Как работают твердотельные накопители?

В наши дни, покупаете ли вы новый компьютер или модернизируете старый, вы захотите купить твердотельный накопитель (SSD) вместо традиционного жесткого диска (HDD). Действительно, переход с жесткого диска на твердотельный накопитель — одно из лучших улучшений производительности ПК, которое вы можете сделать.

Но как? И почему? Что делает SSD такой революционной технологией?

В этой статье вы узнаете, что конкретно представляют собой твердотельные накопители, как на самом деле работают и работают твердотельные накопители, почему они так полезны, а также об одном серьезном недостатке твердотельных накопителей, о котором вам следует знать. Если вы ищете совет по покупке, рекомендуем прочитать нашу статью о том, что следует учитывать перед покупкой SSD

,

Понимание компьютеров и памяти

Чтобы понять, как работают твердотельные накопители и почему они так полезны, мы должны сначала понять, как работает память компьютера. Архитектура памяти компьютера разбита на три аспекта:

1. кэш
2. объем памяти
3. диск данных

Каждый из этих аспектов выполняет важную функцию, которая определяет, как они работают.

Кеш — это самый внутренний блок памяти. Во время работы ваш компьютер использует кеш как своего рода игровую площадку для вычислений и процедур обработки данных. Электрические пути к кешу самые короткие, что делает доступ к данным практически мгновенным. Однако кэш-память очень мала, поэтому ее данные постоянно перезаписываются.

Изображение предоставлено: AddyTsl / Shutterstock

Память — это золотая середина. Вы можете знать это как RAM (оперативное запоминающее устройство). Здесь ваш компьютер хранит данные, связанные с программами и процессами, которые активно работают. Доступ к ОЗУ медленнее, чем доступ к кешу, но лишь незначительно.

Диск данных — это то, где все остальное хранится для постоянства. Здесь хранятся все ваши программы, файлы конфигурации, документы, музыкальные файлы, файлы фильмов и все остальное. Если вы хотите получить доступ к файлу или запустить программу, компьютер должен загрузить его с диска данных в оперативную память.

Изображение предоставлено: Scanrail1 / Shutterstock

Важно знать, что между ними существует огромная разница в скорости. Пока кеш и оперативка работают на скоростях в наносекунд, традиционный жесткий диск работает на скоростях в Миллисекунд.

По сути, диск с данными является узким местом: независимо от того, насколько быстро все остальное, компьютер может загружать и сохранять данные только с той скоростью, с которой диск с ними справится.

Вот где вступают SSD. В то время как традиционные HDD на несколько порядков медленнее, чем кэш и RAM, SSD работают намного быстрее. Это может значительно сократить время, необходимое для загрузки различных программ и процессов, и заставит ваш компьютер чувствовать себя намного быстрее.

Как работают твердотельные накопители?

SSD служат для тех же целей, что и HDD: они хранят данные и файлы для долгосрочного использования. Разница заключается в том, что твердотельные накопители используют тип памяти, называемый «флэш-память», который похож на оперативную память, но в отличие от оперативной памяти, которая очищает свои данные при каждом выключении компьютера, данные на твердотельном накопителе сохраняются даже при потере питания.

Если бы вы разобрали типичный жесткий диск, вы бы увидели стопку магнитных пластин с иглой для чтения — вроде проигрывателя виниловых дисков. Прежде чем игла сможет прочитать или записать данные, пластины должны повернуться в нужное место.

С другой стороны, твердотельные накопители используют сетку электрических элементов для быстрой отправки и получения данных. Эти сетки разделены на разделы, называемые «страницами», и на этих страницах хранятся данные. Страницы объединяются в «блоки».

Твердотельные накопители называются «твердотельными», потому что они не имеют движущихся частей.

Изображение предоставлено: Jiri Vaclavek / Shutterstock

Почему это необходимо знать? Потому что твердотельные накопители могут записывать только пустые страницы в блоке. На жестких дисках данные могут быть записаны в любое место на планшете в любое время, а это означает, что данные могут быть легко перезаписаны. SSD не могут напрямую перезаписывать данные на отдельных страницах. Они могут записывать данные только на пустые страницы в блоке.

Так как же тогда SSD обрабатывает удаление данных? Когда достаточное количество страниц в блоке помечается как неиспользуемые, твердотельный накопитель записывает в память данные всего блока, стирает весь блок, затем повторно фиксирует данные из памяти обратно в блок, оставляя неиспользуемые страницы пустыми. Обратите внимание, что удаление блока не обязательно означает, что данные полностью исчезли. (Как безопасно удалить данные на SSD!)

Это означает, что SSD становятся медленнее с течением времени.

Когда у вас есть новый SSD, он полностью загружен блоками, заполненными пустыми страницами. Когда вы записываете новые данные на SSD, он может немедленно записывать на эти пустые страницы с невероятной скоростью. Однако по мере того, как записывается все больше и больше данных, пустые страницы заканчиваются, и у вас остаются случайные неиспользованные страницы, разбросанные по блокам.

Поскольку SSD не может напрямую перезаписывать отдельную страницу, каждый раз, когда вы хотите записать новые данные с этого момента, SSD необходимо:

1. Найдите блок с достаточным количеством страниц, помеченных как «неиспользованные»
2. Запишите, какие страницы в этом блоке все еще необходимы
3. Сбросить каждую страницу в этом блоке, чтобы очистить
4. Перепишите нужные страницы в блок сброса
5. Заполните оставшиеся страницы новыми данными

Таким образом, по сути, после того, как вы прошли все пустые страницы от новой покупки SSD, ваш диск должен будет пройти этот процесс всякий раз, когда он хочет записать новые данные. Так работает большинство флеш-памяти.

Тем не менее, это все еще намного быстрее чем традиционный HDD, и выигрыш в скорости абсолютно стоит покупать SSD по сравнению с HDD.

Обратная сторона твердотельных накопителей

Теперь, когда мы знаем, как работает твердотельный накопитель, мы также можем понять один из его самых больших недостатков: флеш-память может выдержать только конечное число операций записи, прежде чем она умрет.

Существует много научных исследований, объясняющих, почему это происходит, но достаточно сказать, что при использовании SSD электрические заряды в каждой из его ячеек данных должны периодически сбрасываться. К сожалению, электрическое сопротивление каждого элемента немного увеличивается с каждым сбросом, что увеличивает напряжение, необходимое для записи в этот элемент. В конце концов, требуемое напряжение становится настолько высоким, что конкретная ячейка становится невозможной для записи.

Таким образом, ячейки данных SSD имеют конечное количество записей. Тем не менее, это не означает, что SSD не будет работать долго! Ознакомьтесь с нашей статьей о средней продолжительности жизни жестких дисков, твердотельных накопителей и флэш-накопителей.

если вы хотите узнать больше. Надеюсь, теперь вы лучше понимаете, как работают твердотельные накопители.