Устройство жесткого диска SSD ноутбука и в компьютере

Никакой разницы между тем, что такое SSD в ноутбуке и стационарном компьютере по сути нет. Внешне устройство может представлять собой похожий на HDD корпус, или же быть выполнено в виде платы для установки в разъем типа М.2. Если разобрать SSD или посмотреть на плату, то она очень похожа конструкцией на обычную флешку. В целом, SSD и есть большая флешка, с тем же принципом работы.

Так выглядит SSD без одежды

Управляет всем устройством контроллер, который распределяет данные по ячейкам, следит за их состоянием, удалением и в целом выполняет все функции, аналогичные функциям процессора в компьютере.

Сама память представляет собой флеш-память, такую же, как на флешках. В SSD используется тип NAND, который характеризует собой трехмерную компоновку проводников, где на пересечениях используется ряд ячеек.

несколько одинаковых чипов на плате — NAND-память

По методу записи данных в ячейку различают два вида реализации: SLC – Single-level Cell и MLC – Multi-level Cell. Как можно догадаться, в первом случае в одну ячейку пишется всего один бит, в втором — несколько. Сейчас из MLC вышел еще один тип, название которого устоялось в обиходе, хотя и входит в подмножество этого типа — TLC, Triple-level Cell.

Есть ряд преимуществ и недостатков у каждой реализации. MLC выходит дешевле в пересчете на соотношение объем/цена. Это делает жесткий диск SSD дешевле в конечном итоге, что сказывается и на выборе потребителей. Но структура записи в несколько слоев накладывает ограничения на количество циклов записи и производительность. Чем больше уровней вложения используется, тем сложнее становится алгоритм работы с ячейками и меньше ресурс. SLC пропорционально дороже, обладает большим ресурсом и производительностью.

Схема различий между SLC и MLC, а также TLC

Проблемы с ресурсом и надежностью памяти производители решают с помощью алгоритмов, позволяющих контролировать процесс использования ячеек: запись производится в те участки памяти, которые использовались реже всего. Используется и еще один подход — резервирование памяти. Практически каждый SSD оставляет «про запас» около 20% памяти, чтобы пополнять ее оттуда в случае утраты ячейки.

Виды жестких твердотельных дисков

По видам SSD можно характеризовать по форм-фактору и типу интерфейса. Форм-факторов встречается три основных:

• 2,5”. Диск облачен в корпус размером 2,5 дюйма. Обеспечивает совместимость практически между всеми видами систем: ноутбуки, серверы, ПК.

Компактный формат 2,5” от Crucial

• Как отдельная плата для слота PCIe. Обеспечивает неплохую скорость и надежность, использует интерфейс PCI Express.

Отдельная плата SSD от Intel

• М.2. Относительно новый формат, представленный в основном в виде платы, которая устанавливается прямо на материнскую плату в разъем М.2, что весьма компактно. Такой SSD может встречаться в трех разных исполнениях в зависимости от длины: 2242, 2260, 2280. Последние две цифры означают длину в мм.

Сравнение размеров М.2

Существуют еще несколько форматов, которые встречаются редко и нужны для узкого спектра задач, например 1,8”, 3,5” или mSata.

В интерфейсах разобраться сложнее. Здесь — каша в стандартах и спецификациях. Начнем с самого ходового — SATA. На сегодняшний день имеются три основных ревизии и две дополнительных. SATA — поддерживает до 1,5 Гбит/с. Сейчас встречается все реже и реже. SATA II — до 3 Гбит/с. SATA III — до 6 Гбит/с. Ревизия SATA 3.2 получила дополнительно приставку Express. Обладает скоростью до 8 Гбит/с и обратно совместим с другими SATA, а также, что самое интересное, в основе имеет интерфейс PCI Express. Интерфейс может быть реализован как в форм-факторах 2,5 дюйма, так и в М.2.

С PCI-E интерфейсом немного проще. Реализуется он в основном в М.2 у SSD. Стоит обратить внимание, что PCI может быть многоканальным. Чем больше каналов — тем быстрее скорость передачи данных.

Общие характеристики SSD (Solid State Disk)

Давайте рассмотрим базовые характеристики, по которым можно идентифицировать SSD, разберем, что это такое, и сравним с HDD.

Интерфейс и форм-фактор

Об этом мы уже немного рассказывали. Теперь рассмотрим это в контексте выбора и актуальности для разных систем. С интерфейсами все просто — наиболее производительным сейчас считается eSATA, который в спецификациях в некоторых магазинах и у производителей может быть обозначен как PCI-E. На сегодняшний день это наиболее быстрый интерфейс.

Форм-фактор же нужно выбирать в зависимости от типа ПК — ноутбук или стационарный. В стационарном для компактности можно использовать М.2, который займет немного места на плате и не требует дополнительного питания. Новые ноутбуки тоже поддерживают М.2. Для старых актуален форм-фактор 2,5 дюйма.

Емкость и скорость диска

Емкости SSD — довольно дорогие. Самый бюджетный вариант SSD на 32 Гб можно купить примерно за 1500 рублей, в то время как HDD за те же деньги уже будет иметь объем от 160 Гб. Что касается скорости, то тут все не так однозначно. Очень часто скорости чтения и записи данных в спецификациях к дискам сильно завышены. Причем не обязательно лишь у малоизвестных маленьких компаний, а даже и у именитых брендов. Поэтому ориентироваться приходится на обзоры и замеры авторитетных сервисов и тестеров.

Тип микросхем памяти

Интересно, что сейчас оба типа памяти — MLC и SLC — практически одинаковы и по производительности, и по ресурсу записи/перезаписи. Многое зависит от реализации конкретного производителя. Перед покупкой каждой конкретной модели мы бы рекомендовали посмотреть тесты и обзоры на эти гаджеты.

Какой SSD диск лучше купить

Если бюджет не ограничен, то никаких проблем нет. Если же каждый рубль на счету, то лучше подойти к вопросу основательно. Давайте рассмотрим пару моделей, на которые стоит обратить внимание.

В категории до 5000 рублей можно посмотреть в сторону Samsung SSD 850.

Samsung SSD 850 в формате 2,5“

Тип памяти в нем используется типа TLC. Заявленная скорость чтения/записи составляет 540/520 Мб/с. Общий объем накопителя равен 120 ГБ. Суммарно на диск можно записать 75 ТБ данных. В среднем пользователи записывают на свой диск от 5 до 30 ГБ в сутки, что дает примерно 10 ТБ в год. Таким образом, ресурса этого SSD должно хватить примерно на 7,5 лет. Для подключения используется интерфейс SATA. Купить диск можно за 3600 рублей. А его форм-фактор 2,5 дюйма позволит использовать его и в «стационарнике», и в ноутбуке.

А вот пара отзывов о нем:

Отзыв о Samsung SSD 850

Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product/1973235126/reviews?track=tabs

Отзыв о Samsung SSD 850

Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product/1973235126/reviews?track=tabs

Samsung SSD 850

Если же на первом месте стоит компактность и экономия места, то можно рассмотреть SSD с М.2. В пределах 5000 рублей можно купить Intel SSDPEKKW128G8XT.

Intel SSDPEKKW128G8XT с разъемом М.2

Это диск с разъемом М.2 и размером 2280. Надо учесть, что свободного места от разъема до ближайшего компонента должно быть больше 80 мм. Тип памяти — TLC. Общий размер диска — 120 Гб. Этот диск интересен тем, что подключается с помощью интерфейса PCI-E с 4-мя каналами через разъем М.2. А это означает, что шина не ограничивает возможности SSD и в полной мере позволяет выдавать отличную скорость записи и чтения — которые, кстати, заявлены производителем в 650 МБ/с для записи и 1640 МБ/с для чтения. Общий ресурс составляет 72 ТБ данных. Стоит устройство 4290 рублей.

Отзыв о Intel SSDPEKKW128G8XT

Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product/1974689676/reviews?track=tabs

Отзыв о Intel SSDPEKKW128G8XT

Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product/1974689676/reviews?track=tabs

Intel SSDPEKKW128G8XT

В целом, цены более 5000 рублей по своей сути не подразумевают больших скачков в плане производительности. Меняется лишь общий объем диска. Кстати, для SSD показатель объема влияет и на долговечность. Например, диск в 120 ГБ при ежедневной записи в 30 ГБ прослужит примерно 7,5 лет. При таком же ритме записи устройство с объемом в 500 ГБ должно прослужить в 4 раза дольше.

Общий совет по выбору можно дать такой: нужен диск только для системы и программ — можно выбрать поменьше, 60 или 120 ГБ, а на другом HDD хранить все данные, фильмы, картинки и прочее. Если планируется хранить все на одном SSD, лучше сразу выбрать его побольше. Интерфейсы PCI-E пока стоят дороже SATA, зато не ограничивают в скорости, поэтому, если позволяет бюджет, лучше выбрать интерфейс PCI-E.

Ответы на часто задаваемые вопросы о диске SSD

За время своего существования SSD успели обрасти мифами и легендами, а также постоянными вопросами. Несколько из них мы рассмотрим.

Особые правила эксплуатации

Многие уверены, что при правильном использовании диска можно увеличить его срок службы. Сюда входят различные оптимизации — отключение кэшей, индексирования, файла подкачки, выполнение дефрагментирования. На самом деле, в значительной степени эти действия на ресурс SSD не повлияют. Скорее, снижение общей производительности за счет отключения функционала будет менее оправдано, нежели увеличенный на пару десятков гигабайт общий ресурс.

Единственное, что можно посоветовать — делать бэкапы: сохранять свои важные данные на альтернативных носителях — облаке или другом диске. Хотя этот совет применим ко всем носителям в принципе.

Чем SSD отличается от HDD

Скорость чтения и записи, ударо- и вибростойкость, уровень шума, потребление энергии и вес. Это главные преимущества SSD перед HDD.

Что такое TRIM в SSD

TRIM – инструкция для интерфейсов ATA, которая позволяет операционной системе сообщать диску о том, какие блоки памяти можно не использовать и считать пустыми. Зачем она нужна SSD накопителям? Введена она была в связи со спецификой работы твердотельных дисков. При записи новых данных в ячейку, SSD не может просто взять и заменить старые данные на новые. Ему приходится сначала считать данные в кэш, очищать ячейку, а затем уже записывать — при этом скорость доступа уменьшается в разы. TRIM решила эту проблему. Система и накопитель постоянно обмениваются информацией о том, какие ячейки больше не нужны, и по сигналу TRIM производит обнуление этих ячеек. При следующей записи SSD уже просто сразу спокойно пишет в нее данные.

Нужен ли SSD для игр

Тут тоже не все так просто. Во-первых, значимого прироста FPS в играх от использования SSD можно не ждать. Актуальным твердотельный накопитель будет при стартовых загрузках миров и уровней — локации будут грузиться быстрее. Есть вероятность, что ССД накопитель может помочь в случаях, когда производительность упирается в объем оперативной памяти, когда эти данные скидываются в файл подкачки. Но менять в такой ситуации HDD на SSD вместо наращивания «оперативки» — сомнительное удовольствие.

Кстати, есть интересное видео тестирования популярных игр на разных дисках:

xTechx.ru

SSD (solid state drive, накопитель на твёрдотельной памяти, твёрдотельный накопитель — рус.) — накопитель информации, основанный на чипах энергонезависимой памяти, которые сохраняют данные после отключения питания. Являются относительно новым видом носителей информации, а первое проявление и развитие, чипы энергонезависимой памяти получили от Flash накопителей и обычной RAM памяти.

Содержит такие же интерфейсы ввода-вывода как и современные жёсткие диски. В SSD не используются движущиеся части и элементы как в электромеханических устройствах (жёсткие диски, дискеты), что исключает вероятность износа механическим путём.

Большинство современных твёрдотельных накопителей основаны на энергонезависимой NAND памяти. Существуют накопители корпоративного класса, которые используют RAM память вкупе с резервными системами питания. Это даёт очень большие скорости передачи данных, но и цена одного гигабайта очень высока по меркам рынка.

Существуют гибридные версии SSD и HDD накопителей.

Они включают магнитные пластины для большого объёма хранимой информации и небольшой по объёму SSD накопитель в одном корпусе. Самые часто использующиеся данные хранятся в SSD накопителе и обновляются по мере их актуальности из блока HDD. При обращении за этими данными, они считываются с высокой скоростью из твёрдотельной памяти не обращаясь к более медленным магнитным пластинам.

Из чего состоят SSD накопители.

* на примере NAND памяти

Твёрдотельный накопитель состоит из самих чипов NAND, управляющего микроконтроллёра привносящего все функции, чипа энергозависимой кеш памяти и печатной платы на которой всё это распаяно.

Иногда в SSD накопителях используется небольшая батарея, чтобы при отключении питания, все данные из кэша можно было бы переписать в энергонезависимую память и сохранить все данные в целостности. Есть прецеденты, что в накопителях с MLC памятью при отключении питания, пропадала часть или все данные. С SLC памятью, таких проблем замечено не было.

Память.

Практически все твёрдотельные накопители высокого, среднего и бюджетного класса используют энергонезависимую NAND (flash) память из-за её относительно низкой стоимости, способности сохранять данные без постоянного поддержания питания и возможность реализации технологии сохранения данных при неожиданном отключении питания.

Благодаря компактной компоновке чипов, производители могут выпускать SSD накопители в формфакторе 1.8; 2.5; 3.5 и меньше, если речь идёт о устройствах без защитных упаковок. Например для ноутбуков или внутреннего размещения в компьютере.

В большинстве SSD накопителей используется дешёвая MLC (Multi Level Cell) — память, которая может вмещать в одну ячейку более одного бита. Это очень результативно сказывается на цене готового изделия и способствует популяризации данных накопителей. Но есть у MLC памяти и большие недостатки. Это низкая долговечность ячеек и более низкая скорость записи и чтения, чем у накопителей на основе SLC (Single Level Cell).

SLC записывают только один бит в ячейку и это обеспечивает до 10 раз лучшую долговечность и до 2-х раз более высокую скорость в сравнении с MLC. Есть и один недостаток — цена накопителей на SLC памяти примерно в два раза выше чем цена накопителей на MLC памяти. Это обусловлено большими затратами на производство, а в особенности потому, что чипов SLC того же объёма, требуется в среднем в два раза больше для достижения того же объёма в сравнении с MLC.

Контроллёр SSD.

Практически все показатели SSD накопителя зависят от управляющего контроллёра. Он включает в себя микропроцессор, который управляет всеми процессами памяти с помощью специальной прошивки; и моста между сигналами чипов памяти и шины компьютера (SATA, USB).

Функции современного SSD контроллёра:

• TRIM.
• Чтение запись и кеширование.
• Коррекция ошибок (ECC).
• Шифрование (AES).
• Возможность S.M.A.R.T мониторинга.
• Пометка и запись о нерабочих блоках для добавления их в чёрный список.
• Сжатие данных (Sandforce контроллёры например).

Все контроллёры памяти нацелены на параллельно подключенную NAND память. Так как шина памяти одного чипа очень мала (максимум 16 бит), используются шины многих чипов подключенных параллельно (аналогия RAID 0). К тому же, отдельно взятый чип отнюдь не обладает отличными характеристиками, а наоборот. Например высокую задержку ввода-вывода. Когда чипы памяти параллельно объединены, эти задержки скрываются, распределяясь между ними. Да и шина растёт пропорционально каждому добавленному чипу, вплоть до максимальной пропускной способности контроллёра.

Многие контроллёры, умеют использовать SATA 6 Гбит/c, что в купе с контроллёрами поддерживающими скорость обмена данными 500мб/c, даёт ощутимый прирост производительности в чтении/записи и полное раскрытие потенциала SSD накопителя.

Кэш память.

В SSD накопителях применяется кэш память в виде энергозависимой DRAM микросхемы, наподобие как в жёстких дисках.

Но в твёрдотельных накопителях она несёт ещё одну важную функцию. Часть прошивки и самые часто изменяющиеся данные находятся в ней, сокращая износ энергозависимой NAND памяти. В некоторых контроллёрах, не предусмотрено использование кеш памяти, но тем не менее они достигают высоких показателей в скорости (SandForce).

Интерфейсы для подключения SSD.

Самыми распространёнными интерфейсами для SSD потребительского класса являются SATA 6 Гбит/c, PCI-Express и USB 3.0. Все эти интерфейсы способны обеспечить нужную пропускную способность для любого SSD накопителя.

В портативных устройствах вроде ноутбуков и планшетных компьютеров, наиболее часто встречаются компактные SSD накопители с интерфейсом mini PCI-Express (mSATA).

Преимущества и недостатки SSD накопителей в сравнении с HDD.

Плюсы SSD накопителей в сравнении с HDD (жёсткими дисками):

• Включаются мгновенно, не требуют раскрутки.
• Значительно более высокая скорость произвольного доступа.
• Значительно более высокая скорость доступа.
• Скорость передачи данных значительно выше.
• Не требуется дефрагментация.
• Беззвучны, так как не имеют механических частей.
• Не создают вибраций.
• Более выносливы в плане температуры, ударов и вибраций.
• Немного меньшее энергопотребление.

Минусы SSD накопителей в сравнении с HDD (жёсткими дисками).

• Износ ячеек. Хоть в SSD накопителях и отсутствуют механические части, чипы памяти изнашиваются (mlc ~10000 перезаписей, slc ~100000).
• Ёмкость значительно меньше.
• Цена значительно выше по соотношению ГБ/$
• Невозможность восстановить утерянные данные после команды TRIM или просто после форматирования.

В твёрдотельных накопителях применяется команда (инструкция) TRIM для увеличения скорости записи. Совместно с некоторыми микроконтроллёрами, TRIM позволяет добиться и небольшого увеличения скорости чтения. Все твурдотельные накопители, которые выпускаются с 2012 года имеют поддержку TRIM. В более ранних, для включения данной инструкции может потребоваться прошивка новой микропрограммой. В большинстве случаев, при прошивке все данные безвозвратно удаляются.

SSD накопители ещё совсем новое поколение накопителей информации и они не являются сбалансированными во всех отношениях продуктами. Тем не менее, для энтузиастов, клиентов корпоративного класса и использования в серверных системах они выгодно отличаются по показателю производительности, что может быть решающим фактором к покупке. Новый виток эволюции, твёрдотельные накопители получат с массовым производством чипов памяти Ferroelectric RAM (FRAM, FeRAM). Это позволит повысить уровень долговечности ячеек SSD накопителей.

Но не факт что за SSD накопителями будущее. Каждый новый техпроцесс, как показала практика, уменьшает скорость чтения/записи и увеличивает количество возникающих ошибок, которые тоже нужно убирать с помощью системы коррекции ошибок в ущерб производительности. Причём для SLC этот показатель приемлем, но вот с MLC и TLC (triple level cell) всё очень и очень печально. С каждым новым поколением, без значительных новых прорывов, скорость будет падать. А к 4 нм, опустится практически до уровня HDD 2012 года.