Твердотельный накопитель ssd: характеристики и компоненты

Из чего состоит SSD диск.

Основные части, из которых состоит SSD, это чип флеш-памяти, контролер, интерфейс подключения диска, корпус.

Чип флеш-памяти.

В настоящий момент в современных SSD используется три вида памяти, это SLC, MLC и TLC.

SLC(Single-Level Cell) — в каждую ячейку этой памяти записывается один бит информации. Количество циклов перезаписи 100 000. Имеет самый большой запас по перезаписи, но она и самая дорогая память, используется в дорогих серверных системах.

MLC(Multi-Level Cell) — в каждую ячейку записывается два бита информации. Количество циклов перезаписи 3000. Эта память используется для производства большинства SSD накопителей, так как менее дорогая и имеет потенциал для больших объемов дискового пространства.

TLC(Triple-Level Cell) — в каждую ячейку записывается три бита информации. Количество циклов перезаписи 1000. Самый дешевый вид памяти, давно используется при производстве флеш-накопителей. Ее начинают использовать и при производстве SSD дисков, что делает их производство еще дешевле, например Samsung 840 EVO.

Количество циклов перезаписи может меняться в большую сторону, это зависит от технологии производства, а она на месте не стоит.
При износе ячеек памяти они блокируются,так что сам диск остается рабочим, он только теряет в объеме. Но если его правильно использовать, и учитывать его размер, то срок службы твердотельного накопителя составит несколько лет.
Основные производители чипов памяти, это Intel, Hynix, Micron, Samsung, SanDisk и Toshiba.

Если говорить о размерах памяти SSD дисков, то на данный момент можно встретить диски объемом 1Тбайт. Но цена такого диска пока слишком высока, например диск на 800Гб с интерфейсом SATA3 стоит около 80 000 рублей, а с интерфейсом PCI-E, около 160 000 рублей. Не каждый захочет за такую сумму купить себе быстрый флеш-накопитель.

Контролер.

Контролер — процессор, который руководит операциями чтения и записи

Это второй по важности, после памяти элемент в твердотельном накопителе.
В задачу контролера входит:
Постоянное слежение за состоянием ячеек памяти и их блокировка, при полном износе;
Равномерное распределение файлов по всему диску для равномерного износа ячеек памяти;
Передача данных из памяти в RAM память, при ее наличии;
Сжатие файлов для ускорения передачи;. Скорость чтения и записи зависит не только от памяти, но и от контролера

Так, например в дешевых дисках могут ограничивать скорость контролера при наличие быстрой памяти, в итоге скорость чтения и записи у диска будет ниже

Скорость чтения и записи зависит не только от памяти, но и от контролера. Так, например в дешевых дисках могут ограничивать скорость контролера при наличие быстрой памяти, в итоге скорость чтения и записи у диска будет ниже.

Типы памяти и ресурс SSD

В  дисках SSD используется флеш-память нескольких типов – MLС, TLC, QLC. В одной ячейке MLC может хранится 2 бита данных, в ячейке TLC – 3 бита, а в QLC – 4 бита. Чем больше данных хранится в одной ячейке, тем дешевле оказывается память, но в тоже время существенно снижается ее скорость и количество циклов перезаписи.

Так TLC можно перезаписывать примерно в 3 раза меньше раз, чем MLC, а память QLC можно перезаписывать еще в 3 раза меньше раз, чем TLC. Таким образом MLC является наиболее долговечной, TLC менее долговечной (но стоит дешевле), а QLC еще менее долговечной (но стоит еще дешевле).

Помимо этого MLC является самой быстрой памятью, TLC работает несколько медленнее, а QLC еще медленнее, что ощутимо сказывается на производительности SSD дисков, использующих ту или иную память. Даже если максимальные значения скорости указаны одинаковые, в реальности будет разница.

Первые чипы MLC и TLC были планарными (однослойными), сейчас же практически везде применяются трехмерные (многослойные) чипы MLC 3D NAND, TLC 3D NAND и QLC. Это позволяет увеличить емкость чипа и в тоже время такая память оказывается несколько долговечнее своих планарных предшественников, которые стали анахронизмом, но все еще встречаются в продаже.

Итак, к основным типам памяти SSD сегодня относятся:

MLC 3D NAND – наиболее дорогая, долговечная и быстрая память с ориентировочным ресурсом 10000 циклов перезаписи, рекомендуется для очень нагруженных профессиональных систем, где SSD диск может перезаписываться полностью в течение суток.

TLC 3D NAND – более дешевый тип памяти со средней скоростью и ресурсом перезаписи около 3000 циклов, встречающийся в большинстве SSD среднего класса с оптимальным соотношением цена/долговечность, рекомендуется для обычных домашних ПК.

QLC – самая дешевая и медленная память с ресурсом перезаписи около 1000 циклов, встречающаяся в самых бюджетных SSD, которые можно рекомендовать лишь для дешевых офисных ПК, чтобы ускорить загрузку программ и общую отзывчивость системы.

В общем мы бы рекомендовали не приобретать SSD на устаревшей планарной памяти MLC и TLC, а также на слишком медленной и ненадежной QLC памяти. В большинстве случаев стоит отдать предпочтение TLC 3D NAND.

Также существует миф о том, что SSD диски очень быстро изнашиваются. Поэтому нужно выбирать модели с максимально возможным ресурсом и использовать всяческие ухищрения в настройках операционной системы для продления службы SSD диска, иначе он быстро отработает свой ресурс и выйдет из строя.

На самом деле ресурс современных SSD имеет значение только при установки их в сервера, где диски работают на износ в круглосуточном режиме. В таких условиях, из-за колоссального количества циклов перезаписи, SSD действительно служат на порядок меньше, чем их старшие собратья – механические жесткие диски. Но мы то с вами уже знаем, что в компьютерах обычных пользователей количество операций записи, из-за которых и происходит износ, в 20 раз ниже операций чтения. Поэтому, даже при сравнительно большой нагрузке, ресурс любого современного SSD позволит проработать ему 10 и больше лет.

Несмотря на то, что данные о быстром износе весьма преувеличены, не стоит приобретать SSD на основе самой дешевой памяти QLC. На сегодня самым оптимальным вариантом будет SSD диск с памятью типа TLC 3D NAND. А действительный срок службы SSD диска будет больше зависеть от качества производства и блока питания компьютера. Обратите больше внимания на бренд и срок гарантии.

Популярные модели 60-64 Гбайт

Теперь, когда мы в целом представляем, что такое SSD, пора ознакомиться с перечнем популярных моделей. Стоит помнить, что модель одной линейки (с одинаковым процессором и памятью) будет популярна в сегменте, например, 60-64 Гбайт, но может оказаться совсем неинтересной в исполнении 240 Гбайт, ведь все зависит от конкурентов и цены.

Прежде всего, запомните одну аксиому: чем меньше памяти распаяно на устройстве, тем медленнее будет работать накопитель. Второй момент — многие SSD теряют скорость при большом заполнении памяти. Логично, что 60 Гбайт «мозгов» будет занято наполовину сразу же после установки ОС и пары «тучных» приложений. Наконец, большая занятость памяти влияет на износ. Чем меньшая доля микросхем занята, тем больше у контроллера поле для маневра и, соответственно, меньше расход ячеек. То есть при одинаковом использовании двух SSD емкостью 60 Гбайт и 240 Гбайт второй продержится намного дольше, тем более, если на нем будет занят тот же объем, что и на первом.

Тесты

Базовый тест производительности для 230S доступен в фирменной утилите SSD Scope, а вот для 452K потребуется SSD Scope Pro. Она предоставляется Transcend по запросу и отличается от обычной версии SSD Scope поддержкой промышленных накопителей.

Тест скорости в SSD Scope / Pro

Результаты замеров скорости в SSD Scope (Pro) у 452K и 230S отличаются в пределах погрешности. Более того, они совпадают с оценкой CrystalDiskMark в настройках по умолчанию, поскольку SSD Scope использует методику тестирования этой опенсорсной утилиты.

Более наглядные результаты можно получить, задав максимальный объём чтения/записи (64 Гб) и трёхкратное повторение.

Сравнение 452K и 230S в CrystalDiskMark

Как видим, результаты двух SSD очень близки. При последовательных операциях чтения/записи чуть быстрее оказывается промышленный накопитель, а при случайных – потребительский. Впрочем, разница крайне мала, чтобы делать какие-то выводы.

AS SSD

Утилита AS SSD Benchmark показывает, что у 452K лучше оптимизировано многопоточное чтение секторами по 4 Kб. В результате и общая оценка у него чуть выше, чем у 230S.

В реальной работе пользователь видит высокие пиковые скорости любого SSD из-за эффекта SLC-кэширования. При операциях с мелкими файлами максимальные и средние скорости отличаются мало, но всё меняется при записи больших объёмов данных, которые не умещаются в кэш.

Оценить скорость самого массива флэш-памяти помогает бесплатная утилита Victoria, автор которой (Сергей Казанский) возобновил её развитие и добавил поддержку SSD.

Тест 230S в Victoria 5.22

График посекторной записи у 230S снова вышел неровным. В режиме Direct-to-TLC максимальная скорость записи составила 345 Мб/с, минимальная – 157 Мб/с, а средняя – 251 Мб/с. Процедура перезаписи накопителя заняла 43 минуты 52 секунды.

Ситуация с 452K принципиально отличается. После краткого пика (эффект кэша) мы практически наблюдаем изолинию. Максимальная скорость записи выросла до 463 Мб/с, средняя – до 347 Мб/с, а минимальная – до 231 Мб/с. В результате перезапись того же объёма (512 Гб) заняла 34 минуты и 54 секунды – на 9 минут быстрее!

Тест 452К в Victoria 5.22

Максимально зарегистрированные температуры у обоих SSD оказались одинаковы – 62°С. Пусть вас не пугает красное окошко CrystalDiskInfo. Эта утилита была создана для мониторинга состояния HDD, которым такой нагрев действительно может повредить. Здесь же измеряется температура контроллера, для которого производитель указывает два порога: 75°С у коммерческих моделей и 85°С у промышленных.

Представитель Transcend пояснил, что предоставленный на обзор экземпляр 452K не проходил сертификацию на работу в расширенном температурном диапазоне (-40°C ~ 85°C). Однако по запросу заказчика компания готова предоставить партию SSD452K, надёжность работы которых проверялась в конкретных условиях, включая повышенную температуру и вибрационную нагрузку. Подробнее процесс описан здесь.

Пиковая температура SSD

Phison

Компания была основана в 2000 году. Модели отличаются невысокой стоимостью, поэтому часто встречаются в недорогих носителях.

Контроллер	Основные параметры
PS3108-S8	Одна из первых моделей. Восьмиканальный вариант, заточенный под SATA. Считается устаревшим.
PS3110-S10	Четырехъядерный восьмипотоковый контроллер для недорогих SSD. Отличается средним уровнем быстродействия, в сравнении с конкурентами.
Есть четырехканальная версия — PS3110-S10C и модель с восемью каналами — PS3110-S10-X.
PS3111-S11	Более дешевый, чем предыдущий вариант. Модель оснащена одноядерным процессором. Она предназначена для дисков, которые не предполагают высокой нагрузки и созданы для повседневного применения.
Установлена в бюджетном SILICON POWER S55, тонкой версии
PS5007-E7	Еще один четырехъядерный вариант с 8 каналами:
Заточен под PCIe.
Поддерживает протокол NVMe версии 1.2.
Совместим с любыми типами памяти.
PS5008-E8/E8T	Урезанная версия предыдущего варианта. Использует только две линии PCIe.
Установлена в Kingston A1000.

Производителей контролллеров не так уж и много. Некоторые из них давно не представляли ничего новенького. Если нужен девайс подешевле, лучше отдать предпочтение хранилищам на Phison. Если же необходимо более скоростное устройство, подойдут аппараты с управляющим звеном от Самсунг или Marvell.

Поддерживаемые технологии и функция TRIM

SSD диск, в зависимости от модели и установленного в нем контроллера, может поддерживать различные технологии, призванные улучшить его работу. Многие производители разрабатывают свои фирменные технологии, которые приносят больше пользы в плане маркетинга, чем реальной пользы пользователям. Я не буду их перечислять, эта информация есть в описаниях конкретных моделей.

Самой важной функцией, которая должна поддерживаться любым современным SSD является TRIM (уборка мусора). Ее работа заключается в следующем

SSD диск может записывать данные только в свободные ячейки памяти. Пока свободных ячеек достаточно, SSD диск записывает данные в них. Как только свободных ячеек становится мало, SSD диску нужно очистить ячейки, данные из которых уже не нужны (файл был удален). SSD без поддержки TRIM производит очистку этих ячеек непосредственно перед записью новых данных, что значительно увеличивает время операций записи. Получается, что по мере заполнения диска скорость записи деградирует.

SSD с поддержкой TRIM, получив уведомление от операционной системы об удалении данных, также помечает ячейки в которых они были как неиспользуемые, но производит их очистку не перед записью новых данных, а заранее в свободное время (когда диск используется не очень активно). Это и называется уборкой мусора. В результате скорость записи всегда поддерживается на максимально возможном уровне и сейчас это умеют все SSD.

M.2 NVMe vs SSD M.2

Если твердотельный накопитель M.2 использует полосу пропускания PCI-Express (через NVMe), то никакой конкуренции нет. Но давайте поговорим об этом подробнее.

Накопители M.2 NVMe и SSD M.2 внешне будут выглядеть практически одинаково: супертонкие и длиной с большой палец. Однако современные накопители NVMe созданы для использования полосы пропускания PCI-Express 3.0, а по скорости она намного превышает пропускную способность SATA.

Между тем, ваш твердотельный накопитель NVMe может достигать скорости 3,5 ГБ / с. Это в несколько раз быстрее, чем даже лучший SSD накопитель SATA, и оставляет традиционную технологию жестких дисков позади. И это еще не всё!

На момент написания этой статьи, возможность работать по шине PCI-Express 4.0 будет только на материнских платах с чипсетом AMD X570. Но Intel обязательно последует этому примеру в течение года или меньше. PCI-Express 4.0 позволил компаниям, таким как Corsair, выпустить такие продукты как MP600, который может похвастаться сокрушительной скоростью до 4,9 ГБ / с.

Это не похоже на соревнование: NVMe выиграла гонку на скорость. Но значит ли это, что именно NVMe подходит Вам?

Популярные модели 240-256 Гбайт

Мы специально не включили многие интересные модели топ-уровня в предыдущий раздел. Дело в том, что большинство старших линеек стоит дорого, и уже чуть ли не начинает пересекаться с устройствами, имеющими вдвое большую емкость. Поэтому, если вас интересует именно Hi-end-сектор, то вы спокойно можете выбрать что-то из этого списка, но меньшей емкости.

На наш взгляд, сектор накопителей объемом 240-256 Гбайт наиболее интересен, так как SSD именно с таким объемом начинают раскрываться полностью, демонстрируя весь потенциал, заложенный разработчиком. Очевидно, что чем больше емкость устройства, тем выше и его цена.

Прочие

Помимо перечисленных выше компаний, свои контроллеры также выпускают Toshiba, SandDisk, Phison и несколько других фирм. Но на сегодняшний день их скорее можно встретить в накопителях, установленных в мобильных ПК, нежели в дисках, поступающих в торговые сети.

Как видите, роль контроллера настолько важна, что без своего производства чипов или хотя бы прошивок невозможно выйти в лидеры рынка. В погоне за этой целью несколько компаний потратили десятки и сотни миллионов долларов, скупив всех, кого только смогли. И в следующей записи вы увидите, как контроллер и прошивка влияют на производительность накопителя.

Сравнение eMMC и SSD

Несмотря на наличие той же NAND-памяти в SSD-накопителях, их отличие от eMMC значительное. В первую очередь, в твердотельных дисках находится больше чипов памяти, качество которых существенно выше, а по итогу — скорость работы и производительность намного выше. Также в SSD есть контроллер со своей прошивкой, что дает некоторые особенные возможности. Например, операции чтения и записи осуществляются по всем чипам, а не на одном.

Твердотельный диск можно расценивать как RAID-массив из NAND-чипов, которые используются параллельно для ускорения выполнения процессов. Так, при записи видео переносит данные на несколько чипов за подход. При той же операции на eMMC запись происходит с одним чипом, что в разы увеличивает время ее выполнения.

Накопитель SSD подключается к ПК с помощью SATA, mSATA и PCIe, что, в основном, и влияет на пропускную способность. Несмотря на интеграцию eMMC в материнскую плату, скорость передачи данных ощутимо ниже. В ней нет своей прошивки и кучи чипов высокого качества. Это говорит только о том, что она уступает SSD.

Объемы eMMC бывают разные. Редко встречаются чипы на 256 ГБ, это при текущих 1 ТБ на SSD. Это обусловлено ее строением: eMMC показывает эффективный результат при работе с файлами небольшого объема, поэтому для таких целей нецелесообразно будет устанавливать диск такого формата. Стоит учитывать, что встроенный в материнку чип нельзя улучшить или заменить. Зато практически во всех ноутбуках есть возможность извлечь носитель SSD или HDD и заменить его на новый (кроме случаев распайки SSD на материнке).

Положительной стороной такой ситуации является долговечность eMMC, которая зависит от длительности жизненного цикла управляющего устройства.

В целом, такой тип памяти не является плохим, как и, например, HDD-накопитель. Будучи альтернативным решением дорогим дискам, eMMC ожидаемо работает несколько хуже них, даже если это будет самая дорогая память eMMC против любого твердотельного носителя.

Выбирая компьютер с распаянным чипом памяти, главное внимание будет направлено на стоимость. В этом случае необходимо учитывать задачи, которые будут на нем выполняться: если это веб-серфинг, управление мультимедиа-контентом или работа с документами, то eMMC хватит с головой

Но в случае необходимости хранить файлы большого объема, стоит выбирать HDD или SSD, в зависимости от дополнительных нужд.

В основном это относится к тому, что вы можете представить как SD-карту, встроенную в материнскую плату (стандарты SD и MMC очень похожи — достаточно того, что устройства чтения SD-карт обычно могут считывать карты MMC) — обычно запаяны и не удаляются. Обычно он подключается к остальной части оборудования через внутреннюю шину SPI. Сотовые телефоны и оборудование ARM, а также другие устройства встроенного типа (например, маршрутизаторы) могут иметь это. ОБНОВЛЕНИЕ: Некоторые более новые недорогие нетбуки с ОС Windows тоже начинают их иметь. Карты SD и eMMC работают медленнее, чем твердотельные накопители, поскольку шина SPI не такая быстрая, как шина SATA.

Контроллер + связка NAND, помещенная в корпус жесткого диска. Контроллер реализует FTL (уровень трансляции флэш-памяти), который принимает дисковый доступ к блокам и преобразует его в значимые операции NAND, а также выполняет выравнивание износа и резервирование блоков. Некоторые типы контроллеров, такие как «Sandforce» и т. Д., Хорошо известны. Твердотельные накопители используют протокол SATA и разъем на стороне «хоста».

Если вы находитесь в ситуации, когда вы имеете дело с необработанным NAND, таким как Guruplug, вы несете ответственность за выравнивание износа и защиту блока. Такие файловые системы Linux, как jffs2 и такие, делают это, но не нужны там, где работает FTL, как на большинстве SD-карт, USB-карт и т. Д.

Что если нужно восстановить данные

Вот тут конечно ssd имеет определённый недостаток он заключается в том что если он умрет то доступ ко всему диску будет потерян стоимость восстановления информации при программном сбое ориентировочно 7500 руб а при аппаратной неисправности (выход из строя контролера) это будет в районе от 21000 до 60000 руб.я могу сказать что не все так гладко с надежность в большинстве ноутбук первое что выходит из стоя это так-то если у вас ноутбук то ssd по надёжности будет лучше.

В любые случаи если у вас есть какая то ценная информация там фотографии, документы, проекты то желательно их дублировать на другой жесткий диск.

Типы NAND флэш-памяти: SLC, MLC и TLC

Исходя из устройства твердотельного жесткого диска (в нем нет вращающихся магнитных дсков, как в HDD, например), видно, что его скорость работы и вообще, сам факт его работы — напрямую зависят от двух параметров: модели контроллера и разновидности чипов NAND памяти. Причем, даже два разных накопителя могут содержать в себе один и тот же контроллер, но, при этом, скорость работы их будет отличаться (все зависит от прошивки). Контроллер условно делит всю память на ячейки, в которые потом будет записываться информация.

И вот тут-то как раз и заключаются фундаментальные отличия различных типов памяти SSD

То есть, не важно — какая модель памяти используется в самом накопителе, контроллер в любом случае должен сначала поделить ее на так называемые ячейки. А вот сколько бит информации помещается в одну ячейку — определяет как раз тип NAND памяти

В настоящее время применяется всего три разновидности: SLC, MLC, TLC (как разновидность MLC).

SLC

SLC (Single Level Cell) — позволяет сохранять в одну ячейку только 1 бит информации — ноль или единица. Это самый дорогой вид NAND-микросхем. Дороговизна определяется сложностью в производстве таких накопителей. Кроме цены, к недостаткам еще можно отнести низкую емкость — порядка 60 Гб, например.

Однако, такой накопитель будет быстрее и надежнее всех других, за счет того, что ячейка будет перезаписываться намного реже, что, как известно, существенно продлевает ресурс самого устройства. До 100 000 раз можно перезаписывать одну ячейку, по уверениям производителей. Кроме того, технология SLC обеспечивает наибольшую скорость чтения/записи информации, и такие накопители самые быстрые.

MLC

MLC (Multi-Level Cell) — многоуровневая ячейка, позволяет записывать сразу два бита информации, что теоретически снижает ее ресурс ровно вдвое. Однако, по факту ресурс MLC SSD диска еще ниже. Изначально накопители предлагали до 10000 циклов перезаписи, затем этот показатель упал до 5000, а затем стал таким, как указано в таблице.

Тем не менее, на сегодняшний день является самым распространенным типом памяти на рыке твердотельных накопителей. Моделей такого типа просто огромное количество, их емкость уже существенно выше, чем у SLC моделей, и может достигать до 1 Тб и даже выше. Кроме того, цена MLC-накопителей той же емкости будет существенно ниже, чем в случае с SLC. Как видно из таблицы, быстродействие MLC тоже несколько хуже.

Существует еще подвид MLC — eMLC (enterprise MLC), из достоинств: увеличенный срок службы чипов, за счет большего количества возможных циклов записи/перезаписи. Мало кто знает, но у компании Samsung, например, имеется уникальная технология под названием «3D V-NAND», которая позволяет разместить ячейки вертикально, значительно расширяя объем памяти без удорожания производства.

Не то что бы это реклама компании Samsung, но это весомый плюс при выборе в пользу накопителей именно этой марки.

TLC

TLC (Triple Level Cell) — угадайте, сколько бит информации может хранить такая TLC-ячейка? Все правильно, целых три. То есть, как вы уже поняли, все эти сокращения говорят нам о плотности хранения информации в NAND-чипах. Получается, самая «экономная» память будет именно TLC.  Похожие (TLC) чипы применяются во флешках, где срок службы (количество циклов перезаписи) не является столь важным параметром. Кроме того, технология TLC очень дешева в производстве.

Я бы порекомендовал использовать TLC — как жесткий диск (не путать с HDD диском) для установки на него игр, например. А что, скорость чтения с него будет в разы выше, чем даже у самого быстрого HDD, а стоимость TLC твердотельных  накопителей самая низкая из всех, на сегодняшний день (но все равно дороже, чем HDD). А для установки ОС лучше использовать накопитель с MLC, так как она более надежная и долговечная, нежели TLC.

Из чего состоит SSD

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

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

Контроллер на диске – такой себе узкоспециализированный процессор, который умеет очень эффективно распределять данные в микросхемах. Также он выполняет часть служебных операций по чистке дисковой памяти и перераспределении ячеек при их изнашивании

Для работы с памятью очень важно выполнять своевременно служебные операции, чтобы не произошло потери информации

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

NAND флеш-память

Микросхема NAND флеш-памяти – хранилище для информации пользователя (фотографии, фильмы, документы, системные файлы операционной системы и т.п.).

Остановимся на вопросах интерфейса доступа к данным и актуальных для твердотельных накопителей проблемах сохранности информации в NAND флеш-памяти.

Микросхему NAND флеш-памяти можно сравнить с архивом бумажных документов. Наподобие того, как бумаги хранятся в архиве, также электронные документы хранятся в памяти микросхем.

Важнейшими функциями любой системы хранения данных и архива являются:

• Хранение данных — архив должен иметь условия, обеспечивающие сохранность бумаг
• Доступ к информации — библиотекарь должен иметь возможность поработать с нужным документом, иначе архив бесполезен

Условия хранения, обеспечивающие сохранность бумаг (температура, влажность, защита от грызунов), определяют целостность данных, а наличие входной двери, пролетов между полками обеспечивает доступ к бумагам. По аналогии можно сказать, что каждый бит данных во флеш-памяти хранится в виде заряда в плавающем затворе транзистора (ячейка). Для записи бита информации в ячейку программируется определенный уровень заряда.

Однако система хранения данных во флеш-памяти имеет следующие особенности:

1. Заряд с затвора способен «утекать» со временем, что рано или поздно приведет к изменению данных. Например, как чернила на архивных бумагах со временем выцветают или растекаются, превращаясь в неразборчивые пятна. Чем дольше хранятся данные, тем меньше вероятность их потом прочитать.
2. После записи одними и теми же цепями одинакового логического уровня заряда в разные ячейки из-за технологического разброса параметров транзисторов появится вероятность прочитать оттуда разные по величине значения заряда. (Бумага может иметь разные свойства впитывания и растекания чернил. Мелкий текст, написанный фломастером, не на каждой бумаге удастся прочитать.)
3. Цепи записи и чтения заряда также не идеальны и имеют технологический разброс уровней напряжения программирования и порогов чтения логических уровней. (Похоже на то, как на бумажных носителях разные библиотекари по-разному могут разобрать текст, записанный разными авторами, потому что почерк у всех разный.)

Целью технологии разработки микросхем памяти является создание флеш-памяти с максимальным соотношением «качество/цена». Для хранения данных в накопителях

NAND флеш-память является весьма достойным решением по этому соотношению, о чем говорит рост рынка накопителей. Но соотношение «качество/цена» не то же самое, что «качество». От площади кристалла микросхемы прямым образом зависит стоимость микросхемы. Поэтому производители флеш-памяти постоянно стремятся увеличить плотность хранения данных в микросхемах памяти. Увеличение плотности ячеек памяти достигается за счет уменьшения размера самих ячеек, так и за счет объединения цепей записи и чтения зарядов ячеек. Причем, второе, в свою очередь, создаёт некоторые сложности в доступе к хранимым данным.

Понятия интерфейса доступа и правила доступа к NAND флеш-памяти:

• Блок. Весь объем микросхемы разбит на блоки. Объем блока составляет порядка единиц мегабайт. (Например, в архиве, это книга или блокнот в переплете с прошитыми листами)
• Стирание блока. Блок может быть стёрт, при этом каждый бит информации в нем будет установлен в «1». Нельзя стереть только часть блока. (Например, книгу можно выкинуть, но нельзя вырвать из книги лист, не нарушив целостность книги)
• Страница. Блок разделен на страницы размером порядка десятков килобайт. (Например, книги и блокноты тоже имеют страницы)
• Программирование страницы. В NAND флеш-память могут быть записаны (запрограммированы) одновременно данные всей страницы, биты устанавливаются при программировании в значения «0» или «1». (Например, чистые страницы книги или блокнота можно заполнить информацией только единожды)
• Порядок программирования страниц. Страницы в пределах блока должны программироваться строго в порядке возрастания их номеров. (Например, последовательная запись информации в книгу или блокнот)
• Порядок перезаписи. Каждая страница может быть запрограммирована только один раз. Для повторного программирования страницы необходимо стереть полностью блок. (Например, если в уже готовом издании книги необходимо заменить страницу, то придется перепечатать всю книгу и заново сделать переплет)

Перечисленные выше особенности NAND флеш-памяти выглядят довольно безобидно, на первый взгляд, но множество вопросов возникает при первой же попытке перезаписать часть данных (например, один сектор). Задачи записи и чтения непосредственно NAND флеш-памяти решает контроллер.

Сравнительные характеристики HDD и SSD

Шустрые «твердотельники» хороши для установки системы и работы с требовательным софтом, при этом для увеличения срока службы ССД лучше снизить обращение ОС к накопителю. При регулярном задействовании дискового пространства целесообразно приобрести винчестер, который станет надёжным хранилищем данных. Чтобы провести сравнение HDD и SSD, рассмотрим основные параметры накопителей, являющиеся важными при выборе.

Скорость накопителей SSD и HDD

По данному критерию перевес на стороне твердотельных накопителей. Система на SSD загружается и работает намного быстрее, чем когда она установлена на HDD. То же касается и любого другого программного обеспечения, твердотельный накопитель мгновенно откликается на запросы. Это обусловлено принципиально разным конструктивным исполнением накопителей.

Средняя и максимальная ёмкость SSD и HDD

Если нужен объёмный накопитель, лучшим решением будет приобретение винчестера, средний объём которого составляет 1 Тб. Уже появились и сверхобъёмные HDD на 20 Тб корпоративного класса. Хотя сегодня можно найти модели SSD и ёмкостью 4 Тб, или даже 8 Тб, за такой объём пространства придётся выложить внушительную сумму. Стандартный же размер твердотельного накопителя составляет 265 Гб, его будет достаточно для установки системы и основных программ.

Фрагментация

В процессе эксплуатации жёсткому накопителю периодически требуется дефрагментация. Это связано с тем, что после многочисленных процедур записи, копирования, удаления файлов винчестер работает медленнее, поскольку при просмотре файла считывающая головка ищет фрагменты по всей поверхности диска, затрачивая время.

Явление называют фрагментацией, а для ускорения жёсткого диска применяют процедуру дефрагментации, позволяющую собрать такие фрагменты воедино.

Способ записи SSD совершенно иной, данные пишутся в любой сектор памяти и могут быть мгновенно считаны, поэтому дефрагментация твердотельному накопителю ни к чему.

Надёжность и срок службы

Что надёжнее, SSD или HDD, сказать сложно. Долговечность зависит от многих факторов. Жёсткий диск, отличающийся неограниченным количеством циклов перезаписи, может прослужить в среднем около 7 лет и более. При этом HDD является хрупким устройством и не переносит механического воздействия, даже небольшая вибрация может привести к появлению битых секторов, хотя это и не означает выхода из строя носителя.

С SSD в этом плане проще, данные, записанные на нём, не пострадают от удара или падения, потому твердотельный накопитель лучше использовать в ноутбуках. Зато у ССД другой весомый недостаток – ограниченный ресурс, так что если регулярно перезаписывать информацию, это неизбежно приведёт к выработке носителя. Производители указывают гарантийный срок эксплуатации, но ресурс может выработаться раньше или позже, по окончании срока службы накопитель теряет ёмкость и больше не принимает данные. Ещё один момент – непереносимость SSD скачков напряжения. Если в случае с хардом выйдет из строя контроллер и данные могут быть восстановлены, то твердотельный собрат сгорит со всей информацией.

Форм-фактор

В зависимости от типа девайса могут устанавливаться накопители разных размеров. Например, 3,5-дюймовые и 2,5-дюймовые диски подойдут для компьютера, тогда как для портативных устройств нужен небольшой носитель.

В случае с SSD формат 2,5-дюйма был принят в угоду совместимости, но сегодня можно встретить ультрабуки в тонком корпусе с более компактными чипами.

Шум

Возникновение шума при работе жёсткого накопителя вызвано вращением дисков в процессе функционирования устройства. Операции чтения и записи также приводят в движение головку, которая перемещается по поверхности устройства с огромной скоростью, что тоже провоцирует характерный звук. Накопители SSD работают бесшумно.