SSD-диск — что такое и с чем его едят. Твердотельный накопитель (SSD), зачем он нужен

Еще до недавнего времени при покупке нового компьютера и выборе устанавливаемого накопителя, у пользователя был единственный выбор - жесткий диск HDD. И тогда нас интересовало всего два параметра: скорость вращения шпинделя (5400 или 7200 RPM), емкость диска и объема кэша.

Давайте разберемся в плюсах и минусах обоих типов накопителей и проведем наглядное сравнение HDD и SSD.

Принцип работы

Традиционный накопитель или как его принято называть ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) необходим для хранения данных даже после полного отключения питания. В отличие от ОЗУ (оперативного запоминающего устройства) или RAM, хранящиеся в памяти данные не стираются после выключения компьютера.

Классический жесткий диск состоит из нескольких металлических «блинов» с магнитным покрытием, а считывание и запись данных происходит с помощью специальной головки, которая перемещается над поверхностью вращающегося на высокой скорости диска.

У твердотельных накопителей совершенно иной принцип работы. В SSD напрочь отсутствуют какие-либо движимые компоненты, а его «внутренности» выглядят как набор микросхем флэш-памяти, размещенных на одной плате.

Такие чипы могут устанавливаться как на материнскую плату системы (для особо компактных моделей ноутбуков и ультрабуков), на карту PCI Express для стационарных компьютеров или специальный слот ноутбука. Используемые в SSD-чипы отличаются от тех, что мы видим во флешке. Они значительно надежнее, быстрее и долговечнее.

История дисков

Жесткие магнитные диски имеют весьма продолжительную (разумеется, по меркам развития компьютерных технологий) историю. В 1956 году компания IBM выпустила малоизвестный компьютер IBM 350 RAMAC , который был оснащен огромным по тем меркам накопителем информации в 3,75 МБ.

В этих шкафах можно было хранить целых 7,5 МБ данных

Для построения такого жесткого диска пришлось установить 50 круглых металлических пластин. Диаметр каждой составлял 61 сантиметр. И вся эта исполинская конструкция могла хранить… всего одну MP3-композицию с низким битрейтом в 128 Кб/с.

Вплоть до 1969 года этот компьютер использовался правительством и научно-исследовательскими институтами. Еще каких-то 50 лет назад жесткий диск такого объема вполне устраивал человечество. Но стандарты кардинально изменились в начале 80-х.

На рынке появились дискеты формата 5,25-дюймов (13,3 сантиметра), а чуть позднее и 3,5- и 2,5-дюймовые (ноутбучные) варианты. Хранить такие дискеты могли до 1,44 МБ-данных, а ряд компьютеров и того времени поставлялись без встроенного жесткого диска. Т.е. для запуска операционной системы или программной оболочки нужно было вставить дискету, после чего ввести несколько команд и только потом приступать к работе.

За всю историю развития винчестеров было сменено несколько протоколов: IDE (ATA, PATA), SCSI, который позднее трансформировался в ныне известный SATA, но все они выполняли единственную функцию «соединительного моста» между материнской платой и винчестером.

От 2,5 и 3,5-дюймовых флоппи-дисков емкостью в полторы тысячи килобайт, компьютерная индустрия перешла на жесткие диски такого же размера, но в тысячи раз большим объемом памяти. Сегодня объем топовых 3.5-дюймовых HDD-накопителей достигает 10 ТБ (10 240 ГБ); 2.5-дюймовых - до 4 ТБ.

История твердотельных SSD-накопителей значительно короче. О выпуске устройства для хранения памяти, которое было бы лишено движущихся элементов, инженеры задумались еще в начале 80-х. Появление в эту эпоху так называемой пузырьковой памяти было встречено весьма враждебно и идея, предложенная французским физиком Пьером Вейссом еще в 1907 году в компьютерной индустрии не прижилась.

Суть пузырьковой памяти заключалась в разбиении намагниченного пермаллоя на макроскопические области, которые бы обладали спонтанной намагниченностью. Единицей измерения такого накопителя являлись пузырьки. Но самое главное - в таком накопителе не было аппаратно движущихся элементов.

О пузырьковой памяти очень быстро забыли, а вспомнили лишь во время разработки накопителей нового класса - SSD.

В ноутбуках SSD появились только в конце 2000-х. В 2007 году на рынок вышел бюджетный ноутбук OLPC XO–1, оснащенный 256 МБ оперативной памяти, процессором AMD Geode LX–700 с частотой в 433 МГц и главной изюминкой - NAND флеш-памятью на 1 ГБ.

OLPC XO–1 стал первым ноутбук, который использовал твердотельный накопитель. А вскоре к нему присоединилась и легендарная линейка нетбуков от Asus EEE PC с моделью 700, куда производитель установил 2-гигабайтный SSD-диск.

В обоих ноутбуках память устанавливалась прямо на материнскую плату. Но вскоре производители пересмотрели принцип организации накопителей и утвердили 2,5-дюймовый формат, подключаемый по протоколу SATA.

Емкость современных SSD-накопителей может достигать 16 ТБ. Совсем недавно компания Samsung представила именно такой SSD, правда, в серверном исполнении и с космической для обычного обывателя ценой.

Плюсы и минусы SSD и HDD

Задачи накопителей каждого класса сводятся к одному: обеспечить пользователя работающей операционной системой и позволить хранить ему персональные данные. Но и у SSD, и у HDD есть свои характерные особенности.

Цена

SSD намного дороже традиционных HDD. Для определения разницы используется простая формула: цена накопителя делится на его емкость. В результате, получается стоимость 1 ГБ емкости в валюте.

Итак, стандартный HDD на 1 ТБ в среднем обходится в $50 (3300 руб). Стоимость одного гигабайта составляет $50/1024 ГБ = $0,05, т.е. 5 центов (3,2 рубля). В мире SSD все намного дороже. SSD емкостью в 1 ТБ в среднем обойдется в $220, а цена за 1 ГБ по нашей несложной формуле составит 22 цента (14,5 рублей), что в 4.4 раза дороже HDD.

Радует то, что стоимость SSD стремительно снижается: производители находят более дешевые решения для производства накопителей и ценовой разрыв между HDD и SSD сокращается.

Средняя и максимальная емкость SSD и HDD

Всего несколько лет назад между максимальной емкостью HDD и SSD стояла не только числовая, но и технологическая пропасть. Найти SSD, который бы по количеству хранимой информации мог соперничать с HDD было невозможно, но сегодня рынок готов предоставить пользователю и такое решение. Правда, за внушительные деньги.

Максимальная емкость SSD, которые предлагаются для потребительского рынка, составляет 4 ТБ. Подобный вариант в начале июля 2016 года . И за 4 ТБ пространства придется выложить $1499.

Базовый объем HDD-памяти для ноутбуков и компьютеров, выпускаемых во второй половине 2016 года составляет от 500 ГБ до 1 ТБ. Аналогичные по мощности и характеристикам модели, но с установленным SSD-накопителем, довольствуются лишь 128 ГБ.

Скорость SSD и HDD

Да, именно за этот показатель переплачивает пользователь, когда отдает предпочтение SSD-хранилищу. Его скорость многократно превосходят показатели, которыми может похвастать HDD. Система способна загружаться всего за несколько секунд, на запуск тяжеловесных приложений и игр уходит значительно меньше времени, а копирование больших объемов данных из многочасового процесса превращается в 5–10 минутный.

Единственное «но» - данные с SSD накопителя удаляются настолько же быстро, насколько копируются. Поэтому при работе с SSD вы можете просто не успеть нажать кнопку отмена, если однажды внезапно удалите важные файлы.

Фрагментация

Любимое «лакомство» любого HDD-винчестера - большие файлы: фильмы в формате MKV, большие архивы и образы BlueRay-дисков. Но стоит вам загрузить винчестер сотней-другой мелких файлов, фотографий или MP3-композиций, как считывающая головка и металлические блины приходят в замешательство, в результате чего значительно падает скорость записи.

После заполнения HDD, многократного удаления/копирования файлов, жесткий диск начинает работать медленнее. Это связано с тем, что по всей поверхности магнитного диска разбросаны части файла и когда вы дважды щелкаете мышкой по какому-либо файлу, считывающая головка вынуждена искать эти фрагменты из разных секторов. Так тратится время. Это явление и называется фрагментацией , а в качестве профилактических мер, позволяющих ускорить HDD, предусмотрен программно-аппаратный процесс дефрагментации или упорядочивания таких блоков/частей файлов в единую цепочку.

Принцип работы SSD кардинально отличается от HDD, а любые данные могут записываться в любой сектор памяти с дальнейшим моментальным считыванием. Именно поэтому для накопителей SSD дефрагментация не нужна.

Надежность и срок службы

Помните главное преимущество SSD-накопителей? Верно, отсутствие движущихся элементов. Именно поэтому вы можете использовать ноутбук с SSD в транспорте, по бездорожью или условиях, неизбежно связанных с внешними вибрациями. На стабильности работы системы и самого накопителя это не скажется. Хранящиеся на SSD данные не пострадают даже в случае падения ноутбука.

У HDD все с точностью наоборот. Считывающая головка располагается всего в нескольких микрометрах от намагниченных болванок, и поэтому любая вибрация может привести к появлению «битых секторов» - областей, которые становятся непригодными для работы. Регулярные толчки и неосторожное обращение с компьютером, который работает на базе HDD, приведет к тому, что рано или поздно такой винчестер попросту, говоря на компьютерном жаргоне, «посыпется» или перестанет работать.

Несмотря на все преимущества SSD, у них есть тоже весьма существенный недостаток - ограниченный цикл использования. Он напрямую зависит от количество циклов перезаписи блоков памяти. Другими словами, если вы ежедневно будете копировать/удалять/вновь копировать гигабайты информации, то очень скоро вызовите клиническую смерть своего SSD.

Современные SSD-накопители оснащены специальным контроллером, который заботится о равномерном распределении данных по всем блокам SSD. Так удалось значительно повысить максимальное время работы до 3000 – 5000 циклов.

Насколько долговечен SSD? Просто взгляните на эту картинку:

А потом сравните с гарантийным сроком эксплуатации, который обещает производитель конкретно вашего SSD. 8 – 13 лет для хранения, поверьте, не так и плохо. Да и не стоит забывать о том прогрессе, который приводит к постоянному увеличению емкости SSD при неизменно снижающейся их стоимости. Думаю, через несколько лет ваш SSD на 128 ГБ можно будет отнести к музейному экспонату.

Форм-фактор

Битва размеров накопителей всегда была вызвана типом устройств, в которых они устанавливаются. Так, для стационарного компьютера абсолютно некритична установка как 3.5-дюймового, так и 2.5-дюймового диска, а вот для портативных устройств, вроде ноутбуков, плееров и планшетов нужен более компактный вариант.

Самым миниатюрным серийным вариантом HDD считался 1.8-дюймовый формат. Именно такой диск использовался в уже снятом с производства плеере iPod Classic.

И как не старались инженеры, построить миниатюрный HDD-винчестер емкостью более 320 ГБ им так и не удалось. Нарушить законы физики невозможно.

В мире SSD все намного перспективнее. Общепринятый формат в 2,5-дюйма стал таковым не из-за каких-либо физических ограничений с которыми сталкиваются технологии, а лишь в силу совместимости. В новом поколении ультрабуков от формата 2.5‘’ постепенно отказываются, делая накопители все более компактными, а корпуса самих устройств более тонкими.

Шум

Вращение дисков даже в самом продвинутом HDD-винчестере нераздельно связано с возникновение шума. Считывание и запись данных приводят в движение головку диска, которая с безумной скоростью мечется по всей поверхности устройства, что также вызывает характерное потрескивание.

SSD-накопители абсолютно бесшумны, а все происходящие внутри чипов процессы проходят без какого-либо сопутствующего звука.

Итог

Подводя итог сравнения HDD и SSD, хочется четко определить основные преимущества каждого типа накопителей.

Достоинства HDD: емкие, недорогие, доступные.

Недостатки HDD: медленные, боятся механических воздействий, шумные.

Достоинства SSD: абсолютно бесшумные, износоустойчивые, очень быстрые, не имеют фрагментации.

Недостатки SSD: дорогие, теоретически имеют ограниченный ресурс эксплуатации.

Без преувеличения можно сказать, что одним из самых эффективных методов апгрейда старенького ноутбука или компьютера остается установка SSD-накопителя вместо HDD. Даже при самой свежей версии SATA можно добиться троекратного прироста производительности.

Привет друзья! Как говорили на Руси: "Всякий купец свой товар хвалит" и сколько бы Вы не читали различных статей про твердотельные накопители SSD, одинакового мнения вряд ли встретите. Кто-то чего-то начитался и решил купить твердотельный накопитель Samsung, кто Toshiba, а другие решили во что бы то ни стало приобрести SSD OCZ Vertex или Kingston .

Около полутора года назад мы с друзьями твёрдо решили купить по твердотельному накопителю SSD, у всех же они есть, а у нас нет. Товарищи попросили меня произвести тесты различных SSD и выбрать самый хороший.

Твердотельные накопители покупают не особо хорошо, поэтому продавцы компьютерных товаров много их не возят, дабы не лежали мёртвым грузом на складе. Вот и мы тоже поступаем также, поэтому в моём распоряжении оказались лидеры продаж SSD на тот момент. Самый недорогой из всей компании оказался SSD Silicon Power V70, тест которого я оставил на потом.

В своих тестах я особо не изощрялся, установил на каждый SSD операционную систему, затем сравнил SSD и обычный HDD в тестовых программах CrystalDiskMark и AS SSD Benchmark. Особо доказывать, что SSD лучше обычного HDD мне никому не пришлось. Винда установленная на твердотельный накопитель SSD грузилась за 4 секунды, тестовые программы CrystalDiskMark и AS SSD Benchmark показывали полное превосходство SSD над обычным HDD в 3-4 и даже 5 раз.

Все тесты я производил в торговом зале и информация была доступна покупателям, короче все тестовые SSD разобрали, к тому же тот день был хорошим для продаж и даже на витрине не осталось ни одного SSD, ну думаю, остался я без твердотельного накопителя! И тут я вспомнил про SSD Silicon Power – V70. В принципе, я знал этого неплохого производителя из Тайваня, но всё же хотелось чего-то другого, например Crucial или Plextor!

Решил я его тоже протестировать под конец рабочего дня и после тестов немного удивился, V70 оказался знатным твердотельным накопителем ничем не уступающим другим SSD протестированным и проданным мною днём. А программа SiSoftware Sandra вообще присудила ему первое место.

В течении года, где он у меня только не работал: и на ноутбуке и на разных стационарных системных блоках и вместо флешки я его таскал в кармане и на пол ронял, но ничего, до сих пор работает нормально.

Ну да ладно, хватит болтовни, перехожу к самому основному в статье, ответам на Ваши вопросы по твердотельному накопителю и в конце статьи приведу некоторые тесты доказывающие - SSD для установки операционной системы это то, что доктор прописал.

ВСЕ ваши вопросы касающиеся твердотельных накопителей SSD.

1. Каково внутреннее устройство SSD? На основе какой флэш-памяти NAND: SLC, MLC или TLC покупать SSD?

2. Какого производителя SSD предпочесть?

3. На самом ли деле срок службы твердотельного накопителя SSD сильно ограничен? Через сколько лет использования мой SSD выйдет из строя?

4. Грозит ли пользователю потеря всех записанных данных в случае превышения ресурса микросхем памяти?

5. Стоит ли, для продления жизни SSD, отключать гибернацию, файл подкачки, восстановление, службу индексирования диска, дефрагментацию диска, технологию Prefetch, переносить кэш браузера и каталог временных файлов на другой жёсткий диск и так далее ?

6. Насколько быстрее SSD обычного жёсткого диска?

Сравниваем разные SSD по производительности

Важно знать не только среднюю скорость последовательного чтения и записи на SSD, но и замалчиваемую всеми производителями SSD - скорость случайной записи блоками по 512 кб и 4 кб! Дисковая активность у большинства пользователей происходит в основном в таких областях!

При сравнении SSD различных производителей в программе AS SSD Benchmark мы можем увидеть такой результат, например:

Мой SSD Silicon Power V70 показал:

Скорость последовательного чтения и записи 431 МБ/с (чтение), 124 МБ/с (запись)

Скорость в чтении и записи блоками 4 Кб , получилась 16 МБ/с (чтение), 61 МБ/с (запись)

SSD другого производителя . Как видим, высокая (выше чем у моего SSD) скорость последовательного чтения и записи 484 МБ/с (чтение), 299 МБ/с (запись), но есть проседание в чтении/записи блоками 4 Кб , а именно 17 МБ/с (чтение), 53 МБ/с (запись) .Это значит, данный SSD не быстрее моего , хотя на коробке этого SSD могут красоваться цифры 500 МБ/с.

Тест SSD в программе SiSoftware Sandra

Мой твердотельный накопитель занял первое место среди похожих моделей

SSD (solid state drive, накопитель на твёрдотельной памяти, твёрдотельный накопитель — рус.) — накопитель информации, основанный на чипах энергонезависимой памяти, которые сохраняют данные после отключения питания. Являются относительно новым видом носителей информации, а первое проявление и развитие, чипы энергонезависимой памяти получили от Flash накопителей и обычной RAM памяти.

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

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

Существуют гибридные версии SSD и HDD накопителей.

Они включают магнитные пластины для большого объёма хранимой информации и небольшой по объёму SSD накопитель в одном корпусе. Самые часто использующиеся данные хранятся в SSD накопителе и обновляются по мере их актуальности из блока HDD . При обращении за этими данными, они считываются с высокой скоростью из твёрдотельной памяти не обращаясь к более медленным магнитным пластинам.

Из чего состоят SSD накопители .

* на примере NAND памяти

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

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

Память.

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

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

В большинстве SSD накопителей используется дешёвая — память, которая может вмещать в одну ячейку более одного бита . Это очень результативно сказывается на цене готового изделия и способствует популяризации данных накопителей. Но есть у MLC памяти и большие недостатки. Это низкая долговечность ячеек и более низкая скорость записи и чтения, чем у накопителей на основе .

SLC записывают только один бит в ячейку и это обеспечивает до 10 раз лучшую долговечность и до 2-х раз более высокую скорость в сравнении с MLC . Есть и один недостаток — цена накопителей на SLC памяти примерно в два раза выше чем цена накопителей на MLC памяти. Это обусловлено большими затратами на производство, а в особенности потому, что чипов SLC того же объёма, требуется в среднем в два раза больше для достижения того же объёма в сравнении с MLC .

Контроллёр SSD.

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

Функции современного SSD контроллёра:

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

Все контроллёры памяти нацелены на параллельно подключенную NAND память. Так как шина памяти одного чипа очень мала (максимум 16 бит ), используются шины многих чипов подключенных параллельно (аналогия RAID 0 ). К тому же, отдельно взятый чип отнюдь не обладает отличными характеристиками, а наоборот. Например высокую задержку ввода-вывода. Когда чипы памяти параллельно объединены, эти задержки скрываются, распределяясь между ними. Да и шина растёт пропорционально каждому добавленному чипу, вплоть до максимальной пропускной способности контроллёра.

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

Кэш память.

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

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

Интерфейсы для подключения SSD.

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

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

Преимущества и недостатки SSD накопителей в сравнении с HDD.

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

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

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

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

В твёрдотельных накопителях применяется команда (инструкция) TRIM для увеличения скорости записи. Совместно с некоторыми микроконтроллёрами, TRIM позволяет добиться и небольшого увеличения скорости чтения. Все твурдотельные накопители, которые выпускаются с 2012 года имеют поддержку TRIM . В более ранних, для включения данной инструкции может потребоваться прошивка новой микропрограммой. В большинстве случаев, при прошивке все данные безвозвратно удаляются.

SSD накопители ещё совсем новое поколение накопителей информации и они не являются сбалансированными во всех отношениях продуктами. Тем не менее, для энтузиастов, клиентов корпоративного класса и использования в серверных системах они выгодно отличаются по показателю производительности, что может быть решающим фактором к покупке. Новый виток эволюции , твёрдотельные накопители получат с массовым производством чипов памяти Ferroelectric RAM (FRAM , FeRAM ). Это позволит повысить уровень долговечности ячеек SSD накопителей.

Но не факт что за SSD накопителями будущее. Каждый новый техпроцесс, как показала практика, уменьшает скорость чтения/записи и увеличивает количество возникающих ошибок, которые тоже нужно убирать с помощью системы коррекции ошибок в ущерб производительности. Причём для SLC этот показатель приемлем, но вот с MLC и TLC (triple level cell ) всё очень и очень печально. С каждым новым поколением, без значительных новых прорывов, скорость будет падать. А к 4 нм, опустится практически до уровня HDD 2012 года.

В последнее время все большей популярностью стали пользоваться SSD или твердотельные накопители. Как работают твердотельные накопители, какими достоинствами они обладают, и всегда ли SSD лучше, чем накопитель на жестких магнитных дисках?

Устройство SSD

SSD - это энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство, работающее на основе микросхем памяти. По своему внутреннему устройству твердотельный накопитель не многим отличается от обычной флешки. Информация в нем хранится в нескольких блоках флеш-памяти, для кеш-памяти используется микросхема DDR DRAM, а управляет процессом чтения записи и структурой размещения данных SSD-контроллер.

Как работает SSD

Принцип работы твердотельного накопителя несколько иной, чем у накопителя на жестких магнитных дисках, то есть HDD. При считывании информации в винчестере сначала происходит вычисление местонахождения блока данных, потом блок магнитных головок перемещается к нужной дорожке, а затем уже происходит собственно сам процесс считывания. А если запрашиваемые файлы фрагментированы и находятся в разных секторах винчестера, то процесс считывания данных сильно замедляется. В SSD-накопителях за счет отсутствия движущихся частей считывание информации происходит значительно быстрее – после вычисления контроллером адреса нужного блока доступ к данным предоставляется практически моментально.

Преимущества SSD

Популярность SSD на современном рынке объясняется рядом весомых преимуществ, которым обладают данные накопители.

• Высокая скорость чтения и записи, которая в разы превышает средние показатели большинства HDD-накопителей.
• Лучшая, чем у HDD, производительность. Показатель IOPS (количество операций ввода-вывода в секунду) у SSD значительно выше, чем у накопителей на жестких магнитных дисках.
• Относительно низкое энергопотребление.
• В твердотельных накопителях нет никаких движущихся деталей, за счет чего достигается полное отсутствие шума и вибрации.
• SSD менее чувствительны к механическим воздействиям и внешним электромагнитным полям (благодаря отсутствию магнитных дисков).
• Твердотельные накопители обладают более широким диапазоном рабочих температур.
• У SSD сравнительно низкое тепловыделение, что способствует улучшению производительности как самого накопителя, так и системы в целом.

Недостатки SSD

К сожалению, при всех своих достоинствах, твердотельные накопители не лишены и недостатков, некоторые из которых могут показаться весьма существенными.

• Главная проблема SSD-накопителей – это ограниченное количество циклов перезаписи, от 10 000 в недорогих моделях SSD до 100 000 циклов в SSD с более дорогостоящим типом памяти. И хотя производители твердотельных накопителей пытаются бороться с данным недостатком, например, применяя схемы балансировки нагрузки и заменяя DRAM-память кеш-памятью, сделанной по технологии FRAM, однако проблема износа SSD по-прежнему остается актуальной.
• Второй недостаток SSD-дисков – высокая стоимость. Из-за применения инновационных технологий цена на твердотельный накопитель значительно превышает цену HDD-диска с таким же объемом и сходными характеристиками. Кроме того, стоимость SSD прямо пропорционально зависит от его емкости, тогда как цена жесткого диска далеко не всегда напрямую зависит от объема его памяти.
• После очистки SSD-накопителя с применением команды TRIM восстановление удаленных данных не представляется возможным, даже с применением специализированных утилит. Впрочем, для тех, кому нужно удалить с диска конфиденциальную информацию, данная особенность является скорее преимуществом.
• Также невозможно восстановить данные с твердотельного диска после резкого скачка напряжения. Поскольку в SSD-дисках микросхемы памяти находятся на одной плате с контроллером, то при перепадах в сети, как правило, сгорает и контроллер и память, тогда как в HDD в аналогичных ситуациях сгорает лишь плата контроллера диска.

Оптимизация SSD

Для того, чтобы твердотельный накопитель прослужил дольше, необходимо соблюдать некоторые рекомендации:

• Желательно отключить все функции, которые подразумевают в своей работе частое обращение к данным на диске. Сюда относится дефрагментация (на SSD она вообще не нужна), индексирование файлов Windows и функция Prefetch. Также можно отключить гибернацию, что освободит немного места на диске и поможет уменьшить число обращений к памяти SSD.
• Лучше всего иметь в компьютере два диска: HDD и SSD. На SSD можно хранить системные и программные файлы, а также игровые приложения (для прироста производительности, разумеется), а HDD – использовать для хранения пользовательских данных (документов, фильмов, фотографий и так далее). При этом папки с временными файлами и кешем браузера лучше перенести на HDD. Туда же можно поместить и файл hiberfil.sys.
• По возможности следует избегать полного заполнения пространства раздела твердотельного накопителя. Последние 10-20% свободного места SSD рекомендуется оставлять пустыми, так как функции TRIM необходимо пространство для перегруппировки данных, и полное заполнение диска может отрицательно сказаться на его производительности.

Сегодня мы с Вами разберем основные моменты и принципы функционирования технологии твердотельных SSD дисков. Как Вы помните, в мы проводили сравнительное тестирование одного SSD и двух HDD дисков. Рассматривали, как он выглядит изнутри и из каких основных блоков состоит.

Также - перечислили основные достоинства данной технологии, а сейчас рассмотрим недостатки, которые присущи ей на данный момент. Представим основные из них в виде списка:

1. Высокая (относительно HDD дисков) стоимость хранения данных, т.е. - меньшую емкость диска мы получаем за большие деньги
2. Большая уязвимость (относительно устройств с магнитным принципом записи) к электрическим помехам и проблемам энергоснабжения (внезапное отключение энергии, магнитные поля, статическое электричество)
3. Нельзя полностью заполнять диск (15-20% пространства должно быть свободным)
4. Срок службы носителя ограничен определенным количеством циклов записи его ячеек

Но давайте - по порядку! Начнем с того, что такое SSD диск и каков принцип его работы?

Это - твердотельный накопитель, в котором вместо традиционных пластин , покрытых ферромагнитным слоем, используются чипы NAND флеш памяти.

NAND память это - эволюция флеш-памяти, чипы которой имели намного меньшее быстродействие, долговечность и конструктивно выглядели более массивными.

Возможно Вам будет интересно, что флеш-память были разработана в одном из подразделений компании «Toshiba» в 1984-ом году. Первый же коммерческий чип на основе данной разработки в 1988-ом году выпустила «Intel». А уже через год (в 1989-ом) та же «Toshiba» представила новый тип флеш-памяти - NAND.

На данный момент есть три основных варианта (модификации) NAND памяти:

• SLC (одноуровневая - Single Level Cell)
• MLC (двухуровневая - Multi Level Cell)
• TLC (трехуровневая - Three Level Cell)

Самыми дорогими и надежными решениями являются устройства на SLC чипах. Почему? Они позволяют в каждой ячейке памяти хранить только один бит информации. В отличие он них, MLC и TLC чипы могут хранить два и три бита соответственно. Это стало возможным за счет использования разных уровней электрического заряда на затворах ячеек памяти.

Схематично это можно изобразить вот так:

Подобная многоуровневая структура позволяет резко увеличить емкость чипов при том же их физическом объеме (в итоге каждый гигабайт получается дешевле). НО! Ничего бесплатно не дается! Поэтому у MLC и TLC чипов резко сокращается срок их "жизни", который напрямую связан с количеством циклов перезаписи их ячеек.

Для SLC это - 100 000 циклов стирания/записи, для MLC - 10 000, а для TLC - всего 5 000. Такое снижение надежности связано с постепенным разрушением диэлектрического слоя плавающего затвора ячейки из за малого резерва изменения его состояния под действием электрического тока. Плюс в силу того, что с каждым новым уровнем усложняется задача безошибочного распознавания уровня электрического сигнала, а значит - увеличивается общее время поиска нужной ячейки с данными, повышается вероятность возникновения ошибок чтения.

Для борьбы с описанными выше явлениями, производителям приходится разрабатывать специализированные высокоинтеллектуальные микроконтроллеры управления для SSD дисков, которые, кроме процедур ввода-вывода, должны записывать информацию на носитель так, чтобы микросхемы его флеш-памяти изнашивались равномерно и контролировать этот износ, балансируя нагрузку, также - проводить коррекцию ошибок и т.д.

Именно контроллер является слабым местом , так как он более чувствителен к проблемам с питанием и повреждение микропрограммы (прошивки), находящейся в нем, может привести к полной потере всех данных пользователя. А их корректное восстановление - еще более трудозатратная операция, чем в случае с HDD дисками. В силу того, что данные разбросаны по разным чипам памяти и необходимо корректно восстановить первоначальную их структуру, а это бывает не просто.

Поэтому производители SSD накопителей регулярно обновляют прошивки своих дисков и выкладывают их для свободного скачивания, дорабатывая и улучшая алгоритмы работы устройства и предупреждая потерю данных в случае аварийной ситуации.

С износом MLC ячеек памяти производители борются еще и методом, хорошо зарекомендовавшим себя в дисках с магнитным принципом записи: резервируя часть их объема (10-20%) для динамической замены изношенных ячеек. В случае HDD эта область служит для замены .

Но и мы, как пользователи, можем помочь нашему SSD накопителю в холостую не растрачивать свой ограниченный ресурс "жизни" и настроить операционную систему таким образом, чтобы минимизировать ненужные обращения к диску.

Я покажу общие принципы того, что нужно делать и чего стараться избегать, а Вы уже сами настроите свою систему на оптимальную работу с твердотельным диском.

Например: мы знаем, что операционная система «Windows» во время своей работы активно использует файл подкачки (скрытый системный файл «pagefile.sys»). Что это значит, применительно к износу ячеек SSD накопителя и всему тому, о чем мы говорили выше? А то, что отдельная область системного флеш-диска интенсивно используется (часто перезаписывается какими-то служебными и не нужными нам данными и, по факту, - активно изнашивается)!

Что можно сделать? Правильно! Перенести файл подкачки на другой (не SSD диск), как сделал я, или же, при большом объеме оперативной памяти, вовсе от него отказаться (выставить в «0»)?

Идем дальше: процедура дефрагментации не только не нужна данному типу устройств (скорость доступа у них одинакова для любой ячейки не зависимо от того, где находится конечный файл), но и попросту вредна. По той же причине, что описана выше. Лишние (холостые) обращения к диску только дополнительно снижают его ограниченный ресурс. Значит - выключаем соответствующую службу дефрагментации. Также не лишним будет отключить индексирование файлов, которое нужно для более быстрого поиска, но так ли часто мы им пользуемся?

Принцип, я думаю, Вы уловили. А сейчас я бы хотел показать Вам небольшую программу «SSD Mini Tweaker» (твикер - оптимизатор), которая подобным образом оптимизирует работу SSD накопителя. В ней достаточно проставить нужные нам галочки напротив соответствующих пунктов и нажать кнопку "Применить изменения".

Компьютер перезагрузится и изменения вступят в силу. Программа замечательна тем, что имеет русский интерфейс и подробную справку на русском же. Так что, в любой момент Вы можете подробно ознакомиться с той функцией, которую собираетесь отключить или оставить задействованной.

Загрузить утилиту можно . В архиве - версии для 32-х и 64-х разрядных систем и файл справки на русском.

Коль скоро мы так много времени уделили вопросу оптимального использования диска и износу ячеек его памяти, то не могу не представить Вам еще одну интересную разработку. Программа «SSD Life Pro», основная задача которой - вести учет времени работы диска и сообщать приблизительную дату выхода его из строя.

Что мы тут видим? Запись «FW: 1.00» это - версия прошивки (firmware) диска, ниже показано занятое и свободное место на нем, общее время работы с первого включения и количество пусков. Также обратите внимание на строку TRIM (должен быть активным), это говорит о том, что производительность SSD диска будет оптимальной.

Ниже представлен скриншот работы той же программы, но взятый с сайта ее разработчика. На нем видно, что диск от компании «Intel» корректно передал утилите свои SMART параметры и на основе них утилита отобразила расширенный прогноз его состояния.

Как видите, выход накопителя из строя "назначен" на седьмое ноября 2020-го года:)

Если мы нажмем в верхней части окна программы на ссылку «Как вы это считаете?», то перейдем на сайт разработчика и сможем ознакомиться (на русском), каким именно образом производится подобный расчет?

Программу можете . Если она точно покажет время "жизни" Вашего диска - отпишитесь, думаю, всем читателям будет интересно!

В завершении этой темы, прислушаемся к рекомендации всеми уважаемой фирмы «Intel», которая говорит, что идеальными условиями работы SSD твердотельного диска является его заполненность данными меньше чем на 75% с соотношением статической (редко изменяемой) и динамической (изменяемой часто) информации - 3 к 1 . Не следует использовать последние 10-20% пространства диска, так как они нужны для корректной работы команды «TRIM». Для работы ей нужно свободное пространство для перегруппировки данных (так же, как для функции дефрагментации). Общее правило такое - чем больше свободного места - тем быстрее работает устройство.

На данный момент SSD диск идеально подходит в роли системного раздела, на котором установлена операционная система и программы и - все. Данные и вся работа над ними должна (по возможности) проходить на втором (HDD) диске. Также твердотельные диски могут эффективно использоваться на серверах для кеширования статичных данных.

А сейчас, давайте кратко рассмотрим, почему более дорогие модели SSD твердотельных дисков имеют такие превосходные скоростные качества и чем еще отличаются от своих "младших" собратьев?

Во первых: это - тот же интеллектуальный чип контроллера накопителя, который может быть сконструирован, как многоканальный т.е. - может записывать данные одновременно в каждый чип флеш-памяти диска. В итоге - общая производительность устройства будет равна скорости одной микросхемы памяти, умноженной на количество каналов контроллера. Ну, это если немного упростить ситуацию:)

Также в более дорогих моделях используются дополнительные элементы, напаиваемые на плату. Это может быть, к примеру, ряд конденсаторов, расположенных возле чипа оперативной памяти диска, которые обеспечивают гарантированное сохранение данных из кеш-памяти при сбое в электропитании.

При достижении критической массы сбойных ячеек накопителя, качественно выполненная прошивка чипа может полностью заблокировать SSD диск для функций записи и перевести его в режим "только чтение", что гарантирует сохранность данных пользователя (возможность ) до полного выхода устройства из строя.

И в завершении нашей статьи давайте коснемся еще одной интересной разновидности твердотельный дисков. Это - «RAM SSD» накопители. Что же это такое?

Подобные гибридные устройства используют для хранения информации энергозависимые чипы, полностью идентичные тем, что используются в модулях . Они обладают сверхбыстрой скоростью доступа к данным, скоростью чтения и записи и могут с успехом применяться для ускорения работы больших баз данных и там, где нужно пиковое быстродействие.

Подобные системы оснащаются аккумуляторами для поддержания функционирования при отсутствии электроэнергии, а более дорогие модели - системами резервного копирования, когда данные копируются на HDD носитель.

Вот как может выглядеть подобное устройство, которое определяется операционной системой, как жесткий диск.

А вот - более простой вариант, выполненный в виде платы PCI Express X1

Как видите, принцип работы здесь - тот же самый, но функцию чипов флеш-памяти или "блинов" HDD здесь выполняют обычные модули RAM.

Теперь, как и обещал, пару слов хочу сказать о субъективных ощущениях после использования твердотельного накопителя. Операционная система (Windows 7) загружается и выключается ощутимо быстрее. Это же можно сказать и об установке и запуске программ. Некоторые приложения просто удивляют: «Microsoft Word 2003» "выстреливает" меньше, чем за секунду! Не успеваешь мысленно подготовиться к работе с ним:) Да, быстро, но не ожидайте чего-то феноменального, все таки это не "революция", а - "эволюция" :)

На этом у меня на сегодня - все. До встречи в следующих статьях!

И в самом конце - как выглядит производство чипов NAND памяти: