Jak działają SSDS?
Dobry, dobry dysk twardy dobrze nam służył przez dziesięciolecia. Nadal jest używany z wieloma ulepszeniami pod względem trwałości, prędkości i wielkości. Niestety nadal nie może nadążyć za rosnącym zapotrzebowaniem na szybszą prędkość tego szybkiego pokolenia. Ponadto, pomimo ulepszeń, nadal jest podatny na awarię ze względu na mechaniczny dysku. Z tego powodu opracowano wiele alternatyw dla napędu wirowania; Jednym z nich jest napęd w stanie stałym lub po prostu SSD.
Co to jest SSD?
SSD to oparte na pamięci urządzenie pamięci, które wykorzystuje zintegrowane zespoły obwodów, zamiast ruchomej głowicy odczytu/zapisu, do dostępu do danych i retencji. Większość dysków SSD używa wspomnień flash, niektóre odmiany używają DRAM, a niektóre używają kombinacji obu. SSD nie mają części mechanicznych i dlatego są bardziej odporne na wstrząsy, wytwarzają znacznie mniej hałasu i bardziej trwałe niż tradycyjne HDD. Możesz sobie wyobrazić SSDS jako większą i szybszą wersję dysków USB.
SSD istnieją od lat 50. XX wieku, ale ich wygórowana cena, krótka żywotność i ograniczona pojemność sprawiły, że były niepraktycznym wyborem dla systemów komputerowych. Ich szybszy czas dostępu i niższe opóźnienie niż HDDS nie były jednak pomijane przez producentów. Po licznych innowacjach i znacznych spadkach cen SSD zyskały ogromne rozpoznawanie pod koniec 2000. Chociaż głównie słyszymy o dyskach SSD używanych w komputerach i laptopach, SSD są również używane w innych urządzeniach elektronicznych do przechowywania danych, takich jak telefony komórkowe, karty SD, dyski flash i tablety.
Jak działają SSDS?
SSD to urządzenia półprzewodników zawierające szereg wspomnień NAND Flash, które składają się z tranzystorów. Najbardziej podstawową jednostką w SSD jest komórka. Komórki są zorganizowane w siatce, a siatka składa się z poszczególnych wierszy i kolumn komórek zwanych stroną. Układ całej siatki zawierający strony nazywa się blokiem. Zupełnie przeciwieństwo konwencji, gdy w komórce znajdują się dane, są odczytane jako 0 i jest odczytywane jako 1, gdy są puste. Dane są zapisywane i odczytywane z komórek, dzięki którym dostęp do danych w SSD niemal natychmiast, w przeciwieństwie do mechanizmu wirowania HDD.
Kontroler SSD
Istnieje jeden element w SSDS, który jest najbardziej krytyczny oprócz wspomnień Flash. Kontroler SSD jest wbudowanym procesorem odpowiedzialnym za zarządzanie operacjami danych w ramach SSDS i organizuje dane w blokach komórkowych, zajmując się procesami, takimi jak wyrównywanie zużycia, zbieranie śmieci i wykończenie w ramach SSDS. Służy również jako most między interfejsami wejściowymi/wyjściowymi SSD a wspomnieniami flash. Znaczna część wydajności SSD zależy od wydajności kontrolera, powodów, dla których producenci zachowują techniki kontrolera i architekturę, z których korzystają w opakowaniach, aby utrzymać przewagę nad innymi konkurentami.
Techniki SSD
Jak wspomniano wcześniej, SSD roztacza dane w komórkach, stronach i blokach. Podczas gdy pisanie danych do pustych komórek jest dość proste, nadpisanie danych w komórkach wymaga więcej pracy. Chociaż dane są odczytywane i zapisywane na stronach, można je usunąć tylko w blokach. Nowe dane można zauważyć tylko wtedy, gdy istniejące dane są po raz pierwszy wymazane, gdy komórka jest zajęta. Gdy należy zaktualizować określone komórki w bloku, cały blok musi zostać najpierw skopiowany do pustego bloku przed usunięciem. Dane i zaktualizowane dane można następnie zapisać z powrotem do komórek po usunięciu całego bloku.
Proces pisania w SSD jest określany jako cykle programu/usuwania (cykle PE). Cykl P/E komórek flash jest ograniczony, a po osiągnięciu limitu SSD staje się niewiarygodne i niestabilne. W niektórych przypadkach SSD spowoduje błędy, ale w gorszych przypadkach stanie się bezużyteczne. Częste nadpisanie komórek ostatecznie skróci długość życia SSD. Aby złagodzić ten problem, niektóre techniki są wykorzystywane, aby zapewnić, że komórki błyskowe są równomiernie używane przez cały proces pisania/usuwania.
Zbieranie śmieci
Kolekcja śmieci zasadniczo usuwa pliki oznaczone przez system operacyjny jako usunięty lub zmodyfikowany. Kontroler sortuje strony, które są nadal przydatne i przenoszą je do nowego bloku, pozostawiając za sobą te, które można już usunąć, a następnie usuwa cały blok niepotrzebnych danych.
Wyrównanie zużycia
Kolejną techniką SSD zastosowaną do dystrybucji danych do komórek flash jest równomierna, jest wyrównanie zużycia. Powiedzmy, że mamy bloki a i b. Blok A zawiera pliki, które są stale edytowane lub aktualizowane, co powoduje częste cykle P/E w bloku A. Z drugiej strony blok B zawiera dane, które nie wymagają często edycji ani aktualizacji, takich jak filmy lub zdjęcia. To pozostawia blok B z więcej cykli P/E pozostały niż blok A i ostatecznie spowoduje zużycie bloku A szybciej niż blok B. Wyrównanie zużycia polega na sprawdzeniu liczby kasowania bloków, aby zobaczyć, które bloki są mniej używane i uwolnią te bloki do przyszłego użycia. W blokach A i B W naszym przykładzie poziomowanie zużycia przesunie dane z bloku B do bloku A, pod warunkiem, że jest wystarczająco dużo miejsca, ponieważ blok B jest rzadko zastąpiony. W ten sposób blok B zostanie wykorzystany podczas następnej operacji zapisu. Wyrównanie zużycia wydłuża żywotność SSD, używając wszystkich bloków.
PRZYCINAĆ
Do tej pory możesz już stwierdzić, że SSD przechodzi żmudny i nieefektywny proces tymczasowego kopiowania bloku danych do innego bloku w celu usunięcia stron komórek, a następnie przepisania danych użytecznych z powrotem do bloku. Ten stały cykl zapisu/kasowania powoduje powolną wydajność dysków SSD na dłuższą metę. Polecenie systemu operacyjnego pomaga zmniejszyć liczbę cykli P/E i wydłużyć żywotność SSD.
Polecenie TRIM mówi SSD, które dane są oznaczone jako przestarzałe i można je usunąć. Trim współpracuje z gromadzeniem śmieci w celu sortowania dobrych danych na podstawie nieustannych danych. Jedną wielką zaletą TRIM jest to, że może działać na poziomie strony zamiast na poziomie bloku, co oznacza, że dane można usunąć na stronach zamiast usuwać cały blok.
Wykończenie dotyczy SSD, które używają interfejsu ATA, chociaż inne interfejsy mają również podobne polecenia, choć o innej nazwie. Trim pomaga poprawić wydajność i długowieczność SSD, ale pomimo jego korzyści nie wszystkie dyski SSDS obsługują Trim, ponieważ nie wszystkie systemy operacyjne są zbudowane za pomocą polecenia Trim. Bez wykończenia dysk SSD nie będzie wiedział, że określony obszar zawiera dane, które nie są już konieczne, dopóki dane nie będą musiały ponownie zapisać do tego obszaru. SSD musi najpierw usunąć bezużyteczne dane i przejść przez cykl kasowania, który spowalnia cały proces.
Wniosek
SSD mają obecnie różne współczynniki formularzy w zależności od używanego interfejsu. Ponieważ są zwykle mniejsze niż HDD, zapewniają producentom elastyczność w projektowaniu komputerów. SSD są również szybsze, bardziej stabilne, trwałe i bardziej wydajne niż tradycyjne dysku.