S ssd là gì, nó hoạt động như thế nào và để làm gì?

Ổ đĩa cứng, hay nói tốt hơn, ổ đĩa lưu trữ trạng thái rắn hoặc SSD luôn ở đây. Hầu như tất cả người dùng mua thiết bị mới có thể tìm thấy một đơn vị lưu trữ loại này bên trong. Nhưng thực sự ổ SSD là gì và nó hoạt động như thế nào? Trong bài viết này, chúng tôi sẽ nói chi tiết về yếu tố điện tử này và điểm khác biệt của nó với các ổ cứng HDD nổi tiếng.

Chỉ số nội dung

Từ một vài năm trở đi, chúng tôi đã may mắn trải nghiệm những thay đổi lớn trong máy tính của chúng tôi. Đầu tiên là bộ xử lý đa lõi và kiến ​​trúc của chúng. Điều này dẫn đến việc thiết bị ngày càng nhanh hơn, card đồ họa, RAM được cải thiện. Nhưng vẫn còn một nút cổ chai lớn trong đội của chúng tôi và đó không ai khác là ổ cứng. Với toàn bộ máy tính có đầy đủ các mạch tích hợp, chúng tôi vẫn có một yếu tố cơ học bên trong.

Vì vậy, sẽ thật vô ích khi có bộ xử lý cực nhanh nếu việc truy cập vào nội dung dữ liệu thực sự chậm. Vì lý do này và các lý do khác, ngành công nghiệp lưu trữ kỹ thuật số đã hoạt động và do đó giảm chi phí tạo ra loại đơn vị mới này. Khi chi phí của nó giảm, khả năng lưu trữ dữ liệu cũng như độ tin cậy của nó cũng giảm theo.

Ngày nay, chúng ta đã có yếu tố này thực tế được tiêu chuẩn hóa và phổ biến trong tất cả các thiết bị mới. Và với giá cả tương đối phải chăng. Nếu bạn muốn có một máy tính nhanh, thì bạn phải có một trong những thứ này cho hệ điều hành của bạn. Vì vậy, hãy xem những gì các ổ SSD là tất cả về.

SSD là gì

Ổ đĩa trạng thái rắn hoặc SSD (ổ đĩa trạng thái rắn) là một thiết bị lưu trữ dữ liệu dựa trên việc sử dụng bộ nhớ không bay hơi hoặc thường được gọi là bộ nhớ flash. Do đó thay thế các đĩa từ của ổ đĩa cứng truyền thống.

Các bộ nhớ flash này, kế thừa của EEPROM cũ, cho phép các hoạt động đọc và ghi của nhiều vị trí bộ nhớ trong cùng một hoạt động, do đó tăng tốc độ so với các bộ nhớ EEPROM, chỉ có thể đọc một ô nhớ trong mỗi thao tác.

Việc sử dụng bộ nhớ flash liên quan đến việc sử dụng chip để lưu trữ bộ nhớ. Bằng cách loại bỏ các bộ phận chuyển động của một đĩa cứng thông thường, chúng tôi sẽ tăng đáng kể tốc độ truy cập và ghi của nó.

Trong năm 2010, các báo cáo này đã có một bước nhảy vọt khác, đó là một trong những thực sự dẫn đến việc giảm chi phí sản xuất và do đó khả năng tiếp cận của những người dùng này. Và đó là việc sử dụng cửa NAND để sản xuất những ký ức flash này.

Một trong những tính năng nổi bật nhất của cổng logic NAND (AND hoặc đảo ngược Y), là nó có thể giữ lại dữ liệu bên trong ngay cả khi nguồn điện bị cắt.

Các cổng NAND này được tạo ra bằng cách sử dụng các bóng bán dẫn cổng nổi, đây là một vật phẩm nơi các bit được lưu trữ. Trong trường hợp bộ nhớ RAM, các bóng bán dẫn này cần nguồn điện liên tục để duy trì trạng thái của chúng chứ không phải trong bộ nhớ flash. Khi một bóng bán dẫn cổng nổi được tải, nó có 0 bên trong và khi được dỡ tải, nó có 1.

Những ký ức này được tổ chức dưới dạng ma trận, lần lượt được hình thành bởi một loạt các cổng NAND liên tiếp. Chúng tôi gọi khối ma trận hoàn chỉnh và các hàng tạo nên ma trận được gọi là các trang. Mỗi hàng này có dung lượng lưu trữ từ 2 KB đến 16 KB. Nếu mỗi khối có 256 trang, chúng tôi sẽ có kích thước từ 256 KB đến 4 MB.

Sự khác biệt giữa SSD và RAM

Với điều này, điều đầu tiên bạn nghĩ đến là bộ nhớ RAM. Như chúng ta đã biết, loại bộ nhớ này được sử dụng để cung cấp dữ liệu và chương trình cho bộ xử lý. Khi chúng ta tắt máy tính, bộ nhớ RAM hoàn toàn trống không giống như ổ SSD.

Sự khác biệt nằm ở việc sử dụng cổng NAND. Các phần tử logic này lưu trữ trạng thái điện cuối cùng bên trong, và thậm chí vẫn không có nguồn điện.

Công nghệ sản xuất

Về cơ bản đã có hai công nghệ lưu trữ để sản xuất các thiết bị này. Nó bắt đầu thử nghiệm với các ổ đĩa dựa trên RAM. Điều này đòi hỏi một yếu tố liên tục cung cấp cho họ năng lượng để không làm mất dữ liệu.

Do những hạn chế này, công nghệ DRAM trong các đơn vị này đã bị loại bỏ với sự xuất hiện của cổng NAND với bộ lưu trữ không bay hơi. Đây là một công nghệ hiện đang được sử dụng và có ba công nghệ sản xuất khác nhau:

SLC hoặc ô cấp độ cá nhân

Sử dụng phương pháp này có thể lưu trữ một bit dữ liệu cho mỗi ô nhớ. Cấu trúc của nó được làm từ các tấm silicon riêng lẻ mà bạn có được một chip nhớ mỏng và một mức lưu trữ duy nhất. Những con chip này có ưu điểm là tốc độ truy cập dữ liệu cao hơn, tuổi thọ cao hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn. Mặt khác, chúng có dung lượng bộ nhớ thấp hơn, do đó sẽ cần phải xây dựng số lượng lợn nái nhiều hơn, do đó làm tăng chi phí xây dựng của chúng.

Sản xuất của nó bây giờ chỉ giới hạn trong môi trường cụm công nghiệp và máy chủ nơi chất lượng lưu trữ phải vượt trội.

MLC hoặc tế bào đa cấp

Phương pháp sản xuất này chỉ ngược lại với phương pháp trước. Mỗi chip bộ nhớ được sản xuất bằng cách xếp các tấm silicon để tạo thành một chip đa cấp duy nhất. Vì ưu điểm của nó là dung lượng lưu trữ lớn hơn trên mỗi chip, có thể lưu trữ hai bit cho mỗi ô, tạo ra tổng cộng 4 trạng thái khác nhau. Và cũng là một chi phí sản xuất rẻ hơn.

Vì nhược điểm, chúng tôi chỉ trích ngược lại so với trường hợp trước: truy cập chậm hơn và chip có độ bền thấp hơn.

TLC hoặc tế bào cấp ba

Trong trường hợp này, quy trình sản xuất quản lý để thực hiện 3 bit cho mỗi ô, cho phép lưu trữ tối đa 8 trạng thái. Giá sản xuất rẻ hơn và truy cập vào nội dung kém hiệu quả. Do đó, chúng là các đơn vị rẻ nhất để có được, nhưng với tuổi thọ tế bào giới hạn trong khoảng 1000 ghi.

Công nghệ TRIM

Một đối tượng đang chờ xử lý trong các đơn vị lưu trữ SSD chính xác là độ bền của chúng. Các ô nhớ bị suy giảm cho mỗi lần ghi và xóa được thực hiện đối với chúng, điều này khiến các ổ đĩa được sử dụng nhiều bị xuống cấp nhanh chóng dẫn đến lỗi toàn vẹn tệp và mất tệp.

Quá trình xóa các tệp khỏi ổ SSD khá phức tạp. Chúng tôi có thể viết nội dung ở cấp hàng, nhưng chúng tôi chỉ có thể xóa ở cấp khối. Điều này ngụ ý rằng nếu có các tệp hữu ích trong khối này ngoài các tệp phải xóa, thì tệp này cũng sẽ bị xóa.

Để ngăn chặn các tệp hợp lệ bị xóa, các tệp này nên được lấy và lưu trong một hàng mới, sau đó xóa khối và sau đó viết lại dữ liệu hợp lệ ở nơi trước đó. Hậu quả của tất cả quá trình này là sự xuống cấp hơn nữa của các ô nhớ bằng cách phải ghi thêm và xóa.

Để đáp ứng điều này, các công nghệ như TRIM xuất hiện. TRIM cho phép giao tiếp giữa hệ điều hành và đơn vị lưu trữ để chính hệ thống đó báo cho SSD biết dữ liệu mà nó phải xóa. Khi chúng tôi xóa dữ liệu trong Windows, dữ liệu không bị xóa về mặt vật lý mà thay vào đó có được quyền sở hữu không được sử dụng. Điều này cho phép làm giảm các quá trình viết và xóa vật lý của các ô nhớ. Từ Microsoft, công nghệ này đã được triển khai kể từ Windows 7.

Các thành phần vật lý của ổ SSD

Về các thành phần của ổ SSD, chúng ta có thể đề cập đến ba yếu tố quan trọng:

Bộ điều khiển: là bộ xử lý chịu trách nhiệm quản lý và quản lý các hoạt động được thực hiện trên các mô-đun bộ nhớ NAND.

Bộ nhớ cache: Cũng trong loại thiết bị này có thiết bị bộ nhớ DRAM để tăng tốc quá trình truyền dữ liệu từ thiết bị sang RAM và bộ xử lý.

Tụ điện: Tụ điện có chức năng duy trì tính toàn vẹn dữ liệu khi có sự cố mất điện đột ngột. Nếu có dữ liệu chuyển động do bị cắt, nhờ các tụ điện, có thể lưu trữ dữ liệu này để tránh mất mát.

Công nghệ kết nối

SATA

Các ổ SSD thông thường có cùng công nghệ kết nối với các ổ cứng thông thường, nghĩa là chúng sử dụng cổng SATA 3 để kết nối chúng với bo mạch chủ. Bằng cách này, chúng tôi sẽ chuyển khoản 600 MB / s.

PCI-Express

Nhưng có một công nghệ kết nối và truyền thông thậm chí còn nhanh hơn gọi là NVMe. Sử dụng phương pháp này, các thiết bị sẽ được kết nối trực tiếp với các khe cắm mở rộng PCI-Express trên bo mạch chủ của chúng tôi. Bằng cách này, có thể đạt được tốc độ truyền lên tới 2 GB / giây khi đọc và 1, 5 GB / giây bằng văn bản.

Như thường lệ, các ổ cứng này không có định dạng đóng gói hình chữ nhật 2, 5 inch thông thường, nhưng trông giống như các thẻ mở rộng như máy chụp ảnh hoặc card đồ họa không tản nhiệt.

M.2

Đây là chuẩn giao tiếp mới nhằm thay thế loại SATA trong trung và ngắn hạn. Nó sử dụng cả giao thức truyền thông SATA và NVMe. Các đơn vị này được kết nối trực tiếp với một cổng cụ thể nằm trên bo mạch chủ. Bằng cách này, chúng tôi tránh chiếm các khe cắm PCI-E và chúng tôi sẽ có các cổng cụ thể. Tiêu chuẩn này không có tốc độ của PCI-E nhưng nó cao hơn nhiều so với SATA và đã có các ổ đĩa từ tất cả các nhà sản xuất với mức giá vừa phải.

Các khía cạnh để xem xét về một SSD

Khi mua SSD chúng ta phải biết cả ưu điểm và nhược điểm của nó, và nếu hệ thống của chúng ta phù hợp.

Hệ thống tập tin

Như chúng ta đã thấy việc quản lý ổ SSD khá khác so với những gì chúng ta thấy đối với các ổ cứng thông thường. Đây là lý do tại sao các hệ thống tệp truyền thống có nhu cầu cập nhật cấu trúc hoạt động bên trong của chúng để phù hợp với nhu cầu của các ổ đĩa này. Nếu không, nó sẽ gây ra sự xuống cấp nhanh chóng của các đơn vị rút ngắn đáng kể cuộc sống của họ.

NTFS

Một ví dụ rõ ràng là hệ thống tập tin Windows. Một trong những tối ưu hóa đầu tiên được triển khai, vì Windows Vista là căn chỉnh chính xác phân vùng cho hệ thống. Điều này cho phép phải thực hiện các hoạt động đọc và ghi thêm, bởi vì tổ chức của các ngành khác nhau ở các đơn vị cơ khí và SSD.

Trong các phiên bản sau của Windows 7, các hệ thống thực hiện các cải tiến cho SSD như tắt chức năng chống phân mảnh tệp, dịch vụ Superfetch, ReadyBoost và giới thiệu lệnh TRIM để kéo dài tuổi thọ của SSD.

Ưu điểm của SSD so với đĩa cơ

• Đọc / ghi: Tăng đáng kể các hoạt động cơ bản bằng cách loại bỏ các thành phần cơ khí. Đặc tính đáng giá và quan trọng nhất của nó. Mở các ứng dụng và tệp: trực tiếp từ bên trên, theo đó các ứng dụng và tệp mở nhanh hơn nhiều và thời gian khởi động của máy tính sẽ giảm đáng kể. Thất bại và bảo mật: Thời gian giữa các lần thất bại tăng đáng kể và bảo mật của các giao dịch tăng lên bằng cách cải thiện việc làm sạch dữ liệu và không có sự thay đổi về hiệu suất khi thiết bị đầy hoặc trống. Xóa các tệp cũng an toàn hơn, vì một khi đã xóa vật lý, các tệp hoàn toàn không thể phục hồi. Năng lượng: nó sẽ đòi hỏi ít tiêu thụ năng lượng và sản xuất nhiệt. Tiếng ồn: vì không có yếu tố cơ học, sản xuất tiếng ồn sẽ bằng không. Trọng lượng và sức đề kháng: bằng cách giảm các thành phần cơ học và kích thước, trọng lượng của chúng ít hơn và khả năng chống va đập tốt hơn nhiều.

Nhược điểm của SSD

• Cuộc sống hữu ích: những đơn vị này thường có cuộc sống ít hữu ích hơn so với đĩa truyền thống. Điều này liên quan đến cường độ sử dụng được dành cho những thứ này và cho công nghệ sản xuất. Giá: Chi phí cho mỗi GB cao hơn đáng kể so với đĩa truyền thống. Vì vậy, chúng tôi tìm thấy đĩa dung lượng nhỏ hơn nhiều với giá cao hơn. Dung lượng lưu trữ: Ổ đĩa cứng vẫn tồn tại trên thị trường với dung lượng lưu trữ ít hơn so với ổ đĩa cơ. Không phải do những hạn chế về phần cứng (vì cách đây một thời gian đã xuất bản rằng Nimbus Data đã lên kế hoạch xây dựng một ổ SSD 100 TB) mà vì chi phí của những thứ này. Phục hồi dữ liệu: Như đã thảo luận về các ưu điểm, SSD sẽ xóa các tệp vĩnh viễn và đây cũng là một bất lợi nếu điều chúng ta muốn là khôi phục các tệp đã bị xóa. Mặc dù vậy, công nghệ TRIM cho chúng ta cơ hội về vấn đề này. Thất bại thảm khốc: trong khi các đĩa cơ đang dần xuống cấp và chúng ta có thể nhận thấy điều đó, SSD không hoạt động mà không có cảnh báo và lỗi này là toàn bộ và cuối cùng. Vì vậy, chúng tôi sẽ mất các tập tin gần như hoàn toàn an toàn. Nhiệm vụ bảo trì: Trong trường hợp này, các tác vụ này rất có hại cho ổ cứng. Chống phân mảnh ổ SSD không có ý nghĩa gì, nhưng không nên cấu hình một phần dung lượng vào bộ nhớ ảo. Quá trình này làm cho nó mặc nhiều hơn.

Nếu bạn muốn biết tất cả các chi tiết về ổ cứng cơ học, chúng tôi khuyên bạn nên bài viết của chúng tôi:

Với điều này, chúng tôi kết thúc phần giải thích về SSD là gì và cách thức hoạt động của nó. Nó có hữu ích cho bạn không? Bạn có câu hỏi nào không? ?