▷ Τι είναι το ssd, πώς λειτουργεί και για ποιο λόγο;

Οι σκληροί δίσκοι, ή καλύτερα, οι μονάδες αποθήκευσης στερεάς κατάστασης ή οι SSD είναι εδώ για να μείνουν. Σχεδόν όλοι οι χρήστες που αγοράζουν νέο εξοπλισμό μπορούν να βρουν μια μονάδα αποθήκευσης αυτού του τύπου μέσα. Αλλά τι είναι πραγματικά ένα SSD και πώς λειτουργεί; Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσουμε λεπτομερώς για αυτό το ηλεκτρονικό στοιχείο και τι είναι που το διαφοροποιεί από τους γνωστούς σκληρούς δίσκους HDD.

Ευρετήριο περιεχομένων

Από λίγα χρόνια μετά, είχαμε την τύχη να βιώνουμε μεγάλες αλλαγές στους υπολογιστές μας. Πρώτα ήταν οι επεξεργαστές πολλών πυρήνων και η αρχιτεκτονική τους. Αυτό οδήγησε στον εξοπλισμό να γίνετε γρηγορότεροι και ταχύτεροι, βελτιωμένες κάρτες γραφικών, RAM. Αλλά υπήρχε ακόμα ένα τεράστιο εμπόδιο στην ομάδα μας και δεν ήταν άλλο από το σκληρό δίσκο. Με όλο τον υπολογιστή γεμάτο ολοκληρωμένα κυκλώματα, είχαμε ακόμα ένα μηχανικό στοιχείο μέσα.

Επομένως, θα ήταν άχρηστο να έχουμε έναν εξαιρετικά γρήγορο επεξεργαστή εάν η πρόσβαση στο περιεχόμενο των δεδομένων ήταν πολύ αργή. Για αυτόν και για άλλους λόγους, η βιομηχανία ψηφιακής αποθήκευσης άρχισε να λειτουργεί και κατά συνέπεια μείωσε το κόστος δημιουργίας αυτού του νέου τύπου μονάδων. Καθώς το κόστος της μειώθηκε, το ίδιο συνέβη και με την ικανότητα αποθήκευσης δεδομένων και την αξιοπιστία του.

Αυτές τις μέρες, έχουμε ήδη αυτό το στοιχείο πρακτικά τυποποιημένο και κοινό σε όλους τους νέους εξοπλισμούς. Και σε σχετικά προσιτή τιμή. Εάν θέλετε έναν γρήγορο υπολογιστή, τότε πρέπει να έχετε ένα από αυτά για το λειτουργικό σας σύστημα. Ας δούμε λοιπόν τι είναι αυτές οι μονάδες SSD.

Τι είναι ένα SSD

Η μονάδα SSD ή SSD (μονάδα SSD) είναι μια συσκευή αποθήκευσης δεδομένων που βασίζεται στη χρήση μη πτητικής μνήμης ή κοινώς ονομαζόμενης μνήμης flash. Έτσι αντικαθιστώντας τους μαγνητικούς δίσκους των παραδοσιακών σκληρών δίσκων.

Αυτές οι μνήμες flash, διαδότες της παλιάς EEPROM, επιτρέπουν τις λειτουργίες ανάγνωσης και εγγραφής πολλαπλών θέσεων μνήμης στην ίδια λειτουργία, αυξάνοντας έτσι την ταχύτητα σε σύγκριση με τις μνήμες EEPROM, οι οποίες θα μπορούσαν να διαβάσουν μόνο μία κυψέλη μνήμης σε κάθε λειτουργία.

Η χρήση μνήμης flash συνεπάγεται τη χρήση μαρκών για την αποθήκευση της μνήμης. Εξαλείφοντας τα κινούμενα μέρη ενός κανονικού σκληρού δίσκου, θα αυξήσουμε σημαντικά την ταχύτητα πρόσβασης και εγγραφής.

Το 2010, αυτές οι αναφορές έκαναν ένα άλμα, το οποίο οδήγησε στην πραγματικότητα στη μείωση του κόστους παραγωγής και επομένως στην πρόσβαση αυτών από τους χρήστες. Και είναι η χρήση των θυρών NAND για την κατασκευή αυτών των flash μνήμες.

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά χαρακτηριστικά μιας πύλης λογικής NAND (AND ή ανεστραμμένου Υ) είναι ότι μπορεί να διατηρήσει τα δεδομένα μέσα ακόμη και όταν κόβεται η ισχύς.

Αυτές οι πύλες NAND γίνονται χρησιμοποιώντας τρανζίστορ πλωτής πύλης, το οποίο είναι ένα στοιχείο στο οποίο αποθηκεύονται τα δυαδικά ψηφία. Στην περίπτωση μνήμης RAM, αυτά τα τρανζίστορ χρειάζονται συνεχή τροφοδοσία ισχύος για να διατηρήσουν την κατάσταση τους, και όχι σε μνήμες flash. Όταν ένα τρανζίστορ πλωτής πύλης είναι φορτωμένο έχει 0 εσωτερικό, και όταν εκφορτώνεται έχει ένα 1.

Αυτές οι μνήμες είναι οργανωμένες σε μορφή μήτρας, η οποία με τη σειρά της σχηματίζεται από μια σειρά διαδοχικών πύλων NAND. Ονομάζουμε πλήρες μπλοκ πίνακα και οι γραμμές που απαρτίζουν τη μήτρα ονομάζονται σελίδες. Κάθε μία από αυτές τις σειρές έχει χωρητικότητα αποθήκευσης μεταξύ 2 KB και 16 KB. Αν κάθε τεμάχιο έχει 256 σελίδες, θα έχουμε μέγεθος μεταξύ 256 KB και 4 MB.

Διαφορά μεταξύ SSD και μνήμης RAM

Με αυτό το πρώτο πράγμα που έρχεται στο μυαλό είναι η μνήμη RAM. Όπως γνωρίζουμε, αυτός ο τύπος μνήμης χρησιμοποιείται για την παροχή δεδομένων και προγραμμάτων στον επεξεργαστή. Όταν απενεργοποιούμε έναν υπολογιστή, η μνήμη RAM είναι εντελώς κενή σε αντίθεση με τις μονάδες SSD.

Η διαφορά έγκειται στη χρήση πύλης NAND. Αυτά τα λογικά στοιχεία αποθηκεύουν την τελευταία ηλεκτρική κατάσταση στο εσωτερικό, και παραμένουν ακόμα και χωρίς τροφοδοσία.

Τεχνολογίες κατασκευής

Βασικά υπάρχουν δύο τεχνολογίες αποθήκευσης για την κατασκευή αυτών των συσκευών. Ξεκίνησε να πειραματίζεται με δίσκους βασισμένους σε RAM. Αυτό απαιτούσε ένα στοιχείο που τους τροφοδοτούσε συνεχώς με ενέργεια για να μην χάσουν τα δεδομένα.

Λόγω αυτών των περιορισμών η τεχνολογία DRAM σε αυτές τις μονάδες διαλύθηκε με την εμφάνιση πύλης NAND με μη πτητική αποθήκευση. Αυτή είναι αυτή που χρησιμοποιείται σήμερα και υπάρχουν τρεις διαφορετικές τεχνολογίες κατασκευής:

SLC ή κελιά μεμονωμένων επιπέδων

Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο είναι δυνατή η αποθήκευση ενός bit δεδομένων για κάθε κύτταρο μνήμης. Η κατασκευή του είναι κατασκευασμένη από ατομικά γκοφρέτες πυριτίου με τα οποία μπορείτε να αποκτήσετε ένα λεπτό τσιπ μνήμης και ένα μόνο επίπεδο αποθήκευσης. Αυτά τα τσιπ έχουν τα πλεονεκτήματα μιας υψηλότερης ταχύτητας πρόσβασης δεδομένων, μεγαλύτερης μακροζωίας και λιγότερης κατανάλωσης ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, έχουν μικρότερη χωρητικότητα μνήμης, επομένως θα χρειαστεί να κατασκευαστεί μεγαλύτερος αριθμός χοιρομητέρων, αυξάνοντας έτσι το κόστος κατασκευής τους.

Η κατασκευή της για το παρόν περιορίζεται σε περιβάλλοντα βιομηχανικών και διακομιστικών συμπλεγμάτων όπου η ποιότητα αποθήκευσης πρέπει να είναι ανώτερη.

MLC ή κελί πολλαπλών επιπέδων

Αυτή η μέθοδος κατασκευής είναι ακριβώς η αντίθετη από την προηγούμενη. Κάθε τσιπ μνήμης κατασκευάζεται με στοίβαγμα πλακιδίων πυριτίου για να σχηματίσει ένα ενιαίο τσιπ πολλαπλών επιπέδων. Όσον αφορά τα πλεονεκτήματά του είναι αυτά με μεγαλύτερη χωρητικότητα αποθήκευσης ανά τσιπ, είναι δυνατό να αποθηκευτούν δύο δυαδικά ψηφία για κάθε κελί, πράγμα που κάνει συνολικά 4 διαφορετικές καταστάσεις. Και επίσης ένα φθηνότερο κόστος κατασκευής.

Ως μειονεκτήματα αναφέρουμε ακριβώς το αντίθετο απ 'ό, τι στην προηγούμενη περίπτωση: πιο αργή πρόσβαση και μάρκες με λιγότερη ανθεκτικότητα.

TLC ή κύτταρο τριπλού επιπέδου

Σε αυτή την περίπτωση, η διαδικασία κατασκευής καταφέρνει να υλοποιήσει 3 μπιτ για κάθε κελί, επιτρέποντας την αποθήκευση έως και 8 καταστάσεων. Η τιμή κατασκευής είναι φθηνότερη και η πρόσβαση στο περιεχόμενο λιγότερο αποτελεσματική. Επομένως, είναι οι φθηνότερες μονάδες που αποκτούν, αλλά με κυτταρική ζωή περιορισμένη σε περίπου 1000 γράμματα.

Τεχνολογία TRIM

Ένα θέμα που εκκρεμεί σε μονάδες αποθήκευσης SSD είναι ακριβώς η αντοχή τους. Τα κύτταρα μνήμης υποβαθμίζονται για κάθε εγγραφή και σβέση που εκτελούνται επ 'αυτών, γεγονός που προκαλεί τη γρήγορη υποβάθμιση των δίσκων που οδηγούν σε αποτυχίες ακεραιότητας αρχείων και απώλεια αρχείων.

Η διαδικασία διαγραφής αρχείων από ένα SSD είναι αρκετά περίπλοκη. Μπορούμε να γράψουμε περιεχόμενο σε επίπεδο γραμμής, αλλά μπορούμε μόνο να διαγράψουμε σε επίπεδο μπλοκ. Αυτό σημαίνει ότι εάν υπάρχουν χρήσιμα αρχεία σε αυτό το μπλοκ εκτός από εκείνα που πρέπει να διαγραφούν, αυτό θα διαγραφεί επίσης.

Για να αποφευχθεί η διαγραφή έγκυρων αρχείων, αυτά τα αρχεία θα πρέπει να ληφθούν και να αποθηκευτούν σε μια νέα σειρά, στη συνέχεια να διαγραφούν το μπλοκ και στη συνέχεια να ξαναγράψουν τα έγκυρα δεδομένα εκεί όπου ήταν προηγουμένως. Η συνέπεια όλων αυτών των διαδικασιών είναι μια περαιτέρω αποικοδόμηση των κυττάρων μνήμης με την υποχρέωση να κάνουν επιπλέον εγγραφές και διαγραφές.

Ως απάντηση σε αυτό, αναδύονται τεχνολογίες όπως το TRIM. Το TRIM επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ του λειτουργικού συστήματος και της μονάδας αποθήκευσης, ώστε το ίδιο το σύστημα να αναφέρει στο SSD τα δεδομένα που πρέπει να διαγράψει. Όταν διαγράψουμε τα δεδομένα στα Windows, τα δεδομένα δεν διαγράφονται φυσικά, αλλά αποκτούν την ιδιοκτησία της μη χρήσης. Αυτό επιτρέπει να μειωθούν οι διαδικασίες γραφής και φυσικής διαγραφής των κυττάρων μνήμης. Από τη Microsoft, αυτή η τεχνολογία έχει εφαρμοστεί από τα Windows 7.

Φυσικά στοιχεία μιας μονάδας SSD

Όσον αφορά τα στοιχεία μιας μονάδας SSD, μπορούμε να αναφέρουμε τρία κρίσιμα στοιχεία:

Ελεγκτής: είναι ο επεξεργαστής που είναι υπεύθυνος για τη διαχείριση και διαχείριση των λειτουργιών που πραγματοποιούνται στις μονάδες μνήμης NAND.

Cache: Επίσης σε αυτόν τον τύπο μονάδων υπάρχει μια συσκευή μνήμης DRAM για την επιτάχυνση της διαδικασίας μετάδοσης δεδομένων από τη μονάδα στη μνήμη RAM και στον επεξεργαστή.

Πυκνωτής: Οι πυκνωτές έχουν τη λειτουργία της διατήρησης της ακεραιότητας των δεδομένων όταν υπάρχουν αιφνίδιες διακοπές ισχύος. Εάν υπάρχουν δεδομένα σε κίνηση λόγω μιας περικοπής, χάρη στους πυκνωτές θα είναι δυνατή η αποθήκευση αυτών των δεδομένων για να αποφευχθεί η απώλεια.

Τεχνολογίες σύνδεσης

SATA

Τα κοινά SSD έχουν την ίδια τεχνολογία σύνδεσης με τους κανονικούς σκληρούς δίσκους, δηλαδή χρησιμοποιούν μια θύρα SATA 3 για να τα συνδέσουν στη μητρική πλακέτα. Με αυτόν τον τρόπο θα έχουμε μεταφορά 600 MB / s.

PCI-Express

Υπάρχει όμως και μια ακόμη πιο γρήγορη τεχνολογία σύνδεσης και επικοινωνίας που ονομάζεται NVMe. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, οι μονάδες θα συνδεθούν απευθείας στις υποδοχές επέκτασης PCI-Express στη μητρική μας πλακέτα. Με αυτό τον τρόπο είναι δυνατή η επίτευξη ταχύτητας μεταφοράς μέχρι 2 GB / s κατά την ανάγνωση και 1, 5 GB / s γραπτώς.

Όπως είναι φυσιολογικό, αυτοί οι σκληροί δίσκοι δεν έχουν την τυπική μορφή ορθογώνιας εγκατάστασης κατόπτρου 2, 5 ιντσών, αλλά μοιάζουν με κάρτες επέκτασης όπως συλλέκτες ή κάρτες γραφικών χωρίς θερμότητα.

Μ.2

Πρόκειται για το νέο πρότυπο επικοινωνίας που προορίζεται να αντικαταστήσει τον τύπο SATA μεσοπρόθεσμα και βραχυπρόθεσμα. Χρησιμοποιεί πρωτόκολλα επικοινωνίας SATA και NVMe. Αυτές οι μονάδες είναι απευθείας συνδεδεμένες με μια συγκεκριμένη θύρα που βρίσκεται στη μητρική πλακέτα. Με αυτό τον τρόπο αποφεύγουμε να καταλαμβάνουμε υποδοχές PCI-E και θα έχουμε συγκεκριμένες θύρες. Αυτό το πρότυπο δεν έχει την ταχύτητα του PCI-E, αλλά είναι πολύ υψηλότερο από το SATA και υπάρχουν ήδη δίσκοι από όλους τους κατασκευαστές σε μέτριες τιμές.

Πτυχές που πρέπει να εξεταστούν για ένα SSD

Όταν αγοράζουμε ένα SSD πρέπει να γνωρίζουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του και αν το σύστημά μας είναι κατάλληλο.

Συστήματα αρχείων

Όπως έχουμε δει η διαχείριση μιας μονάδας SSD είναι αρκετά διαφορετική από αυτή που είδαμε για τους κανονικούς σκληρούς δίσκους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα παραδοσιακά συστήματα αρχείων είχαν την ανάγκη να αναβαθμίσουν την εσωτερική δομή λειτουργίας τους ώστε να ταιριάζουν στις ανάγκες αυτών των μονάδων δίσκου. Αν δεν ήταν, θα προκαλούσε ταχεία υποβάθμιση των μονάδων, μειώνοντας δραστικά τη ζωή τους.

NTFS

Ένα σαφές παράδειγμα είναι το σύστημα αρχείων των Windows. Μια από τις πρώτες βελτιστοποιήσεις που εφαρμόστηκαν, δεδομένου ότι τα Windows Vista ήταν να ευθυγραμμίσουν σωστά το διαμέρισμα με το σύστημα. Αυτό επέτρεψε την εκτέλεση πρόσθετων λειτουργιών ανάγνωσης και εγγραφής, επειδή η οργάνωση τομέων είναι διαφορετική στις μηχανικές μονάδες και την SSD.

Σε νεότερες εκδόσεις από τα Windows 7, τα συστήματα εφαρμόζουν βελτιώσεις για SSD, όπως την απενεργοποίηση του ανασυγκροτήματος αρχείων, την υπηρεσία Superfetch, την ReadyBoost και την εισαγωγή της εντολής TRIM για την παράταση της διάρκειας ζωής του SSD.

Πλεονεκτήματα ενός SSD σε έναν μηχανικό δίσκο

• Read / Write: Σημαντική αύξηση στις βασικές λειτουργίες εξαλείφοντας τα μηχανικά εξαρτήματα. Το πιο αξιόλογο και σημαντικό χαρακτηριστικό του. Άνοιγμα εφαρμογών και αρχείων: απευθείας από τα παραπάνω προκύπτει ότι οι εφαρμογές και τα αρχεία ανοίγουν πολύ πιο γρήγορα και ο χρόνος εκκίνησης του υπολογιστή θα πέσει δραματικά. Αποτυχίες και ασφάλεια: Ο χρόνος μεταξύ αποτυχιών αυξάνεται σημαντικά και η ασφάλεια των συναλλαγών αυξάνεται βελτιώνοντας τον καθαρισμό των δεδομένων και δεν υπάρχει μεταβολή στην απόδοση όταν η μονάδα είναι γεμάτη ή άδεια. Η διαγραφή αρχείων είναι επίσης ασφαλέστερη, αφού μόλις διαγραφεί φυσικά, τα αρχεία είναι εντελώς ανεπανόρθωτα. Ενέργεια: απαιτεί λιγότερη κατανάλωση ενέργειας και παραγωγή θερμότητας. Θόρυβος: δεδομένου ότι δεν υπάρχουν μηχανικά στοιχεία, η παραγωγή θορύβου θα είναι μηδενική. Βάρος και αντίσταση: μειώνοντας τα μηχανικά εξαρτήματα και το μέγεθος, το βάρος τους είναι μικρότερο και η αντίσταση στις κρούσεις είναι πολύ καλύτερη.

Μειονεκτήματα ενός SSD

• Χρήσιμη ζωή: αυτές οι μονάδες γενικά έχουν λιγότερο χρήσιμη ζωή από τους παραδοσιακούς δίσκους. Αυτό σχετίζεται με την ένταση χρήσης που δίδεται σε αυτά και στην τεχνολογία κατασκευής. Τιμή: Το κόστος ανά GB είναι σημαντικά υψηλότερο από τους παραδοσιακούς δίσκους. Επομένως, βρίσκουμε δίσκους πολύ μικρότερης χωρητικότητας σε υψηλότερες τιμές. Χωρητικότητα αποθήκευσης: Οι σκληροί δίσκοι εξακολουθούν να υπάρχουν στην αγορά με λιγότερη χωρητικότητα αποθήκευσης από τους μηχανικούς δίσκους. Δεν οφείλεται σε περιορισμούς υλικού (από τότε που δημοσιεύθηκε ότι το Nimbus Data σχεδίαζε να κατασκευάσει SSD 100 TB) αλλά λόγω του κόστους αυτών. Ανάκτηση δεδομένων: Όπως αναφέρθηκε στα πλεονεκτήματα, τα SSD διαγράφουν μόνιμα τα αρχεία και αυτό είναι επίσης ένα μειονέκτημα αν θέλουμε να ανακτήσουμε τα διαγραμμένα αρχεία. Παρ 'όλα αυτά, η τεχνολογία TRIM μας δίνει μια ευκαιρία σε αυτό το θέμα. Καταστροφικές αποτυχίες: ενώ οι μηχανικοί δίσκοι υποβαθμίζονται σταδιακά και μπορούμε να το παρατηρήσουμε, οι SSD αποτυγχάνουν χωρίς προειδοποίηση και αυτό το σφάλμα είναι πλήρες και τελικό. Έτσι θα χάσουμε τα αρχεία σχεδόν εντελώς ακίνδυνα. Λειτουργίες συντήρησης: Σε αυτή την περίπτωση, αυτές οι εργασίες είναι πολύ επιζήμιες για έναν σκληρό δίσκο. Ο ανασυγκρότημα ενός SSD δεν έχει νόημα, αλλά δεν συνιστάται να διαμορφώσετε μέρος του χώρου στην εικονική μνήμη. Αυτή η διαδικασία την αναγκάζει να φορέσει ακόμη περισσότερο.

Αν θέλετε να μάθετε όλες τις λεπτομέρειες σχετικά με τους μηχανικούς σκληρούς δίσκους, συνιστούμε το άρθρο μας:

Με αυτό τελειώνουμε την εξήγησή μας για το τι είναι ένα SSD και πώς λειτουργεί. Ήταν χρήσιμο για εσάς; Έχετε κάποιες ερωτήσεις;;