Из чего состоит ssd

xTechx.ru

Из чего состоит ssd

SSD (solid state drive, накопитель на твёрдотельной памяти, твёрдотельный накопитель — рус.

) — накопитель информации, основанный на чипах энергонезависимой памяти, которые сохраняют данные после отключения питания.

Являются относительно новым видом носителей информации, а первое проявление и развитие, чипы энергонезависимой памяти получили от Flash накопителей и обычной RAM памяти.

Содержит такие же интерфейсы ввода-вывода как и современные жёсткие диски. В SSD не используются движущиеся части и элементы как в электромеханических устройствах (жёсткие диски, дискеты), что исключает вероятность износа механическим путём.

Большинство современных твёрдотельных накопителей основаны на энергонезависимой NAND памяти. Существуют накопители корпоративного класса, которые используют RAM память вкупе с резервными системами питания. Это даёт очень большие скорости передачи данных, но и цена одного гигабайта очень высока по меркам рынка.

Существуют гибридные версии SSD и HDD накопителей.

Они включают магнитные пластины для большого объёма хранимой информации и небольшой по объёму SSD накопитель в одном корпусе.

Самые часто использующиеся данные хранятся в SSD накопителе и обновляются по мере их актуальности из блока HDD.

При обращении за этими данными, они считываются с высокой скоростью из твёрдотельной памяти не обращаясь к более медленным магнитным пластинам.

Из чего состоят SSD накопители.

* на примере NAND памяти

Твёрдотельный накопитель состоит из самих чипов NAND, управляющего микроконтроллёра привносящего все функции, чипа энергозависимой кеш памяти и печатной платы на которой всё это распаяно.

Иногда в SSD накопителях используется небольшая батарея, чтобы при отключении питания, все данные из кэша можно было бы переписать в энергонезависимую память и сохранить все данные в целостности. Есть прецеденты, что в накопителях с MLC памятью при отключении питания, пропадала часть или все данные. С SLC памятью, таких проблем замечено не было.

Память.

Практически все твёрдотельные накопители высокого, среднего и бюджетного класса используют энергонезависимую NAND (flash) память из-за её относительно низкой стоимости, способности сохранять данные без постоянного поддержания питания и возможность реализации технологии сохранения данных при неожиданном отключении питания.

Благодаря компактной компоновке чипов, производители могут выпускать SSD накопители в формфакторе 1.8; 2.5; 3.5 и меньше, если речь идёт о устройствах без защитных упаковок. Например для ноутбуков или внутреннего размещения в компьютере.

В большинстве SSD накопителей используется дешёвая MLC (Multi Level Cell) — память, которая может вмещать в одну ячейку более одного бита.

Это очень результативно сказывается на цене готового изделия и способствует популяризации данных накопителей. Но есть у MLC памяти и большие недостатки.

Это низкая долговечность ячеек и более низкая скорость записи и чтения, чем у накопителей на основе SLC (Single Level Cell).

SLC записывают только один бит в ячейку и это обеспечивает до 10 раз лучшую долговечность и до 2-х раз более высокую скорость в сравнении с MLC.

Есть и один недостаток — цена накопителей на SLC памяти примерно в два раза выше чем цена накопителей на MLC памяти.

Это обусловлено большими затратами на производство, а в особенности потому, что чипов SLC того же объёма, требуется в среднем в два раза больше для достижения того же объёма в сравнении с MLC.

Контроллёр SSD.

Практически все показатели SSD накопителя зависят от управляющего контроллёра. Он включает в себя микропроцессор, который управляет всеми процессами памяти с помощью специальной прошивки; и моста между сигналами чипов памяти и шины компьютера (SATA, USB).

Функции современного SSD контроллёра:

  • TRIM.
  • Чтение запись и кеширование.
  • Коррекция ошибок (ECC).
  • Шифрование (AES).
  • Возможность S.M.A.R.T мониторинга.
  • Пометка и запись о нерабочих блоках для добавления их в чёрный список.
  • Сжатие данных (Sandforce контроллёры например).

Все контроллёры памяти нацелены на параллельно подключенную NAND память. Так как шина памяти одного чипа очень мала (максимум 16 бит), используются шины многих чипов подключенных параллельно (аналогия RAID 0).

К тому же, отдельно взятый чип отнюдь не обладает отличными характеристиками, а наоборот. Например высокую задержку ввода-вывода. Когда чипы памяти параллельно объединены, эти задержки скрываются, распределяясь между ними.

Да и шина растёт пропорционально каждому добавленному чипу, вплоть до максимальной пропускной способности контроллёра.

Многие контроллёры, умеют использовать SATA 6 Гбит/c, что в купе с контроллёрами поддерживающими скорость обмена данными 500мб/c, даёт ощутимый прирост производительности в чтении/записи и полное раскрытие потенциала SSD накопителя.

Кэш память.

В SSD накопителях применяется кэш память в виде энергозависимой DRAM микросхемы, наподобие как в жёстких дисках.

Но в твёрдотельных накопителях она несёт ещё одну важную функцию. Часть прошивки и самые часто изменяющиеся данные находятся в ней, сокращая износ энергозависимой NAND памяти. В некоторых контроллёрах, не предусмотрено использование кеш памяти, но тем не менее они достигают высоких показателей в скорости (SandForce).

Интерфейсы для подключения SSD.

Самыми распространёнными интерфейсами для SSD потребительского класса являются SATA 6 Гбит/c, PCI-Express и USB 3.0. Все эти интерфейсы способны обеспечить нужную пропускную способность для любого SSD накопителя.

В портативных устройствах вроде ноутбуков и планшетных компьютеров, наиболее часто встречаются компактные SSD накопители с интерфейсом mini PCI-Express (mSATA).

Преимущества и недостатки SSD накопителей в сравнении с HDD.

Плюсы SSD накопителей в сравнении с HDD (жёсткими дисками):

  • Включаются мгновенно, не требуют раскрутки.
  • Значительно более высокая скорость произвольного доступа.
  • Значительно более высокая скорость доступа.
  • Скорость передачи данных значительно выше.
  • Не требуется дефрагментация.
  • Беззвучны, так как не имеют механических частей.
  • Не создают вибраций.
  • Более выносливы в плане температуры, ударов и вибраций.
  • Немного меньшее энергопотребление.

Минусы SSD накопителей в сравнении с HDD (жёсткими дисками).

  • Износ ячеек. Хоть в SSD накопителях и отсутствуют механические части, чипы памяти изнашиваются (mlc ~10000 перезаписей, slc  ~100000).
  • Ёмкость значительно меньше.
  • Цена значительно выше по соотношению ГБ/$
  • Невозможность восстановить утерянные данные после команды TRIM или просто после форматирования.

В твёрдотельных накопителях применяется команда (инструкция) TRIM для увеличения скорости записи. Совместно с некоторыми микроконтроллёрами, TRIM позволяет добиться и небольшого увеличения скорости чтения.

Все твурдотельные накопители, которые выпускаются с 2012 года имеют поддержку TRIM. В более ранних, для включения данной инструкции может потребоваться прошивка новой микропрограммой.

В большинстве случаев, при прошивке все данные безвозвратно удаляются.

SSD накопители ещё совсем новое поколение накопителей информации и они не являются сбалансированными во всех отношениях продуктами.

Тем не менее, для энтузиастов, клиентов корпоративного класса и использования в серверных системах они выгодно отличаются по показателю производительности, что может быть решающим фактором к покупке.

Новый виток эволюции, твёрдотельные накопители получат с массовым производством чипов памяти Ferroelectric RAM (FRAM, FeRAM). Это позволит повысить уровень долговечности ячеек SSD накопителей.

Но не факт что за SSD накопителями будущее. Каждый новый техпроцесс, как показала практика, уменьшает скорость чтения/записи и увеличивает количество возникающих ошибок, которые тоже нужно убирать с помощью системы коррекции ошибок в ущерб производительности.

Причём для SLC этот показатель приемлем, но вот с MLC и TLC (triple level cell) всё очень и очень печально. С каждым новым поколением, без значительных новых прорывов, скорость будет падать.

А к 4 нм, опустится практически до уровня HDD 2012 года.

Источник: http://www.xtechx.ru/c40-visokotehnologichni-spravochnik-hitech-book/solid-state-drive-ssd-works-kak/

Твердотельный накопитель SSD: характеристики и компоненты

Из чего состоит ssd

Твердотельный накопитель SSD (solid-state drive) — постоянное запоминающее устройство компьютера, выполненное на базе энергонезависимых микросхем памяти, работающих под управлением специального контроллера.

Компоненты SSD

Чтобы иметь более ясное представление об устройстве, при рассмотрении основных характеристик, для начала, разберём из каких компонентов состоит твердотельный накопитель.

  1. Печатная плата.
  2. Флэш-память — отвечает за хранение данных (широко используется тип энергонезависимой памяти NAND).
  3. Контроллер — специальный микропроцессор, который связывает флэш-память с основной шиной компьютера, осуществляет операции чтения/записи (скорость работы зависит от версии прошивки).
  4. Кэш — используется для временного хранения данных в момент работы с флэш-памятью.
  5. Интерфейс подключения — физический разъём и сам интерфейс взаимодействия контроллера SSD-накопителя с основной системой (SATA, PCI-Express).

Основные характеристики SSD

К основным характеристикам твердотельных накопителей относятся:

  • объём (ёмкость) SSD,
  • интерфейс подключения,
  • форм-фактор,
  • контроллер,
  • тип памяти,
  • скорость чтения/записи,
  • ресурс работы.

Объём или ёмкость SSD

Параметр указывает на фактический объём твердотельного накопителя, то есть на количество байт данных, которые может хранить устройство. Чем выше этот показатель, тем больше музыки, фильмов и игр вы сможете сохранить на своём компьютере.

Реальный объём SSD-диска всегда немного меньше, чем заявляет производитель. Дело в том, что изготовители приравнивают 1 Гбайт к 1000 Мбайт, на самом деле их 1024.

Интерфейс подключения

SSD-диски, в зависимости от физического формата, можно подключать к следующим интерфейсным разъёмам: SATA, mSATA, PCI-Express, M.2.

Разъём М.2 может поддерживать установку SSD-накопителей SATA и PCI-Express.

Интерфейс M.2 может иметь три вариации ключа:

  • B — режим SATA/PCI-Express x2*,
  • M — режим SATA/PCI-Express x4*,
  • B & M — режим SATA/PCI-Express x2*.

* — поддержка того или иного режима зависит от чипсета материнской платы.

Если вы приобретёте SSD M.2 SATA (B & M), а материнская плата поддерживает M.2 PCI-Express (B & M), то твердотельный накопитель не будет работать!

Из сказанного ранее, очевидно, что SSD-накопители используют одну из двух основных шин передачи данных. В чём же разница? Различия интерфейсов заключается в следующем:

  • SATA III — средняя скорость чтения/записи 550 Мбайт/с,
  • PCI-Express — средняя скорость чтения/записи на канал (x1) в версиях:
    • 2.0 — до 500 Мбайт/с,
    • 3.0 — до 985 Мбайт/с.

SSD-накопители, устанавливаемые в слоты PCI-Express, производительней SSD-дисков, использующих разъёмы SATA, mSATA. Пример: SSD PCI-E 2.0 x4 имеет 4 линии связи по 500 Мбайт/с, следовательно, средняя скорость чтения/записи составит 2 Гбайт/с.

Форм-фактор

В зависимости от интерфейса подключения, твердотельные накопители имеют следующие форм-факторы:

  • 2.5″ — размер SSD SATA сопоставим c жёстким диском для ноутбуков,
  • 3.5″ — размер SSD SATA сопоставим c жёстким диском для стационарного ПК,
  • 2230 — SSD для M.2 (ширина — 22 мм, длина — 30 мм),
  • 2242 — SSD для M.2 (ширина — 22 мм, длина — 42 мм),
  • 2260 — SSD для M.2 (ширина — 22 мм, длина — 60 мм),
  • 2280 — SSD для M.2 (ширина — 22 мм, длина — 80 мм),
  • HHHL — SSD для PCI-Express.

Контроллер

Контроллер SSD-диска представляет собой микропроцессор с предустановленной программой. задача контроллера связывать память твердотельного накопителя с основной шиной компьютера. Контроллер напрямую влияет на скорость чтения/записи SSD, а также отвечает за корректировку ошибок, предотвращает износ устройства и чистит память от мусора.

При выборе SSD-накопителя, ориентируйтесь на технологии, которые он поддерживает. Если у вас есть ряд требований к SSD-диску, исходя из задач, которые он должен решать — изучите документацию предустановленного контроллера более детально.

Главные характеристики контроллерачисло ядер (до 4), количество каналов (до 8).

На данный момент широко распространены следующие SSD-контроллеры: Marvell, Samsung, Silicon Motion, Phison, Realtek. К устаревшим контроллерам относятся: JMicron, Indilinx, SandForce.

Тип памяти

Существует два основных вида твердотельных накопителей — RAM SSD и NAND SSD.

RAM SSD

При производстве устройств используется энергозависимая флэш-память. Такие SSD-накопители оснащаются аккумуляторными батареями для защиты информации от стирания, при отключении питания. Плюсы — сверхвысокая скорость чтения/записи и поиска информации. Минус — дороговизна чипов памяти. RAM SSD-накопители применяют при работе с большими объёмами информации.

NAND SSD

Твердотельные накопители на базе энергонезависимой флэш-памяти получили более широкое распространение.

Флэш-память NAND имеет несколько технологий записи: SLC (Single Level Cell), MLC (Multi Level Cell), TLC (Triple Level Cell) и QLC (Quad Level Cell).

Разница между технологиями заключается в плотности записи данных на ячейку: SLC — 1 бит, MLC — 2 бита, TLC — 3 бита, QLC — 4 бита.

Чем выше плотность записи, тем больше объём SSD-накопителя, но меньше скорость чтения/записи, срок службы и надёжность. Исключением из правил, является технология 3D TLC NAND от Samsung — TLC-ячейки размещены на кристалле в несколько слоёв — надёжность таких твердотельных накопителей аналогична тем, которые выполнены по технологии MLC.

Скорость чтения/записи

Важный показатель производительности SSD-диска — указывает на то, с какой скоростью контроллер способен читать или записывать информацию во флэш-память. Скорость чтения/записи зависит от типа памяти, контроллера и прошивки устройства.

Также существует такой параметр, как «Скорость случайной записи», который указывает на количество операций ввода/вывода в секунду (IOPS) при чтении/записи блоков по 4 КБ. Чем больше значение, тем быстрей работает SSD-накопитель.

Ресурс работы, TBW

Ресурс твердотельного накопителя измеряется в TBW (Total Bytes Written) — это суммарное число записываемых блоков. Если сказать проще — объём всей информации, которая может быть записана на диск SSD в течение всего срока службы. Сам срок службы зависит от интенсивности использования SSD-накопителя.

Например, SSD-диск имеет объём 500 Гбайт, ресурс работы 200 Тбайт или 200 000 Гбайт. Получаем: SSD-накопитель может быть полностью перезаписан — 200 000 / 500 = 400 раз.

Но, в домашних условиях, вы не будете оперировать такими объёмами информации.

Предположим, что при обычном использовании компьютера (скачали видео, послушали музыку, установили игру), в день вы будете перезаписывать около 50 Гбайт данных.

Исходя из этого: в месяц 1 500 Гбайт, в год 18 000 Гбайт. Получается, что SSD-диск прослужит вам 200 000 Гбайт / 18 000 Гбайт = 11 лет.

Источник: https://2hpc.ru/%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8-ssd/

Что такое SSD?

Из чего состоит ssd

На прошлой неделе у нас вышла статья о HDD, 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 оперативная память, 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 процессор, 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.

Источник: https://geekkies.in.ua/pc/chto-takoe-ssd.html

Что такое SSD и зачем он нужен

Из чего состоит ssd

Быстродействие, надёжность хранения данных, противоударная устойчивость носителей информации со временем возрастают. Раньше для сохранения сведений применяли магнитные накопители вроде лент и дискет. После на рынке появились жёсткие диски, отличающиеся большей ёмкостью и меньшей чувствительностью к магнитным полям.

Сейчас место HDD занимают твердотельные накопители (Solid State Drive). Они компактны, подходят для установки в компьютеры и ноутбуки, а купить их в 2020 году можно по вполне хорошим ценам. Что такое SSD, в чём технологические особенности и преимущества устройств, узнайте в статье от «Службы добрых дел».

Остались вопросы? Звоните и пишите — мы непременно поможем!

Что такое твердотельный накопитель

ССД — это носитель информации, подключаемый:

  • Посредством внутреннего интерфейса, к порту материнской платы.
  • Ко внешнему USB-порту.

Когда твердотельные накопители только появились на рынке, они характеризовались невысокой, в сравнении с HDD и флеш-памятью, ёмкостью, непомерными ценами, а также незначительным сроком эксплуатации.

Преимуществами, очевидными с самого начала, были компактность и повышенная, до 2×, скорость обработки информации.

В то время накопители оставались интересны только для энтузиастов компьютерных технологий, не находя реального применения.

Со временем SSD становились надёжнее, устойчивее к температурным колебаниям, вибрации, эксплуатационным нагрузкам. Цены снижались, а спрос на новый вид накопителей информации возрастал. Увеличение ёмкости сделало твердотельный жесткий диск перспективным типом устройств хранения и передачи информации — так ССД-диски прочно закрепились на рынке.

Требуется помощь с выбором SSD-накопителя?

Оставьте заявку и наши специалисты оперативно свяжуться с вами

Введите в поле своё имяИмя

Введите в поле свой телефон+7Телефон

Конструкция и типы ССД

особенность конструкции твердотельных носителей — хранение данных не на «дисках», с которых информация считывается постоянно движущейся головкой, а в ячейках памяти на основе полупроводниковых элементов. Теоретически количество циклов записи/чтения ограничено, но благодаря увеличению эксплуатационной устойчивости их можно использовать в течение нескольких лет, не опасаясь неожиданной потери данных.

Конструктивно ССД делят по количеству битов (значений «да»/«нет», или «1»/«0»), приходящихся на одну ячейку памяти типа NAND. Традиционная классификация включает накопители с ячейками:

  • Одноуровневыми. Обозначаются аббревиатурой SLC. На каждую единицу хранения приходится ровно по одному биту. Диски стоят дороже прочих, за счёт повышенных скорости чтения/записи и надёжности хранения данных применяются в основном крупными компаниями.
  • Много-, или двухуровневыми. Обозначаются аббревиатурой MLC. На каждую единицу хранения приходится по два бита. Скорость обработки информации замедляется по сравнению с SLC, зато и цена таких носителей ниже.
  • Трёхуровневыми. Такой SSD накопитель в компьютере обозначается аббревиатурой TLC. На каждую единицу хранения приходится по три бита. Цена устройств ниже, чем одно- или двухуровневых, зато снижаются и скорость с надёжностью. Средний срок эксплуатации — 3–4 года.
  • Четырёхуровневыми. Обозначаются аббревиатурой QLC. На каждую единицу хранения приходится по четыре бита. Носители отличаются большей ёмкостью; вместе с тем они довольно медленны и часто выходят из строя раньше срока, отработанного другими типами твердотельных дисков.

В зависимости от применяемого интерфейса SSD может быть подключён к PC при помощи шлейфа (распространённый вариант — SATA) или ко внешнему порту. На скорость обмена данными способ подключения почти не влияет.

Преимущества и недостатки ССД

По сравнению с классическими жёсткими дисками, или винчестерами, SSD имеют несколько замечательных плюсов, делающих их использование более удобным. К таким преимуществам относятся:

  • Отсутствие раздражающих шумов во время работы. SSD диск это устройство, в котором отсутствуют вращающиеся части, издающие характерные посвистывание, гул или щелчки. Запись и считывание информации из ячеек памяти происходит совершенно бесшумно, что позволяет спокойно работать на компьютере или ноутбуке вечером или ночью.
  • Малые массогабариты. Накопитель легче и компактнее HDD. Его проще перевозить, переносить, легче устанавливать, особенно в условиях небольшого внутреннего объёма системного блока.
  • Стойкость к вибрации, случайным встряскам. Работающий жёсткий диск, испытавший ударное или вибрационное воздействие, может пострадать из-за удара считывающей головки о поверхность накопителя. ССД, из-за отсутствия движущихся компонентов, такие угрозы не страшны. Правда, противоударной стойкостью твердотельные накопители всё равно не отличаются.
  • Быстродействие. Ресурс улучшения жёстких дисков почти исчерпан: не меняя базовые характеристики, что приводит к повышению цен, достичь скорости обработки информации, превышающей 200 Мб/с, уже не получится. Твердотельные накопители этого недостатка лишены: сейчас скорость чтения и записи ССД превышает HDD в 5–7 раз и более.
  • Энергоэффективность. Новый ответ, зачем нужен SSD, — экономия электроэнергии. Большая часть мощности, поступающей на винчестер, расходуется на раскрутку и вращение дисковых накопителей. Solid State Drive, за счёт отсутствия вращения деталей, показывают экономию вплоть до 80–90% — при сохранении высокой скорости обработки данных.

Главные недостатки таких накопителей — сравнительно высокий ценник и остающаяся не до конца решённой проблема эксплуатационного износа. Если ресурс винчестеров теоретически бесконечен, для SSD этот показатель пока что не превышает 1000000 циклов. Кроме того, твердотельные накопители чаще выходят из строя в результате обычных для электросетей и почти не заметных для HDD скачков напряжения.

Для чего нужен SSD в ноутбуке

Необходимость использования твердотельников в ноутбуках обусловлена приведёнными достоинствами накопителей. Такие диски компактнее, занимают меньше места в корпусе.

Они требуют меньше электроэнергии, что приводит к сокращению расхода ресурса аккумулятора.

Кроме того, SSD в ноутбуке будет работать бесшумно: гул и потрескивания, свойственные HDD, не потревожат пользователя и находящихся в комнате в позднее время суток.

Во время выбора ССД для ноутбука лучше всего опираться на ёмкость и тип интерфейса подсоединения накопителя к материнской плате. Как показывает опыт, даже принимая во внимание ограниченный срок службы, SSD, установленные в ноутбуки, выходят из строя реже, чем обычные винчестеры.

Это связано с повышенной устойчивостью к вибрации, сотрясениям, другим нагрузкам, неизбежно возникающим при перевозке или переноске ноута.

К примеру, при падении ноутбука даже с небольшой высота работающий HDD может быть повреждён без возможности восстановить данные; твердотельник переживёт испытание с легкостью.

Установка накопителя в ноутбук даёт возможность играть в требовательные к ресурсам игры, смотреть видео в высоком качестве, пользоваться программами для дизайна, проектирования, монтажа: высокая скорость обработки информации исключает раздражающие «подтормаживания».

Для чего нужен SSD в компе геймера

SSD диск в геймерском ПК обеспечивает достаточную скорость обмена данными для запуска самых «тяжёлых» игр. Это исключает задержки во время подгрузки новых уровней, текстур, аудиосопровождения, мультимедиа-вставок. Игровой процесс становится более плавным и приятным, а вероятность проиграть или подвести команду в результате «подтормаживания» в самый неподходящий момент стремятся к нулю.

Конечно, всех проблем носитель не решает: для «прожорливой» игры необходимы и вместительная оперативная память, и быстрое интернет-подключение.

Но и без ССД не обойтись: современные игры, включающие множество локаций, не могут разметить в ОЗУ сразу все карты, а иногда и все фрагменты одной локации.

В результате постоянной перезаписи при продвижении по объекту часть нагрузки ложится и на накопитель: чем быстрее он способен обрабатывать данные, тем незначительнее задержки.

Чтобы обеспечить приемлемое быстродействие, нужно устанавливать в геймерский ПК носители данных с трёх- или даже двухбитовыми ячейками. Стоят такие диски дороже, зато ничто не помешает игроку получать удовольствие от плавного бесперебойного игрового процесса.

Компьютер, применяемый специально для просмотра видео в высоком качестве, прослушивания многоканальных музыкальных записей, запуска онлайн-трансляций, может обойтись и без твердотельника: скорость чтения с обычного жёсткого диска позволяет получить бесперебойную передачу данных на устройства вывода.

SSD в мультимедийном компьютере может быть необходим любителям скачивать видео на диск из интернета: скорость записи данных на ССД в несколько раз выше, чем на HDD, и ждать завершения загрузки долго не придётся.

кроме того, имеет смысл установить твердотельный диск небольшой ёмкости, но приличного быстродействия под операционную систему; достаточный объём диска — 64–256 Гб.

Остались вопросы или желаете получить индивидуальный совет? Позвоните или напишите в «Службу добрых дел» — мы поможем разобраться, какой именно накопитель нужен вашему компьютеру

Источник: https://zen.yandex.ru/media/sddhelp/chto-takoe-ssd-i-zachem-on-nujen-5fcf667f0a45a91cf46dbe08

Анатомия накопителей: SSD

Из чего состоит ssd

Часть 1. Анатомия накопителей: жёсткие диски

Твёрдый, как камень

Точно так же, как транзисторы совершили революцию в компьютерной области, увеличив скорость переключения и выполнения математических операций, использование полупроводниковых устройств в качестве накопителей привело к такому же результату.

Первые шаги на этом пути были сделаны компанией Toshiba, предложившей в 1980 году концепцию флеш-памяти. Четыре года спустя она создала NOR-память, а в 1987 году — NAND-память.

Первый коммерческий накопитель с использованием флеш-памяти (solid state drive, или SSD) был выпущен SunDisk (позже переименованной в SanDisk) в 1991 году.

Большинство людей начало своё знакомство с твердотельными накопителями с так называемых USB-флешек. Даже сегодня их структура в целом напоминает конструкцию большинства SSD.
Слева показан один чип NAND-памяти SanDisk. Как и SRAM, он используется в кэшах ЦП и GPU. Он заполнен миллионами «ячеек», созданных из модифицированных транзисторов с плавающим затвором. В них используется высокое напряжение для записи и стирания заряда в отдельных участках транзистора. При считывании ячейки на участок подается пониженное напряжение. Если ячейка не заряжена, то при подаче пониженного напряжения ток течёт. Это даёт системе понять, что ячейка имеет состояние 0; в противоположном случае она имеет состояние 1 (т.е. при подаче напряжения ток не течёт). Благодаря этому чтение из NAND-памяти выполняется очень быстро, но запись и удаление данных не так быстры.

Самые лучшие ячейки памяти, называаемые одноуровневыми ячейками (single level cells, SLC), имеют только одну величину заряда, создаваемого на участке транзистора; однако существуют и ячейки памяти, способные иметь несколько уровней заряда.

В общем случае всех их называют многоуровневыми ячейками (multi-level cells, MLC), но в отрасли производства NAND-памяти аббревиатурой MLC обозначают 4 уровня заряда.

Другие типы имеют похожие названия: трёхуровневые (triple level, TLC) и четырёхуровневые (quad level, QLC) имеют, соответственно, 8 и 16 различных уровней заряда.

Это влияет на то, сколько данных можно хранить в каждой ячейке:

  • SLC — 1 уровень = 1 бит
  • MLC — 4 уровня = 2 бита
  • TLC — 8 уровней = 3 бита
  • QLC — 16 уровней = 4 бита

И так далее. Кажется, что QLC — самые лучшие ячейки, правда? К сожалению, это не так. Токи очень малы и чувствительны к электрическому шуму, поэтому для определения разных уровней заряда ячейки нужно считывать значение несколько раз, чтобы подтвердить его. Если вкратце, то SLC — самые быстрые ячейки, но занимают больше всего физического пространства, а QLC — самые медленные, но за свои деньги вы получаете больше бит.

В отличие от SRAM и DRAM, при отключении питания заряд в флеш-памяти сохраняется и его утечка происходит очень медленно. В случае системной памяти ячейки разряжаются за наносекунды, а поэтому постоянно должны обновляться.

К сожалению, использование напряжения и подача заряда повреждают ячейки, и поэтому SSD со временем изнашиваются.

Чтобы бороться с этим, используются хитрые процедуры, минимизирующие скорость износа; обычно они делают так, чтобы использование ячеек было наиболее равномерным.

Эту функцию контролирует управляющий чип, показанный справа. Ещё он выполняет те же задачи, что и чип LSI, используемый в HDD. Однако в приводах с вращающимися дисками есть отдельные чипы для DRAM-кэша и встроенного ПО Serial Flash, а в USB-флешке оба контроллера встроены. И поскольку они проектируются так, чтобы быть дешёвыми, особой функциональности вы от них не получите. Но благодаря отсутствию подвижных частей можно с уверенностью ожидать, что производительность флеш-памяти будет выше, чем у HDD. Давайте посмотрим на показатели с помощью CrystalDiskMark:
Поначалу результаты разочаровывают. Скорость последовательного чтения/записи и случайной записи гораздо хуже, чем у протестированного HDD; однако произвольное чтение намного лучше, и это то преимущество, которое обеспечивает флеш-память. Запись и удаление данных выполняются довольно медленно, зато считывание обычно производится мгновенно.

Однако у этого теста есть ещё одна незаметная особенность. Тест USB-памяти обеспечивает подключение только по стандарту USB 2.0, который имеет максимальную скорость передачи всего 60 МБ/с, а HDD использовал порт SATA 3.

3, обеспечивающий пропускную способность в 10 раз больше.

К тому же использованная технология флеш-памяти довольно проста: ячейки имеют тип TLC и выстроены в длинные параллельные полосы; такая компоновка называется плоской (planar) или двухмерной (2D).

Флеш-память, используемая в лучших современных SSD, имеет тип SLC или MLC, то есть она работает чуть быстрее и изнашивается чуть медленнее, а полосы согнуты пополам и выстроены стоймя, образуя вертикальную или трёхмерную структуру ячеек. Также в них используется интерфейс SATA 3.0, хотя всё чаще применяется более быстрая система PCI Express через интерфейс NVMe.

Давайте взглянем на один такой пример: Samsung 850 Pro, в котором использованы эти хитрости с вертикальным расположением.

В отличие от тяжёлого 3,5-дюймового привода Seagate, этот SSD имеет размер всего 2,5 дюйма и намного тоньше и легче. Откроем его (спасибо Samsung за использование таких дешёвых болтов Torx, которые чуть не развалились при демонтаже…) и увидим, почему: В нём почти ничего нет! Ни дисков, ни рычагов, ни магнитов — просто одна печатная плата, состоящая из нескольких чипов. Так что же мы тут видим? Небольшие чёрные чипы — это регуляторы напряжения, а остальные выполняют следующие функции:

  • Samsung S4LN045X01-8030: трёхъядерный процессор на основе ARM Cortex R4, занимающийся обработкой инструкций, данными, коррекцией ошибок, шифрованием и управлением износом
  • Samsung K4P4G324EQ-FGC2: 512 МБ памяти DDR2 SDRAM, используемой для кэша
  • Samsung K9PRGY8S7M: каждый чип — это 64 ГБ 32-слойной вертикальной флеш-памяти NAND типа MLC (в сумме 4 чипа, два расположены на другой стороне платы)

У нас есть 2-битные ячейки флеш-памяти, несколько чипов памяти и много кэша, что должно обеспечить повышенную производительность. Почему? Вспомним, что запись данных во флеш-память — довольно медленный процесс, но наличие нескольких флеш-чипов позволяет выполнять запись параллельно. У USB-флешки нет много DRAM для хранения данных, готовых к записи, поэтому отдельный чип тоже в этом поможет. Вернёмся в CrystalDiskMark…
Улучшение оказалось огромным. Скорость и чтения, и записи стала значительно выше, а задержки намного меньше. Что ещё нужно для счастья? Меньше и легче, нет подвижных деталей; к тому же SSD потребляют меньше энергии, чем механические дисковые накопители.

Разумеется, за все эти преимущества имеют свою цену, и здесь слово «цена» используется в буквальном смысле: вы же помните, что за 350 долларов можно купить HDD на 14 ТБ? Если брать SSD, то за эту сумму удастся приобрести только 1 или 2 ТБ. Если вы хотите накопитель такого же уровня, то пока лучшее, что вы можете сделать — это потратить 4 300 долларов на один SSD корпоративного уровня ёмкостью 15,36 ТБ!

Некоторые производители изготавливали гибридные HDD — стандартные жёсткие диски, на печатных платах которых было размещено немного флеш-памяти; она используется для хранения данных на дисках, к которым часто осуществляется доступ. Ниже показана плата из гибридного накопителя Samsung ёмкостью 1 ТБ (иногда называемого SSHD).

В правом верхнем углу платы находятся чип NAND и его контроллер. Всё остальное примерно такое же, как и в модели Seagate, которую мы рассматривали в предыдущем посте. Мы можем в последний раз воспользоваться CrystalDiskMark, чтобы посмотреть, есть ли какая-то ощутимая выгода от использования флеш-памяти в качестве кэша, но сравнение будет нечестным, так как диски этого накопителя вращаются со скоростью 7200 rpm (а у HDD WD, который мы использовали для аутопсии — всего с 5400 rpm): Показатели немного лучше, но причиной этого, вероятно, является повышенная скорость вращения — чем быстрее диск перемещается под головками чтения-записи, тем быстрее можно передавать данные. Стоит также заметить, что файлы, сгенерированные тестом бенчмарка, не будут распознаны алгоритмом как активно считываемые, а значит, контроллер скорее всего не сможет правильно использовать флеш-память.

Несмотря на это, более качественное тестирование показало улучшение производительности HDD с встроенным SSD. Однако дешёвая флеш-память, скорее всего, выйдет из строя намного быстрее, чем качественный HDD, поэтому гибридные накопители, вероятно, не стоят нашего внимания — индустрия производства накопителей гораздо сильнее заинтересована в SSD.

Прежде чем мы двинемся дальше, стоит упомянуть, что флеш-память — не единственная технология, используемая в твёрдотельных накопителях. Intel и Micron совместно изобрели систему под названием 3D XPoint. Вместо записи и стирания зарядов зарядов в ячейках для создания состояний 0 и 1, для генерации битов в этой системе ячейки изменяют своё электрическое сопротивление.

Intel рекламировала эту новую память под брендом Optane, и когда мы протестировали её, производительность оказалась выдающейся. Как и цена системы, но в плохом смысле. Накопитель Optane всего на 1 ТБ сегодня стоит более 1 200 долларов — в четыре раза больше, чем SSD такого же объёма на основе флеш-памяти.

Третьим и последним накопителем, который мы исследуем в следующей статье, будут оптические приводы.

Хабы:

  • Хранение данных
  • Компьютерное железо
  • Накопители

Источник: https://habr.com/ru/post/491890/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.