Какая память самая быстрая память hdd кэш память flash память

Обновлено: 15.01.2025

Память - один из основных элементов ПК.

Основное назначение памяти – хранить огромные массивы программ и данных, воспринимать (записывать) и выдавать (считывать) необходимую информацию с предельно возможной скоростью.

Единицами объема памяти являются бит и байт.

БИТ – минимальный объем памяти, способный хранить одну двоичную цифру (0 или 1), различаемую устройствами считывания.

БАЙТ – 8 битов – минимально возможный объем памяти, способный хранить один символ. Для измерения больших объемов памяти используются килобайт (1024 байт), мегабайт (1024 килобайт), гигабайт (1024 мегабайт), терабайт (1024 гигабайт).

Виды памяти

Существование целой иерархии видов памяти объясняется их различием по быстродействию, энергозависимости, назначению, объему и стоимости. Многообразие видов памяти помогает снять противоречие между высокой стоимостью памяти одного вида и низким быстродействием памяти другого вида.

Память современных компьютеров строится на нескольких уровнях, причем память более высокого уровня меньше по объему, быстрее и в пересчете на один байт имеет большую стоимость, чем память более низкого уровня.

Регистровая память — наиболее быстрая (ее иногда называют сверхоперативной). Она представляет собой несколько регистров общего назначения (РОН), которые размещены внутри процессора. Регистры используются при выполнении процессором простейших операций: пересылка, сложение, счет и т.д.

Кэш-память по сравнению с регистровой памятью имеет больший объем, но меньшее быстродействие. В ЭВМ число запоминающих устройств с этим видом памяти может быть различным. В современных ЭВМ имеете два-три запоминающих устройства этого вида. Кэш-память первого уровня располагается внутри процессора, а кэш-память второго уровня — вне процессора (на материнской плате).

В переводе с английского языка слово cache (кэш) означает «тайник», так как кэш-память не доступна для программиста (она автоматически используется компьютером). Кэш-память используется для ускорения выполнения операций за счет запоминания на некоторое время полученных ранее данных, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Введение в компьютер кэш-памяти позволяет сэкономить время, которое без нее тратилось на пересылку данных и команд из процессора в оперативную память (и обратно). Работа кэш-памяти строится так, чтобы до минимума сократить время непроизводительного простоя процессора (время ожидания новых данных и команд).

Этот вид памяти уменьшает противоречие между быстрым процессором и относительно медленной оперативной памятью.

В постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) хранится информация, которая не изменяется при работе ЭВМ. Такую информацию составляют программы, проверяющие работоспособность компьютера в момент его включения, драйверы (программы, управляющие работой отдельных устройств ЭВМ, например, клавиатурой) и др.

ПЗУ является энергонезависимым устройством, поэтому информация в нем сохраняется даже при выключении электропитания.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для кратковременного хранения переменной (текущей) информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций. Это значит, что процессор может выбрать из ОЗУ команду или обрабатываемые данные (режим считывания) и, после арифметической или логической обработки данных, поместить полученный результат в ОЗУ (режим записи). Размещение новых данных в ОЗУ возможно на тех же местах (в тех же ячейках), где находились исходные данные. Понятно, что прежние команды (или данные) будут стерты.

ОЗУ используется для хранения программ, составляемых пользователем, а также исходных, конечных и промежуточных данных, получающихся при работе процессора.

В качестве запоминающих элементов в ОЗУ используются либо триггеры (статическое ОЗУ), либо конденсаторы (динамическое ОЗУ).

ОЗУ – это энергозависимая память, поэтому при выключении питания информация, хранившаяся в ОЗУ, теряется безвозвратно.

По быстродействию ОЗУ уступает кэш-памяти и тем более сверхоперативной памяти — РОН. Но стоимость ОЗУ значительно ниже стоимости упомянутых видов памяти.

Жесткий диск это устройство для длительного хранения данных — накопитель на жестких магнитных дисках (HDD — аббревиатура от английского словосочетания Hard DiskDrive).

CD, DVD и BD диски - накопители с оптическим принципом записи информации, предназначены для переноса и хранения информации, независимо от наличия энергии.

Флэш память - накопитель, предназначенный для переноса и длительного хранения информации. Флэш память реализуется по принципу полупроводниковой записи.

Если вести речь о внутренней памяти, приоритетным вариантом сегодня считаются модели компьютеров с SSD, а не внутренними жесткими дисками. Компьютеры и ноутбуки с твердотельными накопителями работают намного быстрее, эффективнее используют виртуальную память и потребляют меньше энергии.

Недостатков у таких моделей немного. Прежде всего, это их высокая стоимость: SSD стоят в разы дороже жестких дисков. И единственный вариант сэкономить – выбрать меньшую емкость носителя. Так, внутреннего твердотельного накопителя с объемом памяти 128 ГБ с головой хватит для бесперебойной работы операционной системы вашего ноутбука и многих приложений. Но, если вы будете использовать диск для хранения фотографий, игр или для работы с видео, свободное место закончится практически сразу.

Внешнее хранилище данных: какое выбрать?

Если опустить варианты внутреннего обновления накопителей, часто слишком дорогостоящие и сложные в исполнении для многих пользователей, остается три основных способа увеличить емкость памяти вашего компьютера.

Первый – за счет внешнего жесткого диска, дешевого, но медленного. Второй – за счет внешнего твердотельного накопителя, быстрого, но уже не дешевого. И третий, на нем мы остановимся подробнее, – за счет подключаемых сверхбыстрых USB-флешек.

Почему стоит выбрать USB-флешку?

Главное, что делает USB-накопители привлекательными для пользователей в качестве запоминающих устройств, – это:

цена;
компактность;
простота подключения и использования;
отсутствие кабелей, переходников и прочих неудобных «запчастей».

Правда, внешнее соединение при помощи гибких кабелей считается более надежным. Так как девайс, торчащий из корпуса, пусть и небольшого размера, легко можно зацепить, и жесткое крепление в такой ситуации может стать проблемой и для самой USB-флэшки, и для компьютера. Давно ли у вас выходил из строя любимый порт.

Еще один «неудобный» вопрос о USB: а можно ли их вообще использовать для непрерывных операций чтения/записи данных и в течение длительного времени? К сожалению, недорогие флешки совершенно не предназначены для использования в таком режиме. Но прогресс не стоит на месте, и есть надежда, что ведущие производители портативных носителей вот-вот представят нашему вниманию быстрые, емкие флеш-накопители, рассчитанные для работы с теми же нагрузками, что и встроенная память компьютеров.

Пока же внешние твердотельные накопители, хоть и менее удобные и компактные, чем USB-флешки, остаются основным способом получить необходимую скорость и емкость.

Возможно ли найти USB флешку с достаточным объемом и с хорошей скоростью?

И да, и нет – это будет зависеть только от ваших потребностей и требований. Вы точно найдете флешки объемом до 512 Гб и выше. А это уже намного больше, чем можно было ожидать от носителя с такими габаритами. И если такая емкость может вас устроить – похоже, вы нашли отличное решение. Но если вы ищите носитель с емкостью портативного жесткого диска или портативного твердотельного накопителя, которые обычно стартуют от 500 Гб и достигают 2 Тб и более, скорее всего, USB – не совсем ваш вариант.

Со скоростью все еще сложнее. Флэшка вполне подойдет, если вы планируете использовать носитель только как дополнительное хранилище или для резервного копирования. Самые быстрые USB обеспечивают для этого достаточно высокую скорость чтения/записи. Так что они практически идеальны для размещения фотоархивов и, конечно, переноса данных между устройствами – данных, которые всегда должны быть под рукой. Время загрузки и сохранения данных для USB будет всегда большим, чем для SSD, но меньшим, чем для портативных жестких дисков.

Если же вы планируете использовать носитель для редактирования или воспроизведения видео, особенно в формате 4К, даже самая быстрая флэшка вряд ли сгодится для такой работы. В таком случае разумнее смотреть в сторону портативных SSD – носителей с большей емкостью и большей скоростью чтения/записи, чем любой USB-накопитель.

Название	Тип	Объем	Скорость чтения/записи
Transcend StoreJet 25M3	HDD	1-2TB	122/122 MB/s
WD My Passport	HDD	1-5TB	114/114 MB/s
G-Technology ArmorATD All-Terrain Drive	HDD	1-4TB	128/124 MB/s
SanDisk Extreme Portable SSD V2	SSD	250GB-2TB	693/496 MB/s
WD My Passport SSD (NVMe)	SSD	500GB-2TB	538/364 MB/s
OWC Envoy Pro EX Thunderbolt 3	SSD	480GB-4TB	612/278 MB/s
SanDisk Extreme PRO USB 3.2 Solid State Flash Drive	USB флешка	128GB-1TB	420/380 MB/s
PNY PRO Elite 3.0	USB флешка	32-256GB	400/250 MB/s
Kingston DataTraveler 80 USB Flash Drive	USB флешка	32MB-256GB	200/60 MB/s

Безопасность данных на флэшках и SSD

Перед тем, как сделать окончательный выбор, рассмотрим еще один важнейший вопрос – вопрос безопасности данных, хранящихся на носителях. Даже если ваш накопитель (причем независимо от его типа) – надежен и долговечен – это не застрахует вас от внештатных ситуаций, которые часто оборачиваются частичной или полной потерей данных:

случайное удаление;
вирусная атака;
сбой питания;
самопроизвольное форматирование;
проблемы с файловой системой.

При этом восстановление данных с жесткого диска или флешки обычно не составляет проблемы. Используя программу для восстановления данных RS Partition Recovery вернуть удаленные файлы не составит труда. Подробнее о восстановлении данных с USB флешки читайте в нашем блоге.

Вернуть данные, пропавшие с SSD будет уже не так просто, а в некоторых случаях – практически невозможно. Детальнее мы рассказали о проблеме в статье «Можно ли восстановить SSD диск и данные, удаленные с твердотельного накопителя?»

Так каков ответ?

Для некоторых вещей USB и теперь остаются наилучшим вариантом среди всех носителей. Обменяться файлами с друзьями и коллегами? USB – прекрасный выбор. Причем смело можно использовать даже самый дешевый носитель.

Заканчивается место на основном диске? Вы также можете использовать USB как «аварийное» хранилище: отправьте туда часть данных на время, пока не решите проблему с основным хранилищем.

Во многих случаях USB-накопитель вполне может заменить SSD. Но, хотя самые быстрые и лучшие флэшки начинают приближаться по скорости и емкости к твердотельным накопителям, хороших аналогов SSD среди USB все еще нет.

Часто задаваемые вопросы

Это сильно зависит от емкости вашего жесткого диска и производительности вашего компьютера. В основном, большинство операций восстановления жесткого диска можно выполнить примерно за 3-12 часов для жесткого диска объемом 1 ТБ в обычных условиях.

Почему некоторые файлы, после восстановления, могут не открываться?

Если файл не открывается, это означает, что файл был поврежден или испорчен до восстановления.

Используйте функцию «Предварительного просмотра» для оценки качества восстанавливаемого файла.

Как я могу проверить, можно ли восстановить мои данные, перед покупкой?

Пожалуйста, используйте бесплатные версии программ, с которыми вы можете проанализировать носитель и просмотреть файлы, доступные для восстановления.

Сохранить их можно после регистрации программы – повторное сканирование для этого не потребуется.

Внешний накопитель памяти — это гениальное изобретение нашего времени. Мы утопаем в больших объёмах информации. При покупке новых гаджетов первым делом обращаем внимание на объем памяти, так как у нас море фотографий с моря, любимые фильмы и различные видео, которые мы хотим сохранить и пересматривать. Да, есть вариант все закинуть в облако. Но он не всегда доступен. И портативный накопитель всегда под рукой, готовый включиться в работу или в ваш отдых. А вдруг придет эра без интернета, то тогда плакали ваши гигабайты.

Внешний накопитель хранит наши бесценные данные и позволяет легко переносить их с одного устройства на другое. Он подключается к компьютеру снаружи, через USB или другие провода. Для некоторых необходим кабель питания для подключения к сетевой розетке.

Сегодня в продаже есть сотни моделей. Как купить тот самый, чтобы не потерять информационное богатство и сберечь его на долгие года. Итак, внешний диск - это такая большая флешка с огромными возможностями. Но, если потребительские флешки вмещают гигабайты информации, то накопитель для «файлокопилки» пусть будет побольше – от одного терабайта. Этого с головой хватит на самые разные цели, хотя существуют и более емкие модели - объемом до пяти терабайт.

Как выбрать емкость?

Фан-коллекция музыки уже перешла объем в 600 гигабайт? То купите внешний накопитель на полтора терабайта. Считаете, что для хранения информации не хватает примерно 200 гигабайт? То плюсуйте еще 500 гигабайт. Для домашнего архива достаточно одного-двух терабайтов. Сюда может войти все ваше богатство - фото и видеофайлы с отдыха и работы.

Но если вы профессионал и большие объемы - это часть вашей работы, то не выбирайте модели, которые идут менее одного терабайта. Если снимаете видеоролики без остановок, качаете фильмы, то купите диск от двух терабайт и радуйтесь.

Какие накопители бывают?

Флешки - USB флеш-накопитель;
SSD;
HDD;
SSHD (гибридные).

Но надо понимать, что у каждого свой вариант применения, хранения и обработки данных.

USB-флешка

Рассмотрим самый популярный внешний накопитель – флешку. Она технически сконструирована просто: материнская плата с флеш-памятью и USB-разъем для подключения к компьютеру. Ее чаще всего покупают для переноса информации. Популярны модели от 128 ГБ. Для «бытовых» нужд подойдет флешка с емкостью до 64 гигабайт. Скорость чтения и записи файлов происходит в параметрах 30 Мб/сек, этого достаточно для каждодневных задач.

HDD накопитель

Давайте разберем, что за зверь HDD (жесткй диск). Техническая часть выглядит так: внутри размещены вращающиеся пластины. На них информация записываются с помощью головки. Подвижные элементы при работе диска выдают специфические звуки. С повышением скорости диск трудится шумнее.

Выбирайте HDD если требуется большая емкость при ограниченном бюджете. Этот вариант чувствителен к ударам, физическим воздействиям, его нельзя ронять. Конечно, разработчики HDD стараются защищать свои детища - делают их в корпусах из надежных материалов. Но важно понимать, что подвижные части внутри уже указывает на слабое место. Такие накопители во время рабочего процесса восприимчивы к тряске – зазор между головкой и вращающимся диском составляет всего около 0,1 мкм и их соприкосновение может стать поводом для потери информации и вплоть до поломки накопителя.

SSD накопитель

SSD - это практически еще один вид жесткого диска. Но отличаются размерами, вместительной емкостью, кэш-памятью и показателями хорошей скорости. Здесь стоят транзисторы, они работают относительно поступающих электрических импульсов. Тут нет частей, которые двигаются, поэтому нет и шумов при работе. Данный твердотельник – это гарант долгой трудовой жизни. В SSD нет подвижной механики, поэтому легкий удар или полет со стола не сильно скажется на рабочих характеристиках диска.

SSHD накопитель

SSHD (гибридные). Это не конкурент ни SSD, ни HDD. На рынке он представлен малым количеством моделей и не очень популярен. Но есть причины, которые могут сподвигнуть на покупку SSHD.

Эргономичность. Это, например, актуально для тех, кто не может позволить себе SSD большого объема и не хотят носить с собой внешний диск.

Соотношение цены и качества. Когда нужна скорость выше, чем у HDD, но не хочется отдавать деньги на дорогой SSD, то тогда SSHD будет идеальной покупкой.

В недавнем прошлом, когда SSD были безумно дорогими, гибриды считались хорошим вариантом. Сейчас цены на первые стали более реальными. А гибриды уже не показывают высокую скоростную прыть. Поэтому будущее гибридных дисков в лучшем случае под вопросом.

Достоинства SSHD: скорость работы, большой объем памяти, возможность перевозки, компактность.

Добавь-ка скорости!

Мы живем в эру быстрых дел. И не готовы делиться даже секундой, тем более минутами. Поэтому скорость работы с данными – это важный аспект при выборе. Если вынуждены регулярно перемещать файлы с объекта на объект, то минуты ожидания могут вылиться в года. Скорость работы внешнего накопителя зависит от:

технологии хранения данных,
интерфейса.

Забегая вперед скажем, что только SSD обладают неконкурентными показателями скорости.

В интерфейсе большинство накопителей используют разъем USB. Сегодня применяются разные поколения USB и они отличаются между собой. USB 2.0 уже считается старым стандартом, к тому же у него максимальная скорость достигает только 480 МБ/с. Современные представители USB – это 3.0, 3.1 Gen1 и 3.2 Gen1. Они выдают скорость до 10 Гбит/с.

Кто выпускает внешние накопители памяти?

Сегодня производством накопителей занимаются многие компании. Но довериться стоить известным брендам - Samsung, Kingston, Seagate, WD, Transcend, Seagate, ADATA, Sony и так далее. Потому что внешние накопители — технически сложные устройства. Поэтому лучше расщедриться и вложиться в диск, который выпускается на продажу с отработанной годами системой контроля качества. Иначе экономия выльется в испорченные файлы.

Формы внешних накопителей

Мобильные. Компактность размеров и вес до четырехсот грамм удобны для периодической переноски. При этом мобильные диски имеют емкость до одного терабайта, несмотря на маленькие габариты. Продуктивность может достигать 250-600 МБ/сек. Достоинства: размер, легкий вес, хорошая производительность, достойный объем памяти.

Стационарные. Отдельные экземпляры весят до двух килограмм, габариты - в размерах ноутбука. Объем памяти в таких устройствах возможен в пределах 2-10 ТБ. Достоинства: производительность, большая емкость памяти, страховка от возможных повреждений, могут перенести редкую переноску.

Как работает диск SSD и как он конкурирует с новейшими технологиями, такими как технология энергонезависимого хранения Intel Optane ?

Чтобы понять, чем и почему SSD-диски отличаются от вращающихся, необходимо сказать несколько слов о диске HDD . Жесткий диск хранит данные на нескольких вращающихся магнитных дисках, называемых пластинами. К нему прикреплен рычаг привода с головками чтения/записи. Этот рычаг позиционирует головки над правильной областью привода для чтения или записи информации.

Поскольку головки дисков должны выравниваться по области диска, чтобы считывать или записывать данные (а диск постоянно вращается), существует время ожидания для доступа к данным. Привод может нуждаться в чтении из нескольких мест, чтобы запустить программу или загрузить файл, а это значит, что ему, возможно, придется подождать, пока пластины повернутся в правильное положение несколько раз, прежде чем он сможет выполнить команду. Если диск находится в спящем режиме или в режиме низкого энергопотребления, может потребоваться несколько секунд, чтобы диск заработал на полную мощность и начал выполнять требуемые операции.

С самого начала было ясно, что жесткие диски не смогут соответствовать скоростям, на которых могут работать процессоры. Задержка в жестких дисках измеряется в миллисекундах по сравнению с наносекундами для типичного процессора. Одна миллисекунда составляет 1 000 000 наносекунд, и обычно на жесткий диск уходит 10-15 миллисекунд, чтобы найти данные на диске и начать их чтение. Производители жестких дисков совершенствуют технологии для увеличения быстродействия: делают меньше размер пластины, устанавливают дополнительную кэш-память на диске и увеличивают скорости вращения шпинделя. Линейка продуктов VelociRaptor компании Western Digital имеет скорость вращения 10 000 об/мин, что является самой быстрой скоростью вращения шпинделя на потребительском рынке HDD. Некоторые диски для корпоративных целей вращаются со скоростью до 15 000 об/мин. Однако, даже самый быстрый вращающийся диск с самыми большими кэшами и самыми маленькими жесткими дисками все еще мучительно медленен для процессора.

Чем отличаются SSD

Твердотельные накопители называются именно так, потому что они не зависят от движущихся частей или вращающихся дисков. Вместо этого, данные сохраняются в пул флеш-памяти NAND. Сама NAND состоит из так называемых транзисторов с плавающим затвором. В отличие от конструкции транзисторов, используемых в DRAM, которые должны обновляться несколько раз в секунду, флеш-память NAND предназначена для сохранения информации даже при отсутствии питания. Это делает NAND типом энергонезависимой памяти.

Диаграмма выше показывает простой дизайн флеш-ячейки. Электроны хранятся в плавающем затворе, который затем читается как заряженный «0» или незаряженный «1». Именно так, во флеш-памяти NAND «0» означает, что данные хранятся в ячейке, это противоположно тому, как мы обычно думаем о «0» или «1». NAND flash организован в виде сетки. Весь макет сетки называется блоком, а отдельные строки, составляющие сетку, называются страницами. Типичные размеры страниц: 2 КБ, 4 КБ, 8 КБ или 16 КБ, от 128 до 256 страниц на блок. Поэтому размер блока обычно варьируется от 256 КБ до 4 МБ.

В приведенной выше таблице есть две вещи, на которые следует обратить внимание. Во-первых, обратите внимание, как добавление большего количества бит на ячейку NAND оказывает существенное влияние на производительность памяти. Причем, влияние на задержку записи больше, чем на задержку чтения. Типичная задержка трехуровневой ячейки (TLC) в 4 раза больше по сравнению с NAND одноуровневой ячейки (SLC) для чтения и в 6 раз больше для записи. Задержки стирания также значительно различаются. Влияние также не пропорционально - TLC NAND почти в два раза медленнее, чем MLC NAND, несмотря на то, что он содержит только на 50% больше данных (три бита на ячейку вместо двух). Это также верно для приводов QLC, которые хранят еще больше битов при разных уровнях напряжения в одной ячейке.

Причина, по которой TLC NAND медленнее, чем MLC или SLC, связана с тем, как данные перемещаются в ячейку NAND и выходят из нее. При использовании SLC NAND контроллер должен знать только, является ли бит 0 или 1. При использовании MLC NAND ячейка может иметь четыре значения - 00, 01, 10 или 11. При использовании TLC NAND ячейка может иметь восемь значений и QLC имеет 16 значений. Для считывания правильного значения из ячейки контроллер памяти должен использовать точное напряжение для определения того, заряжена ли какая-либо конкретная ячейка.

Чтение, запись и стирание

Одним из функциональных ограничений твердотельных накопителей является то, что перезапись данных происходит намного медленнее, чем считывание и запись на пустой диск. Это связано с тем, что твердотельные накопители считывают данные на уровне страницы (т.е. из отдельных строк в сетке памяти NAND) и могут записывать на уровне страницы, если соседние ячейки пусты. Но стирать данные они могут только на уровне блоков. Для стирания NAND флеш–памяти требуется высокое напряжение. Хотя теоретически можно стереть NAND на уровне страницы, требуемая величина напряжения воздействует на соседние ячейки вокруг перезаписываемых. Стирание данных на уровне блоков помогает избежать этой проблемы.

Единственный способ для SSD обновить существующую страницу - скопировать содержимое всего блока в память, стереть блок, а затем записать содержимое старого блока + обновленную страницу. Если накопитель заполнен и нет доступных пустых страниц, твердотельный накопитель должен сначала проверить блоки, помеченные для удаления, но еще не удаленные, стереть их, а затем записать данные на стертую страницу. Вот почему твердотельные накопители могут становиться медленнее по мере заполнения - почти пустой диск заполнен блоками, которые можно записать немедленно, а почти полный диск будет проходить через всю последовательность операций по проверке–копированию–стиранию–записи.

Если вы использовали твердотельные накопители, вы, вероятно, слышали о так называемой «сборке мусора» (garbage collection). Сборка мусора - это фоновый процесс, который позволяет диску снизить влияние на производительность цикла проверка–копирование–стирание–запись, выполняя определенные задачи в фоновом режиме.

Сборка мусора (англ. garbage collection) в программировании — одна из форм автоматического управления памятью. Специальный процесс, называемый сборщиком мусора (англ. garbage collector), периодически освобождает память, удаляя объекты, которые уже не будут востребованы приложениями.

Поговорим о TRIM

TRIM (англ. to trim — подрезать) — команда позволяющая операционной системе уведомить твердотельный накопитель о том, какие блоки данных не несут полезной нагрузки и их можно не хранить физически.

Когда вы удаляете файл из Windows на обычном жестком диске, файл не удаляется сразу. Вместо этого операционная система сообщает жесткому диску, что она может перезаписать физическую область диска, на которой эти данные были сохранены, в следующий раз, когда ей потребуется выполнить запись. Вот почему можно восстановить файлы (и почему удаление файлов в Windows обычно не освобождает много места на физическом диске, пока вы не очистите корзину). С традиционным жестким диском ОС не нужно обращать внимание на то, где записываются данные или каково относительное состояние блоков или страниц. С SSD это важно.

Команда TRIM позволяет операционной системе сообщить SSD, что она может пропустить перезапись определенных данных при следующем удалении блока. Это снижает общий объем данных, которые записывает диск, и увеличивает срок службы SSD. И чтение, и запись повреждают флеш-память NAND, но запись наносит гораздо больший ущерб, чем чтение. К счастью, долговечность на уровне блоков не является проблемой современной флеш-памяти NAND.

Выравнивание износа и усиление записи

Поскольку твердотельные накопители записывают данные на страницы, но стирают данные в блоках, объем данных, записываемых на накопитель, всегда превышает фактическое обновление. Например, если вы вносите изменения в файл размером 4 КБ, весь блок, в котором находится файл 4 КБ, должен быть обновлен и переписан. В зависимости от количества страниц в блоке и размера страниц, может понадобиться записать данные объемом 4 МБ для обновления файла 4 КБ. Сборка мусора уменьшает влияние усиления записи, как и команда TRIM. Сохранение значительной части диска свободной и/или дополнительное выделение ресурсов производителем также может снизить влияние усиления записи.

Усиление записи (Write amplification) является нежелательным явлением, связанным с флеш-памятью и твердотельными накопителями (SSD), когда фактический объем информации, физически записываемый на носитель, превышает объем, предназначенный для записи.

Выравнивание износа используется для обеспечения равномерности записи/стирания блоков NAND, т.е. чтобы одни блоки не записывались и стирались чаще, чем другие. Несмотря на то, что выравнивание износа увеличивает ожидаемый срок службы диска и его долговечность за счет одинаковой записи в NAND, оно может фактически увеличить усиление записи. В других случаях для равномерного распределения записей по диску иногда необходимо записывать и удалять блоки, даже если их содержимое фактически не изменилось. Хороший алгоритм выравнивания износа стремится сбалансировать эти воздействия.

Контроллер SSD

Теперь становится понятно, что твердотельные накопители требуют гораздо более сложных механизмов управления, чем жесткие диски. Однако и у HDD есть свои технологические сложности. Например, механические проблемы, связанные с балансировкой нескольких головок чтения-записи в нанометрах над пластинами, которые вращаются со скоростью от 5400 до 10000 оборотов в минуту. Тот факт, что жесткие диски справляются с этой задачей, просто невероятен. Между тем стоимость HDD остается ниже стоимости SSD.

Контроллеры SSD имеют пул памяти DDR3 или DDR4, чтобы эффективней управлять самой NAND. Многие накопители также содержат одноуровневые кэши ячеек, которые действуют как буферы, увеличивая производительность накопителя, выделяя быстрые NAND для циклов чтения/записи. Некоторые накопители используют алгоритмы сжатия данных для уменьшения общего числа операций записи и увеличения срока службы накопителя. Контроллер SSD исправляет ошибки. Алгоритмы коррекции ошибок совершенствуются.

Производители SSD дисков не разглашают техническую информацию об алгоритмах, применяемых в контроллерах SSD. Большая часть производительности флеш-памяти NAND определяется базовым контроллером, и компании не хотят раскрывать ноу–хау, чтобы не дать конкурентам преимущество.

Интерфейсы

Сначала SSD использовали порты SATA, как и жесткие диски. В последние годы мы наблюдаем переход к дискам M.2 - очень тонким дискам длиной в несколько сантиметров, которые вставляются непосредственно в материнскую плату (или, в некоторых случаях, в монтажный кронштейн на переходной плате PCIe).

Читайте также: