Как работают SSD диски

SSD 500 Gb

С SSD-накопителем компьютер достигает максимальной производительности. О том, как работают быстрые диски.

Хотите, чтобы ПК или ноутбук развивал хорошую скорость и обходился без шумного жесткого диска? Тогда подарите ему SSD. По сравнению с обычным жестким ДИСКОМ эти устройства работают гораздо быстрее и абсолютно бесшумно.

Более высокая скорость заметна не только при копировании данных, но и при ежедневной работе с компьютером: Windows загружается примерно вдвое быстрее, программы — практически мгновенно, а переключение между программами выполняется без паузы, вызванной сохранением информации на жесткий диск. Но как, собственно, работают SSD? Почему они такие быстрые? И о чем следует помнить при их использовании? Попробуем разобраться.

Что такое SSD?

Это аббревиатура от Solid State Drive, что означает твердотельный носитель данных. Речь идет о компьютерном накопителе, который сохраняет данные в микросхемах флэш-памяти, аналогично USB-флэш-драйву. Как и на жестком диске, при отключении SSD от источника питания данные сохраняются. Однако, в отличие от жестких дисков, в SSD нет движущихся деталей. Поэтому они работают бесшумно и нечувствительны к вибрациям и ударам. Как происходит сохранение данных в ячейке флэш-памяти?

Описание работы транзистора для NAND-памяти, которым является полевой транзистор с изолированным затвором или MOSFET.

полевой транзистор MOSFET

Полевой транзистор с изолированным затвором или MOSFET

Главной особенность полевого транзистора, которая позволила его использование для хранения информации, стала возможность удерживать электрический заряд на «плавающем» затворе до 10 лет. Сам «плавающий» затвор выполнен из поликристаллического кремния и полностью окружен слоем диэлектрика, что обеспечивает ему полное отсутствие электрического контакта с элементами транзистора. Он расположен между управляющим затвором и подложкой из p-n переходов. Управляющий электрод полевого транзистора называется затвором. В данном случае проводимость p-n перехода, обусловленная электрическим сопротивлением, управляется разностью потенциалов, которая создает электрическое поле, воздействующее на состояние p-n переходов.

Немаловажными элементами транзистора являются также сток и исток. Для изменения бита записываемой информации в ячейку, напряжением на управляющем затворе создаётся электрическое поле и возникает туннельный эффект. Это позволяет некоторым электронам перейти через слой диэлектрика на плавающий затвор, обеспечив его зарядом, а значит и наполнение элементарной ячейки битом информации.

полевой транзистор MOSFET 2

Программирование полевого транзистора – запись данных.

Накопленный заряд на плавающем затворе влияет на проводимость канала сток-исток, что используется при чтении.

полевой транзистор MOSFET 3

Механизм чтения данных и состояние хранения информации.

Такая разность механизма записи и чтения явно сказывается на различном энергопотреблении этих режимов. NAND-память потребляет достаточно большой ток при записи, а при чтении затраты энергии наоборот малы. Для стирания информации на управляющий затвор подаётся высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят на исток. Именно из таких элементарных ячеек объединенных в страницы, блоки и массивы и состоит современный твердотельный накопитель.

Как быстро работают SSD?

SSD передают данные в три-четыре раза быстрее, чем стандартные жесткие диски. На практике они достигают скорости чтения свыше 400 Мб/с, при записи — 250 Мб/с. Для сравнения: традиционные HDD (формата 3,5 дюйма) читают и записывают со скоростью около 115 Мб/с, а диски для ноутбуков (формата 2,5 дюйма) только 75 Мб/с.

SSD считывают данные вчетверо быстрее, а записывают вдвое быстрее, чем жесткие диски. Наибольшие преимущества твердотельные накопители имеют при чтении и записи коротких блоков данных: здесь они опережают HDD почти в сто раз.

скорость SSD

Самые большие преимущества SSD становятся видны при доступе к блокам данных малой длины, беспорядочно рассеянным по носителю. Протестированные SSD делали в среднем почти 22 000 операций чтения/записи в секунду — в сто раз больше, чем жесткие диски. Это важно, например, при запуске ПК, когда Windows должна считать с диска много драйверов. Жесткие диски здесь выглядят хуже — им часто приходится двигать вперед-назад головки чтения/записи при доступе к данным.

Стоит также отметить неравномерность скорости у HDD — чем ближе к концу диска расположены/данные, тем медленнее происходит считывание и запись. SSD этого недостатка полностью лишен — график скорости при тестировании твердотельных накопителей практически горизонтален как при чтении, так и при записи.

SSD изнутри

1 — SATA-интерфейс

С компьютером SSD-накопители обмениваются данными по SATA-интерфейсу. Поэтому для тюнинга жесткий SATA-диск в ПК или в ноутбуке можно заменить на более быстрый SSD-диск. При этом важна версия интерфейса: большинство устаревших моделей имеют разъем SATA 2, который теоретически обеспечивает максимальную скорость до 300 Мб/с. Современные SSD предлагают, как правило, интерфейс SATA 3 (также называемый SATA 6 Гбит/с) с максимальной скоростью потока данных 600 Мб/с.

2 — Контроллер

Контроллер — это «мозг» SSD, он управляет обменом данными между SATA-интерфейсом и модулями памяти. Чем производительнее контроллер, тем быстрее работает SSD-накопитель. Например, Marvell 88SS9174 может в секунду считывать или записывать до 500 Мб данных. Чтобы предотвратить преждевременный износ SSD, контроллер распределяет операции записи так, чтобы все ячейки памяти использовались по возможности одинаково часто.

3 — Буферная память

Для увеличения скорости SSD имеют промежуточный буфер, который работает в несколько раз быстрее, чем флэш-память. В большинстве моделей буферная память составляет от 256 до 512 Мб и, как и оперативная память ПК, состоит из модулей DDR3. Частые операции записи в одни и те же участки памяти берет на себя кэш-память. Это уменьшает количество операций записи на флэш-память и увеличивает срок службы SSD.

4 — Флэш-память

Каждый модуль памяти в SSD содержит миллиарды ячеек памяти, изготовленных по флэш-технологии. Крохотные структуры в чипе памяти (например, токопроводящие дорожки для транспортировки данных) имеют ширину всего З4 нм. Для сравнения: человеческий волос в среднем в две тысячи раз толще. Чтобы обеспечить высокий темп чтения и записи, данные из многих модулей памяти запрашиваются одновременно. Благодаря этому скорости передачи данных отдельных чипов суммируются.

Все ли SSD работают одинаково быстро?

Нет. Прежде всего они отличаются количеством операций чтения/записи в секунду. В тестах самые быстрые SSD выполняют до 50 ООО операций чтения в секунду, что в десять раз быстрее самых медленных моделей.

Тип интерфейса тоже влияет на максимальную скорость передачи данных: SSD с интерфейсом SATA 2 достигают на практике не более 250 Мб/с. Большинство современных моделей имеют интерфейс SATA 3. Самые быстрые твердотельные накопители достигают скорости 500 Мб/с.

Можно ли заменить жесткий диск на SSD?

В принципе, да. Большинство современных SSD имеют такие же размеры и разъемы, как и 2,5- дюймовые жесткие диски, поэтому они без проблем устанавливаются в ноутбуки. Для монтажа в компьютер продаются специальные рамки формата 3,5 дюйма.

Конечно, SSD дороги. Например, модели объемом 120 Гб стоят от 4 тыс. руб (1 тыс. грн). Таких денег стоит жесткий диск объемом 3000 Гб. На практике SSD-накопители главным образом используются в качестве системного диска для Windows, хранения программ и игр, чтобы повысить скорость компьютера. Изображения, музыку и видео можно хранить на обычном жестком диске без ущерба для скорости.

Какой объем SSD оптимален?

60-гигабайтные SSD за 2 — 3 тысячи рублей (500-800 грн) сравнительно недороги, но имеют недостаточный по нынешним меркам объем. Даже если установить на нем только Windows и несколько программ, все равно мы быстро столкнемся с нехваткой объема. Кроме того, 60-гигабайтные SSD работают не так быстро, как модели емкостью 120 или 240 Гб.

120-гигабайтные SSD имеют вполне достаточный объем для Windows и важнейших программ. В результате получаем существенный прирост скорости работы системы.

Музыку и видео следует размещать на жестком диске.

240-гигабайтные SSD пока дороги — их стоимость составляет около 9 тыс. руб. (2,5 тыс. грн). Они подходят для пользователей, хранящих большие объемы данных, но не желающих устанавливать в свой компьютер дополнительные жесткие диски.

Срок службы SSD меньше, чем у жестких дисков?

Ресурс ячеек памяти весьма ограничен, современные флэш-чипы выдерживают, по данным изготовителей, не более пяти тысяч операций записи или стирания. Поэтому контроллер распределяет операции записи так, чтобы все ячейки памяти использовались по возможности одинаково часто. Впрочем, на деле срок службы твердотельных накопителей практически такой же, как у жестких дисков.

В долговременном тесте с шестью SSD проимитировал их применение в течение более десяти лет. Результат: несмотря на многие тысячи операций записи, чтения и стирания, а также пятисоткратное включение и выключение отказов не было.

О чем следует помнить при использовании SSD?

Компьютер: ощутимый эффект от применения SSD заметен только в ПК и ноутбуках с процессорами Dual Core (начиная с Core ІЗ) и не менее 4 Гб рабочей памяти. Кроме того, чтобы полностью использовать производительность современных SSD, компьютер должен иметь интерфейс SATA 3.

Операционная система: оптимально SSD работают только с Windows 7, более старшие версии Windows не рекомендуются. Так, Windows 7 отключает для SSD вредную (да и абсолютно бесполезную) для них дефрагментацию.

Кроме того, Windows 7 предлагает очень важную функцию TRIM. С ее помощью операционная система сообщает контроллеру SSD о том, какие блоки данных уже очищены и могут снова использоваться, это изрядно увеличивает их долговечность.

Заполнение памяти: если SSD почти заполнен, то скорость доступа значительно уменьшается. Срок службы от этого страдает не меньше, поскольку немногие свободные области часто перезаписываются и в конце концов помечаются как непригодные. Поэтому в идеале SSD должны заполняться не более чем на 85%.

Установка SSD в корпус для внешнего жесткого диска

USB case В большинстве ноутбуков нет места для второго жесткого диска. Поэтому для переноса данных с жесткого диска на SSD потребуется корпус для жесткого USB-диска в формате 2,5 дюйма, например AgeStar . Установите SSD-диск в USB- корпус. Нужные для этого винтики обычно уже лежат в коробке.

Копирование данных с жесткого диска ноутбука на SSD

Для переноса Windows с HDD на SSD используйте лучше всего подходящую программу клонирования, например Paragon Disk Manager 2011. Она имеет специальную функцию для копирования на SSD операционной системы Windows со всеми сопутствующими программами. Если места на SSD не хватает для всех данных, надо исключить из процесса копирования какие-то файлы, например изображений, музыки или фильмов. Менеджер жестких дисков предлагает для этого соответствующие возможности выбора.

Замена жесткого диска ноутбука на SSD

Если все данные скопированы, вы можете установить в ноутбук SSD вместо жесткого диска.

Важно! Сначала отсоедините все штекеры и извлеките аккумулятор ноутбука. Чтобы добраться до жесткого диска, в большинстве ноутбуков придется открыть лючок на нижней панели корпуса. После этого можно извлечь HDD. Обычно он установлен в монтажной раме — ее надо выкрутить и смонтировать в ней SSD.

замена жесткого диска на SSD

замена жесткого диска на SSD 2

После этого SSD вместе с рамой можно задвинуть в монтажный отсек. Теперь можно прикрутить крышку и подсоединить аккумулятор — SSD-ноутбук готов к работе.

По материалам журнала «ComputerBild»

Материалы по теме