ДОСТУП к СЕКРЕТАМ
системного
администрирования !
Что именно я получу ?
Количество подписчиков: 6622
ОТЗЫВЫ ПОДПИСЧИКОВ
Последние материалы !
Делаем печатные платы дома
Наложить музыку на видео
Телескоп системы Добсона
Новое занятие для души !
Ремонт камеры наблюдения
Не рабочий ADSL модем

Что такое SSD и принцип его работы


  Сегодня мы с Вами разберем основные моменты и принципы функционирования технологии твердотельных SSD дисков. Как Вы помните, в первой части статьи 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?

Вот так выглядит SSD диск

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

Чипы флеш памяти NAND

  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:

Разные типы технологии флеш памяти
 

  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 твердотельных SSD дисков, 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.

  Рекомендация! Периодически обновляйте "прошивку" (firmware) своего SSD, загружая ее с сайта производителя.

  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 бэд секторов винчестера.

  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".

Окно программы SSD Mini Tweaker
 

  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 с нашего сайта. 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.

  К сожалению, утилита не смогла подсчитать "время жизни" моего диска «Plextor», но показала некоторую другую интересную информацию.
 

Программа SSD Life Pro
 

  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.

Расчет времени жизни винчестера
 

  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 скачать прямо здесь. 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 сделать резервную копию данных) 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 оперативной памяти компьютера. 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.

RAM SSD накопитель
 

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

SSD RAM форм фактора 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: 
 


 


Понравилась статья? Нажмите на кнопки ниже или
оставьте свой комментарий внизу страницы !
 

Спасибо огромное
 :)   !;)

[Ответить]
Александр. К
Молодец. Узнал много нового, спасибо.

[Ответить]
Кахович Андрей
Пожалуйста, Александр. Оставайтесь с нами!

[Ответить]
Александр
Огромное спасибо за очень важную и нужную инфо на сегодняшний день!!!!

[Ответить]
Кахович Андрей
Пожалуйста, Александр. Заходите к нам еще  :)

[Ответить]
Валерий
С удовольствием прочитал,особенно вторая часть поста понравилась

[Ответить]
Кахович Андрей
Приятно! Да, Валерий, теория без практики - мало что значит.

[Ответить]
Сергей
Полезно.интересно.спасибо!

[Ответить]
Кахович Андрей
Пожалуйста, Сергей. Надеюсь эта информация Вам действительно пригодится!

[Ответить]
Владимир
Спасибо, Андрей!
Как всегда, понятным языком и с юморком! Во, блин... каламбур...   !;)

[Ответить]
Кахович Андрей
Спасибо, Владимир! Рад, что статья вдохновила Вас на творчество   !;)

[Ответить]
Виктор
Спасибо Андрей за, столь обстоятельное и подробное описание.

[Ответить]
Кахович Андрей
Пожалуйста, Виктор. Мне было самому интересно изучать этот вопрос   !;)

[Ответить]

Страницы: [1]

Оставить комментарий

Ваше имя:

Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить


Поиск по сайту

ФОРУМ нашего сайта !

Ресурсы по теме !