28 февруари 2016 г.

SSD (Solid-State Drive)

Полупроводниково дисково устройство (на английски: Solid state drive, SSD) или статично дисково устройство (буквално "твърдотелно дисково устройство") е енергонезависима компютърна памет, основаваща се на технологията на флаш-паметите. За разлика от традиционните (към 2012 г.) твърди дискове с движещи се части (HDD), SSD не съдържат подвижни механични части и това елиминира закъснението при четене и повишава значително скоростите на работа. Наименованието "solid state" се дължи на исторически причини и априори в електронната техника означава, че като градивен материал за устройството е използван полупроводник (силиций) и то не представлява вакуумен електронен прибор). В днешни дни понятието "solid state device" е разширило смисъла си, за да обхване и устройствата без движещи се части, поради което в случая е подходящ и българският термин "статично устройство".

Контролер


Всяко SSD включва контролер, който управлява електрониката, необходима за свързване на NAND компонентите от паметта с хост компютъра. Контролерът представлява вграден процесор, който изпълнява код на Firmware ниво, което го прави един от най-важните фактори за бързодействието на SSD. Някои от функциите на контролера са:


Производителността на едно SSD е пропорционална на количеството паралелни NAND чипове, използвани в устройството. Единичният NAND чип е относително бавен поради тесния (8/16 бита) асинхронен I/O интерфейс, както и с допълнителна висока латентност при основните I/O операции. Когато в едно SSD работят паралелно множество NAND устройства, честотата се мащабира и високата латентност може да се скрие, стига да има достатъчно чакащи операции и натоварването е разпределено по равно между различните устройства.


Памет


Базирани на флаш-памет
Повечето производители на SSD използват енергонезависима NAND флаш-памет при изработката на своите SSD-та заради по-ниската цена в сравнение с DRAM и способността ѝ да запазва данните си дори и без постоянен източник на енергия, което гарантира сигурност на данните дори и при внезапни изключвания на захранването. SSD-та, базирани на флаш памет, са по-бавни от DRAM решенията, а някои по-ранни модели след продължителна употреба дори стават по-бавни от стандартните твърди дискове. Този проблем бе решен от контролери, появили се след 2009 година.

DRAM-базирани


SSD-та, базирани на променлива памет като DRAM се характеризират със свръх-бърз достъп до данните, най-често под 10 микросекунди, и най-често се използват за ускоряване на приложения, които иначе биха пострадали от латентността на флаш-базираните SSD-та или традиционните твърди дискове. DRAM-базираните SSD-та обикновено включват или вътрешна батерия, или външен AC/DC адаптер и системи за съхранение на бекъп, за да може да се гарантира сигурността на данните когато не се подава захранване към диска от външни източници. Ако спре захранването, батерията ще го осигури докато цялата информация се копира от RAM(random-access memory) към бекъп съхраняване. Когато бъде възстановено захранването, информацията се копира обратно към RAM от бекъпа и SSD-то възстановява нормалната си работа (подобно на хибернацията при модерните операционни системи). SSD-тата от този тип обикновено се комбинират с DRAM модули от същия тип, използвани при нормалните персонални компютри и сървъри, като те могат да се сменят с по-големи модули. Някои производители на DRAM SSD-та директно запояват DRAM чиповете към диска и не предвиждат тези чипове да се сменят - такива са ZeusRAM, Aeon Drive и други.
Докато цените на DRAM продължава да пада, цените на флаш паметите падат значително по-бързо. Точката, при която флаш става по-евтина от DRAM, е около 2004 г.

Конфигурации


Размерът и формата на всяко устройство се дължат до голяма степен на размера и формата на компонентите, използвани за направата му. Традиционните твърди дискове са разработени на основата на въртящите се информационни носители, заедно с мотора (шпиндела) вътре в корпуса. В случай, че SSD се състои от свързани по между си различни интегрални схеми посредством интерфейс конектор, то формата на устройството (форм-факторът) може да бъде всякаква, защото вече не се ограничава от формата на въртящите се вътрешни елементи. Някои SSD дискове се произвеждат с по-големи шасита, като по този начин могат да бъдат монтирани на стелажи, където да бъдат подредени и използвани едновременно няколко подобни устройства. Това може да се постигне чрез свързването им с една обща шина в шасито и след това могат да бъдат ползвани с един общ конектор.

Най-често в практиката се прилагат дискове с 2.5-инчов форм-фактор (най-често използвани при лаптопите). За настолните компютри със слот за 3.5-инчов диск се използва планка, към която се прикрепя по-малкото 2.5-инчово устройство. Други видове форми и размери на SSD устройствата могат да бъдат открити при прилагането им в специфични корпоративни проекти. От 2014 г., mSATA и M.2 форм-факторите също набират популярност, най-вече сферата на лаптопите.


Стандартни HDD форм-фактори


Ползата от използването на популярните форм-фактори като на HDD устройства се изразява в удобството при свързването и монтирането им към останалият хардуер. Тези традиционни конфигурации се определят според съответната големина на въртящият се информационен носител при HDD устройствата, например, 5.25-инчов, 3,5-инчов, 2,5-инчов и 1.8-инчов, а не според размерите на корпуса на самото устройство.

Стандартни форм-фактори от тип карта


За устройства, при които физическите размери са от особена важност, като например ултрабуците или таблетите, се прилагат няколко по-компактни форм-фактора, специално стандартизирани за флаш-базирани SSD дискове.

Форм-факторът mSATA използва физическите параметри на PCI Express Mini Card. Той е електрически съвместим със спецификацията на интерфейса PCI Express Mini Card, като същевременно изисква допълнителна връзка към хост контролер SATA през същия конектор.
М.2 форм-факторът, преди време известен като Next Generation Form Factor (NGFF), е естествен преход от mSATA, използвайки неговото физическото оформление, ставайки по-лесен за използване и по-напреднал форм-фактор. При създаването си mSATA постави началото при използването на подобен форм-фактор и конектор, а М.2 е проектиран да максимизира използването на пространството на картата. Стандартът М.2 позволява както SATA, така и PCI Express SSD дискове, да бъдат монтирани върху M.2 модули.


Форм-фактор от тип диск-модул


Диск-модулът (на английски: Disk-on-a-module) представлява флаш устройство с памет, което има 40/44-пинов паралелен ATA (PATA) или SATA интерфейс, предназначен да бъде включен директно в дънната платка и по този начин се използва като обикновен твърд диск (HDD). Преобразувателят от флаш към IDE симулира работата на твърд диск (HDD), така че диск-модулите могат да бъдат ползвани без допълнителен софтуер или драйвери. Използват се най-често в областта на вградените системи (на английски: Embedded system), които често са внедрени в по-големи системи, подложени на тежки условия, където обикновените твърди дискове просто биха се повредили. Използват се също и при системи с по-малки размери, където компактният размер, ниската консумация на електрическа енергия и ниските нива на шум при функциониране са от голямо значение.
От 2010 г. насам капацитетите за съхранение на този тип форм-фактор варират от 32 MB до 64 GB с различни вариации във физическото оформление, включително вертикално или хоризонтално разположение

Този форм-фактор се използва най-често за добавяне на модули с RAM памет. В последно време все по-често се добавят и SSD устройства с този форм-фактор, възползвайки се от гъвкавостта на тази нова технология. Някои от тях включват PCIe, мини PCIe, мини-DIMM, MO-297, както и много други формати. Например SATADIMM платката от Viking Technology използва празен DDR3 DIMM слот на дънната платка, която осигурява захранването на SSD с отделен SATA конектор, за да осигури връзката на данните с компютъра. В резултат на това SSD устройството е лесно за инсталиране и с капацитет равен на дискове, които обикновено заемат слотът за 2.5-инчово устройство. Друг пример е производителят Innodisk, който е произвел устройство, което се включва директно в SATA конектора (SATADOM) на дънната платка, без да е необходим захранващ кабел. Някои SSD дискове са базирани на форм-фактора PCIe и свързват интерфейсите за данни и захранване чрез конектора PCIe към дънната платка. Тези устройства могат да използват или директен флаш контролер PCIe или контролер PCIe-to-SATA който след това се свързва със SATA флаш контролер.


Предимства


Предимства на полупроводниковите дискови устройства пред устройствата с твърд диск:
значително по-бързи са – технологията им позволява да имат почти нулево време за търсене на "сектор" с информация и много по-добри времена за запис и четене. Windows 10 стартира три до четири пъти по-бързо;
липсата на движещи се механични части води до по-дълъг живот;
четенето на данни не скъсява живота на устройството;
имат много по-голяма плътност на единица площ (позволява създаването на малки по обем, но големи като капацитет дискове);
по-издръжливи са на вибрации и механични смущения (удари, изпускания);
използват доста по-малко енергия (поради липсата на механика);
не се нагряват;
напълно безшумни са;
липсват вибрации при работа.
Много от предимствата ги правят подходящи за лаптопи, където ниската консумация и температура, малките размери и издръжливостта са от основно значение.


Недостатъци


На първо място – все още по-високата цена;
имат ограничен брой записи, който обаче надхвърля издръжливостта на твърдите дискове.
Сегашните модели издържат при нормални условия до 20 години. Цената на гигабайт SSD (полупроводниково дисково устройство) от 2010 до 2012 г. е намаляла от 3 на 1 долар, или три пъти
Вследствие на постоянното намаляване на цената, полупроводниковите дискови устройства се доближават, но все още остават по-скъпи от традиционните: един SSD с капацитет 300-600 GB към декември 2012 г. е два пъти по-скъп от 2,5-инчов HDD 500 GB за лаптоп. В сегмента на бързите SSD цената на един бит към есента на 2014 г. практически е сравнима с тази при 2,5-инчовите твърди дискове (HDD) от топ ниво със скорост на въртене на шпиндела 15 000 rpm (оборота в минута). Тези SSD ще станат по-евтини от споменатите HDD още през 2016 г, а към 2025 г. се очаква и корпоративните SSD да станат по-евтини от традиционните твърди дискове, прогнозира Toshiba.


Приложения


До 2009 година, SSD устройствата се използват главно там, където е необходимо скоростта на системата за запис да бъде възможно най-висока. С превръщането на флаш паметта в обичаен компонент за SSD, намаляването на цените и увеличаването на плътността на запис те стават все по-рентабилни и намират много други приложения. По-бързият достъп до данните е от полза за финансови дружества, телекомуникационни компании, показване и редактиране на поточно видео.

Файлови системи


SSD дисковите устройства обикновено използват същите файлови системи, както и твърдите дискове. Необходимо е файловата система да поддържа командата TRIM, с която се обработват неупотребяваните данни. Някои видове флаш файлови системи (например F2FS, JFFS2) спомагат за намаляване на записа на информация върху SSD, особено когато се променя само много малък обем данни, например при актуализиране на файловата система или обработка на метаданни.

Следните файлови системи работят добре с SSD дискове:
Linux systems
Файлови системи като ext4, Btrfs, XFS, JFS включват поддръжка на функцията за изтриване(TRIM). Към ноември 2013 г. ext4 може да се препоръча като безопасен избор за файлова система. F2FS е модерна файлова система, оптимизирана за флаш-базирани дискове, и от техническа гледна точка е много-добър избор, но все още е в експериментална фаза.

Във версия 2.6.33 на ядрото на Linux от 24 февруари 2010 г. е въведена поддръжката на операцията TRIM. TRIM позволява на операционната система "да информира SSD дисĸa ĸои блоĸове от данни вече не ce използват и могат да бъдат изтрити". Без вĸлючена поддръжĸa за TRIM, cĸоростта на SSD дисĸа ce понижава c времето.

Mac OS X

Mac OS X версиите след 10.6.8 (Snow Leopard) поддържат TRIM, но само когато се използват с закупен SSD диск от Apple. Има технологии, които дават възможност за активиране на TRIM в по-ранни версии на Mac OS X, макар че не е сигурно дали TRIM функционира правилно при версии преди 10.6.8. TRIM по принцип не е включен автоматично за тристранни дискове, въпреки че той може да бъде включен чрез използване на Trim Enabler.
Microsoft Windows
Версиите на Microsoft Windows преди 7 не вземат никакви специални мерки за поддръжката на SSD дискове. При Windows 7 стандартната NTFS файлова система осигурява TRIM поддръжка, докато при други файлови системи не поддържа TRIM.

По подразбиране, Windows 7, 8 и 8.1 изпълняват TRIM команди автоматично, ако устройството се разпознава автоматично, че е SSD диск. За да промените това поведение, в ключ на системния регистър HKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Control \ FileSystem може да зададем стойност на DisableDeleteNotification да е 1, за предотврати драйвера за съхранение на данни от задаване на командата TRIM. Това може да бъде полезно в ситуации, при които възстановяването на данни се предпочита пред изравняването (в повечето случаи, TRIM нулира всичкото останало пространство).
Windows 7, 8, and 8.1

Windows 7 има вградена поддръжка за SSD дискове,като с подобно ниво на поддръжка са и Windows 8 и 8.1. Операционната система разпознава наличието на SSD и в съответствие оптимизира операцията.Windows забраняват дефрагментацията на SSD устройствата , SuperFetch и ReadyBoost, като последните две са за време на зареждане и предварителното извличане на операции. Те също така включват поддръжка на командата TRIM, за да се намали работата на garbage collection който събира вече невалидните файли. Без поддръжката на TRIM, SSD няма да бъде наясно с тези данни и ще продължи да презаписва по време на работата на garbage collection докато той събира боклука, което допълнително причинява износване на SSD.

Няма коментари:

Публикуване на коментар