Co jsou disky SSD a jak fungují?

Dnes budeme diskutovat o hlavních bodech a principech fungování solidní SSD technologie. Jak si vzpomínáte, v první části článku jsme provedli srovnávací testy jednoho SSD a dvou HDD disků. Zvažoval, jak vypadá zevnitř a odkud tvoří hlavní bloky.

Také - uvedli hlavní výhody této technologie a nyní zváží nedostatky, které jsou v této chvíli neodmyslitelné. Představme si ty hlavní v podobě seznamu:

1. Vysoká (vzhledem k jednotkám HDD) náklady na ukládání dat, tj. - získáváme menší kapacitu disku za spoustu peněz
2. Vyšší zranitelnost (s ohledem na zařízení s magnetickým záznamovým principem) k elektrickému rušení a problémům s napájením (náhlé výpadky, magnetické pole, statická elektřina)
3. Nemůžete úplně vyplnit disk (15-20% prostoru by mělo být volné)
4. Životnost nosiče je omezena na určitý počet záznamových cyklů jeho buněk

Ale pojďme - v pořádku! Za prvé, co je jednotka SSD a jaký je princip jejího fungování?

Jednotka SSD

Jedná se o polovodičový disk, ve kterém jsou namísto tradičních desek z pevných disků pokrytých feromagnetickou vrstvou použity čipy NAND flash paměti.

Paměťové čipy NAND

Paměť NAND je vývoj flash paměti, jejíž čipy měly mnohem menší výkon, dlouhověkost a konstrukčně vypadaly mnohem masivnější.

Možná vás zajímá, že flash paměť byla vyvinuta v jedné z divizí společnosti "Toshiba" v roce 1984. První komerční čip založený na tomto vývoji v roce 1988 vydal Intel. A o rok později (v roce 1989) tentýž "Toshiba" představil nový typ flash paměti - NAND.

V současné době existují tři hlavní verze (modifikace) paměti NAND:

• SLC (jednocestná buňka o jedné úrovni)
• MLC (dvouúrovňová - víceúrovňová buňka)
• TLC (trojúrovňová - trojúhelnívá buňka)

Nejdražší a nejspolehlivější řešení jsou zařízení na čipu SLC. Proč? Umožňují uložení pouze jedné bitové informace v každé paměťové buňce. Na rozdíl od nich mohou čipy MLC a TLC ukládat dva a tři bity. To bylo možné díky použití různých úrovní elektrického náboje na vratech paměťových buněk.

Schematicky to může být reprezentováno takto:

Taková víceúrovňová struktura umožňuje dramaticky zvýšit kapacitu čipů se stejným fyzickým objemem (nakonec je každý gigabajt levnější). ALE! Nic není dáno zdarma! Proto čipy MLC a TLC dramaticky zkracují jejich "život", což je přímo souvisí s počtem cyklů přepsání jejich buněk.

Pro SLC to je 100 000 cyklů vymazání / zápisu pro MLC 10 000 a pro TLC pouze 5 000. Toto snížení spolehlivosti je způsobeno postupným zničením dielektrické vrstvy plovoucí brány článku kvůli malé rezervě změny stavu kvůli elektrickému proudu. Kromě toho, vzhledem k tomu, že se při každé nové úrovni složitě rozeznává chyba bezchybného rozpoznání úrovně elektrického signálu, což znamená, že celková doba hledání požadované buňky se zvyšuje, pravděpodobnost čtení chyb se zvyšuje.

Aby bylo možné bojovat proti výše popsaným jevům, musí výrobci vyvinout specializované vysoce inteligentní řídicí mikrokontroléry pro disky SSD, které kromě vstupních a výstupních postupů musí zapisovat informace do médií tak, aby čipy flash paměti byly rovnoměrně opotřebované a kontrolovaly toto opotřebení, vyvažování zátěže - provádět opravu chyb, atd.

Je to řadič, který je slabým bodem polovodičových SSD, protože je citlivější na problémy s napájením a poškození firmwaru (firmwaru) obsaženého v něm, může vést k úplné ztrátě všech dat uživatele. A jejich správné zotavení je ještě mnohem náročnější na práci než v případě HDD disků. Vzhledem k tomu, že data jsou rozptýlena mezi různými paměťovými čipy a je nutné správně obnovit původní strukturu a to není snadné.

Proto výrobci jednotek SSD pravidelně aktualizují firmware svých disků a nahrávají je ke stažení zdarma, zlepšují a zlepšují algoritmy zařízení a zabraňují ztrátě dat v případě nouze.

Doporučení! Pravidelně aktualizujte "firmware" vašeho SSD a stáhněte si ho z webových stránek výrobce.

Se zhoršením paměťových buněk MLC se výrobci také potýkají s metodou dobře zavedenou v magnetických záznamových discích: rezervují část jejich objemu (10-20%) pro dynamickou náhradu opotřebovaných buněk. V případě HDD tato oblast slouží k nahrazení chybných sektorů pevného disku.

Ale my, jako uživatelé, můžeme našemu disku SSD pomoci v nečinnosti, abychom neztráceli svůj omezený "život" zdroj a nakonfigurovali operační systém takovým způsobem, aby minimalizovali zbytečné přístupy na disk.

Ukážeme obecné zásady, co dělat a co je třeba se vyhnout, a již nastavíte systém pro optimální práci s pevným diskem.

Například: víme, že operační systém "Windows" během své práce aktivně používá swap soubor (skrytý systémový soubor "pagefile.sys"). Co to znamená, pokud jde o zhoršení kapacity jednotek SSD a všechno, co jsme uvedli výše? A skutečnost, že se intenzivně používá samostatná oblast flash disku systému (často je přepsána některými oficiálními a nepotřebnými daty a ve skutečnosti je aktivně opotřebovaná)!

Co lze udělat? To je pravda! Převeďte swapový soubor na jinou (nikoliv SSD), stejně jako já, nebo s velkým množstvím paměti RAM zcela opustíte (vložte jej do "0")?

Jdeme dál: proces defragmentace není pro tento typ zařízení nezbytný (přístupová rychlost pro ně je stejná pro libovolnou buňku, bez ohledu na to, kde je konečný soubor), ale je to prostě škodlivé. Ze stejného důvodu, jak je popsáno výše. Nadměrný (nečinný) přístup k disku pouze dále snižuje jeho omezený zdroj. Takže - vypněte příslušnou službu defragmentace. Také není nadbytečné zakázat indexování souborů, což je nezbytné pro rychlejší vyhledávání, ale často je používáme u nás?

Princip, myslím, jste chytil. A teď bych vám rád ukázal malý program "SSD Mini Tweaker" (tweaker-optimizer), který podobně optimalizuje fungování jednotky SSD. Stačí zařadit zaškrtávací políčka před příslušné položky a kliknout na tlačítko "Použít změny".

Počítač se restartuje a změny se projeví. Program je pozoruhodný v tom, že má ruské rozhraní a podrobné informace v ruštině. Takže se můžete kdykoli seznámit s funkcí, kterou chcete odpojit nebo zapojit.

Stáhněte si nástroj z našich webových stránek. V archivu - verze pro 32bitové a 64bitové systémy a soubor nápovědy v ruštině.

Jelikož jsme věnovali tolik času optimálnímu použití disku a opotřebení paměťových buněk, nemohu vám představit další zajímavý vývoj. Program "SSD Life Pro", jehož hlavním úkolem je sledovat provozní dobu disku a hlásit přibližný datum jeho selhání.

Bohužel nástroj nemohl vypočítat "životnost" disku "Plextor", ale ukázal další zajímavé informace.

Co tu vidíme? Položka "FW: 1.00" je verze firmwaru disku, obsazený a volný prostor na něm je zobrazen níže, celkový provozní čas od prvního zapnutí a počet startů. Nezapomeňte také na řádek TRIM (měl by být aktivní), znamená to, že výkon jednotky SSD bude optimální.

Níže je snímek obrazovky práce stejného programu, ale převzat z webu jeho vývojáře. Ukazuje, že jednotka od firmy "Intel" správně přenesla užitek svých parametrů SMART a na jejím základě zobrazila utilita rozšířenou předpověď stavu.

Jak vidíte, selhání pohonu je "jmenováno" 7. listopadu 2020 :)

Pokud klikneme na odkaz "Jak to myslíte?" V horní části okna programu přejděte na stránku vývojáře a budeme moci vidět (v ruštině), jak přesně je tento výpočet proveden?

Na závěr tohoto tématu budeme poslouchat doporučení všech uznávaných firem společnosti Intel, podle kterých ideální podmínky pro SSD s pevným diskem jsou pokrytí dat o méně než 75% se statickým (zřídka změněným) a dynamickým (často se měnícím) informačním poměrem 3 na 1. Nepoužívejte posledních 10-20% místa na disku, protože jsou potřebné pro správnou funkci příkazu TRIM. Chcete-li pracovat, potřebuje volné místo k přeskupení dat (stejně jako pro funkci defragmentace). Obecným pravidlem je, že čím více volného místa, tím rychleji funguje zařízení.

V současné době je jednotka SSD ideálně vhodná jako systémový oddíl, na kterém jsou nainstalovány operační systém a programy a vše. Údaje a veškerá práce na nich by měla (pokud je to možné) probíhat na druhém (HDD) disku. Pevné disky mohou být také efektivně použity na serverech pro ukládání statických dat do mezipaměti.

A teď si zkrátka zvážíme, proč dražší SSD modely polovodičových disků mají takové vynikající vysokorychlostní vlastnosti a co se ještě liší od jejich "mladších" bratrů?

Za prvé: jedná se o stejný čip Smart Drive Controller, který může být navržen jako multikanálový. - může zapisovat data současně do každého čipu flash paměti. Výsledkem je, že celkový výkon zařízení se bude rovnat rychlosti jednoho čipu paměti vynásobenému počtem kanálů regulátoru. No, je to trochu zjednodušující situaci :)

Také u dražších modelů se používají další prvky, které jsou připájeny k desce. Může to být například řada kondenzátorů umístěných v blízkosti čipu RAM disku, které zajišťují v případě výpadku proudu zaručené ukládání dat z mezipaměti.

Když kritická hustota špatných buněk disku dosáhne kritické úrovně, může firmware čipu zcela zablokovat jednotku SSD pro funkce zápisu a dát ji do režimu "jen pro čtení", který zaručuje bezpečnost dat uživatele (schopnost zálohovat data), dokud se zařízení zcela nezdaří.

A na konci tohoto článku se dotkneme další zajímavé verze pevných disků. Jedná se o disky "RAM SSD". Co to je?

Taková hybridní zařízení používají pro ukládání informací nestálé čipy, zcela totožné s těmi, které se používají v modulech RAM počítače. Mají vysokorychlostní rychlost přístupu k datům, rychlost čtení a zápisu a mohou být úspěšně použity k urychlení rozsáhlých databází a vyžadují maximální výkon.

Takové systémy jsou vybaveny bateriemi pro udržení provozu v nepřítomnosti elektrické energie a dražší modely - zálohovací systémy, když jsou data kopírována na nosič HDD.

Takto může vypadat podobné zařízení, které je definováno operačním systémem jako pevný disk.

Jednotka SSD RAM

A zde je jednodušší verze, vytvořená ve formě karty PCI Express X1

Jak vidíte, princip fungování je stejný, ale funkce RAM čipů nebo "palačinky" HDD se zde provádí obvyklými moduly RAM.

Nyní, jak jsem slíbil, chci říci pár slov o subjektivních pocitů po použití pevného disku. Operační systém (Windows 7) je načten a vypíná mnohem rychleji. Totéž lze říci o instalaci a spuštění programů. Některé aplikace prostě překvapí: "Microsoft Word 2003" "střílí" méně než sekundu! Nemáš čas se psychicky připravit na práci s ním :) Ano, rychle, ale nečekejte něco fenomenálního, totéž však není "revoluce", ale "evoluce" :)