Што такое SSD дыскі і прынцып іх працы
Сёння мы з Вамі разбярэм асноўныя моманты і прынцыпы функцыянавання тэхналогіі цвёрдацельных SSD дыскаў. Як Вы памятаеце, у першай частцы артыкула мы праводзілі параўнальнае тэставанне аднаго SSD і двух HDD дыскаў. Разглядалі, як ён выглядае знутры і з якіх асноўных блокаў складаецца.
Таксама - пералічылі асноўныя вартасці дадзенай тэхналогіі, а цяпер разгледзім недахопы, якія ўласцівы ёй на дадзены момант. Уявім асноўныя з іх у выглядзе спісу:
- Высокая (адносна HDD дыскаў) кошт захоўвання дадзеных, г.зн. - меншую ёмістасць дыска мы атрымліваем за вялікія грошы
- Вялікая ўразлівасць (адносна прылад з магнітным прынцыпам запісу) да электрычных перашкод і праблемам энергазабеспячэння (раптоўнае адключэнне энергіі, магнітныя палі, статычную электрычнасць)
- Нельга цалкам запаўняць дыск (15-20% прасторы павінна быць вольным)
- Тэрмін службы носьбіта абмежаваны вызначаным колькасцю цыклаў запісу яго вочак
Але давайце - па парадку! Пачнем з таго, што такое SSD дыск і які прынцып яго працы?
SSD дыск
Гэта - цвёрдацельны назапашвальнік, у якім замест традыцыйных пласцін жорсткіх дыскаў , пакрытых ферамагнітных пластом, выкарыстоўваюцца чыпы NAND флэш памяці.
Чыпы памяці NAND
NAND памяць гэта - эвалюцыя флэш-памяці, чыпы якой мелі нашмат меншае хуткадзейнасць, даўгавечнасць і канструктыўна выглядалі больш масіўнымі.
Магчыма Вам будзе цікава, што флэш-памяць былі распрацавана ў адным з падраздзяленняў кампаніі «Toshiba» ў 1984-ым годзе. Першы ж камерцыйны чып на аснове дадзенай распрацоўкі ў 1988-ім годзе выпусціла «Intel». А ўжо праз год (у 1989-ом) тая ж "Toshiba» прадставіла новы тып флэш-памяці - NAND.
На дадзены момант ёсць тры асноўных варыянту (мадыфікацыі) NAND памяці:
- SLC (аднаўзроўневых - Single Level Cell)
- MLC (двухузроўневая - Multi Level Cell)
- TLC (трохузроўневая - Three Level Cell)
Самымі дарагімі і надзейнымі рашэннямі з'яўляюцца прылады на SLC чыпах. Чаму? Яны дазваляюць у кожнай вочку памяці захоўваць толькі адзін біт інфармацыі. У адрозненне ён іх, MLC і TLC чыпы могуць захоўваць два і тры біта адпаведна. Гэта стала магчымым за кошт выкарыстання розных узроўняў электрычнага зарада на засаўках вочак памяці.
Схематычна гэта можна адлюстраваць вось так:
Падобная шматузроўневая структура дазваляе рэзка павялічыць ёмістасць чыпаў пры тым жа іх фізічным аб'ёме (у выніку кожны гігабайт атрымліваецца танней). АЛЕ! Нічога бясплатна не даецца! Таму ў MLC і TLC чыпаў рэзка скарачаецца тэрмін іх «жыцця», які наўпрост звязаны з колькасцю цыклаў перазапісу іх вочак.
Для SLC гэта - за 100 000 цыклаў пры спробе ачысціць / запісы, для MLC - 10 000, а для TLC - усяго 5 000. Такое зніжэнне надзейнасці звязана з паступовым разбурэннем дыэлектрычнага пласта плавае засаўкі вочка з за малога рэзерву змены яго стану пад дзеяннем электрычнага току. Плюс у сілу таго, што з кожным новым узроўнем ўскладняецца задача беспамылкова распазнання ўзроўню электрычнага сігналу, а значыць - павялічваецца агульны час пошуку патрэбнай вочкі з дадзенымі, павышаецца верагоднасць узнікнення памылак чытання.
Для барацьбы з апісанымі вышэй з'явамі, вытворцам прыходзіцца распрацоўваць спецыялізаваныя высокаінтэлектуальныя мікракантролеры кіравання для SSD дыскаў, якія, акрамя працэдур ўводу-вываду, павінны запісваць інфармацыю на носьбіт так, каб мікрасхемы яго флэш-памяці зношваліся раўнамерна і кантраляваць гэты знос, балансуючы нагрузку, таксама - праводзіць карэкцыю памылак і г.д.
Менавіта кантролер з'яўляецца слабым месцам цвёрдацельных SSD дыскаў, так як ён больш адчувальны да праблем з харчаваннем і пашкоджанне мікрапраграмы (прашыўкі), якая знаходзіцца ў ім, можа прывесці да поўнай страты ўсіх дадзеных карыстальніка. А іх карэктнае аднаўленне - яшчэ больш працаёмкая аперацыя, чым у выпадку з HDD дыскамі. З-за таго, што дадзеныя раскіданыя па розных чыпам памяці і неабходна карэктна аднавіць першапачатковую іх структуру, а гэта бывае не проста.
Таму вытворцы SSD назапашвальнікаў рэгулярна абнаўляюць прашыўкі сваіх дыскаў і выкладваюць іх для вольнай запампоўкі, дорабатывая і паляпшаючы алгарытмы працы прылады і папярэджваючы страту дадзеных у выпадку аварыйнай сітуацыі.
Рэкамендацыя! Перыядычна абнаўляць «прашыўку» (firmware) свайго SSD, загружаючы яе з сайта вытворцы.
З зносам MLC вочак памяці вытворцы змагаюцца яшчэ і метадам, добра зарэкамендавалі сябе ў дысках з магнітным прынцыпам запісу: рэзервуючы частка іх аб'ёму (10-20%) для дынамічнай замены зношаных вочак. У выпадку HDD гэтая вобласць служыць для замены бэд сектараў вінчэстара.
Але і мы, як карыстальнікі, можам дапамагчы нашаму SSD назапашвальніку у халастую не марнаваць свой абмежаваны рэсурс «жыцця» і наладзіць аперацыйную сістэму такім чынам, каб мінімізаваць непатрэбныя звароту да дыска.
Я пакажу агульныя прынцыпы таго, што трэба рабіць і чаго старацца пазбягаць, а Вы ўжо самі наладзіце сваю сістэму на аптымальную працу з цвёрдацельным дыскам.
Напрыклад: мы ведаем, што аперацыйная сістэма «Windows» падчас сваёй працы актыўна выкарыстоўвае файл падпампоўкі (схаваны сістэмны файл «pagefile.sys»). Што гэта значыць, у дачыненні да зносу ячэек SSD назапашвальніка і ўсяму таму, пра што мы гаварылі вышэй? А тое, што асобная вобласць сістэмнага флэш-дыска інтэнсіўна выкарыстоўваецца (часта перазапісвальны нейкімі службовымі і не патрэбнымі нам дадзенымі і, па факце, - актыўна зношваецца)!
Што можна зрабіць? Правільна! Перанесці файл падпампоўкі на іншы (не SSD дыск), як зрабіў я, ці ж, пры вялікім аб'ёме аператыўнай памяці , зусім ад яго адмовіцца (выставіць у "0")?
Ідзем далей: працэдура дэфрагментацыі не толькі не патрэбна дадзенага тыпу прылад (хуткасць доступу ў іх аднолькавая для любой ячэйкі не залежна ад таго, дзе знаходзіцца канчатковы файл), але і папросту шкодная. Па той жа прычыне, што апісана вышэй. Лішнія (халастыя) звароту да дыска толькі дадаткова зніжаюць яго абмежаваны рэсурс. Значыць - выключаем адпаведную службу дэфрагментацыі. Таксама не лішнім будзе адключыць індэксаванне файлаў, якое трэба для больш хуткага пошуку, але ці так часта мы ім карыстаемся?
Прынцып, я думаю, Вы ўлавілі. А зараз я б хацеў паказаць Вам невялікую праграму «SSD Mini Tweaker» (твикер - аптымізатар), якая падобным чынам аптымізуе працу SSD назапашвальніка. У ёй досыць праставіць патрэбныя нам галачкі насупраць адпаведных пунктаў і націснуць кнопку «Ужыць змены».
Кампутар перазагрузіцца і змены ўступяць у сілу. Праграма выдатная тым, што мае руская інтэрфейс і падрабязную даведку на рускай ж. Так што, у любы момант Вы можаце падрабязна азнаёміцца з той функцыяй, якую збіраецеся адключыць ці пакінуць задзейнічанай.
Загрузіць ўтыліту можна з нашага сайта. У архіве - версіі для 32-х і 64-х разрадных сістэм і файл даведкі на рускай.
Калі хутка мы так шмат часу надалі пытанню аптымальнага выкарыстання дыска і зносу ячэек яго памяці, то не магу не ўявіць Вам яшчэ адну цікавую распрацоўку. Праграма «SSD Life Pro», асноўная задача якой - весці ўлік часу працы дыска і паведамляць прыблізную дату выхаду яго з ладу.
На жаль, ўтыліта не змагла падлічыць «час жыцця» майго дыска «Plextor», але паказала некаторую іншую цікавую інфармацыю.
Што мы тут бачым? Запіс «FW: 1.00» гэта - версія прашыўкі (firmware) дыска, ніжэй паказана занятае і вольнае месца на ім, агульны час працы з першага ўключэння і колькасць пускаў. Таксама зьвярніце ўвагу на радок TRIM (павінен быць актыўным), гэта кажа пра тое, што прадукцыйнасць SSD дыска будзе аптымальнай.
Ніжэй прадстаўлены скрыншот працы той жа праграмы, але ўзяты з сайта яе распрацоўшчыка. На ім бачна, што дыск ад кампаніі «Intel» карэктна перадаў утыліце свае SMART параметры і на аснове іх ўтыліта адлюстравала пашыраны прагноз яго стану.
Як бачыце, выхад назапашвальніка са строю «прызначаны» на сёмае лістапада 2020 га года :)
Калі мы націснем ў верхняй частцы акна праграмы на спасылку «Як вы гэта лічыце?», То пяройдзем на сайт распрацоўніка і зможам азнаёміцца (па-руску), якім менавіта чынам вырабляецца падобны разлік?
У завяршэнні гэтай тэмы, прыслухаемся да рэкамендацыі усімі паважанай фірмы «Intel», якая кажа, што ідэальнымі ўмовамі працы SSD цвёрдацельнага дыска з'яўляецца яго запоўненасць дадзенымі менш чым на 75% з суадносінамі статычнай (рэдка змянянай) і дынамічнай (змянянай часта) інфармацыі - 3 да 1. Не варта выкарыстоўваць апошнія 10-20% прасторы дыска, так як яны патрэбныя для карэктнай працы каманды «TRIM». Для працы ёй трэба вольная прастора для перагрупоўкі дадзеных (гэтак жа, як для функцыі дэфрагментацыі). Агульнае правіла такое - чым больш вольнага месца - тым хутчэй працуе прылада.
На дадзены момант SSD дыск ідэальна падыходзіць у ролі сістэмнай часткі, на якім ўсталяваная аперацыйная сістэма і праграмы і - усё. Дадзеныя і ўся праца над імі павінна (калі магчыма) праходзіць на другім (HDD) дыску. Таксама цвёрдацельныя кружэлкі могуць эфектыўна выкарыстоўвацца на серверах для кэшавання статычных дадзеных.
А цяпер, давайце коратка разгледзім, чаму больш дарагія мадэлі SSD цвёрдацельных кружэлак маюць такія цудоўныя хуткасныя якасці і чым яшчэ адрозніваюцца ад сваіх «малодшых» братоў?
Па першае: гэта - той жа інтэлектуальны чып кантролера назапашвальніка, які можа быць сканструяваны, як шматканальны г.зн. - можа запісваць дадзеныя адначасова ў кожны чып флэш-памяці дыска. У выніку - агульная прадукцыйнасць прылады будзе роўная хуткасці адной мікрасхемы памяці, памножанай на колькасць каналаў кантролера. Ну, гэта калі крыху спрасціць сітуацыю :)
Таксама ў больш дарагіх мадэлях выкарыстоўваюцца дадатковыя элементы, напайваюцца на плату. Гэта можа быць, да прыкладу, шэраг кандэнсатараў, размешчаных каля чыпа аператыўнай памяці дыска, якія забяспечваюць гарантаванае захаванне даных з кэш-памяці пры збоі ў электрасілкаванні.
Пры дасягненні крытычнай масы збойных вочак назапашвальніка, якасна выкананая прашыўка чыпа можа цалкам заблакаваць SSD дыск для функцый запісу і перавесці яго ў рэжым «толькі чытанне», што гарантуе захаванасць дадзеных карыстача (магчымасць зрабіць рэзервовую копію дадзеных) да поўнага выхаду прылады з ладу.
І ў завяршэнні нашага артыкула давайце кранём яшчэ адной цікавай разнавіднасці цвёрдацельны дыскаў. Гэта - «RAM SSD» назапашвальнікі. Што ж гэта такое?
Падобныя гібрыдныя прылады выкарыстоўваюць для захоўвання інфармацыі энергазалежнасці чыпы, цалкам ідэнтычныя тым, што выкарыстоўваюцца ў модулях аператыўнай памяці кампутара. Яны валодаюць сверхбыстрой хуткасцю доступу да дадзеных, хуткасцю чытання і запісы і могуць з поспехам прымяняцца для паскарэння працы вялікіх баз дадзеных і там, дзе трэба пікавае хуткадзейнасць.
Падобныя сістэмы абсталёўваюцца акумулятарамі для падтрымання функцыянавання пры адсутнасці электраэнергіі, а больш дарагія мадэлі - сістэмамі рэзервовага капіявання, калі дадзеныя капіююцца на HDD носьбіт.
Вось як можа выглядаць падобная прылада, якое вызначаецца аперацыйнай сістэмай, як жорсткі дыск.
RAM SSD дыск
А вось - больш просты варыянт, выкананы ў выглядзе платы PCI Express X1
Як бачыце, прынцып працы тут - той жа самы, але функцыю чыпаў флэш-памяці або «бліноў» HDD тут выконваюць звычайныя модулі RAM.
Цяпер, як і абяцаў, пару слоў хачу сказаць пра суб'ектыўных адчуваннях пасля выкарыстання цвёрдацельнага назапашвальніка. Аперацыйная сістэма (Windows 7) загружаецца і выключаецца адчувальна хутчэй. Гэта ж можна сказаць і пра ўсталёўку і запуску праграм. Пэўныя праграмы проста здзіўляюць: «Microsoft Word 2003» «выстрэльвае» менш, чым за секунду! Не паспяваеш думках падрыхтавацца да працы з ім :) Так, хутка, але не чакайце чагосьці фенаменальнага, усё ж такі гэта не «рэвалюцыя», а - «эвалюцыя» :)