SSD: бұл не, жұмыс принципі

SSD (Solid State Drive) — классикалық қатты дискілерді (HDD) ауыстыруға келген жинақтағыштың инновациялық түрі. HDD-де ақпарат механикалық бас арқылы оқылатын магниттік дискілерге жазылады. Деректерді сақтау үшін SSD жартылай өткізгіш чиптерді пайдаланады, бұл жоғары жылдамдықты қамтамасыз етеді.

SSD тарихы 1978 жылы басталды, бірақ бұл құрылғылар пайда болғаннан кейін бірден танымал бола алмады. Уақыт өте келе SSD-де қолданылатын жад технологиялары айтарлықтай дамыды. Ерте коммерциялық сәттіліктің тамаша мысалы 1989 жылы шыққан Flashdisk от Toshiba болды. Бұл NAND-жадын қолданатын нарықтағы алғашқы жинақтағыш болды және сол кездегі құны 5000 долларды құрады, бұл бүгінгі күні шамамен 11000 долларға тең.

SSD-дегі жад түрлері

Қазіргі SSD дискілері Nor және DRAM сияқты ескі жад түрлерін алмастыратын NAND-жадына негізделген. Бұл дискілер HDD-ден қозғалатын бөліктердің болмауымен ерекшеленеді, бұл оларды сыртқы әсерлерге төзімді етеді және жұмыс жылдамдығы бойынша жылдамырақ етеді. Деректерді жазу үшін қолданылатын ұяшықтардың түріне байланысты NAND-жадының келесі түрлері ажыратылады:

• SLC (Single Level Cell) - әр ұяшықта 1 бит деректер сақталады;
• MLC (Multi Level Cells) — әр ұяшықта 2 бит деректер сақталады;
• TLC (Triple Level Cells) - әр ұяшықта 3 бит деректер сақталады;
• QLC (Quadruple Level Cells) - әр ұяшықта 4 бит деректер сақталады;

Сондай-ақ 3D NAND технологиясы да бар, мұнда ұяшықтар бір-бірінің үстінде бірнеше қабатта орналасқан, бұл дискінің физикалық өлшемдерін өзгертпестен жад көлемін ұлғайтуға мүмкіндік береді. Бұл деректерді сақтау тиімділігін едәуір жақсартады және SSD жинақтағыштарын көптеген қосымшалар үшін таңдаулы таңдау етеді.

SSD-жадының түрлері арасындағы айырмашылықтар

Қатты күйдегі жинақтағыштар (SSD) құны мен сенімділігі бойынша әртүрлі жад түрлерін пайдаланады. Бұл жадтың әр түрі көтере алатын қайта жазу циклдарының санына байланысты:

• SLC (Single Level Cell) — 100 000-ға дейін қайта жазу циклін ұсынады, бұл оны ең берік және сонымен бірге ең қымбат нұсқасына айналдырады.
• MLC (Multi Level Cells) — құны мен сенімділігі бойынша орташа тауашаны алып, 3000-нан 35000-ға дейін қайта жазу циклін қолдайды.
• TLC (Triple Level Cells) — үнемді таңдау болып табылып, 300-ден 3000-ға дейін циклды қамтамасыз етеді.
• QLC (Quadruple Level Cells) - 150-ден 1000-ға дейін қайта жазу циклдарын ұсынады, бұл оны ең қолжетімді, бірақ ең аз берік етеді.

Өндірісті оңтайландырудың заманауи әдістері әр ұяшықта сақталатын биттер санының артуына қарамастан, NAND-жадының беріктігін едәуір жақсартты. SSD өмірлік циклін бағалау үшін TBW (Total Bytes Written) және MTBF (Mean Time Between Failures) сияқты көрсеткіштерге назар аудару керек.

TBW дискіге тозғанға дейін жазуға болатын деректердің максималды көлемін көрсетеді. Мысалы, TBW 600 ТБ көрсеткіші бар SSD 600 терабайтқа дейін деректерді қайта жаза алады. Сәтсіздіктер арасындағы орташа уақытты көрсететін MTBF, ақпараты аз болса да, дискінің сенімділігін бағалауға көмектеседі.

Ішкі SSD құрылғысы

2.5 дюймдік SSD форматы ұқсас өлшемдегі кәдімгі HDD дискілеріне визуалды түрде ұқсайды. Корпусты ашқан кезде олардың айырмашылығы айқын болады: механикалық компоненттердің орнына микросхемалар жиынтығы бар мөрлік тақшасы орнатылған.

M.2 SSD форматы көбінесе қорғаныс корпусынсыз шығарылады, бұл құрылғының негізгі функционалды элементтеріне әсер етпейді. SSD негізгі компоненттері - бұл жинақтағыштың жұмысын басқаратын контроллері және деректерді сақтайтын жад микросхемалары.

SSD жұмысының негізгі принциптері

Қатты күйдегі жинақтағыш немесе SSD деректерді жазу үшін құрылымдық тәртіпте орналасқан жартылай өткізгіш транзисторларды пайдаланады. SSD жадының түріне байланысты — SLC, MLC, TLC немесе QLC болсын — әр ұяшық заряд күйлері көрсететін әртүрлі деректер биттерін сақтай алады. Логикалық "1" разрядталған күйге, ал "0" зарядталған күйге сәйкес келеді.

Деректерді транзисторлар тізбегі арқылы электр тогын жіберетін контроллер өңдейді, ақпаратты жазу үшін олардың зарядтау күйін өзгертеді. Әрбір ұяшыққа басқару және өзгермелі транзисторлар кіреді, олар арқылы ток өтеді, нәтижесінде электрондар басқару арнасына жетіп, деректерді сақтау үшін оң заряд жасайды.

SSD қосылу нұсқалары

2,5 дюймдік стандартты SSD SATA интерфейстері және оның SATA II және SATA III сияқты вариациялары арқылы қосылады. 2012 жылдан кейін шығарылған құрылғылар әдетте 600 МБ/с дейінгі деректерді беру жылдамдығын қолдайтын SATA III қосқышымен жабдықталған. Алайда, егер SATA III-дегі SSD ескірген қосқышқа қосылған болса, беру жылдамдығы төмендейді, бұл көбінесе ескі жүйелерді жаңарту үшін қолданылады.

M. 2 форматындағы SSD - бұл мамандандырылған M. 2 коннекторы арқылы аналық платаға тікелей бекітілген тар, ұзын карталар. Бұл құрылғылар контактілердегі кілттердің түрі мен санымен ерекшеленетін, SATA және NVMe/PCIe интерфейстерін қолдай алады. M.2 SATA интерфейсі бар SSD 600 МБ/с дейін жылдамдықты қамтамасыз етеді, ал NVMe/PCIe 3.0 нұсқасында 3500 МБ/с, ал 4.0 нұсқасында 4000 МБ/с дейін жетуі мүмкін.

M.2 форматы стандартты ені 22 мм және бірнеше ұзындықта ұсынылған: 2230, 2242, 2260, және 2280, мұнда алғашқы екі сан енді, ал соңғысы жолақтың ұзындығын көрсетеді. Ең танымал - 2280 өлшемі.

SSD контроллерінің түрлері

SSD-дегі контроллер құрылғының барлық аспектілерін, соның ішінде деректерді жазуды, өшіруді және таратуды және ұяшықтардың тозуын басқаруды реттейтін орталық процессор ретінде әрекет етеді. Өндірушіге байланысты контроллерлер келесі сипаттамаларға сәйкес өзгеруі мүмкін:

1. AES шифрлауды қолдау, бұл оларды сенімді және қауіпсіз етеді.
2. Жоғары өнімділік пен қол жетімді баға арасындағы байланыс.
3. Деректерді өңдеудің жоғары жылдамдығын қамтамасыз ету, бұл жинақтағыш құнын арттыруы мүмкін.
4. Жинақтағышты толтырған кезде деректерді беру жылдамдығы төмендеуі мүмкін үнемділік.

SSD функционалдық ерекшеліктері

Қатты күйдегі жинақтағыш немесе SSD белгілі бір торға салынған жартылай өткізгіш транзисторлар негізінде жұмыс істейді. Жад түріне байланысты — SLC, MLC, TLC, немесе QLC — әр ұяшықта зарядтау күйлерінің саны әр түрлі болуы мүмкін, олар әр түрлі деректерді білдіреді: зарядсызданған күй үшін логикалық "1" және зарядталған үшін "0".нного.

Дискіге деректерді жазуды басқару олардың күйін өзгерте отырып, транзисторлар массиві арқылы электр тогын бағыттайтын контроллер арқылы жүзеге асырылады. Әр ұяшықта екі негізгі транзистор бар: басқару және өзгермелі. Ток өзгермелі транзистор арқылы ағып, басқару арнасында өзгерістер тудырады және осылайша деректерді түсіреді.

SSD қосылым нұсқалары және олардың сипаттамалары

SSD жылдамдығының сипаттамалары таңдалған интерфейске байланысты: мысалы, SATA III интерфейсі бар модельдер 600 МБ/с дейін жетеді, ал PCI-Express 3.0 құрылғылары 3500 Мб/с дейін, тіпті PCI-Express 4.0-де 4000 МБ/с дейін жылдамдыққа жете алады. Сонымен қатар, төрт PCIe 4.0 желісін пайдаланған кезде деректер жылдамдығы 7,9 ГБ/с дейін артуы мүмкін.

Нақты SSD өткізу қабілеттілігі контроллердің сапасы, құрылғының уақытша тозуы, толтырылған деректер көлемі, кэш-жадының болуы және басқа техникалық аспектілер сияқты факторларға байланысты өзгеруі мүмкін.

SSD-дегі кэш мәні

SSD-дегі кэш маңызды рөл атқарады, деректерді дискіге соңғы жазбас бұрын уақытша сақтауға мүмкіндік береді, бұл жиі қолданылатын ақпаратқа қол жеткізу процесін едәуір жылдамдатады. Кейбір SSD кэшсіз жұмыс істей алады, дегенмен DRAM немесе SLC-кэшінің болуы жалпы өнімділіктің айтарлықтай жақсаруына ықпал етеді, әсіресе белсенді көп тапсырмада.

SSD артықшылықтары мен ықтимал кемшіліктері

SSD дискілері HDD-ге қарағанда көптеген артықшылықтар береді: деректерді өңдеудің жоғары жылдамдығы, шу мен істен шығуы мүмкін механикалық бөлшектердің болмауы, көптеген енгізу-шығару операцияларын тиімді жүргізу, электромагниттік кедергілерге төзімділік, энергияны аз тұтыну және жылу деңгейінің төмендеуі.

Дегенмен, SSD-де шектеулер бар: қайта жазу циклдарының саны аз болуы мүмкін және мұндай құрылғылардың құны әдетте HDD-ге қарағанда жоғары. Сонымен қатар, TRIM пәрменін қолданғаннан кейін деректерді қалпына келтіру мүмкін емес және дискіні толтыру кезінде өнімділік төмендеуі мүмкін, әсіресе бюджеттік және аз қажет ететін модельдерде.

Ықтимал кемшіліктерге қарамастан, SSD дискілері өнімділікті арттыруды іздейтіндер үшін, соның ішінде бейне өңдеу немесе ойын сияқты үлкен көлемдегі деректерді өңдеуге қатысты тапсырмалар үшін құнды шешім болып табылады.