Твердотельный накопитель ssd: характеристики и компоненты

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.

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.

Дефрагментацию периодически рекомендуется выполнять на всех типах HDD-накопителей, тем самым поддерживая их оптимальную скорость.

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.

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.

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.

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.

Преимущества SSD-дисков

Самое время поговорить о достоинствах и недостатках SSD-накопителей…

1. Скорость работы

Это самый жирный плюс этих устройств! Сменив свой старенький жёсткий диск на флеш-накопитель не узнаете компьютер!

До появления SSD-дисков, самым медленным устройством в компьютере был как-раз жёсткий диск.

Он, со своей древней технологией из прошлого века, невероятно тормозил энтузиазм быстрого процессора и шустрой оперативной памяти.

2. Уровень шума=0 Дб

Логично — нет движущихся деталей. Вдобавок, эти диски не греются при своей работе, поэтому охлаждающие кулеры реже включаются и работают не так интенсивно (создавая шум).

3. Ударо- и вибропрочность

Смотрел видео в сети — подключенный и работающий SSD-диск трясли, роняли на пол, стучали по нему… , а он продолжал спокойно работать! Без комментариев.

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.

Компоненты SSD

Чтобы иметь более ясное представление об устройстве, при рассмотрении основных характеристик, для начала, разберём из каких компонентов состоит твердотельный накопитель.

  1. Печатная плата.
  2. Флэш-память — отвечает за хранение данных (широко используется тип энергонезависимой памяти NAND).
  3. Контроллер — специальный микропроцессор, который связывает флэш-память с основной шиной компьютера, осуществляет операции чтения/записи (скорость работы зависит от версии прошивки).
  4. Кэш — используется для временного хранения данных в момент работы с флэш-памятью.
  5. Интерфейс подключения — физический разъём и сам интерфейс взаимодействия контроллера SSD-накопителя с основной системой (SATA, PCI-Express).

Скорость SSD и HDD

https://youtube.com/watch?v=7mkUz4w3y-M

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.

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.

Недостатки SSD-дисков

1. Высокая стоимость

Это одновременно и самый сдерживающий пользователей недостаток, но и очень временный — цены на подобные накопители постоянно и стремительно падают.

2. Ограниченное число циклов перезаписи

Обычный, средний SSD-диск на основе флеш-памяти с технологией MLC способен произвести примерно 10 000 циклов чтения\записи информации. А вот более дорогой тип памяти SLC уже может в 10 раз дольше прожить (100 000 циклов перезаписи).

Как по мне, так в обоих случаях флеш-накопитель сможет легко отработать не менее 3 лет! Это как-раз средний жизненный цикл домашнего компьютера, после которого идёт обновление конфигурации, замена комплектующих на более современные, быстрые и подешевевшие.

Прогресс не стоит на месте и головастики из фирм-производителей уже придумали новые технологии, которые существенно увеличивают время жизни SSD-дисков.

Например, RAM SSD или технология FRAM, где ресурс хоть и ограничен, но практически недостижим в реальной жизни (до 40 лет в режиме непрерывного чтения/записи).

3. Невозможность восстановления удалённой информации

Удалённую информацию с SSD-накопителя не сможет восстановить ни одна специальная утилита. Таких программ просто нет.

Если при большом скачке напряжения в обычном жёстком диске сгорает в 80% случаев только контроллер, то в SSD-дисках этот контроллер находится на самой плате, вместе с микросхемами памяти и сгорает весь накопитель целиком — привет семейному фотоальбому.

Эта опасность практически сведена к нулю в ноутбуках и при использовании бесперебойного блока питания.

Работа с твердотельным накопителем

После удачной покупки и успешной установки системы на SSD вы включите компьютер и удивитесь, как быстро всё стало работать. Чтобы подобная прыть сохранялась как можно дольше, следуйте простым правилам по эксплуатации твердотельных накопителей:

  • Устанавливайте систему, которая поддерживает команду TRIM (Windows 7 и выше, Mac OS X 10.6.6, Linux 2.6.33).
  • Старайтесь не заполнять диск полностью – скорость записи снизится и не восстановится (актуально для контроллера SandForce).
  • Храните личные файлы на HDD. Не убирайте жесткий диск, если он работает – храните на нем музыку, фильмы, фотографии и другие данные, доступ к которым не требует высокой скорости.
  • Увеличьте объем оперативной памяти и по возможности не используйте файл подкачки.

Следуя этим простым правилам, вы продлите срок службы твердотельного накопителя и сможете избежать преждевременного снижения скорости его работы.

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.

Сравнение с HDD

Чтобы провести параллели с обычным жестким диском, сначала нужно немного углубиться в теорию и посмотреть, как работает HDD.

HDD представляет собой набор металлических дисков, вращающихся на шпинделе. Информация записывается на поверхность дисков маленькой механической головкой. Когда вы что-то копируете, создаете новый файл или запускаете программу, головка двигается, выискивая место записи. Для наглядности представьте виниловую пластинку – только вместо иголки будет механическая считывающая головка.

Другие преимущества SSD:

  • Быстрый отклик на действия пользователя.
  • Беззвучная работа.
  • Низкое энергопотребление (вдвое меньше, чем у HDD).
  • Отсутствие перегрева.

Это лишь основные достоинства твердотельных накопителей, которые пользователь может «почувствовать». Однако вопрос, что лучше HDD или SSD, продолжают задать многие пользователи, поэтому давайте сравним характеристики этих двух видов накопителей:

  1. Скорость работы SSD выше, так как исчезает этап механического поиска нужного места на поверхности диска. Время доступа к данным уменьшается в 100 раз – установленная на SSD система начинает буквально летать по сравнению с использованием HDD.
  2. Отсутствие механических подвижных деталей способствует беззвучной работе накопителя и увеличению продолжительности его жизни. HDD чаще всего выходит из строя по причине механического повреждения – у SSD такое проблемы не существует.
  3. Температура SSD всегда держится на оптимальном уровне, даже если его не охлаждать кулером. HDD же перегревается без охлаждения, что приводит к неполадкам программного и аппаратного свойства.

Но будем объективны: есть у SSD и недостатки. В первую очередь это цена, которая всё еще остается достаточно высокой и напрямую зависит от объема. Еще одна проблема – ограничение на количество циклов перезаписи. HDD можно переполнять данными и очищать сколько угодно; у SSD же есть ограничение, однако на практике его достичь трудно.

Если вы не можете выбрать между SSD и HDD, то есть гибридный вариант – SSHD. Такие накопители совмещают в себе достоинства обеих технологий, однако увеличение скорости работы вы заметите только при загрузке операционной системы. Запись и чтение данных будут производиться на том же уровне, что и у HDD, поэтому подобные гибриды не пользуются особой популярностью среди пользователей.

Правила выбора

Итак, вы решили, что пора отказаться от устаревшего жесткого диска и установить в компьютере твердотельный накопитель – разобрались, зачем он нужен и какие у него преимущества перед HDD. Однако здесь возникает другой вопрос: как выбрать SSD?

В магазинах представлены накопители с разными форм-факторами, контроллерами и ценами, так что трудно с ходу разобраться, что вам подойдет. Чтобы не чувствовать себя неуверенно в разговоре с консультантом, который наверняка захочет продать SSD подороже, старайтесь выбирать накопитель по приведенным ниже параметрам.

Объем

Как уже было отмечено, одним из главных недостатков SSD является цена, жестко привязанная к объему накопителя. Минимальная ёмкость на сегодняшний день – 60 Гб. Если учесть, что установленная Windows 7 требует 16-20 Гб в зависимости от разрядности, то становится ясно, что 60 Гб хватит разве что для инсталляции системы и десятка необходимых для работы программ.

Если вы хотите записывать на SSD игры и тяжелые графические приложения типа Corel или Photoshop, то рассматривайте накопители с объемом более 120 Гб.

Скорость

У любого накопителя (SSD здесь не исключение) есть два показателя скорости: запись и чтение. Чем выше эти значения, тем лучше, однако помните, что в характеристиках обычно указывается максимальная скорость. Реальное же значение можно узнать только на практике с помощью специальных программ. Если накопитель давно на рынке, то в интернете можно попробовать найти его тесты на скорость от пользователей.

Интерфейс и форм-фактор

Большинство современных SSD накопителей производится в форм-факторе 2,5 с поддержкой интерфейса SATA 3. Но могут быть и другие, более дорогие варианты:

  • PCI-карта, устанавливаемая напрямую в слот материнской платы.
  • Внешний SSD накопитель.
  • Диск с интерфейсом mSATA для установки в ноутбуки и компактные компьютеры.

Что касается интерфейса: все новые SSD выпускаются с интерфейсом SATA 3, но если у вас на материнской плате установлен более старый контроллер (первого или второго поколения), то накопитель всё равно можно подключить. Однако есть одно ограничение: скорость передачи определяется наименьшим значением. То есть если вы подключите SATA 3 к SATA 2, то скорость будет определяться по пропускной способности SATA 2.

Кстати, с помощью специального адаптера можно установить SSD вместо DVD в ноутбуке. Многие пользователи вытаскивают неиспользуемый привод и ставят на его место твердотельный накопитель, на который затем инсталлируется операционная система. Стандартный жесткий диск ноутбука в то же время полностью очищается и затем используется как хранилище личных файлов.

Память и контроллер

Существует три вида памяти, отличающиеся между собой количеством бит информации в одной ячейке – SLC (1 бит), MLC (2 бита) и TLC (3 бита). Первый тип устарел и сейчас практически не используется, поэтому если увидите его в характеристиках, проходите мимо такого накопителя.

С контроллерами похожая ситуация: наиболее популярным среди производителей и распространенным среди пользователей является технология SandForce, увеличивающая быстродействие диска за счет сжатия данных перед записью.

Но у контроллеров SandForce есть один недостаток, который может кому-то показаться существенным: если накопитель до предела заполняет информацией, то после его очистки скорость записи не возвращается к первоначальному состоянию, то есть становится ниже. Однако эта проблема решается просто: не забивайте память до последнего байта, и скорость не упадет.

Есть и другие, более дорогие варианты: Intel, Indilinx, Marvell

Если бюджет позволяет, лучше обратить внимание на твердотельные накопители с контроллерами от этих компаний

Производитель

Последний параметр, требующий вашего внимания – это производитель. Конечно, на различных форумах можно найти много постов о том, что лучше выбрать Kingston или, допустим, Silicon Power, так как они специализируются именно на производстве накопителей разных видов.

Однако это не совсем верное утверждение: компаний, реально производящих флэш-память NAND намного меньше, чем брендов на рынке. Собственным производством (и отделом разработок) обладают:

  • Intel.
  • Samsung.
  • SanDisk.
  • Crucial.

Компания OCZ, например, до недавнего времени не имела никаких разработок и лишь недавно приобрела производителя контроллеров Indilinx

Поэтому лучше обращаться внимание на приведенные выше характеристики, а производителей держать в уме в последнюю очередь

Похожие записи:

Как пишется ватсап по-русски: выбираем правильный вариант Как вставить сим-карту/карту памяти в телефон? 10 смартфонов с лучшим соотношением площади экрана и габаритов корпуса Удаление приложений с ipad Как получить безлимитный облачный диск бесплатно или за копейки. нашёл 5 вариантов Iphone 12/11/x(s/r)/8/7 не отправляет ммс или не принимает