Что такое SSD и принцип его работы. SSD-диск для компьютера. Что такое

Мы попытались разобраться с тем, что же такое SSD-диск и в чем его отличие от классических жестких дисков. Завершая общее описание, остановимся сегодня на форм-факторе накопителей. Размеры SSD не могут быть произвольными, а подчиняются определенным стандартам. Давайте посмотрим, какие они бывают.

Что такое форм-фактор

Это некий свод требований, который должен быть соблюден при производстве того или иного компьютерного компонента. Форм-фактор есть у блоков питания, материнских плат, дисков, корпусов, рассчитанных на установку системных плат того или иного форм-фактора и т. п.

Это гарантирует, что при установке диска, материнской платы или блока питания в корпус все крепежные отверстия, расположение интерфейсных разъемов (для накопителей) будет единым для всех устройств вне зависимости от производителя, модели, функциональных возможностей. Так, материнские платы форм-фактора mATX любого бренда имеют одинаковые габаритные размеры и месторасположение отверстий для прикручивания к корпусу.

Аналогично и для дисков. 2.5-дюймовый накопители, неважно, жесткие диски или SSD, имеют одинаковые внешние размеры, расположение контактов и отверстия для крепежа. Вся разница заключается внутри, в начинке.

В настоящее время используется несколько форм-факторов дисков, причем SSD-накопители предлагают более широкий выбор размеров. Это обусловлено отсутствием движущихся частей и теоретической возможностью выполнения произвольной формы. Естественно, чтобы иметь возможность практического применения, эта «форма» должна быть стандартизована.

Накопители 2.5 дюйма

Ставший уже привычным размер небольших, ноутбучных дисков, соперничающий с традиционными накопителями 3.5 дюйма. Скорее всего, речи о том, что происходит активное вытеснение более крупных дисков компактными аналогами, не идет, но для SSD оптимальным оказался именно размер 2.5 дюйма.

Внешне SDD от HDD отличается разве что весом (SSD существенно легче), да отсутствием каких-либо видимых печатных плат. Это довольно простая, если не сказать, скучная коробочка. Подключение производится к интерфейсу SATA. Учитывая скоростные характеристики твердотельных накопителей, подключение к SATA ниже 3-ей версии не представляется разумным. В данном случае, SSD не раскроет свой потенциал.

Надо сказать, что здесь, фактически, заканчивается аналогия с обычными жесткими дисками. Все остальные вариации – это прерогатива именно SSD-дисков.

Накопители mSATA

Разновидность обычного SATA, отличающегося компактными размерами, из-за чего и сам SSD лишился корпуса, стал совсем маленьким. Это позволило использовать такие емкие доски в компактных компьютерах, а также устанавливать в ноутбуки, в дополнение к обычному жесткому диску, еще один накопитель, в данном случае – SSD.

В частности, на том ноутбуке, на котором я сейчас пишу эти строки, помимо обычного винчестера стоит SSD-диск как раз формата mSATA, который я использую в качестве системного. Даже учитывая, что диск у меня бюджетного класса, скорость работы, загрузки системы, программ увеличилась в разы.

Этот форм-фактор, под разъем mSATA просуществовал недолго, уступив место более перспективному варианту.

Накопители M.2

Пожалуй, самый интересный вариант SSD-дисков. В плюсах – компактность, возможность работать не только на шине SATA, но и существенно более скоростной PCI-Express. Этот разъем сейчас все чаще можно встретить в ноутбуках и системных платах для стационарных компьютеров.

Если при сборке обычного ПК вопрос экономии места не столь актуален, то в случае переносного компьютера возможность использовать маленький, легкий, энергоэффективный и быстродействующий накопитель – благо.

При выборе дисков M.2 возникает небольшая путаница, которая основывается на том, что диск может работать на разных шинах, т. е. использовать SATA или PCI-Express. Поэтому накопители имеют разный ключ, т. е. вырез на контактном разъеме.

Как правило, SSD-диски выпускаются с ключами:

B-ключ. SSD-диски для SATA или PCI-Express x2 интерфейсами. В реальности, такой вариант встречается крайне редко.
M-ключ. SSD-диски под интерфейс PCI-Express x Можно использовать накопители с интерфейсом SATA, который эмулируется. Накопитель с таким ключом нельзя установить в разъем с B-ключом, работающим на шине SATA.
M&B (M+B) ключ. Универсальный вариант для SSD-дисков, работающих на шине SATA. Могут устанавливаться в разъемы как с B-ключом, так и с M-ключом.

Форм-фактор для SSD M.2 регламентируется еще и по длине и ширине. Типичные размеры SSD-дисков – это 22 мм в ширину и в длину размером от 16 до 110 мм. Полный перечень допустимых габаритов в длину: 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80, 110 мм. Наиболее распространенные – 42, 60 и 80 мм.

Это отражается в маркировке SSD-дисков. Так, если указано, что диск M.2 2242, то это значит, что размеры накопителя составляют 22х42 мм. Если M.2 2280, то, соответственно, 22х80 мм. Все просто!

Даже если материнская плата не имеет установленного разъема M.2, то использовать такие диски все равно можно. Многие производители предлагают модели накопителей с переходной платой под разъем PCI-Express. Соответственно, и сам SSD-диск также рассчитан на работу с этой шиной. «Скорострельность» такого диска будет весьма впечатляющей. После него производительность обычного винчестера будет восприниматься удручающей.

К сожалению, есть небольшая ложечка дегтя во всех перечисленных «вкусностях». Компактные размеры SSD-дисков ограничивают емкость накопителя. Это обусловлено количеством микросхем памяти, которые можно разместить на столь небольшой плате. Максимальный объем SSD-накопителя формата M.2 на данный момент не превышает 1 ТБ. Увеличить это значение позволят более емкие чипы памяти, которые несомненно появятся.

Накопители PCIe Add-in Card (AIC)

Это накопители, выполненные в виде вставляемой в PCI-Express слот платы, которые могут быть стандартного или половинного размера как по длине, так и по ширине, что позволяет использовать их в стоечных корпусах 2U. Собственно, такие SSD и относятся к корпоративному классу и предназначены в первую очередь для установки в сервера и СХД (Системы Хранения Данных).

В накопителях используется, как правило, память типа SLC, что само по себе дорого, но надежно и долговечно. Использовать такие диски в обычном домашнем компьютере – роскошь, доступная далеко не каждому. Правда, и надобности в этом особой нет.

Накопители SATA-Express

Найти такие диски практически невозможно. Этот интерфейс планировался на замену старому, доброму SATA с его неторопливыми 600 МБ/с максимальной пропускной способностью. Уж больно было заманчиво использовать более быструю PCI-Express шину. Вот и планировался этот интерфейс, использующий 2 линии PCI-Express, что позволяло бы достигать максимальной пропускной способности в 2 ГБ/с.

Судя по всему, этот интерфейс так и останется одним из этапов, не нашедших реализации, т. к. уже сейчас SSD-диски M.2 могут использовать 4 линии PCI-Express с пиковой пропускной способностью 4 ГБ/с. Для подключения используется специальный кабель.

Накопители U.2

Встречаются и такие SSD-диски. Этот форм-фактор позволяет использовать все достоинства скоростной PCI-Express шины, но не ограничиваться накопителями с разъемом M.2. Внешне напоминают 2.5-дюймовые накопители, но с толщиной до 15 мм. Используются 4 линии PCI-Express.

Выбор таких дисков весьма невелик, и ориентированы они, в основном, на применение в серверах, СХД (системах хранения данных), в датацентрах и т. п. Если же на материнской плате есть разъем M.2 на шине PCI-Express, и есть SSD-диск форм-фактора U.2, то подключить его все же удастся. Существуют переходники M.2 на U.2, что позволит прочувствовать всю мощь такого скоростного накопителя.

На данный момент этот форм-фактор, скорее, дело будущего, и в первую очередь он актуален для серверов.

Накопители для установки в разъем DIMM

Если говорить об экзотике, то существуют и такие размеры SSD-дисков, что они полностью идентичны, совпадают с размерами обычных модулей памяти, и устанавливаются в свободный разъем ОЗУ. Это может быть актуально для специфических серверных платформ с большим количеством разъемов DIMM.

Существуют разные варианты, совмещенные на одном модуле SSD и ОЗУ, или только твердотельный накопитель, вставляемый в разъем для оперативной памяти, получающий от него питание, но данные передаются при помощи обычного SATA-кабеля, подключаемого к модулю и материнской плате или контроллеру.

Для домашних компьютеров это малоинтересно, да и в продаже найти их сложно.

Размеры SSD. Заключение

Итак, если кратко подвести итог, то размеры SSD-дисков, т. е. форм-фактор, определяет физические габариты накопителя, что сказывается и на его характеристиках. Ноутбучный жесткий диск форм-фактора 2.5 дюйма без проблем можно заменить таким же SSD. Он подойдет как по расположению крепежных отверстий, так и разъемов – питания и интерфейсного.

Если в компьютере есть разъем M.2, поддерживающий, например, накопители 2242, 2260 и 2280, то установить подходящий SSD также можно. Главное – не ошибиться в том, какую шину использует этот интерфейс и, соответственно, какой ключ в разъеме. SSD-диск для шины SATA с универсальным ключом M+B можно использовать в любом компьютере с разъемом M.2. Если твердотельный накопитель использует PCI-Express шину, то у него M-ключ, и использовать его можно только в работающем на этой шине разъеме M.2 (также с ключом M).

На данный момент это 2 наиболее распространенных форм-фактора SSD-дисков. Выбор в пользу того или иного варианта обусловливается компоновочными соображениями, необходимостью, стоимостью и рядом других причин.

На этом закончим с про размеры SSD-дисков, и в следующей статье полезем во внутренности. Будем разбираться с , которые используются в этих накопителях, какие они бывают, чем различаются, в чем достоинства и недостатки.

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.

На замену магнитным жёстким дискам приходят твёрдотельные накопители, сокращённо – SSD (Solid State Drive). И хоть в сокращении упоминается слово drive – "диск", новые устройства хранения информации трудно назвать дисками, так как в них нет ничего напоминающего диск.

Давайте разберёмся в том, чем хороши твёрдотельные накопители (SSD) и чем они отличаются от всем нам знакомых жёстких магнитных дисков – HDD.

Преимущества SSD перед HDD.

Самым главным преимуществом SSD перед HDD является то, что их быстродействие куда выше, чем "классических" винчестеров. Дело в том, что SSD используют совсем иную технологию записи, хранения и считывания информации. Технология позаимствована у флэш-памяти, поэтому SSD можно назвать специализированной флэшкой большой ёмкости.

Второе преимущество SSD – это отсутствие движущихся частей и деталей. Ни для кого не секрет, что магнитные жёсткие диски очень чувствительны к вибрационным нагрузкам, особенно в рабочем состоянии. Случайное падение и с HDD можно распрощаться навсегда. Также нередок выход из стоя привода, который крутит те самые магнитные "блины". Механические детали – это ахиллесова пята любого высокотехнологичного устройства.

Так как в SSD попросту нет движущихся частей и деталей, то устойчивость их к вибрации и ударам значительно выше, чем обычных HDD.

Третьим и немаловажным для портативной техники качеством SSD является их малый вес . Если на одну ладонь положить 2,5” SSD, ёмкостью, например, 128Gb, а на другую ладонь 2,5” HDD на 180Gb, то твёрдотельный накопитель покажется вам просто "пушинкой". Они невероятно лёгкие.

Четвёртым преимуществом SSD перед HDD является то, что они расходуют меньше энергии , а рабочая температура их намного ниже.

Вот, пожалуй, и все качественные отличия SSD от HDD.

Устройство SSD-диска.

Вот так выглядит среднестатистический SSD-диск. Естественно, в продаже имеются модели в бескорпусном исполнении. Наиболее распространены SSD-накопители форм-фактора 2,5".

Рядовой твёрдотельный накопитель представляет собой печатную плату с установленным на ней набором микросхем. Этот набор состоит из микросхемы NAND-контроллера и, собственно, микросхем NAND-памяти .

Площадь печатной платы твёрдотельного накопителя используется по-полной. Большую её часть занимают микросхемы NAND-памяти.

Как видим, в SSD-накопителе нет никаких механических частей и дисков – только микросхемы. Не зря в последнее время SSD всё чаще называют "электронными" дисками.

Типы памяти в SSD.

Теперь, когда мы разобрались с устройством SSD-накопителей, давайте поговорим о них более детально. Как уже говорилось, рядовой SSD состоит из двух взаимосвязанных частей: памяти и контроллера.

Начнём с памяти.

Для хранения информации в SSD используется NAND-память, которая состоят из огромного количества MOSFET-транзисторов с плавающим затвором. Их ещё называют ячейками (памяти). Ячейки объединяются в страницы по 4 кБайта (4096 байт), затем в блоки по 128 страниц, а далее в массив по 1024 блока. Один массив имеет объём 512 Мбайт и управляется отдельным контроллером. Такая многоуровневая модель устройства накопителя наносит определённые ограничения на его работу. Так, например, стирать информацию можно только блоками по 512 кБайт, а запись возможна только по 4 кБайт. Всё это приводит к тому, что записью и чтением информации с микросхем памяти руководит специальный контроллер.

Тут стоит отметить, что от типа контроллера зависит многое: скорость чтения и записи, устойчивость к сбоям, надёжность. О том, какие контроллеры используются в SSD, мы поговорим чуть позднее.

В SSD применяются три основных типа NAND-памяти: SLC, MLC и TLC. В памяти типа SLC (Single-Level Cell ) используются одноуровневые транзисторы. Это значит, что один транзистор может хранить 0 или 1. Одним словам, такой транзистор может запомнить только 1 бит информации. Маловато будет, не так ли?

Тут головастые мужики "почесали репу" и придумали, как транзистор-ячейку сделать 4-ёх уровневым. При этом каждый уровень представляет 2 бита информации. То есть на одном транзисторе можно записать одну из четырёх комбинаций 0 и 1, а именно: 00 , 01 , 10 , 11 . То есть 4 комбинации, против 2 у SLC. В два раза больше, чем на SLC-ячейках! И назвали они их многоуровневыми ячейками – MLC (Multi-Level Cell ).

Таким образом, на одном и том же количестве транзисторов (ячеек) можно записать в 2 раза больше информации, чем, если бы применялись SLC-ячейки. Это существенно удешевляет конечный продукт.

Но у MLC-ячеек есть существенные недостатки. Срок жизни таких ячеек меньше, чем у SLC и составляет в среднем 100000 циклов. У SLC-ячеек этот параметр составляет 1000000 циклов. Также стоит отметить, что время чтения и записи у MLC-ячеек больше, что уменьшает быстродействие твёрдотельного накопителя.

Так как технологии хранения информации на твёрдотельных носителях очень быстро развиваются, то, возможно, всё, о чём вы здесь узнали, уже считается морально устаревшим.

Например, когда ещё писалась эта статья, в продаже лидировали SSD-диски, изготовленные по технологии MLC. Но, сейчас их практически вытеснили SSD-накопители с памятью типа TLC – трёхуровневых ячеек (Triple-Level Cell ). Память TLC имеет 8 уровней, а, следовательно, каждая ячейка может хранить уже 3 бита информации (000, 001, 011, 111, 110, 100, 101, 010).

Сравнительная таблица типов флэш-памяти: SLC, MLC и TLC.

Из таблицы видно, что чем больше уровней используется в ячейке, тем медленнее работает память на её основе. TLC-память явно проигрывает, как по скорости, так и по "времени жизни" - циклам перезаписи.

Да, кстати, в USB-флэшках уже давно используется TLC-память, которая хоть и быстрее "изнашивается", но и стоит гораздо дешевле. Именно поэтому стоимость USB-флэш и карт памяти неуклонно снижается.

Несмотря на то, что SSD-диски выпускают различные компании под своим брендом, NAND-память многие покупают у небольшого количества её производителей.

Производители NAND-памяти:

Intel/Micron ;

Toshiba/SanDisk ;

Samsung .

Таким образом, мы узнали, что SSD-диски бывают с тремя разными типами памяти: SLC, MLC и TLC. Память на основе SLC-ячеек более быстрая и долговечная, но дорогая. Память на MLC-ячейках заметно дешевле, но обладает меньшим ресурсом и быстродействием. В широкой продаже можно найти только SSD-диски на основе флэш-памяти типа MLC и TLC (на момент редактирования статьи). Диски с SLC-памятью практически не встречаются.

Память 3D XPoint и накопители Intel Optane.

Стоит отметить и то, что с недавних пор в продаже появились накопители, которые основаны на новом типе энергонезависимой памяти 3D XPoint (читается, как "три ди кросс-поинт"). На базе 3D XPoint корпорация Intel выпускает твёрдотельные накопители под брендом Intel Optane. Разработкой нового типа памяти занимались две компании Intel и Micron.

3D XPoint – это принципиально новый тип энергонезависимой памяти, в отличие от NAND-памяти, которая известна аж с 1989 года.

3D XPoint обладает большей скоростью чтения-записи, так как доступ к ячейке происходит напрямую. Как утверждается, в памяти 3D XPoint вообще нет транзисторов, а каждая ячейка способна сохранять 1 бит информации. Благодаря прямому доступу отпадает надобность в сложных контроллерах, которые просто необходимы в накопителях NAND с многоуровневыми транзисторами (MLC, TLC). Кроме этого ресурс (износостойкость) данной памяти гораздо выше, чем у NAND, в которой имеется такой базовый дефект, как утечка электронов из ячеек.

Так как быстродействие накопителей Intel Optane превосходит возможности интерфейса SATA, то их, как правило, производят в форм-факторах M.2 , а также в виде твёрдотельного накопителя под слот PCI Express (PCI-E AIC (add-in-card )). Для работы с подобными накопителями используется новый интерфейс NVMe , который приходит на смену SATA.

Контроллеры SSD накопителей.

На момент написания статьи наибольшее распространение получили следующие контроллеры:

Об установке Windows на SSD.

Устанавливать Windows XP на SSD не рекомендуется, так как эта операционная система не заточена под работу с SSD. В Windows 7, 8 и 10 поддержка SSD полностью присутствует. Правда, для более долговечной и "правильной" работы SSD с системой Windows 7 рекомендуется провести проверку/настройку некоторых параметров этой ОС.

Продолжаем разбираться с жёсткими дисками. И сейчас поговорим об SDD.

Что такое SSD

SSD диск - компьютерное не механическое запоминающее устройство, состоящее из микросхем памяти и микроконтроллера. Происходит от английского Solid State Drive, что в буквальном переводе означает – твердотельный накопитель.
В этом определении каждое слово имеет смысл. Не механическое устройство означает, что в нем нет механических частей – внутри ничего не движется, не жужжит и не шумит. Как следствие - ничего и не стачивается, не изнашивается. Поскольку SSD диски пришли на смену традиционным механическим, то это свойство очень важно. Старым дискам были страшны вибрации во время работы, твердотельным накопителям – нет.
Микросхемы памяти используются для хранения информации. Контроллер на диске позволяет получать данные из ячеек памяти и записывать в них, передавая данные на общий интерфейс компьютера, вне зависимости от специфики работы памяти носителя. Гигантская флешка – вот что такое SSD диск, может показаться на первый взгляд, но только с кучей бесполезных компонент.

Для чего нужен SSD

В любом компьютере SSD идет на замену обычным HDD. Он работает быстрее, имеет маленькие габариты и не издает звуков. Высокая скорость загрузки приложений и операционной системы повышает комфортность в работе с ПК.
Что такое SSD в ноутбуке, где каждый ватт энергии на счету? Разумеется, в первую очередь – это очень экономный носитель информации. Он способен работать с зарядом аккумулятора дольше. К тому же у него очень небольшие размеры, что позволяет включать SSD в самые компактные аппаратные конфигурации.

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.

Как работает SSD диск

Принцип работы SSD диска основан на специфике работы ячеек памяти. Больше всего распространена сейчас память типа NAND. Обработка данных осуществляется блоками, а не байтами. Ячейки памяти имеют ограниченный ресурс циклов перезаписи, то есть чем чаще данные пишутся на диск, тем быстрее он выйдет из строя.
Чтение данных выполняется очень быстро. Контроллер определят адрес блока, который нужно считать, и обращается к нужной ячейке памяти. Если в SDD диске читается несколько непоследовательных блоков, то это никак не сказывается на производительности. Просто происходит обращение к другому блоку по его адресу.
Процесс записи данных сложнее и он состоит из ряда операций:
- чтение блока в кэш;
- изменение данных в кэш памяти;
- отработка процедуры стирания блока на энергонезависимой памяти;
- запись блока во флеш-память по адресу, вычисленному специальным алгоритмом.
Запись блока требует нескольких обращений к ячейкам памяти на диске SSD. Появляется дополнительная операция по чистке блока, перед записью. Для того, чтобы ячейки флеш-памяти изнашивались равномерно, контроллер специальным алгоритмом вычисляет номера блоков перед записью.
Операция стирания блоков (TRIM) выполняется SSD дисками во время простоя. Это делается для того, чтобы уменьшить время выполнения записи блока на диск. При записи алгоритм оптимизируется путем удалением этапа стирания: блок просто помечается как свободный.
Операционные системы выполняют самостоятельно команду TRIM, которая приводит к чистке подобных блоков.

Виды SSD дисков

Все SSD диски разделяются на несколько видов в зависимости от того, по какому интерфейсу они подключатся к компьютеру.
- SATA – диски подключаются к компьютеру по тому же интерфейсу, что и обычные HDD. Выглядят они как диски для ноутбуков и имеют размер 2,5 дюйма. Вариант mSATA более миниатюрен;
- PCI-Express – подключаются как обычные видеокарты или звуковые карты в слоты расширения компьютера на материнской плате. Обладают более высокой производительностью и, чаще всего, ставятся на серверах или вычислительных станциях;
- M.2 – миниатюрный вариант чаще PCI-Express интерфейса.
В современных SSD накопителях используется в основном NAND память. По ее типу их можно разделить на три группы, которые появлялись хронологически: SLC, MLC, TLC. Чем новее становилась память, тем ниже становилась надежность ее ячеек. Емкость при этом росла, что помогало снизить себестоимость. Надежность диска целиком зависит от работы контроллера.
Не все производители SSD дисков сами изготавливают флеш-память для своих устройств. Свою память и контроллеры производят: Samsung, Toshiba, Intel, Hynix, SanDisk. Мало кто из пользователей слышал о SSD диске производства Hynix. Известный производитель флеш накопителей Kingston использует память и контроллеры фирмы Toshiba в своих дисках. Samsung сам занимается развитием технологий по производству памяти и контроллеров и комплектует ими свои SSD накопители.

Характеристики SSD

Мы почти разобрались с SSD накопителями, осталось только поговорить о характеристиках. Итак:
- Емкость диска. Обычно эта характеристика указывается величиной не кратной степени двойки. Например, не 256 Гб, а 240. Или не 512 Гб, а 480 Гб. Это связано с тем, что контроллеры дисков резервируют часть флеш-памяти на замену блоков, исчерпавших свой ресурс. Для пользователя такая подмена происходит незаметно и данные он не теряет. Если размер диска составляет величину 480 Гб или 500 Гб, то именно флеш-памяти на диске 512 Гб, просто разные контроллеры резервируют ее разный объем.
- Скорость диска. Почти все SSD накопители имеют скорость: 450 - 550 Мб/сек. Эта величина соответствует предельным скоростям интерфейса SATA, по которому они подключаются. Именно SATA является причиной, по которой производители не пытаются массово увеличивать скорость чтения. Скорость записи в приложениях оказывается существенно ниже. Производитель обычно указывает в характеристиках именно скорость записи на чистом носителе.
- Число микросхем памяти. От числа микросхем памяти напрямую зависит производительность: чем их больше, тем большее число операций может отрабатываться одновременно на одном диске. В одной линейке дисков обычно скорость записи растет с ростом объема диска. Объясняется это тем, что у более емких моделей число чипов памяти больше.
- Тип памяти. Более дорогая и надежная память MLC, менее надежная и дешевая TLC, а также собственная разработка Samsung - «3D-NAND». Эти три вида памяти сейчас чаще всего используются в накопителях. Во многом на современных твердотельных дисках надежность работы зависит от качества работы контроллера.

Практически каждый пользователь уже слышал о твердотельных накопителях, а некоторые даже пользуются ими. Однако, не многие задумывались чем же отличаются эти диски друг от друга и почему SSD лучше HDD. Сегодня мы расскажем в чем различие и проведем небольшой сравнительный анализ.

Область применения твердотельных накопителей с каждым годом расширяется. Сейчас SSD можно встретить практически везде, начиная от ноутбуков и заканчивая серверами. Причиной тому высокая скорость и надежность. Но, давайте поговорим обо всем по порядку, поэтому для начала посмотрим в чем заключается разница между магнитным накопителем и твердотельным.

По большому счету, основное различие заключается в способе хранения данных. Так в HDD используется магнитный способ, то есть, данные записываются на диск путем намагничивания его областей. В SSD вся информация записывается в специальный тип памяти, который представлен в виде микросхем.

Особенности устройства HDD

Если взглянуть на магнитный жесткий диск (МЖД) изнутри, то он представляет собой устройство, которое состоит из нескольких дисков, головок для чтения/записи и электропривода, который вращает диски и перемещает головки. То есть, МЖД во многом похож на проигрыватель виниловых пластинок. Скорость чтения/записи подобных современных устройств может достигать от 60 до 100 МБ/с (в зависимости от модели и производителя). А скорость вращения дисков варьируется как правило от 5 до 7 тыс. оборотов в минуту, а в некоторых моделях скорость вращения достигает 10 тыс. Исходя из особенной устройства, здесь можно выделить три главных недостатка и всего два преимущества перед SSD.

Шум, который исходит от электродвигателей и вращения дисков;
Скорость чтения и записи сравнительно низкая, поскольку определенное время тратиться на позиционирование головок;
Высокая вероятность механических поломок.

Относительно низкая цена за 1 ГБ;
Большой объем хранения данных.

Особенности устройства SSD

Устройство твердотельного накопителя в корне отличается от магнитных накопителей. Здесь отсутствуют движущиеся элементы, то есть, в нем нет электродвигателей, перемещающихся головок и вращающихся дисков. И все это благодаря абсолютно новому способу хранения данных. В настоящее время существуют несколько видов памяти, которая применяется в SSD. Также они имеют два интерфейса подключения к компьютеру — SATA и ePCI. Для типа SATA скорость чтения/записи может достигать до 600 МБ/с, то в случае с ePCI она может колебаться от 600 МБ/с до 1 ГБ/с. SSD накопитель нужен в компьютере именно для более быстрого считывания и записи информации с диска и обратно.

Благодаря своему устройству, ССД имеют гораздо больше преимуществ перед МЖД, но и без минусов не обошлось.

Отсутствие шума;
Высокая скорость чтения/записи;
Меньше подвержены механическим поломкам.

Высокая стоимость за 1 Гб.

Еще немного сравнения

Теперь, когда мы разобрались с основными особенностями дисков, продолжим наш сравнительный анализ дальше. Внешне ССД и МЖД также отличаются. Опять же, благодаря своим особенностям магнитные накопители гораздо больше и толще (если не брать в расчет таковые для ноутбуков), в то время как SSD по размеру как раз-таки сопоставимы с жесткими для ноутбуков. Также, твердотельные накопители потребляют в несколько раз меньше энергии.

Подводя итог нашему сравнению, ниже приводим таблицу, где можно посмотреть отличия дисков в цифрах.

Заключение

Несмотря на то, что ССД практически по всем параметрам лучше МЖД, у них есть и пару недостатков. А именно, это объем и стоимость. Если говорить об объеме, то в настоящее время твердотельные накопители значительно проигрывают магнитным. В стоимости также выигрывают магнитные диски, поскольку являются более дешевыми.

Что ж, теперь вы узнали в чем основные отличия между разными типами накопителей, поэтому остается только решить, что лучше и рациональнее использовать — HDD или SSD.