, просто разные контроллеры резервируют ее разный объем.
• Скорость диска . Почти все SSD накопители имеют скорость: 450 — 550 Мб/сек. Эта величина соответствует предельным скоростям интерфейса SATA, по которому они подключаются. Именно SATA является причиной, по которой производители не пытаются массово увеличивать скорость чтения. Скорость записи в приложениях оказывается существенно ниже. Производитель обычно указывает в характеристиках именно скорость записи на чистом носителе.
• Число микросхем памяти . От числа микросхем памяти напрямую зависит производительность: чем их больше, тем большее число операций может отрабатываться одновременно на одном диске. В одной линейке дисков обычно скорость записи растет с ростом объема диска. Объясняется это тем, что у более емких моделей число чипов памяти больше.
• Тип памяти . Более дорогая и надежная память MLC, менее надежная и дешевая TLC, а также собственная разработка Samsung — «3D-NAND». Эти три вида памяти сейчас чаще всего используются в накопителях. Во многом на современных твердотельных дисках надежность работы зависит от качества работы контроллера.

Выводы

Несмотря на свою схожесть с гигантской флешкой, SSD накопители несут в себе целый спектр современных технологий, благодаря чему показывают существенный прирост производительности, не теряя надежности. Работа с компьютером, после установки системы на такой диск, становится значительнее комфортнее.

Некоторые известные производители переключились на выпуск твердотельных накопителей уже полностью, например Samsung продал бизнес по производству жёстких дисков компании Seagate .

Существуют и так называемые гибридные жесткие диски , появившиеся, в том числе, из-за текущей, пропорционально более высокой стоимости твердотельных накопителей. Такие устройства сочетают в одном устройстве накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD) и твердотельный накопитель относительно небольшого объёма, в качестве кэша (для увеличения производительности и срока службы устройства, снижения энергопотребления).

Пока такие накопители используются, в основном, в переносных устройствах (ноутбуках, сотовых телефонах, планшетах и т. п.).

История развития

В настоящее время наиболее заметными компаниями, которые интенсивно развивают SSD-направление в своей деятельности, можно назвать Intel , Kingston , Samsung Electronics , SanDisk , Corsair, Renice, OCZ Technology , Crucial и ADATA. Кроме того, свой интерес к этому рынку демонстрирует Toshiba .

Архитектура и функционирование

NAND SSD

Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD), появились относительно недавно, но в связи с гораздо более низкой стоимостью (от 1 доллара США за гигабайт) начали уверенное завоевание рынка. До недавнего времени существенно уступали традиционным накопителям - жестким дискам - в скорости записи, но компенсировали это высокой скоростью поиска информации (начального позиционирования). Сейчас уже выпускаются твердотельные накопители со скоростью чтения и записи, в разы превосходящие возможности жестких дисков . Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.

RAM SSD

Эти накопители, построенные на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость. Используются, в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели - системами резервного и/или оперативного копирования. Примером таких накопителей является I-RAM . Пользователи, обладающие достаточным объёмом оперативной памяти, могут организовать виртуальную машину и расположить её жёсткий диск в ОЗУ и оценить производительность.

Недостатки и преимущества

Недостатки

Преимущества

• Отсутствие движущихся частей, отсюда:

• Полное отсутствие шума;
• Высокая механическая стойкость;
• Стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;

• Высокая скорость чтения/записи, нередко превосходящая пропускную способность интерфейса жесткого диска (SAS/SATA II 3 Gb/s, SAS/SATA III 6 Gb/s, SCSI, Fibre Channel и т. д.);
• Низкое энергопотребление;
• Широкий диапазон рабочих температур;
• Большой модернизационный потенциал как у самих накопителей так и у технологий их производства.
• Отсутствие магнитных дисков, отсюда:

• Намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям;
• Малые габариты и вес; (нет необходимости делать увесистый корпус для экранирования)

Microsoft Windows и компьютеры данной платформы с твердотельными накопителями

В ОС Windows 7 введена специальная оптимизация для работы с твердотельными накопителями. При наличии SSD-накопителей эта операционная система работает с ними иначе, чем с обычными HDD-дисками. Например, Windows 7 не применяет к SSD-накопителю дефрагментацию, технологии Superfetch и ReadyBoost и другие техники упреждающего чтения, ускоряющие загрузку приложений с обычных HDD-дисков.

На SSD-накопителе работают планшеты компании Acer - модели Iconia Tab W500 и W501, Fujitsu Stylistic Q550 под управлением Windows 7.

Mac OS X и компьютеры Макинтош с твердотельными накопителями

11 июня 2012 года на основе флеш-памяти был представлен новый MacBook Retina 15 дюймов, в котором опционально можно установить 768 Гб флеш-памяти.

Перспективы развития

Главный недостаток SSD накопителей - ограниченное число циклов перезаписи - при развитии технологий изготовления энергонезависимой памяти будет устранён путём изготовления по другим физическим принципам и из других материалов, например, FeRam . К 2013 году компания планирует запустить в розничную продажу накопители, построенные по технологии ReRAM (resistive random-access memory).

См. также

• Гибридный жесткий диск

Примечания

Ссылки

• HDD умер, да здравствует SSD? Критический обзор из журнала Mobi, 15.08.2007
• Диски SSD на основе NAND-памяти: технологии, принцип работы, разновидности, 28.06.2010
• Тест четырех SSD компании Team от TestLabs.kz