Porady

Poznajmy technologie: Jak działa dysk SSD?

2 października 2015, Aktualizacja 20 marca 2018Lenovo

Coraz częściej goszczą w naszych komputerach, poprawiają w dość istotny sposób ich wydajność, zmniejszają wagę oraz zmniejszają wymiary ich obudowy. W tym odcinku przyglądamy się, jak działa dysk SSD?

SSD, nazywane także popularnie, choć niezbyt precyzyjnie, dyskami SSD, który to skrót rozwijany jest do Solid State Drive lub czasami do Solid State Disk to pamięci masowe działające w oparciu o pamięci półprzewodnikowe. Sam termin Solid-State nawiązuje do fizyki ciała stałego i oznacza zastosowanie w danym urządzeniu tranzystorów. W rozwinięciu skrótu SSD określenie to dodatkowo podkreśla podkreśla fakt, że w odróżnieniu od tradycyjnych HDD, nie zawierają one części ruchomych.

SSD w popularnej opinii jest stosunkowo nową technologią. W rzeczywistości pierwsze SSD pojawiły się w epoce komputerów budowanych w oparciu o lampy elektronowe. Nosiły one wtedy nazwę pamięci ferrytowych i były zbudowane w oparciu o namagnesowane rdzenie ferrytowe. Rozwój tej technologii jednak zarzucono (a szkoda, bo być może z SSD moglibyśmy korzystać wcześniej) i postawiono na znacznie tańsze pamięci bębnowe. Pamięci ferrytowe wizualnie oczywiście niezbyt przypominały współczesne SSD jednak ogólna zasada ich działania była niemal identyczna. Do idei SSD powrócono w latach 70. oraz 80. wraz z gwałtownym rozwojem elektroniki półprzewodnikowej a stosowano je np. w superkomputerach Cray. Współczesne SSD opracowano początkowo dla komputerów, w których zastosowanie tradycyjnych dysków wiązałoby się z ryzykiem ich uszkodzenia lub dla których były one zbyt wolne. Pierwsze z nich składały się z modułów dokładnie takich samych modułów pamięci z jakich budowane są kości RAM. Aktualnie stosuje się w nich jednak nieulotne pamięci flash.

SSD a HDD

Zasadniczą różnicą pomiędzy tymi dwoma typami pamięci masowych jest metoda przechowywania danych, choć z zewnątrz mogą wyglądać niemal identycznie. Dyski twarde (HDD) wykorzystują nośnik magnetyczny, a dokładniej wirujący talerz lub zespół talerzy pokryty cienką warstwą magnetyczną, a zapis i odczyt realizowany jest za pomocą głowicy lub głowic umieszczonych na ruchomych ramionach. SSD bazują na pamięciach półprzewodnikowych i jak już pisaliśmy wcześniej nie zawierają części ruchomych. W obecnych generacjach SSD wykorzystuje się pamięci NAND flash.

Pamięci NAND flash

Pamięci flash to rodzaj trwałej pamięci, która stanowi konstrukcyjne rozwinięcie pamięci EEPROM czyli pamięci programowanej i kasowanej na drodze czysto elektrycznej. Zasada działania samej komórki pamięci jest analogiczna do komórki pamięci operacyjnej DRAM. Jednak w odróżnieniu od niej flash nie wymaga stałego zasilania bo zamiast kondensatora stosowany jest drugi tranzystor – bramka pływająca, która przy przyłożonym napięciu potrafi na stałe przechowywać elektrony. Co więcej, potrafi to także wtedy, kiedy napięcie zostanie potem odłączone. W połączeniu z bramką sterującą tworzą komórkę pamięci przechowującą jeden bit informacji. Komórki te mogą być ułożone na dwa sposoby, ale zawsze tworzą one wiersze i kolumny. Pierwszy z nich wykorzystuje operator logiczny NOR, a same komórki połączone są ze sobą równolegle. Pozwala to odczytywać i zapisywać pojedyncze komórki pamięci. Obecnie w większości SSD stosowane są pamięci typu NAND, gdzie linie bitu połączone są szeregowo, a odczyt odbywa się całymi wierszami. Zastosowanie logiki NAND ma istotną przewagę nad teoretycznie bardziej precyzyjnymi pamięciami korzystającymi z logiki NOR – są one zdecydowanie mniej skomplikowane co odbija się na niższych kosztach ich produkcji.

Pamięć NORJak działa dysk SSD?

 

Technologie zwiększające gęstość zapisu

W dużym skrócie polegają one na tym, że w jednej komórce pamięci zapisać można więcej niż jeden stan jednocześnie. Komórki zapisujące jeden bit informacji nazywane są SLC czyli Single Level Cell podczas gdy Multi Level Cell potrafią zapisać dwa stany. Realizowane jest to za pomocą zastosowania różnych poziomów napięcia, która komórka poprawnie rozpoznaje. Aktualnie najbardziej popularną technologią stosowaną w popularnych urządzeniach jest właśnie MLC. Układy SLC stosowane są przede wszystkim w dyskach do zastosowań profesjonalnych. Najnowszym rozwiązaniem są dyski korzystające z TLC (Triple Level Cell) czyli z układów rozpoznających osiem poziomów napięcia pozwalających, zgodnie z systemem dwójkowym, zapisać 3 bity informacji. Dla użytkownika końcowego są one najtańsze ponieważ do zapisania określonej ilości danych trzeba 3 razy mniej komórek niż w dyskach z SLC. Nic nie ma jednak za darmo. Układy wielokrotne mają znacznie mniejszą żywotność niż układy pojedyncze. We wszystkich typach liczba odczytów nie jest niczym limitowana, jednak liczba zapisów potrafi różnić się diametralnie. Dla SLC jest to ok 100 000, dla MLC do 10 000 natomiast dla TLC wynosi on już tylko 1 000. Zwłaszcza ta ostatnia wartość jest dość przerażąjąca dla typowego użytkownika, jednakże bez obaw – dyski wykorzystujące MLC a nawet TLC nie są przesadnie awaryjne ponieważ ich ułomności kompensują układy sterujące ich pracą czyli kontrolery, realizujące wszystkie zadania związane z zapisem i odczytem danych. Stosowane są w nich algorytmy równoważące zużycie pamięci oraz obszerne bufory inteligentnie rozkładające informacje przed zapisaniem ich w komórkach pamięci.

Budowa SSD

Budowa typowego napędu SSD nie jest skomplikowana. Ogranicza się do kilku elementów. Najważniejszym i podstawowym jego elementem są kości pamięci flash. Ich pracą zarządza kontroler współpracujący z pamięcią podręczną dysku (cache). Oprócz tego w obudowie, na wspólnej płytce PCB zamontowane jest złącze komunikacyjne, pozwalające podłączenie takiego dysku do komputera oraz złącze zasilania.

Jak działa dysk SSD?

SSD oferowane są klientom końcowym aktualnie w trzech formatach – 1,8”, 2,5” oraz M.2. Dlaczego formaty a nie rozmiary, jak mogłyby sugerować dwie pierwsze kategorie nawiązujące do fizycznych wymiarów dysku? Ponieważ właśnie w takiej postaci trafiają one do sprzedaży. Dwie pierwsze kategorie to dyski umieszczone w obudowach analogicznych do HDD natomiast dyski M.2 montowane są bezpośrednio na płycie głównej. Samych interfejsów stosowanych w SSD jest wiele. Najbardziej oczywistym jest złącze SATA (w wersjach II lub III), takie samo jakie umieszczane jest w tradycyjnych HDD. Oferuje on transfer do 6 Gb/s (SATA III) czyli teoretycznie 750 MB/s (w praktyce jest to znacznie mniej – ok. 570 MB/s)). Dla HDD taka wartość transferu jest więcej niż wystarczająca, jednak SSD są od nich znacznie szybsze, co wymusiło zastosowanie znacznie wydajniejszych interfejsów. Są nimi PCI-Express (złącze wykorzystywane m.in. do podłączania kart graficznych), mSATA czyli micro-SATA (stosowane przed wszystkim w notebookach) oraz wspomniane już M.2, wykorzystujące magistralę PCI-Express, oferujące transfer na poziomie 1 GB/s.

Zalety SSD

SSD mają kilka istotnych zalet, które odróżniają je od znanych wszystkim dysków twardych. Przede wszystkim jest to szybki dostęp do danych, ponieważ można z nich korzystać bez opóźnień oraz szybki transfer danych, znacznie wyższy niż w HDD. Istotna jest także mała wrażliwość na uderzenia i wstrząsy, niskie zużycie energii oraz niski poziom hałasu eksploatacyjnego, co idealnie predestynuje je do zastosowania w urządzeniach mobilnych.

Wszystko wskazuje więc na to, że przyszłość należy do SSD, a dokładniej rzecz ujmując – ogólnie do pamięci półprzewodnikowych. Choć droższe od HDD i oferujące gorszy stosunek ceny do pojemności, to właśnie one mają szansę niedługo stać się komputerowym i mobilnym standardem. Nie tylko dlatego, że finalnie są w stanie zaoferować większe pojemności niż HDD, które zdaniem niektórych zbliżają się do fizycznych granic konstrukcyjnych ale głównie dlatego, że coraz większy procent rynku komputerowego zajmują urządzenia mobilne – naturalne środowisko dla pamięci półprzewodnikowych, a więc także dla SSD.

 

Przeczytaj również artykuł o dyskach HDD!



Udostępnij

Powiązane Artykuły

Poznajmy technologie: Bezprzewodowe przesyłanie danych na tabletach

Lenovo

Aplikacje na start - poznajcie je bliżej!

Lenovo

Poznajmy technologię - Lagi sprzętowe

Lenovo

Komentarze do artykułu


widget instagram lenovo
widget twitter lenovo
widget facebook lenovo
widget youtube lenovo
Przeczytaj poprzedni wpis:
Konkurs #lepiejinaczej od Lenovo!

Nadszedł czas na kolejny konkurs! Przedstawiamy Wam konkurs związany z naszym hashtagiem #lepiejinaczej! Znamy zwycięzców! Nagrodzonymi gadżetami Lenovo są: -Marta...

Zamknij