Преимущества твердотельных накопителей SSD и их строение


В этой статье представлены общие сведения о твердотельных накопителях, их внутренних компонентах и принципах работы, благодаря которым пользователи получают надежное устройство с максимальной производительностью и высокой скоростью работы. Вы узнаете о строении твердотельного накопителя и увидите отличия между такими типами памяти, как SLC, MLC и TLC.

Твердотельные накопители (SSD) появились довольно давно — популярные в настоящее время форм-факторы впервые были представлены в 1990-х годах, но изначально имели небольшую (по сегодняшним стандартам) емкость и высокую стоимость за один гигабайт памяти. В наши дни твердотельные накопители стали более быстрыми и доступными, а их емкость увеличилась более чем в десять раз.

Их популярность растет с каждым днем, и многие широко распространенные ПК, высокопроизводительные настольные компьютеры, устройства 2-в-1 и ноутбуки Ultrabook оснащены встроенными твердотельными накопителями.

Современные твердотельные накопители доступны в двух популярных форм-факторах: стандартный корпус накопителя, который по форме и размеру напоминает традиционный 2,5-дюймовый жесткий диск, и более тонкий и компактный форм-фактор M.2 2280 для ультратонких планшетов, ноутбуков и компьютеров с разъемами М.2.

 

Преимущества твердотельных накопителей

Твердотельные накопители не содержат подвижных элементов — данные хранятся непосредственно в памяти NAND без использования магнитной записи. Это имеет свои преимущества.

Быстродействие. Твердотельные накопители не содержат подвижных элементов — данные хранятся непосредственно в памяти NAND без использования магнитной записи, что обеспечивает быстрый доступ к ним. Благодаря высокой скорости доступа быстрее выполняется запуск системы, повышается скорость передачи данных и уменьшается время отклика приложений. Это особенно приятно при работе с программами, в которых требуется доступ к большому объему данных, например в операционных системах.

Надежность. В твердотельных накопителях для хранения данных используется флэш-память, а благодаря отсутствию подвижных элементов такие устройства потребляют меньше электроэнергии. Это гарантирует малое энергопотребление и позволяет использовать компьютер в течение более длительного времени. Твердотельные накопители имеют низкий уровень вибрации и мало нагреваются.

Малое энергопотребление. Благодаря отсутствию подвижных элементов твердотельные накопители потребляют значительно меньше электроэнергии по сравнению с обычными накопителями, что увеличивает продолжительность работы компьютера между зарядками.

 

Строение твердотельного накопителя

Каждый компонент твердотельного накопителя играет важную роль в работе всего устройства и влияет на его быстродействие. Ключевыми являются следующие компоненты.

fpo leftright - Преимущества твердотельных накопителей SSD и их строение

1) Верхняя крышка.

2) Контроллер интерфейса — интерфейс SATA для подключения к ПК или ноутбуку.

3) Память DRAM — встроенная энергозависимая память сравнительно небольшого объема.

4) Контроллер — интеллектуальная составляющая твердотельного накопителя.

5) Память NAND — энергонезависимая память.

6) Логическая плата.

7) Нижняя крышка.

 

Алгоритмы встроенного программного обеспечения выполняются контроллером твердотельного накопителя — это оптимизирует кэш для быстродействия системы, увеличивая общий ресурс и срок службы устройства.

В некоторых твердотельных накопителях обработку входящих и часто используемых данных выполняет память DRAM. Это позволяет уменьшить нагрузку на память NAND и обеспечить быстрый доступ к данным и приложениям. Для длительного хранения информация со временем переносится в память NAND. Твердотельные накопители следующего поколения оснащены оптимизированными высокопроизводительными контроллерами, имеющими внутреннюю память RAM, за счет чего исчезает потребность в использовании памяти DRAM.

 

Компоненты твердотельного накопителя

Память NAND

Энергонезависимая память NAND — самый важный компонент твердотельного накопителя. Именно в ней хранятся пользовательские файлы, и для сохранения целостности данных не требуется постоянное электропитание. В традиционных жестких дисках данные хранятся на электромагнитных носителях, а в твердотельных накопителях — непосредственно в памяти NAND, поэтому подвижные элементы не нужны.

Разработка флэш-памяти NAND направлена на уменьшение стоимости хранения за один бит данных и максимальное увеличение емкости памяти. Флэш-память NAND применяется в таких устройствах, как MP3-проигрыватели, цифровые камеры и USB-накопители, а также непосредственно в твердотельных накопителях.

Контроллер

Контроллер следит за всеми входящими и исходящими данными, реагирует на команды, поступающие с главного устройства, и с помощью встроенного ПО управляет работой памяти, функциями выявления и исправления ошибок и обеспечения безопасности.

Различные контроллеры обладают разным количеством ядер и разными типами памяти, что и определяет их функциональность. Возможности накопителя зависят непосредственно от контроллера. Как показывает практика, в корпоративных твердотельных накопителях используются более крупные и сложные контроллеры, чем в клиентских твердотельных накопителях, однако в целом они имеют одинаковую функциональность и выступают руководящим центром накопителя.

Кэш из ячеек SLC
Технология, обеспечивающая непрерывность, быстроту и удобство работы. Благодаря ей выполнение задач чтения и записи осуществляется на новом, более высоком уровне, поскольку кэширование выполняется для всех задач записи на накопитель вне зависимости от типа и размера данных. Для увеличения ресурса, повышения эффективности и обеспечения высокой производительности накопителя в данной технологии используется комбинация небольшого количества быстрых и чрезвычайно надежных блоков памяти типа SLC и обычных блоков флэш-памяти типа TLC. Сначала все записывается в блоки памяти SLC, а затем переносится в блоки флэш-памяти TLC. Это позволяет минимизировать износ флэш-памяти TLC, за счет чего увеличивается ресурс твердотельного накопителя.

Память типов SLC и MLC

leftright large2 - Преимущества твердотельных накопителей SSD и их строениеФлэш-память NAND состоит из множества ячеек, в которых хранятся биты информации, включаемые и отключаемые при помощи электрического заряда. Порядок организации этих включаемых и отключаемых битов представляет собой данные, которые хранятся на твердотельном накопителе. Количество битов в этих ячейках также определяет наименование флэш-памяти, как показано далее.

Память SLC (Single-Level Cell — одноуровневая ячейка) содержит по одному биту данных в каждой ячейке и является наиболее надежным и быстрым, однако и самым дорогим типом памяти, который из-за этого недоступен в средствах хранения большой емкости. Чаще всего ее используют в корпоративных серверных приложениях.

Память MLC (Multi-Level Cell — многоуровневая ячейка) содержит по два бита данных в каждой ячейке. Память TLC (Triple-Level Cell — трехуровневая ячейка), содержит по три бита данных в каждой ячейке. Благодаря этой передовой технологии специалисты получают возможность создавать твердотельные накопители с более широкими возможностями. Память типов MLC и TLC выгодна в производстве, позволяет создать накопители большой емкости и больше подходит для приложений, обрабатывающих небольшой объем данных, например для выполнения повседневных задач общего назначения.

Резюме

Технология твердотельных накопителей стала надежной и быстродействующей альтернативой для выполнения повседневных задач и хранения данных. Понимание принципов работы твердотельных накопителей поможет узнать о преимуществах использования данной технологии в настольных компьютерах и ноутбуках.

42 просмотров всего, 1 просмотров сегодня