جامد، محکم به عنوان یک سنگ
آناتومی درایوهای حالت جامد SSD در این فرآیند توسط Toshiba برداشته شد، که در سال 1980 مفهوم حافظه فلش را پیشنهاد کرد و سپس 4 سال بعد به ساخت فلش NOR و سپس فلش NAND در سال 1987 ادامه داد. اولین درایو ذخیره سازی تجاری با استفاده از فلش مموری، حالت جامد درایو یا SSD، در سال 1991 توسط SunDisk انجام شد. برای بیشتر افراد SSD ها به شکل درایوهای فلش USB، یا حافظه a.k.a. یا حافظه قلم معرفی شدند. که امروزه، ساختار اساسی چگونگی جمع شدن اکثر SSD ها را تشکیل می دهند.
در سمت چپ، یک تراشه فلش مموری SanDisk NAND داریم. دقیقاً مانند SRAM برای حافظه نهان یا کش در پردازنده ها و GPU، که توسط میلیون ها سلول ساخته شده از ترانزیستورهای گیت شناور تعدیل شده پر کرده اند. و در واقع از یک ولتاژ بالا برای قرار دادن و حذف شارژ برون / درون یک مکان خاص در ترانزیستور استفاده می کنند. هنگامی که یک ولتاژ پایین در این مکان اعمال گردد یک سلول خوانده می شود.
اگر سلول شارژ نشده، پس از اعمال ولتاژ کم، جریان می یابد. این به سیستم می گوید که سلول حالت 0 دارد و برعکس این حالت 1 صحیح است (به عنوان مثال در هنگام اعمال ولتاژ هیچ جریانی ایجاد نشود). این باعث می شود فلش NAND خیلی سریع خوانده شود، اما برای نوشتن یا حذف داده ها سریع نیست.
بهترین سلول های حافظه فلش
به نام سلول های منفرد (SLC) با استفاده از تنها یک مقدار شارژ کار می کنند. اما سلول های حافظه هم هستند که می توانند بیش از یک سطح شارژ داشته باشند. عموماً این سلول ها به عنوان سلول های چند سطحی (MLC) شناخته می شوند. در صنعت فلش NAND ، MLC به 4 سطح شارژ اشاره دارد. انواع دیگر نیز به همین ترتیب نامگذاری شده اند: سطح سه گانه (TLC) و سطح چهار (QLC) به ترتیب دارای 8 و 16 سطح بار هستند.
درست همانطور که ترانزیستورها کامپیوترها را متحول کردند و با افزایش سرعت عملکرد ریاضی مدارها تغییر دادند، استفاده از دستگاه های نیمه هادی با هدف ذخیره سازی در دستگاه های نتیجه مشابه داشت.
این تأثیر می گذارد که چه مقدار داده می تواند در هر سلول ذخیره شود:
- SLC 1 سطح = 1 بیت
- MLC 4 سطح = 2 بیت
- TLC 8 سطح = 3 بیت
- QLC 16 سطح = 4 بیت
به نظر می رسد QLC بهترین انتخاب است؟ متاسفانه نه. جریان های آن بسیار اندک و در برابر نویز الکتریکی حساس هستند، بنابراین برای تشخیص صحیح حالت های مختلف بار در سلول، باید قبل از تأیید نهایی مقدار، چندین بار خوانده شود. به طور خلاصه، می توان گفت SLC سریع تر است اما بیشترین فضای فیزیکی را برای مجموعه ای از ذخیره داده ها اشغال می کند.
برخلاف SRAM و DRAM، پس از قطع شدن الکتریسیته، شارژ در جای خود می ماند و فقط خیلی آهسته نشت می کند. سلول های سیستم حافظه در نانو ثانیه تخلیه می شوند و باید دائماً تغذیه شوند. متأسفانه استفاده از ولتاژ و شارژ مکرر به سلول ها آسیب می رساند بنابراین SSD ها به مرور زمان از بین می روند. برای مقابله با این امر، از روال های هوشمندانه برای به حداقل رساندن میزان سایش و فرسایش SSD ها استفاده می شود.
آناتومی درایو ذخیره سازی: درایوهای حالت جامد SSD
این عملکرد توسط تراشه کنترل همانطور که در سمت راست مشاهده می شود، مدیریت می شود که همان عملکرد با تراشه LSI در HDD نیز انجام می شود. اما در جایی که درایوهای HDD دارای تراشه های جداگانه ای برای حافظه کش DRAM و سیستم عامل سریال Flash هستند. کنترل کننده های حافظه USB هر دوی اینها را در داخل خود دارند. کنترل کننده های تأخیری حافظه USB هر دوی اینها را در داخل خود دارند. و از آنجا که آنها ارزان قیمت طراحی شده اند، هیچ یک از این موارد مورد توجه شما نیستند.
در نگاه اول، بسیار ناامیدکننده به نظر می رسد. نرخ خواندن و نوشتن متوالی و نوشتن تصادفی بسیار بدتر از HDD است؛ اما خواندن تصادفی بسیار بهتر است، و این مزیتی است که حافظه فلش ارائه می دهد. در نوشتن و حذف داده ها بسیار کند است، اما در خواندن معمولاً سریع است.
نرخ سرعت خواندن و نوشتن
آزمایش های بیشتری نیز وجود دارد که از نظر چشم نیز برآورده شوند. تست حافظه USB فقط اتصال USB 2.0 را ارائه می دهد که حداکثر سرعت انتقال آنها فقط 60 مگابایت در ثانیه است، در حالی که HDD در پورت SATA 3.3 بود که توانایی 10 برابر توان بیشتر را داشت. فن آوری حافظه فلش مورد استفاده کاملاً اساسی است: سلول ها TLC هستند و در نوارهای طولانی، به صورت جانبی، در آنچه که به آن یک ترتیب مسطح یا 2D گفته می شود، گذاشته می شوند.
فلش مموری که در بهترین SSD ها استفاده می شود امروز از SLC یا MLC استفاده می کند، به این معنی که آنها کمی سریعتر عمل می کنند و کندتر از لباس می پوشند، و نوارها به صورت نیمی از هم جمع شده و به صورت عمودی انباشته می شوند و یک ترتیب عمودی یا سه بعدی از سلول ها ایجاد می کنند. آنها همچنین از رابط SATA 3.0 استفاده می کنند، اگرچه بیشتر از طریق رابط NVMe از سیستم PCI Express سریعتر استفاده می کنند.
بر خلاف درایو سنگین Seagate 3.5، این SSD فقط 2.5″ عرض دارد و کاملاً باریک تر و سبک تر است. آنها را باز کنید و می بینید که چرا:
بدون دیسک، بدون بازوی تحریک کننده، بدون آهنربا – فقط یک تخته مدار با تعدادی از تراشه ها را می بینید.
واقعا در اینجا چیست؟ تراشه های سیاه ریز تنظیم کننده ولتاژ به شرح زیر هستند:
- سامسونگ S4LN045X01-8030: پردازنده 3 هسته ای ARM Cortex R4 مبتنی بر دستورالعمل ها، داده ها، تصحیح خطا، رمزگذاری و مدیریت سایش
- سامسونگ of DDR2 SDRAM :K4P4G324EQ-FGC2 برای حافظه کش 512 مگابایت
- سامسونگ K9PRGY8S7M: هر تراشه 64 گیگابایت حافظه فلش NAND 32 لایه 32 لایه MLC (در کل 4 تراشه، دو تا در طرف دیگر برد) است.
مکانیزم تراشه ها برای عملکرد بهتر
ما 2 سلول فلش 2 بیتی، تراشه های حافظه چندگانه و حافظه نهان زیادی داریم که باید به عملکرد بهتری تبدیل شود. چرا؟ به یاد داشته باشید که نوشتن داده ها در حافظه های فلش بسیار کند است، اما تراشه های فلش متعدد اجازه می دهد تا نوشتن به صورت موازی انجام شود. درایو USB از DRAM زیادی برای ذخیره اطلاعات آماده برای نوشتن برخوردار نبود. بنابراین یک تراشه جداگانه بزرگ نیز باید کمک کند.
این یک پیشرفت بزرگ است. توان خواندن و نوشتن هم به طور قابل توجهی بیشتر است و هم زمان تأخیر بسیار کمتر است. چه چیزی را دوست ندارید؟ کوچکتر و سبک تر، فاقد قطعات متحرک برای مدیریت، SSD ها نیز در مقایسه با درایوهای مکانیکی، انرژی کمتری مصرف می کنند. البته یک قیمت برای پرداخت این همه مزایا وجود دارد و یک معنای واقعی کلمه است: به یاد داشته باشید که 350 دلار می تواند 14 TB ذخیره سازی HDD را برای شما خریداری کند؟ با SSD، فقط 1 یا 2 TB به شما تعلق می گیرد.
آناتومی درایو ذخیره سازی: درایوهای حالت جامد SSD
برخی از تولید کنندگان HDD های هیبریدی تولید کرده اند – یک هارد دیسک استاندارد که دارای کمی حافظه فلش در برد مدار است، برای ذخیره داده های متداول در دیسک ها استفاده می شود. در زیر بردی از درایو ترکیبی سامسونگ 1 TB (که گاهی SSHD نیز نامیده می شود) مشاهده می کنید. تراشه NAND و کنترلر آن را در سمت راست بالای صفحه می بینید. بقیه تقریباً مشابه مدل Seagate است که به آن نگاه کردیم.
ما می توانیم آخرین بار از CrystalDiskMark استفاده کنیم تا ببینیم آیا استفاده از حافظه فلش به عنوان نوعی حافظه پنهان فایده ای دارد یا خیر، اما این یک مقایسه ناعادلانه است، زیرا دیسک های موجود در این درایو با سرعت 7200 دور در دقیقه می چرخند (در حالی که WD ما در آن استفاده می کردیم) کالبد شکافی HDD فقط 5400 دور در دقیقه بود. دیسک هر چه سریعتر برای خواندن / نوشتن حرکت کند، سریعتر می توان داده ها را انتقال داد.
گفته می شود
آزمایش بهتر باعث بهبود کلی عملکرد HDD با استفاده از SSD پردازنده شده است. با این حال، فلش ارزان احتمالاً خیلی قبل از HDD از بین می رود، بنابراین شاید درایوهای ترکیبی مورد توجه واقع نشوند – صنعت ذخیره سازی به هر حال به مراتب بیشتر به SSD علاقه دارد.
منبع: techspot