Ssd принцип работы: Принцип работы, 3 типа памяти и устройство SSD накопителя

Содержание

Принцип работы, 3 типа памяти и устройство SSD накопителя

SSD – это твердотельное запоминающее устройство, оснащенное флеш-памятью. Компактное хранилище информации выступает аналогом и заменителем более громоздких HDD дисков. Благодаря отсутствию механических составляющих, скорость записи и чтения на SSD в 5 раз выше, чем у его предшественника. Такой аксессуар однозначно увеличит производительность техники, помогая быстрее скачивать приложения, фильмы, любимые игры.

Читайте также: Как правильно установить SSD на компьютер или ноутбук – 3 способа

Чтобы удостовериться в преимуществах SSD-технологии, стоит детально разобраться, что это, как устроено и принцип действия диска. Об этом подробнее расскажет статья.

Устройство, архитектура и принцип работы SSD

Визуально твердотельный накопитель представляет из себя пластину, внутри которой расположена плата (микросхема). Именно на ней крепятся чипы памяти и контроллер, главной функцией которого выступает управление этой самой памятью. От качества таких составляющих зависит срок службы и скорость работы диска.

В SSD для записи и воспроизведения используется память NAND. В зависимости от количества ячеек она делится на:

  • SLC – одна ячейка сохраняет один бит информации;
  • МLC – в ячейке 2 бита;
  • TLC – похожа на предыдущую, может хранить 3 и больше бит на одной ячейке.

Последний вариант наиболее дешевый и чаще встречается у бюджетных дисков. При этом форм-фактор (размер) и объем таких накопителей может быть любым. Подробнее сравнение типов памяти представлено в таблице:

Получается, что чем больше битов в каждой ячейке диска, тем медленнее его работа и быстрее износ.

Читайте также статью: Особенности работы с SSD накопителями – ответы на 9 важных вопросов, чтобы ССД проработал дольше

Теперь об устройстве контроллера SSD-диска. Этот компонент берет на себя все процессы чтения, записи, шифровки информации, мониторит и корректирует возможные ошибки. Контроллер сжимает инфу, благодаря чему равномерно распределяется скорость и нагрузка при записи или чтении файлов. Некоторые бренды (например, Samsung) устанавливают в дисках контроллеры собственного производства, что снижает стоимость «большой флешки» .

Почитать о накопителях бренда можно в статье: Новинка! Самый емкий SSD накопитель Samsung 850 EVO 2TB скоро в MOYO

Как же работает SSD-накопитель? Контроллер, получая запросы из ОС компа, синхронизируется с интерфейсом SATA. После этого он проводит анализ всех ячеек памяти, разделяя их на пустые и заполненные. 

К сведению: Особенность NAND-памяти состоит в том, что работать отдельно с каждой ячейкой не получается, именно поэтому они объединены в группы (страницы) объемом каждая по 4 Кб.

Контроллер, «просмотрев» ячейки, вычисляет адрес нужного блока и получает к нему доступ. Теперь происходит передача адреса компьютеру и считывание (или запись) определенной информации.  

Возможно, вас заинтересует: Как проверить состояние SSD диска в Windows и Mac – 10 программ для мониторинга

Преимущества SSD

Юзеры, отдавшие предпочтение твердотельным накопителям, знают, что на этом диске гораздо быстрее запускаются как отдельные файлы, так и операционная система, сложные игры, программы. Для примера, накопитель, подключенный по интерфейсу SATA III, может считывать информацию на высоких темпах – до 500 Мб/с. Но скорость работы – это далеко не все плюсы SSD. 

Среди достоинств выделяют еще 5 не менее существенных:

  1. Легкий вес. Диски не добавляют особого веса ноутбукам, ведь масса их колеблется в пределах 100 гр.
  2. Устойчивость к механическим повреждениям. Накопителю не страшны падения, удары или сильная вибрация. Он не только сам останется невредимым, но также сохранит все записанные данные. 
  3. Тихая работа. SSD работает бесшумно. Благодаря отсутствию перегрева диску не нужны шумные охлаждающие компоненты.
  4. Легкость эксплуатации. Большинство дисков оснащены брендовой утилитой, что контролирует состояние памяти, обновляет прошивку и др. Это значительно упрощает использование устройства.
  5. Возможность шифрования данных. Накопитель позволяет закодировать важную информацию, сохранив ее от посторонних лиц.

Стоит заметить также, что область применения SSD может быть практически любой: их используют в ноутбуках, персональных компьютерах, другой портативной технике. При этом диски потребляют меньше электроэнергии, продлевая ресурс батареи устройства.

Недостатки накопителя SSD

К сожалению, компактное хранилище не идеально. Наравне с достоинствами диск имеет в арсенале и несколько минусов, среди них:

  • Четко установленный ресурс использования SSD накопителя. Перезаписать данные на SSD можно определенное количество раз, после девайс, скорее всего, перестанет работать.
  • Восстановить информацию вряд ли получится. Особенно, если очищена корзина.
  • Стоимость. Безусловно, можно выбрать диск под свой бюджет. Но, ориентируясь на цену, стоит заметить, что фирменный SSD объемом 500 Гб имеет стоимость приблизительно такую же, как и внутренний жесткий диск на 1 Тб.

Несмотря на эти минусы, долговечность SSD и надежность сохранности записанной на него информации «говорят» явно в пользу покупки устройства. Особенно, если на ПК установлены объемные программы.

В завершение советы для удачной покупки

Тем, кто стоит перед выбором, какой покупать SSD, будет полезно узнать, что одним из самых важных его показателей является скорость записи и чтения. Именно эти параметры определяют производительность работы. Но мало просто купить быстрый диск, нужно, чтобы он совпадал с интерфейсом компьютера, то есть имел подходящий разъем для соединения (SATA II, SATA III и т.д.). В противном случае покупка окажется бесполезной.  
Статья в помощь покупателям: ТОП-10 лучших SSD-накопителей

Еще один момент, который стоит учесть – это размер или форм-фактор. Большие диски на 3,5″ подойдут только для стационарных ПК. В ноутбук нужен более компактный вариант 2,5″.
Отдельное внимание также стоит уделить контроллеру. Здесь лучше отдать предпочтение проверенным торговым маркам. Для этого желательно почитать отзывы и проконсультироваться со специалистами. Следуя этим простым рекомендациям, а также учитывая потребности и ожидания от покупки SSD, получится сделать правильный выбор.

Принцип работы SSD | Brain Fart

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

Твердотельный диск

Как всегда, целый список

В основном SSD диски могут разочаровать:

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

Мы уже отмечали, что это твердотельный накопитель информации. Здесь нет тех пластин с ферромагнитным слоем, которые используются в жестких дисках. Здесь применяют NAND чипы.

Твердотельный дискNAND чипыNAND чипы

Что такое NAND память?

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

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

Различают три уровня памяти NAND:

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

Специалисты рекомендуют использовать устройство с чипом SLC. Это самый надежный вариант. Информации в ячейке хранится не более одного бита. И по сравнению с этим решением, два дургих хранят в одной ячейке по два или три бита информации. Для этого используются на затворах ячеек памяти разные уровни заряда электричества.

Все это можно посмотреть на схеме, расположенной ниже.

Уровни памяти

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

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

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

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

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

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

Как еще можно продлить срок службы накопителя?

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

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

Как это делается?

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

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

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

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

Оптимизация

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

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

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

SSD Life Pro

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

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

Прогноз состояния

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

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

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

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

Самое главное преимущество

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

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

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

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

В заключении хотелось бы рассказать о таком твердотельном диске как RAM SSD. Это гибридное устройство, имеющее энергонезависимый чип. В принципе он такой же как модуль оперативной памяти компьютера. Преимущество этого устройства в чрезвычайно высокой скоростью записи и чтения данных. Использование его помогает ускорить работу при больших базах данных.

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

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

RAM SSD RAM SSD 

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

RAM SSD PCI Express X1RAM SSD PCI Express X1

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

Видео: SSD диск

Твитнуть

Поделиться

Плюсануть

Поделиться

Класснуть

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

Отличие SSD от HDD ? -Виртуальный сервер -Вопросы и Ответы

Довольно часто стоит выбор между SSD дисками и HDD для хостинга сайта. Когда стоит сделать выбор в сторону HDD, а когда — SSD. В наше время не так важно географическое размещение сервера, как правильный выбор в сторону дисков.

Диски SSD и их особенности

SSD диски (англ. Solid-state drive) — это твердотельный накопитель, у которого отсутствуют движущиеся элементы, как, к примеру, «блины» у HDD дисков. Принцип работы — как у флешки. Только объем памяти здесь больше. Вплоть до 1000 ГБ.

Принцип работы и преимущества SSD дисков

SSD диск хранит информацию, используя полупроводниковую технологию EEPROM. Данные хранятся в специальных ячейках и изменяются путем изменения напряжения в этих ячейках и микросхемах. Это позволят повысить срок службы, ударостойкость и скорость работы и уменьшить размер дисков, вибрации и шум, в отличие от HDD дисков, у которых «блины» постоянно находятся в движении, а считывающая головка может издавать неприятный шум.

К сожалению, SSD диски не идеальны и существует страх потери данных в связи с ограниченным количеством циклов записи/чтения данных. Кроме того, специальная утилита S.M.A.R.T не покажет информацию, если диск скоро выйдет из строя. И выйти из строя он может в самый неожиданный момент.
Но технологии совершенствуются, надежность повышается и сейчас можно об этом не беспокоиться, т.к. количество циклов записи/чтения хватает на 4-5 лет при круглосуточном использовании.

Подведем итог. Преимущества SSD:
  • Высокая скорость работы (запись/чтение) в несколько раз в сравнении с HDD
  • Ударостойкость
  • Отсутствие шума и вибраций
  • Высокая надежность (нет движущихся элементов — нечему ломаться)

Минусы:

  • Может выйти из строя в любой момент
  • Нет информации в S. M.A.R.T
  • Ограниченное число циклов записи/чтения
  • Небольшой объем дисков
  • Высокая цена
Сравнение SSD и HDD. Отличия дисков

Отсутствие движущихся элементов, высокая скорость чтения и ударостойкость выгодно отличает SSD от HDD дисков. Но это не значит, что век HDD дисков подходит к концу.
Преимущества HDD дисков:

  • Большой объем памяти
  • Невысокая цена
  • Не выйдет из строя сразу, будет оповещать о состоянии через S.M.A.R.T

У SSD есть и другие преимущества:

  • Низкие энергозатраты. Такой диск потребляет меньше электричества
  • Высокая скорость доступа, даже при параллельных операциях.

SSD основной принцип работы — Русские Блоги

SSD в основном состоит из контроллера SSD, массив флэш-памяти, доски, и интерфейс хоста (например, SATA, SAS, PCI и т.д.).

SSD главное управление работает несколько частиц флэш параллельно, сходные с RAID0, значительно увеличивая нижний слой пропускной способности. Например, предполагается, что имеется 8 каналов между основным управлением и частицами флэш, и флэш-частиц установлен на каждом канале, а также скорость передачи данных между хост и вспышки составляет 200Мб / с. Вспышки частицы Страница является 8KB, и время считывания флэша-страница Тр = 50us, и среднее время записи составляет ТР = 800 мкс, время передачи данных 8KB Те = 40US. Таким образом, нижний слой считывает максимальную пропускную способность (8kb / (50us + 40US)) * 8 = 711Mb / с, записывается максимальная пропускная способность составляет (8kb / (800 + нас 40US)) * 8 = 76MB / с. Как можно видеть, что можно увеличить, лежащую в основе полосы пропускания, и число частиц в основных параллельно может также быть увеличено, и быстрые частицы вспышек могут быть выбраны (или более медленными частицы станут быстро, такими, как MLC в SLC ).

Мы используем 8 каналов в качестве примера, чтобы говорить о том, как хост считывает и записи SSD. Главное управление соединено с 8 флэшем-Die с помощью 8 каналов, которые для удобства, и только один блок в каждом DIE обращаются, каждый из которых представляет собой страница (при условии, размер 4 КБ).

Данные записи 4KB хоста

Хост продолжает писать 16Kb данные

Хост продолжает писать, и, наконец, весь блок записывается

Когда все блок на весь канал заполнен, мастер SSD будет выбрать следующий блок таким же образом, чтобы продолжать писать.

Хост доступ к SSD через LBA (Logical Block Address, адрес логического блока), каждый из LBA представляет собой сектор (обычно 512B размер), операционная система , как правило доступа к SSD в 4k единицах, мы будем посылать хост для основного блока SSD страницы пользователя (Хост страница). Внутри SSD, мастер SSD и флэш являются флэш-страница Access вспышка, которую мы называем флэш-страницей является физической страницей. Каждый хост записывает хост-страницу, мастер SSD будет найти физическую страницу для записи данных хоста и SSD запись такого отображения (MAP). При таком отображении отношений, следующие потребности хоста для чтения хоста страницы, SSD умеет читать данные, из которых расположение от Flash.

SSD поддерживает отображение таблицы (таблица карты), и хост записывает новые отношения отображения, это отображение отношения присоединитесь (первая запись) или изменения (переписывается) отображение таблицы; Когда хост — страницы для чтения, SSD в первую очередь ищет физической страницы что соответствует странице хоста в таблице карты, а затем получает доступ к Flash, чтобы прочитать соответствующие данные HOST.

Насколько велик таблица карты? Здесь мы имеем 256GB SSD, принимая 4KB хост-страницу в качестве примера, есть в общей сложности около 64m (256GB / 4KB) Хоста страницы, что означает SSD необходим стол 64M карта размера. Каждый из таблицы отображения представляет собой физический адрес страницы, при условии, что она (32 длиной 4 байта бит), то всего размером Map Table является 64m * 4b = 256.

Для большинства твердотельных накопителей, мы можем видеть, что есть на борту DRAMs, главная роль состоит в сохранении этой таблицы отображения. Есть и исключения, такие как SSD на основе SandForce мастер, не поддерживает встроенный DRAM, то где его отображение таблицы? Когда SSD работает, его наиболее картирование хранится в Flash, а некоторые из них хранятся на белом RAM. Когда потребность хоста , чтобы прочитать данные, твердотельный диск с бортовым DRAM ищет таблицы отображения в памяти DRAM, а после получения физического адреса, доступ к флэшу и получить данные ХОСТ В течение этого периода, вам нужно всего лишь доступ вспышка;. Sandforce — х SSD, он сначала смотрит на ли хост-страница соответствует ли это отношение отображение в памяти, если, то хороший офис, напрямую читать вспышки в соответствии с соотношением отображения, если отображение не в оперативной памяти, то он сначала должен поместить отображение отношения считывается из флэш — памяти, а затем считывает данные хоста в соответствии с этим отображением отношений, что означает , что необходимо , чтобы прочитать две вспышки для считывания данных хоста, лежащий в основе эффективного уменьшения пропускной способности в нижних данных по сравнению с SSD от DRAM. Половина. Для хоста случайного чтения, из — за ограниченную оперативную память, вероятность отображения отношений попаданий в кэше (отображение отношения в на чипе RAM) мала, так что для него, в основном каждый раз , когда вам нужно получить доступ два флэш, так что мы можем видеть SASD случайного чтения производительности на основе главного управления SandForce не является идеальным.

Продолжить, чтобы вернуться к предыдущей операции SSD записи. Когда весь SSD полон, с точки зрения пользователя, если вы хотите записать новые данные, необходимо удалить некоторые данные, то пространственно писать. В процессе удаления и записей данных, пользователь может привести данные в каком-то блоке, чтобы стать недействительными или старыми. Как показано на рисунке, приведенном ниже (зеленый маленький квадрат представляет собой действительные данные, красный маленький квадрат представляет недостоверные данные):

Данные в блоке или недействительным. Это означает, что не существует отображение отношения, указывая на них, и пользователь не будет доступа к этим флэш-пространства, которые заменяются на новые отношения отображения. Например, существует Хост страница А, начиная он хранит X, отношения отображения А-> Х Позже, Хост перезаписывает страницу хоста, потому что вспышка не может перезаписать записи, то SSD должно найти новые данные , которые не были написаны, предполагает Y, на этот раз устанавливается новое отношение отображения: A-> Y, перед тем Отношения отображения освобожден, и данные о положении X подвергается воздействию старого не удалось, и мы называем эти данные.

С непрерывной записью о полке, пространство для хранения флэша замедляются до тех пор, пока не будет исчерпан. Если это спам не очищается во время, хост не может быть записан. Существует механизм сбора мусора внутри SSD. Его основной принцип заключается в том, чтобы сосредоточиться на эффективную передачу данных (не спам, зеленый коттедж на картинке выше) из нескольких блоков, а затем поместить этот Несколько блок стирает, который производит новый доступный блок ,

На рисунке выше, блок Х справедливо для А, В, С, Y Блок верхних действительных данных в D, E, F, G, и красные квадраты недостоверные данные. Механизм сбора мусора сначала найти незабываемый BLOCK Z, а затем переместить действительные данные блока X и блок Y к верхней части блока Z, так что нет никаких достоверных данных на блок х и блок — у, вы можете удалить два доступные блоки.

Кусок SSD, который вы только что купили, вы обнаружите, что скорость записи очень быстро, это потому, что вы всегда можете найти доступный блок для записи. Тем не менее, как вы используете SSD, вы найдете это будет замедляться. Причина заключается в том, что после того, как SSD полна, когда вам нужно записать новые данные, часто бывает необходимо сделать выше утилизацию мусора: переместить действительные данные выше блока к блоку, затем протереть исходный блок, а затем принять вас данные хоста написано. Это гораздо больше времени, чтобы написать больше, чем начальный простой, чтобы найти доступный блок, так что скорость будет замедляться.

Тем не менее в качестве примера. Предположим, что хост Для записи 4KB данных (h), SSD начинает делать переработку мусора, потому что в настоящее время доступна в блоке. Как видно из приведенного выше рисунка, для блока X, он должен прочитать данные страницы A, B, C и записываются в блоке Z, а затем Блок X стирания для записи данных хоста. С точки зрения хоста, он писал только 4 КБ данных, но с SSD, он на самом деле записывает 4 Page (Страница A, B, C Запись блока Z, 4KB данные ч Запись в Блок X).

В 2008 году компания Intel и SiliconSystems (2009 приобретение) были ранее предложены для первого времени, написать приложение и использовать этот термин в общественной рукописи.

В приведенном выше примере, Хост написал 4 КБ данных, а флэш-память написала 4 Кбайт данных, так что усилитель записи в приведенном выше примере 4.

Для пустого диска, записать увеличенное изображение, как правило, 1, то есть, сколько запись данных, и сколько данных записываются в Flash. Наименьшее значение увеличения записи 1 до того, как контроллер Sandforce выходит. Однако из-за внутренний модуль сжатия внутри SandForce, он может сжимать данные, записанные в хосте, а затем записать их в NAND. Например, хост записывается в 8KB данных. После сжатия, данные становятся 4KB. Если нет мусора в это время, это всего лишь 0,5. Перед тем как Intel говорит о том, что увеличение невозможно менее чем 1, но Sandforce нарушает это заявление.

Скажите увеличение записи в, говорить о зарезервированном пространстве (ОП, по инициализации).

Предположим, что один SSD, все флэш-емкость 256GB, открыта для пользователя также 256GB, то проблема приходит. Представьте себе сцену, хост продолжает писать полный SSD, а затем удалить некоторые файлы, записывать новые данные файла, задать новые данные записи? В нижней части SSD, если вы хотите записать новые данные, необходимо иметь в наличии простоя блок, но поскольку пространство 256GB было занято данными хоста, не простаивает блок для записи ваших данных. 30) = 87,3%. Больше ОП, каждый блок средняя эффективная скорость передачи данных меньше, таким образом, мы можем сделать вывод:

OP больше, тем быстрее вывоз мусора, тем меньше усиление записи. Это OP большое преимущество.

Меньше, средство усиления записи к записи, как много HOST данных, данные, записанные на FLASH меньшим, что означает меньшие потери FLASH. FLASH иметь определенную жизнь, которая является P / Number (Программа / Erase Count) E измеряется. (FLASH по основам, пожалуйста, обратитесь к «Фонд флэш-памяти»). Если SSD были сосредоточены на несколько блоков стирают, то это блок скоро кончатся жизни. Например, в пользовательском пространстве, некоторые данные часто необходимо обновить, то данные находятся на блок стереть необходимость частого, эта блочная жизнь может быть быстро исчерпана. И наоборот, некоторые пользовательские данные редко обновляются, например, некоторые файлы только для чтения, поэтому количество блока стирания данных по проживает очень мало. При использовании SSD пользователей, будет формировать часть блока имеет большое количество ПЭ, в то время как количество ПЭ-блок имеет некоторые очень низкое. Это не то, что мы хотим видеть, мы надеемся, что число ПЭ должно быть почти все Блок, Блок выравнивают использование. Во внутреннем SSD, есть то, что называется выравнивание износа (нивелирование износа, WL) механизмы для обеспечения этого.

WL есть два алгоритма: динамический и статический WL WL. Так называемый динамический WL, то есть, при использовании операция стирания блока выполняется, выбор приоритетного числа ПЭ низкого; WL-называемого статическим, не модифицировать долгосрочный не старые данные (данные, такие как файлы только для чтения упоминалось ранее) из — за низкого числа ПЭ блокировать их , чтобы выйти и найти большое количество ПЭ — блока для хранения, так что, прежде чем низкое количество ПЭ — блока может быть поставлен на использование.

Нет интерпретация этой диаграммы ниже WL, разница FLASH прочности при статических и динамических WL WL (предполагается, что каждый блок максимальное количество PE 10000) 🙁 изображения изhttp://www.ssdfans.com/wp-content/uploads/2015/05/9fb3_006. jpg)

Видимый, так что не использовать WL, WL и какие алгоритмы для использования, влияние на жизнь SSD велик.

Резюме: В данной статье описывается некоторые из основных принципов, в том числе SSD FLASH, лежащем в основе достижения SSD массив, хост страница и физическая страница отображения отображения таблицы и вывоз мусора, усиление записи, OP нивелирование износа и тому подобное. Хотя на рынке существует множество SSD, но они находятся внутри эти основные вещи, которые связаны между собой. Я понимаю эти вещи, так же, как наличие одного из ведущих в мире ключа SSD.

Печатаетсяhttp://www.ssdfans.com/?p=131

Принцип работы NAND-памяти | SSD-накопители | Блог

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

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

Полевой транзистор с плавающим затвором — основа ячейки памяти

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

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

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

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

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

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

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

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

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

NAND и NOR ячейки памяти — как они работают

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

Схематично способ построения матриц в двух случаях выглядит так:

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

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

Как в одной ячейке удается хранить до 4 бит данных

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

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

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

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

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

MLC-ячейки в свою очередь подразделяются на:

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

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

Дальнейшие перспективы технологии

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

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

Что такое память NVMe? Разъяснение памяти NVMe

Энергонезависимая экспресс-память (NVMe) — это новый протокол передачи данных, разработанный для памяти твердотельных накопителей. Хотя SATA (Serial Advanced Technology Attachment — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации) остается отраслевым стандартом для протоколов хранения данных, он не разрабатывался специально для флеш-памяти, такой как твердотельные накопители, и не оснащен преимуществами памяти NVMe. В конечном итоге, твердотельные накопители SSD с памятью NVMe заменят твердотельные накопители с интерфейсом SATA в качестве нового отраслевого стандарта.

NVMe или SATA

Один из простых способов сравнения NVMe и SATA — это представлять их в виде гоночных трасс, поскольку они используются для передачи данных с твердотельного накопителя в ЦП. Твердотельный накопитель SSD — это гоночный автомобиль Формулы 1 по хранению данных, в то время как диски с технологией вращения больше похожи на старый семейный седан. Твердотельный накопитель может перемещаться только с такой скоростью, которую обуславливает дорога, по которой он движется. Если вы поставите автомобиль Формулы 1 на гоночную трассу (NVMe), он будет двигаться при своим максимальном потенциале, но если вы едете по старой грунтовой дороге, полной камней (SATA), его движение должно замедлиться.

Твердотельные накопители SSD NVMe компании Kingston

Компания Kingston предлагает несколько твердотельных накопителей SSD, использующих протоколы NVMe. Чтобы ознакомиться с последним ассортиментом наших предложений, просмотрите приведенный ниже раздел о продукции сходного типа. Хотя твердотельные накопители NVMe работают значительно быстрее, чем твердотельные накопители SATA, между ними все еще имеются различия. Некоторые изделия могут поддерживать скорости начального уровня NVMe, а другие могут поддерживать новейшие стандарты PCIe Gen4, обеспечивающие исключительную производительность на новейших процессорах.

Совместимость аппаратного оборудования с NVMe

Однако перед покупкой твердотельного накопителя NVMe необходимо учесть несколько моментов. Совместима ли вообще ваша система с протоколом NVMe? В вашей компьютерной системе вам нужно обратить внимание на две вещи: встроенный установочный разъем M.2 и поддержку протокола памяти NVMe. Сверьтесь со страницей продукта для вашего компьютера, чтобы узнать, размещен ли в нем установочный разъем M.2. Далее, вам нужно проверить, поддерживает ли ваша системная плата твердотельные накопители NVMe. В некоторых системных платах, которые поддерживают этот протокол, он не всегда может указываться как NVMe. Вместо этого он может называться «режимом PCIe» (PCIe mode). В идеале должен иметься более простой способ определения того, может ли ваша компьютерная система поддерживать протокол памяти NVMe, однако, к сожалению, его пока нет. Вам просто нужно обратиться на веб-сайт с информацией о вашей системной плате или использовать Google для поиска подобной информации и выяснения, так ли это.

Совместимость NVMe с операционными системами

Наряду с совместимостью с аппаратным обеспечением, вы должны учитывать и совместимость с ОС. Последние версии Linux, Windows, Chrome OS и Mac OS поддерживают протокол памяти NVMe, однако Apple не позволяет проводить модернизацию своего аппаратного обеспечения на большинстве своих последних моделей, поэтому это может оказаться невозможным для пользователей компьютеров Mac. Программное обеспечение для клонирования в настоящее время также совместимо с накопителями NVMe. Компания Kingston использует программное обеспечение Acronis True Image, которое поставляется со многими твердотельными накопителями компании Kingston. См. страницы продукта для получения информации о прилагаемом программном обеспечении. Большинство других основных программ для клонирования были обновлены для включения возможности поддержки протокола памяти NVMe.

#KingstonIsWithYou

технологии, принцип работы, разновидности GECID.com.

В основу зарождения NAND-памяти легла появившаяся намного раньше флеш-память, используемая в твердотельных накопителях с явно меньшей скоростью работы, долговечностью и большей площадью чипа, чем у NAND-памяти. Флеш-память изобрел Fujio Masuoka в 1984 году, работая в компании Toshiba. После представления разработки Fujio Masuoka на IEEE 1984 (International Electron Devices Meeting) в Сан-Франциско (Калифорния) компания Intel в 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип типа NOR. Появление NAND-типа флеш-памяти было анонсировано Toshiba в 1989 году на Международной конференции, посвященной твердотельным дискам (International Solid-State Circuits Conference).

Flash-память, типы NAND-памяти

Принципиальным отличием флеш-памяти является хранение ею одного бита информации в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками. Существует два типа NAND-памяти, используемой в SSD дисках – SLC и MLC. Чем же отличаются SLC и MLC типы памяти? SLC-устройства имеют одноуровневые ячейки, которые хранят в каждом транзисторе только один бит, а многоуровневые MLC могут хранить в каждой ячейке несколько бит информации. Это следствие использования разных уровней электрического заряда на плавающем затворе транзистора. Принцип кодирования (логического 0 или 1) информации во всех случаях одинаков, он будет описан нами ниже. Различается лишь строение ячейки. Глубина уровней MLC может доходить до 4-х, то есть хранить до 4-х бит информации, в то время как SLC является более простой единицей и хранит 1 бит.

Технология MLC позволяет за счет наращивания уровней существенно увеличить объем диска, оставив его физические размеры неизменными, что уменьшает себестоимость каждого гигабайта. На этом положительные качества данной технологии заканчиваются. С каждым дополнительным уровнем усложняется задача распознавания уровня сигнала, не говоря уже об уменьшении ресурса работы SSD-диска, увеличивается время поиска адреса ячейки, повышается вероятность ошибок. Контроль за ошибками осуществляется аппаратно, что в случае технологии MLC ведет к удорожанию управляющей электроники и соответственно увеличивает конечную стоимость SSD. Диски SSD, массово продающиеся на мировом рынке, используют MLC-технологию с четырехуровневой записью. При этом данные кодируются как (11), (10), (01), (00).  Для SLC одноуровневая ячейка может принимать лишь значения 0 или 1.

Разница между ячейками SLC и MLC у SSD дисков.

Решения с ячейками SLC при тех же размерах и цене явно проигрывают MLC в объеме хранимой на них информации, но при этом являются более быстрыми и долговечными. Поэтому производителям приходится использовать большее количество микросхем при меньшем суммарном объеме диска, что в конечном итогу повышает цену диска SLC более чем в два раза по сравнению с такого же объема диском MLC.

Механизмы записи и чтения элементарной ячейки NAND-память

Постараемся более подробно описать работу транзистора для NAND-памяти, которым является полевой транзистор с изолированным затвором или MOSFET.

Полевой транзистор с изолированным затвором или MOSFET

Главной особенность полевого транзистора, которая позволила его использование для хранения информации, стала возможность удерживать электрический заряд на «плавающем» затворе до 10 лет. Сам «плавающий» затвор выполнен из поликристаллического кремния и полностью окружен слоем диэлектрика, что обеспечивает ему полное отсутствие электрического контакта с элементами транзистора. Он расположен между управляющим затвором и подложкой из p-n переходов. Управляющий электрод полевого транзистора называется затвором. В данном случае проводимость p-n перехода, обусловленная электрическим сопротивлением, управляется разностью потенциалов, которая создает электрическое поле, воздействующее на состояние p-n переходов.

Немаловажными элементами транзистора являются также сток и исток. Для изменения бита записываемой информации в ячейку, напряжением на управляющем затворе создаётся электрическое поле и возникает туннельный эффект. Это позволяет некоторым электронам перейти через слой диэлектрика на плавающий затвор, обеспечив его зарядом, а значит и наполнение элементарной ячейки битом информации.

Программирование полевого транзистора – запись данных.

Накопленный заряд на плавающем затворе влияет на проводимость канала сток-исток, что используется при чтении.

Механизм чтения данных и состояние хранения информации.

Такая разность механизма записи и чтения явно сказывается на различном энергопотреблении этих режимов. NAND-память потребляет достаточно большой ток при записи, а при чтении затраты энергии наоборот малы. Для стирания информации на управляющий затвор подаётся высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят на исток. Именно из таких элементарных ячеек объединенных в страницы, блоки и массивы и состоит современный твердотельный накопитель.

Срок жизни NAND-памяти

Главной особенностью NAND-памяти, позволяющей ее использование в SSD-дисках, стало ее умение хранить данные без внешнего источника энергии. Однако такая технология накладывает ограничения на число изменений логического состояния ячейки, что приводит к конечному числу циклов перезаписи этой ячейки. Это связанно с постепенным разрушением диэлектрического слоя. Данный эффект наступает намного быстрее у ячеек MLC ввиду их малого резерва изменения заряда плавающего затвора из-за конструктивных особенностей. Чтение ячейки тоже влияет на срок ее жизни, но это воздействие намного менее значительно, чем при записи/стирании, что позволяет считать циклы чтения не ограниченными, а срок жизни SSD-диска измеряется количеством возможных циклов перезаписи.

На всех SSD-дисках присутствует недоступная для стандартных операций записи/чтения часть. Она необходима как резерв в случае износа ячеек, по аналогии с магнитными накопителями HDD, который имеет резерв для замены bad-блоков. Дополнительный резерв ячеек используется динамически, и по мере физического изнашивания основных ячеек предоставляется резервная ячейка на замену.

Приведем приблизительную сравнительную таблицу основных характеристик, отличающих работу SSD-дисков с технологией SLC и дисков с ячейками MLC.

 

SLC

MLC

Чтение страницы, мкс

25

50

Стирание блока, мс

2

2

Запись страницы, мкс

250

900

Количество циклов, раз

1 000 000

100 000

Таблица явно говорит обо всех преимуществах и недостатках этих технологий. В ней видно превосходство SLC решений над MLC, но не указан главный критерий популярности SSD-дисков – их цена. Указывать ее и нет смысла ввиду быстрого удешевления таких решений. Скажем лишь, что MLC диски хоть и уступают во всем SLC, но они более чем в два раза выигрывают в цене и могут быть компактнее при тех же объемах хранимых данных.

Структура SSD-диска: размер ячейки, страницы, блока NAND-памяти

Для более эффективного использования элементарных ячеек памяти они были объединены в массивы с несколько уровневой структурой. Одна ячейка хранящая один (для SLC) или, как правило, два (для нынешнего поколения MLC) бита данных, объединена в группу названную страницей и вмещающую 4 КБ данных.

Далее 128 страниц объединены в блок объемом 512 КБ, а 1024 блока дают массив, представляющий 512 МБ. Управление данными в одном массиве обычно осуществляется одним контроллером.

Специальные алгоритмы для работы с SSD-дисками

Ввиду ограниченности циклов записи/стирания ячеек флеш-памяти разработчикам пришлось составить правильный алгоритм работы SSD-диска, позволяющий равномерно «изнашивать» всё его запоминающее пространство. Как уже было нами отмечено, весь объем диска делится на блоки размером 512 КБ, а они в свою очередь на страницы емкостью 4 КБ, на которые осуществляются операции чтения и записи. Но как только вы записали информацию на страницу, она не может быть перезаписана до тех пор, пока не будет очищена. Проблема заключается в том, что минимальный размер записываемой информации не может быть меньше 4 КБ, а стереть данные можно минимум блоками по 512 КБ. Для этого контроллер группирует и переносит данные (этот алгоритм мы опишем ниже) для освобождения целого блока. Эта операция приводит к увеличению времени отклика и сокращению ресурс SSD, но чем-то приходится жертвовать.

Поговорим об алгоритме записи/удаления.

После запроса на запись от операционной системы, контроллер носителя определяет размер и структуру информации. При наличии достаточного числа пустых блоков выделяется новый блок, на который и копируются переданные ОС для записи данные. Однако по мере заполнения диска и уменьшению достаточного числа пустых блоков данная операция существенно усложняется. Контроллер все чаще ищет максимально подходящий (по количеству свободных страниц), частично занятый блок и переписывает его в пустой блок, совмещая его с данными, пришедшими от ОС для записи, что полностью заполняет его. Старый блок затем очищается. При таком алгоритме мы получаем один полностью заполненный блок и один пустой, который зачисляется в группу пустых блоков, доступных для записи. При запросе на запись, контроллер использует только блоки из этой группы.

В своем оснащении контроллер обычно имеет 10 каналов, в частности таким количеством каналов обладает контроллеры SSD-дисков от Intel. Весь пул микросхем равномерно закреплен за каждым каналом обмена данных. На данном этапе развития технологий работы SSD-дисков, микросхемы памяти, взаимодействующие с первым каналом, не могут пересекаться на операциях со вторым, третьим и последующими каналами, но данная проблема вполне может разрешиться в недалеком будущем. Вполне логично бы было использовать «плавающие» связи для всей памяти, размещенной на диске. Часто возникает необходимость записи очереди из мелких данных, тогда контроллер автоматически распределяет весь блок по всем каналам, но связь между ячейками сохраняется, т.к. этот кусок данных является одной логической единицей.

Операция удаления данных тоже напрямую зависит от объема и размещения удаляемых данных. Если вся информация, записана в одном блоке или в группе блоков, полностью занимая их, то блок/блоки попросту очищаются и помечаются как пустые и готовые для последующей записи с максимально возможной скоростью. Но данный идеальный случай встречается не всегда.

Если необходимо удалить не весь блок, а несколько страниц, находящихся в нем, то контроллер удаляет данные логически, не стирая их, а просто помечая данные страницы как удаленные. В дальнейшем оставшаяся информация будет скомпонована с новой, пришедшей для записи, и записана в пустой блок, а исходный блок, как уже было описано в алгоритме записи, будет полностью удален и помечен как пустой.

Зачем нужен Тримминг?

Это еще одна немаловажная технология, обеспечивающая более равномерный износ SSD-диска и более быструю работу с данными за счет команды TRIM. Она позволяет выстроить цепочку и определить приоритет освобождаемых блоков. Раньше данная операция была возложена на ОС, но современные SSD-контроллеры уже поддерживают данную функцию аппаратно в прошивках накопителей. Время выполнение операции по «зачистке» блоков связано по экспоненте со свободным объемом на диске. Чем меньше информации и больше свободного места, тем быстрее происходит «тримминг» на SSD. По мере заполнения диска до 75% функция очистки все еще не сильно выражена относительно простоя. Но, как только остаётся менее 15% свободного места, «триммирование» становится затруднительным. Естественно, часть зависимости полностью обуславливается типом информации (статичная, т.е. редко перемещаемая и в основном только читаемая, или динамическая). Согласно исследованию IBM идеальные условия работы SSD, когда он заполнен менее, чем на 75% и соотношения статической и динамической части информации 3 к 1.

TRIM является неотъемлемой частью современных твердотельных накопителей. Он обеспечивает прирост производительности при заполнении данными дисков более чем на 2/3, за счет правильной сортировки блоков и подготовке их к записи. Это позволяет сократить разницу в скорости работы нового и уже заполнено на 75% диска до 2-3%.

Не стоит забывать, что по умолчанию операционная система настроена на работу с обычным HDD диском, а значит пользователю обязательно необходимо, отключить «старые» механизмы увеличения скорости работы магнитного диска, а так же алгоритмы дефрагментации. Кроме того, важно побеспокоиться о неполном использовании всего пространства своего SSD-диска.

Для чего используется кэш-буфер на SSD-дисках? 

Кэш-буфер на SSD-дисках не применяется для ускорения процедуры записи/чтения как это принято для HDD-накопителей. Его объем даже не указывается в технических спецификациях SSD основной массой производителей. Он и не может считаться обычной кэш-памятью, как мы это привыкли понимать. Кэш-память на SSD дисках используется динамически, для хранения таблиц размещения и занятости ячеек диска. Параллельно в ней может храниться временная информация со стираемых ячеек, при нехватке пустого места на диске. Таблицы представляют собой трехмерную матрицу, и являются основным помощником для контроллера SSD. Основываясь на этих данных, диск принимает решения о стирании дополнительных ячеек. В нем так же хранится информация о частоте и интенсивности использования каждого доступного блока на диске. Кроме того, здесь записаны адреса «мест», где невозможно осуществить запись, ввиду физического износа.

Контроллер SSD-диска

Очень важным и постоянно усовершенствуемым элементом SSD-накопителя является его контроллер. Главной задачей контроллера является обеспечение операций чтения и записи, но в виду массы физических особенностей SSD-накопителя, контроллер также отвечает за управление структурой размещения данных. Основываясь на матрице размещения блоков, в какие ячейки уже проводилась запись, а в какие еще нет, контроллер оптимизирует скорость записи и обеспечивает максимально длительный срок службы вашего SSD-диска. Вследствие особенностей построения NAND-памяти, работать с ее каждой ячейкой отдельно нельзя. Как мы уже говорили выше, они объединены в страницы объемом по 4 Кбайта, и записать информацию можно только полностью заняв страницу. Стирать данные можно по блокам, которые равны 512 Кбайт. Все эти ограничения накладывают определенные обязанности на правильный интеллектуальный алгоритм работы контроллера. Поэтому правильно настроенный и оптимизированный контролер может существенно изменить как скоростные показатели, так и долговечность работы SSD-диска.

Итоги

На данный момент пока еще рано говорить о полной победе SSD-накопителей над магнитными дисками. Если учитывать объем и скорость работы SSD-накопителя, сравнивая их с аналогичными параметрами для традиционных HDD, то главным сдерживающим фактором перехода на твердотельные диски все еще останется их цена. Анализ нескольких последних лет показал нежелание производителей снижать цену на NAND-память. Только последние полгода можно наблюдать небольшую тенденцию по снижению цены на SSD, и то это, скорее всего, обусловлено спадом потребительского спроса, что вызвано мировым кризисом. Твердотельные накопители уже несколько лет представлены в широком ассортименте на мировом рынке, но даже такой значительный для цифровых технологий срок не смог повлиять на их конкурентоспособность по критерию «цена за ГБ хранимой информации» по отношению к магнитным дискам. Плотность записи на один магнитный диск постоянно увеличивается, что способствует выпуску все более емких моделей (на данный момент широко доступны HDD емкостью 2 ТБ). Такое распределение рынка может заставить покупателя отдать предпочтение SSD накопителю только в случае острой необходимости в скорости чтения или стойкости к вибрации/удару, но основной объем информации все равно будет храниться на классических жестких дисках.

Достоинства и недостатки SSD по сравнению с магнитными дисками HDD:

Достоинства:

  • намного большая скорость чтения;
  • полное отсутствие шума;
  • надежность ввиду отсутствия движущихся частей;
  • малое энергопотребление;
  • высокая устойчивость к вибрационным нагрузкам.

Недостатки: 

  • высокая стоимость за каждый ГБ сохраняемой информации;
  • ограниченное количество циклов записи и удаления данных.

Автор: Валерий Паровышник

Как работают твердотельные накопители | HowStuffWorks

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

Может быть, у папы не было жестких дисков. Суровая реальность такова, что жесткие диски могут и выходят из строя, часто чаще, чем можно предположить по их техническим характеристикам.Например, производители жестких дисков оценивают надежность своей продукции с помощью измерения, известного как среднее время наработки на отказ или MTBF . Среднее время безотказной работы типичного потребительского жесткого диска составляет 500 000 часов, а это означает, что в выборке протестированных дисков будет один сбой на каждые 500 000 часов тестирования. Это одна неудача каждые 57 лет, что звучит неплохо, не так ли? К сожалению, показатели MTBF вводят в заблуждение. Они исходят из статистической оценки, основанной на небольшом размере выборки и коротком промежутке времени.На самом деле вам также следует учитывать типичную гарантию и срок службы жесткого диска (от трех до пяти лет или около того), а также оценку среднего времени безотказной работы. Поскольку твердотельные накопители не имеют движущихся частей, они обеспечивают повышенную надежность. Они могут оценить до 2,5 миллионов часов MTBF, что, вероятно, означает, что к сроку службы устройства будет добавлено еще несколько лет.

Еще важнее производительность твердотельных накопителей по сравнению с жесткими дисками. Без движущихся головок и вращающихся пластин твердотельные накопители могут получать доступ к одной части данных так же быстро, как и к любой другой части, даже если они не находятся в такой же близости.Быстродействие устройства проявляется во всех ключевых задачах процессора, от загрузки системного ПО до открытия файлов и чтения и записи данных. Следующие маркеры сравнивают твердотельные и жесткие диски по этим критическим операциям:

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

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

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

Все это складывается.Даже обычный пользователь заметит значительный прирост производительности компьютера, оснащенного SSD. Но опытный пользователь действительно почувствует разницу. Гейм-дизайнеры, аниматоры и другие люди, занимающиеся визуализацией огромных выходных файлов, первыми стали использовать твердотельные накопители только из-за совокупного времени, которое они могли сэкономить на чтении и записи больших файлов. Сегодня геймеры, фотографы и все, кто редактирует графику или видеофайлы, оценят увеличение скорости, обеспечиваемое твердотельным накопителем.

Наконец, твердотельные накопители потребляют гораздо меньше энергии, чем традиционные жесткие диски, а это означает, что они продлевают срок службы батареи и меньше нагреваются.Они также очень тихие, без жужжания и щелчков, характерных для жестких дисков. Вы оцените это больше, если вы часто путешествуете и часто ставите свой компьютер на колени, но даже если ваш ноутбук большую часть времени остается подключенным к док-станции, более прохладная и тихая машина может заметно улучшить комфорт вашего дома. Рабочее пространство.

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

Как работают твердотельные накопители | HowStuffWorks

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

Может быть, у папы не было жестких дисков. Суровая реальность такова, что жесткие диски могут и выходят из строя, часто чаще, чем можно предположить по их техническим характеристикам.Например, производители жестких дисков оценивают надежность своей продукции с помощью измерения, известного как среднее время наработки на отказ или MTBF . Среднее время безотказной работы типичного потребительского жесткого диска составляет 500 000 часов, а это означает, что в выборке протестированных дисков будет один сбой на каждые 500 000 часов тестирования. Это одна неудача каждые 57 лет, что звучит неплохо, не так ли? К сожалению, показатели MTBF вводят в заблуждение. Они исходят из статистической оценки, основанной на небольшом размере выборки и коротком промежутке времени.На самом деле вам также следует учитывать типичную гарантию и срок службы жесткого диска (от трех до пяти лет или около того), а также оценку среднего времени безотказной работы. Поскольку твердотельные накопители не имеют движущихся частей, они обеспечивают повышенную надежность. Они могут оценить до 2,5 миллионов часов MTBF, что, вероятно, означает, что к сроку службы устройства будет добавлено еще несколько лет.

Еще важнее производительность твердотельных накопителей по сравнению с жесткими дисками. Без движущихся головок и вращающихся пластин твердотельные накопители могут получать доступ к одной части данных так же быстро, как и к любой другой части, даже если они не находятся в такой же близости.Быстродействие устройства проявляется во всех ключевых задачах процессора, от загрузки системного ПО до открытия файлов и чтения и записи данных. Следующие маркеры сравнивают твердотельные и жесткие диски по этим критическим операциям:

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

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

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

Все это складывается.Даже обычный пользователь заметит значительный прирост производительности компьютера, оснащенного SSD. Но опытный пользователь действительно почувствует разницу. Гейм-дизайнеры, аниматоры и другие люди, занимающиеся визуализацией огромных выходных файлов, первыми стали использовать твердотельные накопители только из-за совокупного времени, которое они могли сэкономить на чтении и записи больших файлов. Сегодня геймеры, фотографы и все, кто редактирует графику или видеофайлы, оценят увеличение скорости, обеспечиваемое твердотельным накопителем.

Наконец, твердотельные накопители потребляют гораздо меньше энергии, чем традиционные жесткие диски, а это означает, что они продлевают срок службы батареи и меньше нагреваются.Они также очень тихие, без жужжания и щелчков, характерных для жестких дисков. Вы оцените это больше, если вы часто путешествуете и часто ставите свой компьютер на колени, но даже если ваш ноутбук большую часть времени остается подключенным к док-станции, более прохладная и тихая машина может заметно улучшить комфорт вашего дома. Рабочее пространство.

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

Как работают твердотельные накопители | HowStuffWorks

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

Может быть, у папы не было жестких дисков. Суровая реальность такова, что жесткие диски могут и выходят из строя, часто чаще, чем можно предположить по их техническим характеристикам.Например, производители жестких дисков оценивают надежность своей продукции с помощью измерения, известного как среднее время наработки на отказ или MTBF . Среднее время безотказной работы типичного потребительского жесткого диска составляет 500 000 часов, а это означает, что в выборке протестированных дисков будет один сбой на каждые 500 000 часов тестирования. Это одна неудача каждые 57 лет, что звучит неплохо, не так ли? К сожалению, показатели MTBF вводят в заблуждение. Они исходят из статистической оценки, основанной на небольшом размере выборки и коротком промежутке времени.На самом деле вам также следует учитывать типичную гарантию и срок службы жесткого диска (от трех до пяти лет или около того), а также оценку среднего времени безотказной работы. Поскольку твердотельные накопители не имеют движущихся частей, они обеспечивают повышенную надежность. Они могут оценить до 2,5 миллионов часов MTBF, что, вероятно, означает, что к сроку службы устройства будет добавлено еще несколько лет.

Еще важнее производительность твердотельных накопителей по сравнению с жесткими дисками. Без движущихся головок и вращающихся пластин твердотельные накопители могут получать доступ к одной части данных так же быстро, как и к любой другой части, даже если они не находятся в такой же близости.Быстродействие устройства проявляется во всех ключевых задачах процессора, от загрузки системного ПО до открытия файлов и чтения и записи данных. Следующие маркеры сравнивают твердотельные и жесткие диски по этим критическим операциям:

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

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

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

Все это складывается.Даже обычный пользователь заметит значительный прирост производительности компьютера, оснащенного SSD. Но опытный пользователь действительно почувствует разницу. Гейм-дизайнеры, аниматоры и другие люди, занимающиеся визуализацией огромных выходных файлов, первыми стали использовать твердотельные накопители только из-за совокупного времени, которое они могли сэкономить на чтении и записи больших файлов. Сегодня геймеры, фотографы и все, кто редактирует графику или видеофайлы, оценят увеличение скорости, обеспечиваемое твердотельным накопителем.

Наконец, твердотельные накопители потребляют гораздо меньше энергии, чем традиционные жесткие диски, а это означает, что они продлевают срок службы батареи и меньше нагреваются.Они также очень тихие, без жужжания и щелчков, характерных для жестких дисков. Вы оцените это больше, если вы часто путешествуете и часто ставите свой компьютер на колени, но даже если ваш ноутбук большую часть времени остается подключенным к док-станции, более прохладная и тихая машина может заметно улучшить комфорт вашего дома. Рабочее пространство.

Конечно, нет идеальных технологий, и твердотельные накопители далеки от этого. На следующей странице мы рассмотрим недостатки флэш-памяти NAND и почему комбинация технологий может быть лучшим решением.Твердотельный накопитель

(SSD) — как он работает, типы, применение, SSD и HDD

Твердотельный накопитель (SSD) — это модернизированное решение для хранения данных с многообещающим будущим, которое заменяет большинство жестких дисков. В этом посте мы обсудим твердотельный накопитель, как он работает, его типы, области применения, преимущества и недостатки, а также сравнение твердотельных накопителей и жестких дисков.

Что такое твердотельный накопитель (SSD)

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

Рис. 1. Знакомство с твердотельным накопителем (SSD)

Независимо от местоположения скорость доступа к данным в каждом блоке одинакова. Это делает его более совершенным, чем жесткий диск, который заставляет вращаться диск, а головки дисков перемещаются в нужное место.

Как работает твердотельный накопитель (SSD)

Микросхемы памяти твердотельного накопителя (SSD) часто сравнивают с оперативной памятью (RAM). Однако, в отличие от оперативной памяти, файлы сохраняются в сетке флэш-памяти NAND, которая может хранить от 256 КБ до 4 МБ. Устройство хранения имеет точный маршрут к месту назначения файла, что дает контроллеру мгновенный доступ к адресу требуемого файла по мере выполнения запроса. Чтобы предотвратить нестабильность, устройства разработаны с транзисторами с плавающим затвором (FGR) для удержания электрического заряда.

Рис. 2. Принцип работы твердотельного накопителя (SSD)

SSD использует три основных типа памяти: одноуровневую ячейку (SLC), многоуровневую ячейку (MLC) и трехуровневую ячейку ( ТЛК). SLC, будучи самым быстрым и долговечным, являются самой дорогой формой SSD. MLC медленнее по скорости записи, тогда как TLC может хранить 3 бита данных в ячейке.

Рис. 3 – Память SLC, MLC и TLC SSD

Типы твердотельных накопителей (SSD)

SSD можно классифицировать по разным форм-факторам, например по типу соединений.Некоторые из них перечислены ниже:

SATA III

Соединение работает с последней версией более старого варианта, который работает как с твердотельными накопителями, так и с жесткими дисками. Это меньший драйвер и оголенная схема. Они используются в меньшей емкости, обычно используемой в ноутбуках или ноутбуках.

Рис. 4 – Твердотельный накопитель SATA III

PCI Express

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

Рис. 5 — Твердотельный накопитель PCIe (SSD)

M.2 SSD

Они аналогичны mSATA с концепцией голой печатной платы. Разница по сравнению с другими твердотельными накопителями заключается в том, что в форм-факторе M.2 существует множество различных комбинаций ширины и длины, что обеспечивает большую гибкость в его использовании. Этот тип твердотельных накопителей обычно используется для мобильных решений, таких как ультрабуки или планшеты.

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

NVMe (энергонезависимая память Express)

NVMe — это универсальные соединения PCIe, которые легче обновлять и, как правило, быстрее. Это коммуникационный интерфейс, который определяет набор команд.

Рис. 7 – NVMe SSD

Применение твердотельных накопителей (SSD)

Изначально твердотельные накопители (SSD) разрабатывались для потребительских устройств.С увеличением скорости и мощности в различных других секторах также возник огромный спрос на них. Некоторые из них описаны ниже:

  • Бизнес — компании, зависящие от среды программирования или анализа данных, часто полагаются на твердотельные накопители, поскольку время доступа и скорость передачи файлов имеют решающее значение.
  • Игры — Для каждой игровой программы компьютеру требуется более высокая скорость доступа к данным, что обеспечивает более быстрое время загрузки, обеспечиваемое SSD.
  • Смартфоны . Благодаря постоянному развитию индустрии смартфонов потребность в быстрой памяти небольшого размера лучше всего удовлетворяется твердотельным накопителем.
  • Серверы — SSD-накопители могут улучшить время отклика сервера благодаря его скорости. Они подходят для более быстрых операций чтения и записи.
  • Умные носимые устройства и гаджеты . Меньшая занимаемая площадь, низкое энергопотребление и высокая скорость делают его незаменимой частью умных носимых устройств и гаджетов.

  Рис. 8 – Использование твердотельных накопителей (SSD)

Преимущества твердотельных накопителей (SSD)

К преимуществам твердотельных накопителей относятся: , SSD покрывает очень большое количество циклов езды.

  • Скорость — скорость, доступная для SSD, составляет от 35 до 100 микросекунд, что в 100 раз превышает производительность жестких дисков. SSD может улучшить присутствие в Интернете, когда речь идет о размещении веб-сайта. Это связано с более быстрой скоростью загрузки сайта и стабильным и эффективным хранением данных.
  • Доступность на рынке — SSD доступны с различными физическими размерами и объемом памяти.
  • Низкое энергопотребление — по сравнению с жестким диском твердотельный накопитель потребляет меньше энергии, поскольку в нем нет движущихся частей.
  • Рис. 9 — Преимущества твердогосударственного привода (SSD )

    Недостатки твердотельного привода (SSD)

    Недостатки SSD включают в себя:

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

    Рис. 10. Внутренний вид SSD и HDD

    Что лучше: твердотельный накопитель (SSD) по сравнению с жестким диском (HDD)

    Хотя оба они имеют схожие физические характеристики, они довольно отличаются друг от друга, если сравнивать производительность, функциональность, вес и другие аспекты.Есть преимущества и недостатки, связанные с обоими, и это зависит исключительно от того, как вы используете свой компьютер и какие у вас ожидания от него. Ниже приведено краткое сравнение некоторых важных функций и их производительности.

      Читайте также: 
      Что такое технология Li-Fi — как она работает, области применения и преимущества 
      Сдвиговые регистры — режимы, тип, применение, преимущества и недостатки 
      Система нумерации штрих-кодов — типы, структура, принцип работы, применение, преимущества и недостатки  

    Обзор структуры SSD и базового принципа работы(1)

    无标题文档

    Поскольку технологии продолжают развиваться, жесткие диски быстро развиваются с точки зрения емкости, скорости и интерфейсов.Есть изменения в интерфейсе с PATA на SATA, SCSI на SAS и прорыв технологии вертикальной записи в емкости, но эти достижения не изменили способ записи дисков. По мере увеличения спроса на данные система хранения сталкивается со все более очевидными узкими местами. Стремитесь к суровым условиям, встроенным в области мобильных устройств и управления промышленной автоматизацией, традиционная механическая структура жесткого диска не может удовлетворить требования к увеличению данных. Появление твердотельных накопителей (SSD) свидетельствует об этом.


    Традиционный механический жесткий диск (HDD) приводится в действие главным образом механической головкой привода, включая двигатель, диск, коромысло магнитной головки и другие необходимые механические компоненты. Его необходимо перевести в положение доступа на быстро вращающемся диске, чтобы не менее 95% времени уходило на перемещение механических частей. В то время как твердотельный накопитель (SSD), отличающийся от механической конструкции, не требует движущихся компонентов. SSD, состоящий в основном из микросхемы управления и флэш-чипа, может получить доступ к любому месту на диске быстрее и точнее.Традиционные механические жесткие диски должны полагаться на основной вал, магнитную головку и магнитную головку для определения местоположения, в то время как твердотельные накопители заменяют физический вращающийся диск интегральной схемой, что приводит к тому, что время и задержка доступа к данным намного превосходят механические жесткие диски. Причина, по которой SSD такие быстрые, заключается в том, что его внутренний компонент состоит из основного чипа управления, флэш-памяти и алгоритма прошивки.

    Связь между основным управлением, флэш-памятью и алгоритмом прошивки:

     

    Тремя наиболее важными компонентами SSD являются флэш-память NAND, контроллер и прошивка.Флэш-память NAND отвечает за важные задачи хранения, в то же время контроллеры и прошивка работают вместе для выполнения сложных и одинаково важных задач, таких как управление хранением данных, поддержание производительности и долговечности SSD.

     

    Контроллер
    Контроллер SSD представляет собой встроенный микрочип (например, ЦП компьютера) с функцией выдачи всех рабочих запросов, начиная от чтения и записи данных и заканчивая сбором мусора и алгоритмом выравнивания истощения для обеспечения скорости и чистоты SSD.Таким образом, контроллер — это мозговой центр SSD. Сегодня доступны основные контроллеры, такие как Marvell, SandForce, Samsung, Indilinx. Например, Marvell мощный во всех направлениях и контроллер Marvell 88ss9187/89/90 используется на SSD марок Plextone, SanDisk, Crucial и других.

    Производительность SandForce также хороша благодаря функции сжатия данных. Например, сжимаемые данные размером 10 МБ могут быть сжаты до 5 МБ для записи на диск. Хотя он по-прежнему занимает место в 10 МБ, скорость может быть улучшена.Самая большая особенность заключается в том, что он продлевает срок службы SSD. Но занятость процессора больше, а скорость немного снижается по мере использования жесткого диска. Репрезентативной моделью является SF-2281, которая используется в твердотельных накопителях Intel, Kingston, A-Data и других брендов.

    Контроллер Samsung обычно доступен только на твердотельном накопителе. Исполнение у него сильное и не намного хуже, чем у Марвелла. В настоящее время контроллер Samsung разработан до MEX пятого поколения, который в основном используется в Samsung 850EVO и 850PRO.

    Алгоритм прошивки
    Прошивка SSD, используемая для управления контроллером, является наиболее важным компонентом, обеспечивающим производительность SSD. Главный управляющий чип использует программу управления в алгоритме прошивки SSD для выполнения таких задач, как автоматическая обработка сигналов, код исправления ошибок (ECC), управление плохими блоками, связь с хост-оборудованием (например, компьютером) и шифрование данных. Поскольку избыточность встроенного ПО хранится во флэш-памяти NAND, производителям твердотельных накопителей необходимо вручную обновлять встроенное ПО, чтобы улучшить и расширить функциональность твердотельного накопителя при его обновлении.

    Разработка высококачественного встроенного ПО требует не только сложной инженерии, но и идеальной интеграции между флэш-памятью NAND, контроллерами и другими компонентами SSD. Кроме того, необходимо освоить самые передовые технологии, касающиеся характеристик NADN, полупроводниковых процессов и характеристик контроллера. Чем лучше качество прошивки, тем точнее и эффективнее будет SSD в целом. В настоящее время не так много производителей твердотельных накопителей имеют возможность самостоятельно исследовать и разрабатывать микропрограммы, за исключением Intel/Crucial/Plextone/OCZ/Samsung и других производителей.

    Флэш-память NAND

     

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

     

    В последние годы произошел значительный прогресс в технологии флэш-памяти NAND: от стандартной флэш-памяти SLC корпоративного уровня до флэш-памяти MLC, которая широко используется в твердотельных накопителях потребительского уровня, и новой флэш-памяти TLC.
    Как понимать флэш-память SLC, MLC и TLC? Для простоты данные во флэш-памяти NAND хранятся в каждой ячейке памяти. SLC, MLC и TLC — это разные биты памяти.

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

     

    SSD — это твердотельные электронные компоненты, которые не нужно перемещать и напрямую считывать данные. Если быть точным, ноутбуку с традиционным жестким диском может потребоваться 36 секунд ожидания загрузки операционной системы, в то время как время ожидания с SSD составляет менее девяти секунд. Благодаря совместной работе таких высокопроизводительных жестких дисков эффективность ЦП также может быть повышена, в результате чего экономии энергии достаточно, чтобы продлить срок службы батареи на 15%.Кроме того, он более сейсмостойкий и легкий. В то время как традиционный жесткий диск читает и записывает данные, головке диска требуется время, чтобы повернуть и найти данные.

    Обзор принципа работы SSD
    Контроллер SSD управляет несколькими частицами FLASH параллельно по нескольким каналам, аналогично RAID0, значительно улучшая базовую пропускную способность. Например, предположим, что между HOST и FLASH частицей имеется 8 каналов. Каждый канал загружается частицей FLASH.Скорость передачи данных между HOST и FLASH составляет 200 МБ/с. Размер страницы FLASH-частицы составляет 8 КБ, время чтения FLASH-страницы составляет Tr=50 мкс, среднее время записи составляет Tp=800 мкс, а время передачи данных размером 8 КБ составляет Tx=40 мкс. Тогда нижняя максимальная пропускная способность чтения составляет (8 КБ/(50 мкс+40 мкс))*8 = 711 МБ/с, а максимальная пропускная способность записи составляет (8 КБ/(800 мкс+40 мкс))*8 = 76 МБ/с. Как видно из вышеизложенного, чтобы улучшить базовую полосу пропускания, мы можем увеличить количество параллельных частиц внизу или выбрать быстрые FLASH-частицы (или сделать медленные частицы быстрее, например, заменив MLC на SLC).Контроллер подключает 8 кристаллов FLASH по 8 каналам. В иллюстративных целях в каждом DIE рисуется только один блок, где каждый маленький квадрат представляет собой страницу (при условии размера 4 КБ).

    Когда HOST записывает 4 КБ данных:

    HOST продолжает записывать 16 КБ данных

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

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

     

     

     

     

     

    Что такое SSD и как он работает?

    Обновлено 2 мая 2019 г.

     

    Узнайте, что такое твердотельные накопители и как они работают — в двух словах. Кроме того, вы поймете, почему хостинговые компании (и производители компьютеров) выбирают твердотельные накопители в качестве предпочитаемого дискового оборудования. Вот подсказка (Скорость, Надежность, Скорость)…

     

    Что такое SSD

     

    Хостинг на твердотельных накопителях (SSD)

    — это веб-хостинг премиум-класса, который делает ваш сайт быстрее и надежнее для ваших посетителей и клиентов.Производительность SSD — это то, что делает его предпочтительным вариантом по сравнению с традиционными жесткими дисками.

     

    SSD или твердотельные накопители — это новейшие компьютерные устройства хранения данных, которые обычно используются в высокопроизводительных ноутбуках, настольных компьютерах и серверах. Сегодня они широко используются в индустрии хостинга и крупными организациями для хранения данных в своей серверной инфраструктуре. Твердотельные накопители хранят информацию во флэш-памяти и , а не в магнитной системе , как HDD. Они не зависят от вращающихся дисков или движущихся частей (отсюда и название «твердое состояние») — скорее, данные сохраняются в кластере банков памяти.По сути, твердотельные накопители — это просто более крупные версии флэш-накопителей, которые находятся внутри сервера или компьютера.

     

    Поскольку для сохранения данных используется энергонезависимая память, SSD не теряет никакой информации при нарушении работы системы из-за потери питания и других проблем. Они также быстрее, бесшумнее, надежнее и энергоэффективнее, чем традиционные жесткие диски .

     

     

    Как работают твердотельные накопители

     

    Чтобы понять, как работают твердотельные накопители, посмотрите на жесткие диски.Жесткие диски сохраняют данные на ряде вращающихся магнитных дисков, называемых пластинами. У них есть приводной рычаг с головками чтения-записи. Рычаг помещает головки чтения/записи в правильное положение на диске для записи или чтения данных. Поскольку головки должны быть выровнены с областью диска для чтения/записи данных (и диск постоянно вращается), потребуется некоторое время, прежде чем информация станет доступной. Жесткому диску может потребоваться чтение из разных областей для загрузки файла или запуска программы, то есть ему может потребоваться несколько раз подождать, пока диск не переместится в правильное положение , прежде чем он завершит команду.Если жесткий диск находится в состоянии пониженного энергопотребления или в спящем режиме, может пройти несколько секунд, прежде чем пластины наберут обороты и начнут работать.

     

    Твердотельные накопители

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

     

    Не все хостинговые компании используют SSD, а если и используют, то делают дикие заявления о том, что они в 19 или 21 раз быстрее. Извините, на KnownHost, мы ИСПОЛЬЗУЕМ ТОЛЬКО SSD — и никто не может быть быстрее нас в 2 раза, а тем более в 20 раз! У нас все сервера быстрые — мы не продаем какие-то хорошие а какой-то хлам — кто бы это сделал? Если вы покупаете хостинг, а компания предлагает хостинг в 20 раз лучше, чем их базовые планы — БЕГИТЕ!!

     

    Ознакомьтесь со сверхвысокопроизводительным SSD VPS и облачным VPS-хостингом KnownHost (для тех, у кого загружены сайты), или с нашими тарифными планами Shared SSD и Reseller SSD (для небольших сайтов или только начинающих).

     

     

    Что такое SSD-хостинг

     

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

     

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

     

     

    Почему SSD для хостинга

     

    Скорость

     

    Преимущества более быстрого доступа к информации для вашего серверного программного обеспечения очевидны, но они имеют большее значение в современных платформах, управляемых данными, которые динамически создают страницы из нескольких запросов к базе данных. В настоящее время многие сайты разрабатываются с использованием веб-приложений с открытым исходным кодом, таких как Joomla, Drupal и WordPress, из-за их простоты использования и универсальности с точки зрения настройки с помощью бесплатных плагинов и тем. Когда пользователь переходит на динамический сайт, такой как WordPress, запрос предлагает запросы к базе данных и одновременную оценку содержимого . В тарифных планах хостинга, использующих жесткие диски, этот процесс замедляется из-за механического перемещения устройства хранения. Но с SSD информация считывается/записывается одновременно, что делает работу в Интернете более приятной из-за сокращения времени загрузки .

     

    Если вы используете платформу электронной коммерции, то значение более быстрого времени загрузки невозможно переоценить.Потенциальные клиенты могут ждать только определенное время (в данном случае три секунды), прежде чем они потеряют интерес и перейдут на сайты ваших конкурентов.

     

    Надежность

     

    Естественно, с любым механическим устройством, таким как жесткий диск, вы, вероятно, столкнетесь с аппаратными сбоями в тот или иной момент. Это часто связано с рычагом данных или пластинами или поломкой пружины где-то в устройстве. Хотя со временем технология жестких дисков значительно улучшилась, их надежность всегда будет ниже, чем у электронных устройств, таких как SSD.Кроме того, в отличие от жесткого диска, который может внезапно выйти из строя и привести к полной потере данных, тот факт, что он не имеет движущихся частей, означает, что твердотельный накопитель менее подвержен вибрации или ударам. Все это означает, что у вас больше шансов сохранить свои данные в безопасности с SSD в случае возникновения проблем, чем с жестким диском.

     

    Заключение

     

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

     

     

    Руководство по технологии твердотельных жестких дисков (SSD)

    Твердотельный накопитель — это устройство хранения данных, в котором для хранения данных используется твердотельная память.Хотя технически это не диск, твердотельный накопитель часто называют твердотельным накопителем или твердотельным диском в связи с тем, что он в некотором роде заменяет традиционный жесткий диск.

    Жесткие диски

    долгие годы были верным помощником вычислительной техники. Но с головками, пластинами, магнитными поверхностями, шпинделями и множеством других сложных движущихся частей они, безусловно, подвержены ошибкам. Они также могут быть медленными: диски должны начать вращаться, если они еще не вращаются, затем они должны установить головку в правильное положение на диске для чтения или записи данных.Добавьте к этому физические проблемы, возникающие при попадании пылинки или другого постороннего предмета в механизм или при сотрясении привода от удара, и мы получим явно несовершенную систему. Твердотельные накопители решают многие из этих временных и структурных проблем, присущих жестким дискам.

    Принцип работы твердотельных накопителей заключается в том, что в них не должно быть движущихся частей: ни вращающихся пластин, ни движущихся головок. Данные разбиваются на части длиной в слово и сохраняются в памяти.Затем доступ к нему осуществляется почти мгновенно с использованием уникальных общесистемных адресов. Такое поведение использовалось в оперативной памяти компьютеров в течение многих лет, но долгое время производителям было слишком дорого рассматривать возможность использования ее в качестве постоянного хранилища в достаточных объемах для замены жесткого диска.

    Твердотельные диски используют либо флэш-память NAND, либо SDRAM (энергонезависимое и энергозависимое хранилище соответственно). Флэш-память NAND называется так из-за используемой в ней технологии NAND-gate, которая широко используется во флэш-накопителях USB и во многих типах карт памяти.Накопители на основе флэш-памяти NAND являются постоянными и поэтому могут эффективно имитировать жесткий диск. Синхронная динамическая память с произвольным доступом (SDRAM) является энергозависимой и требует отдельного источника питания, если она должна работать независимо от компьютера.

    Твердотельные накопители могут быть предпочтительнее традиционных дисковых накопителей по ряду причин. Первое преимущество заключается, как вкратце упоминалось выше, в скорости работы. Поскольку жесткие диски должны вращаться, чтобы головка считывала секторы пластины, иногда нам приходится ждать времени раскрутки.Как только диск вращается, головка должна искать правильное место на диске, и оттуда диск должен вращаться ровно настолько, чтобы были прочитаны правильные данные. Если данные распределены по разным частям диска (фрагментированы), то эта операция повторяется до тех пор, пока все данные не будут прочитаны или записаны. В то время как каждая отдельная операция занимает доли секунды, их сумма может и не выполняться. Часто бывает так, что чтение и запись с жесткого диска являются узким местом в системе.

    Поскольку к информации на твердотельных накопителях можно получить доступ немедленно (технически со скоростью света), при передаче данных нет никаких задержек. Поскольку нет никакой связи между пространственной локализацией и скоростью поиска, производительность при фрагментации данных не снижается.

    Последствия повышенной скорости записи фрагментированных данных включают значительное сокращение времени запуска приложений: например, SanDisk утверждает, что удалось добиться времени запуска Windows Vista около 30 секунд для ноутбука с твердотельным накопителем SATA 5000 2.5.

    Твердотельные накопители

    также обладают большей стабильностью по сравнению с их дисковыми аналогами. Поскольку нет движущихся частей, меньше механических повреждений. Пыль, попадающая внутрь устройства, перестает быть проблемой (и в любом случае твердотельные накопители можно герметично загерметизировать, в отличие от дисковых накопителей, которым для правильной работы требуется определенная воздушная подушка), а падение накопителя с меньшей вероятностью приведет к повреждению данных. Голов нет, так что удары головой остались в прошлом.

    Эта скорость и стабильность, конечно, имеют свою цену, и в ранних моделях цены даже на самые скромные твердотельные накопители значительно превышали цены на самые большие жесткие диски.

    Leave a comment