ss ssd คืออะไรมันทำงานอย่างไรและมีไว้เพื่ออะไร?

ฮาร์ดไดรฟ์หรือดีกว่ากล่าวว่า ไดรฟ์จัดเก็บข้อมูลสถานะของแข็ง หรือ SSD อยู่ที่นี่อยู่ ผู้ใช้เกือบทั้งหมดที่ซื้ออุปกรณ์ใหม่สามารถค้นหาหน่วยเก็บข้อมูลประเภทนี้ภายใน แต่ SSD ตัวจริงคืออะไร และทำงาน อย่างไร ในบทความนี้เราจะพูดถึงรายละเอียดเกี่ยวกับองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์นี้และสิ่งที่แตกต่างจากฮาร์ดไดรฟ์ HDD ที่รู้จักกันดี

ดัชนีเนื้อหา

หลังจากนั้นไม่กี่ปีเราโชคดีที่ได้สัมผัสกับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในคอมพิวเตอร์ของเรา อย่างแรกคือตัวประมวลผลแบบมัลติคอร์และสถาปัตยกรรม สิ่งนี้นำไปสู่อุปกรณ์ที่กลายเป็นเร็วขึ้นและเร็วขึ้น, การปรับปรุงกราฟิกการ์ด, RAM แต่ยังมีคอขวดขนาดใหญ่ในทีมของเราและไม่มีใครอื่นนอกจากฮาร์ดไดรฟ์ ด้วยคอมพิวเตอร์ทั้งหมดที่มีวงจรรวมเรายังคงมีองค์ประกอบเชิงกลอยู่ภายใน

ดังนั้นจึงไม่มีประโยชน์ที่จะมีโปรเซสเซอร์ที่รวดเร็วมากหากการเข้าถึงเนื้อหาข้อมูลช้า มาก ด้วยเหตุผลนี้และเหตุผลอื่น ๆ อุตสาหกรรมการจัดเก็บข้อมูลดิจิตอลจึงต้องทำงานและลดค่าใช้จ่ายในการสร้างหน่วยประเภทใหม่นี้ เมื่อค่าใช้จ่ายลดลงความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลและความน่าเชื่อถือก็ลดลงเช่นกัน

วันนี้เรามีองค์ประกอบนี้ได้มาตรฐานจริงและทั่วไปในอุปกรณ์ใหม่ทั้งหมด และในราคาที่ค่อนข้างแพง หากคุณต้องการคอมพิวเตอร์ที่เร็วคุณต้องมีหนึ่งในนั้นสำหรับระบบปฏิบัติการของคุณ ดังนั้นเรามาดูว่า SSD ไดรฟ์เหล่านี้เกี่ยวกับอะไร

SSD คืออะไร

โซลิดสเตทไดร์ฟหรือ SSD (โซลิดสเตทไดร์ฟ) เป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลสำหรับข้อมูลที่ยึดตามการใช้งานของ หน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน หรือโดยทั่วไปเรียกว่าหน่วยความจำแฟลช ดังนั้นการเปลี่ยนดิสก์แม่เหล็กของฮาร์ดไดรฟ์แบบดั้งเดิม

หน่วยความจำแฟลชผู้สืบทอดของ EEPROM เก่านี้อนุญาตให้ทำการอ่านและเขียนของตำแหน่งหน่วยความจำหลายแห่งในการดำเนินการเดียวกันซึ่งเป็นการเพิ่มความเร็วเมื่อเทียบกับความทรงจำ EEPROM ซึ่งสามารถอ่านเซลล์หน่วยความจำเดียวในแต่ละการดำเนินการ

การใช้หน่วยความจำแฟลชเกี่ยวข้องกับการใช้ชิปเพื่อเก็บหน่วยความจำ โดยการกำจัดชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของฮาร์ดดิสก์ปกติเรา จะเพิ่มการเข้าถึงและความเร็วในการเขียนได้อย่างมาก

ในปี 2010 รายงานเหล่านี้ใช้ก้าวกระโดดอีกครั้งซึ่งเป็นรายงานที่นำไปสู่การลดต้นทุนการผลิตและทำให้ผู้ใช้สามารถเข้าถึงได้ง่ายขึ้น และมันคือการใช้ประตู NAND เพื่อผลิตความทรงจำแฟลชเหล่านี้

หนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของลอจิกเกต NAND (และหรือกลับหัว Y) คือมันสามารถเก็บข้อมูลไว้ภายในแม้ในขณะที่กำลังถูกตัด

ประตู NAND เหล่านี้สร้างขึ้นโดยใช้ทรานซิสเตอร์เกท gate ซึ่งเป็นรายการที่เก็บบิตไว้ ในกรณีของหน่วยความจำแรมทรานซิสเตอร์เหล่านี้ต้องการแหล่งจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาสถานะของพวกเขาและไม่ได้อยู่ในความทรงจำแฟลช เมื่อโหลดทรานซิสเตอร์ gate gate ถูกโหลดมันจะมี 0 อยู่ภายในและเมื่อมันถูกยกเลิกการโหลดจะมี 1

ความทรงจำเหล่านี้ถูกจัดระเบียบในรูปแบบเมทริกซ์ซึ่งจะถูกสร้างขึ้นโดยชุดของประตู NAND ติดต่อกัน เราเรียกบล็อกเมทริกซ์ที่สมบูรณ์และแถวที่ประกอบขึ้นเป็นเมทริกซ์เรียกว่าหน้า แต่ละแถวเหล่านี้มีความจุระหว่าง 2 KB และ 16 KB หากแต่ละบล็อกมี 256 หน้าเราจะมีขนาดระหว่าง 256 KB ถึง 4 MB

ความแตกต่างระหว่าง SSD และ RAM

ด้วยสิ่งนี้สิ่งแรกที่นึกได้คือหน่วยความจำแรม อย่างที่เราทราบกันดีว่าหน่วยความจำประเภทนี้ใช้สำหรับส่งข้อมูลและโปรแกรมไปยังโปรเซสเซอร์ เมื่อเราปิดเครื่องคอมพิวเตอร์หน่วยความจำ RAM จะว่างเปล่าโดยสิ้นเชิงซึ่งแตกต่างจากไดรฟ์ SSD

ความแตกต่างอยู่ที่การใช้ประตู NAND องค์ประกอบเชิงตรรกะเหล่านี้เก็บสถานะไฟฟ้าสุดท้ายไว้ภายในและยังคงอยู่แม้ไม่มีแหล่งจ่ายไฟ

เทคโนโลยีการผลิต

โดยทั่วไปมีเทคโนโลยีการจัดเก็บสองแบบสำหรับการผลิตอุปกรณ์เหล่านี้ มันเริ่มต้นการทดลองกับไดรฟ์ที่ใช้ RAM จำเป็นต้องใช้องค์ประกอบที่ให้พลังงานอย่างต่อเนื่องเพื่อไม่ให้ข้อมูลสูญหาย

เนื่องจากข้อ จำกัด เหล่านี้เทคโนโลยี DRAM ในหน่วยเหล่านี้ถูกทิ้งให้อยู่กับรูปลักษณ์ของประตู NAND ที่มีพื้นที่จัดเก็บแบบไม่ลบเลือน นี่คือหนึ่งในปัจจุบันที่ใช้และมีสามเทคโนโลยีการผลิตที่แตกต่างกัน:

SLC หรือเซลล์ระดับบุคคล

ใช้วิธีนี้เป็นไปได้ในการเก็บข้อมูลหนึ่งบิตสำหรับแต่ละเซลล์หน่วยความจำ โครงสร้างของมันทำจากซิลิคอนเวเฟอร์แต่ละตัวซึ่งคุณจะได้รับชิปหน่วยความจำขนาดเล็กและที่เก็บข้อมูลระดับเดียว ชิปเหล่านี้มีข้อดีของความเร็วในการเข้าถึงข้อมูลที่สูงขึ้นอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและการใช้พลังงานที่น้อยลง ในทางกลับกันพวกเขามีหน่วยความจำต่ำกว่าดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างแม่สุกรจำนวนมากขึ้นซึ่งจะเป็นการเพิ่มต้นทุนการก่อสร้าง

การผลิตในตอนนี้ จำกัด อยู่ที่สภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมและเซิร์ฟเวอร์คลัสเตอร์ซึ่งคุณภาพของพื้นที่จัดเก็บต้องเหนือกว่า

MLC หรือเซลล์หลายระดับ

วิธีการผลิตนี้ตรงข้ามกับวิธีก่อนหน้า ชิปหน่วยความจำแต่ละตัวผลิตขึ้นโดยการวางแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเพื่อสร้างชิปหลายระดับ สำหรับข้อดีของมันคือความจุในการเก็บข้อมูลต่อชิปที่สูงกว่าจึงเป็นไปได้ที่จะเก็บสองบิตสำหรับแต่ละเซลล์ซึ่งทำให้มีสถานะต่างกันทั้งหมด 4 สถานะ และยังมีต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่า

ในฐานะที่เป็นข้อเสียเราพูดตรงข้ามมากกว่าในกรณีก่อนหน้า: การเข้าถึงที่ช้าลงและชิปที่มีความทนทานน้อยกว่า

TLC หรือเซลล์ระดับสาม

ในกรณีนี้กระบวนการผลิตจัดการเพื่อใช้ 3 บิตสำหรับแต่ละเซลล์ซึ่งอนุญาตให้เก็บได้ถึง 8 สถานะ ราคาการผลิตถูกกว่าและเข้าถึงเนื้อหาที่มีประสิทธิภาพน้อยลง ดังนั้นจึงเป็นหน่วยที่ถูกที่สุดที่จะได้รับ แต่ด้วย อายุการใช้งานของเซลล์ที่ จำกัด ไว้ที่ประมาณ 1, 000 เขียน

เทคโนโลยี TRIM

วัตถุที่ค้างอยู่ในหน่วยเก็บข้อมูล SSD มีความทนทานอย่างแม่นยำ เซลล์หน่วยความจำลดลงสำหรับการเขียนและลบทุกครั้งซึ่งจะทำให้ไดรฟ์ที่ใช้อย่างหนักในการลดระดับอย่างรวดเร็วนำไปสู่ความล้มเหลวของความสมบูรณ์ของไฟล์และการสูญเสียไฟล์

กระบวนการลบไฟล์จาก SSD ค่อนข้างซับซ้อน เราสามารถเขียนเนื้อหาที่ระดับแถว แต่เราสามารถลบได้เฉพาะที่ระดับบล็อก นี่ก็หมายความว่าหากมีไฟล์ที่มีประโยชน์ในบล็อกนี้นอกเหนือจากไฟล์ที่จะต้องถูกลบก็จะถูกลบเช่นกัน

เพื่อป้องกันการลบไฟล์ที่ถูกต้องไฟล์เหล่านี้ควรจะถูกนำไปใช้และบันทึกในแถวใหม่จากนั้นลบบล็อกแล้วเขียนข้อมูลที่ถูกต้องที่เคยเป็นมาก่อน ผลที่ตามมาของกระบวนการทั้งหมดนี้คือการเสื่อมสลายของเซลล์หน่วยความจำเพิ่มเติมโดยไม่จำเป็นต้องทำการเขียนและลบเพิ่มเติม

เพื่อตอบสนองต่อสิ่งนี้เทคโนโลยีเช่น TRIM จึงเกิดขึ้น TRIM อนุญาตการสื่อสารระหว่างระบบปฏิบัติการและหน่วยเก็บข้อมูล เพื่อให้เป็นระบบที่บอก SSD ถึงข้อมูลที่ต้องลบ เมื่อเราลบข้อมูลใน Windows ข้อมูลจะไม่ถูกลบ แต่เป็นการได้มาซึ่งความเป็นเจ้าของที่ไม่ได้ใช้ สิ่งนี้ช่วยลดขั้นตอนการเขียนและการลบทางกายภาพของเซลล์หน่วยความจำ จาก Microsoft เทคโนโลยีนี้มีการใช้งานตั้งแต่ Windows 7

องค์ประกอบทางกายภาพของไดรฟ์ SSD

เกี่ยวกับองค์ประกอบของไดรฟ์ SSD เราสามารถพูดถึงองค์ประกอบที่สำคัญสามประการ:

ตัวควบคุม: เป็นหน่วยประมวลผลที่รับผิดชอบการจัดการและจัดการการดำเนินการที่ดำเนินการกับโมดูลหน่วยความจำ NAND

แคช: นอกจากนี้ในหน่วยประเภทนี้ยังมีอุปกรณ์หน่วยความจำ DRAM เพื่อเร่งกระบวนการส่งข้อมูลจากหน่วยไปยัง RAM และตัวประมวลผล

ตัวเก็บประจุ: ตัวเก็บประจุมีฟังก์ชั่นในการรักษาความสมบูรณ์ของข้อมูลเมื่อไฟฟ้าดับอย่างกะทันหัน หากมีข้อมูลที่เคลื่อนไหวเนื่องจากมีการตัดต้องขอบคุณตัวเก็บประจุที่จะสามารถจัดเก็บข้อมูลนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสีย

เทคโนโลยีการเชื่อมต่อ

SATA

SSD ทั่วไปมีเทคโนโลยีการเชื่อมต่อเช่นเดียวกับฮาร์ดไดรฟ์ทั่วไปนั่นคือพวกเขาใช้พอร์ต SATA 3 เพื่อเชื่อมต่อกับเมนบอร์ด ด้วยวิธีนี้เราจะมีการถ่ายโอน 600 MB / s

PCI-Express

แต่มีอีกการเชื่อมต่อที่เร็วกว่าและเทคโนโลยีการสื่อสารที่เรียกว่า NVMe เมื่อใช้วิธีนี้ยูนิตจะเชื่อมต่อโดยตรงกับสล็อตเอ็กซ์แพนชัน PCI-Express บนเมนบอร์ดของเรา ด้วยวิธีนี้มันเป็นไปได้ที่จะบรรลุความเร็วการถ่ายโอนสูงถึง 2 GB / s ในการอ่านและ 1.5 GB / s ในการเขียน

ตามปกติแล้วฮาร์ดไดรฟ์เหล่านี้ไม่มีรูปแบบการห่อหุ้มสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาด 2.5 นิ้วโดยทั่วไป แต่ดูเหมือนว่าการ์ดเอ็กซ์แพนชันเช่นแคสเทอเรอร์หรือกราฟิกการ์ดที่ไม่มีฮีทซิงค์

M.2

นี่คือมาตรฐานการสื่อสารใหม่ที่มีวัตถุประสงค์เพื่อแทนที่ประเภท SATA ในระยะกลางและระยะสั้น ใช้โปรโตคอลสื่อสารทั้ง SATA และ NVMe ยูนิตเหล่านี้เชื่อมต่อโดยตรงกับพอร์ตเฉพาะที่อยู่บนเมนบอร์ด ด้วยวิธีนี้เราหลีกเลี่ยงการครอบครองสล็อต PCI-E และเราจะมีพอร์ตเฉพาะ มาตรฐานนี้ไม่มีความเร็วของ PCI-E แต่สูงกว่า SATA มากและมีไดรฟ์จากผู้ผลิตทั้งหมดในราคาปานกลาง

ด้านการพิจารณา SSD

เมื่อซื้อ SSD เราต้องรู้ทั้งข้อดีและข้อเสียของมันและหากระบบของเราเหมาะสม

ระบบไฟล์

อย่างที่เราได้เห็นการจัดการไดรฟ์ SSD ค่อนข้างแตกต่างจากสิ่งที่เราเห็นสำหรับฮาร์ดไดรฟ์ปกติ นี่คือสาเหตุที่ระบบไฟล์แบบดั้งเดิมจำเป็นต้องปรับปรุงโครงสร้างการดำเนินงานภายในให้เหมาะสมกับความต้องการของไดรฟ์เหล่านี้ หากไม่เป็นเช่นนั้นก็จะทำให้หน่วยทรุดโทรมลงอย่างรวดเร็วทำให้ชีวิตของพวกเขาสั้นลงอย่างมาก

NTFS

ตัวอย่างที่ชัดเจนคือระบบไฟล์ของ Windows หนึ่งในการปรับแต่งครั้งแรกที่มีการนำมาใช้ตั้งแต่ Windows Vista คือการจัดแนวพาร์ติชันให้ถูกต้องกับระบบ สิ่งนี้ได้รับอนุญาตให้ดำเนินการอ่านและเขียนเพิ่มเติมได้เนื่องจากองค์กรของภาคนั้นแตกต่างกันในหน่วยเชิงกลและ SSD

ในรุ่นที่ใหม่กว่าจาก Windows 7 ระบบจะใช้การปรับปรุงสำหรับ SSD เช่นการปิดการใช้งานตัวจัดเรียงไฟล์บริการ Superfetch ReadyBoost และการแนะนำคำสั่ง TRIM เพื่อยืดอายุการใช้งานของ SSD

ข้อดีของ SSD เหนือดิสก์เชิงกล

• อ่าน / เขียน: การดำเนินการขั้นพื้นฐานเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญโดยการกำจัดส่วนประกอบเชิงกล ลักษณะที่เห็นคุณค่าและสำคัญที่สุดของมัน การเปิดแอปพลิเคชันและไฟล์: โดยตรงจากด้านบนตามมาว่าแอปพลิเคชันและไฟล์จะเปิดเร็วขึ้นมากและเวลาเริ่มต้นของคอมพิวเตอร์จะลดลงอย่างรวดเร็ว ความล้มเหลวและความปลอดภัย: เวลาระหว่างความล้มเหลวเพิ่มขึ้นอย่างมากและความปลอดภัยของธุรกรรมเพิ่มขึ้นโดยปรับปรุงการล้างข้อมูลและไม่มีการเปลี่ยนแปลงของประสิทธิภาพเมื่อหน่วยเต็มหรือว่างเปล่า การลบไฟล์นั้นปลอดภัยกว่าเพราะเมื่อลบทางกายภาพแล้วไฟล์จะไม่สามารถกู้คืนได้อย่างสมบูรณ์ พลังงาน: มัน จะต้องใช้พลังงานน้อยลงและการผลิตความร้อน เสียงรบกวน: เนื่องจากไม่มีองค์ประกอบเชิงกลการผลิตเสียงจะเป็นศูนย์ น้ำหนักและความต้านทาน: โดยการลดส่วนประกอบและขนาดเชิงกลน้ำหนักจะน้อยลงและความต้านทานต่อแรงกระแทกจะดีขึ้นมาก

ข้อเสียของ SSD

• ชีวิตที่มีประโยชน์: โดยทั่วไปหน่วยเหล่านี้มีชีวิตที่มีประโยชน์น้อยกว่าแผ่นดิสก์แบบดั้งเดิม สิ่งนี้สัมพันธ์กับความรุนแรงของการใช้งานที่มอบให้กับสิ่งเหล่านี้และต่อเทคโนโลยีการผลิต ราคา: ราคาต่อ GB สูงกว่าดิสก์แบบเดิมมาก ดังนั้นเราจึงพบดิสก์ความจุขนาดเล็กกว่ามากในราคาที่สูงขึ้น ความจุของการจัดเก็บข้อมูล: ฮาร์ดไดรฟ์ยังคงมีอยู่ในตลาดที่มีความจุน้อยกว่าฮาร์ดไดรฟ์เชิงกล ไม่ใช่เนื่องจากข้อ จำกัด ของฮาร์ดแวร์ (ตั้งแต่เมื่อก่อนมีการเผยแพร่ว่า Nimbus Data วางแผนที่จะสร้าง SSD 100 TB) แต่เนื่องจากต้นทุนเหล่านี้ การกู้คืนข้อมูล: ตามที่กล่าวไว้ในข้อได้เปรียบ SSDs จะลบไฟล์อย่างถาวรและนี่ก็เป็นข้อเสียถ้าสิ่งที่เราต้องการคือการกู้คืนไฟล์ที่ถูกลบ อย่างไรก็ตามเรื่องนี้เทคโนโลยี TRIM ยังให้โอกาสเราในเรื่องนี้ ความล้มเหลวที่รุนแรง: ในขณะที่ดิสก์เชิงกลจะค่อยๆลดระดับลงและเราสามารถสังเกตเห็นได้ SSDs ล้มเหลวโดยไม่มีการเตือนและข้อผิดพลาดนี้จะรวมและสุดท้าย ดังนั้นเราจะสูญเสียไฟล์เกือบจะสมบูรณ์อย่างปลอดภัย งานบำรุงรักษา: ในกรณีนี้งานเหล่านี้สร้างความเสียหายอย่างมากต่อฮาร์ดไดรฟ์ การจัดเรียงข้อมูล SSD ไม่สมเหตุสมผล แต่ไม่แนะนำให้กำหนดค่าส่วนหนึ่งของพื้นที่ไปยังหน่วยความจำเสมือน กระบวนการนี้ทำให้มันสึกหรอมากขึ้น

หากคุณต้องการทราบรายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับฮาร์ดไดรฟ์เชิงกลเราขอแนะนำบทความของเรา:

ด้วยสิ่งนี้เราจะอธิบายเกี่ยวกับว่า SSD ทำงานอย่างไรและทำงาน อย่างไร มันมีประโยชน์กับคุณไหม? คุณมีคำถามหรือไม่? ?