Анатомия накопителя Твердотельные накопители

Это магнитно Это электрическое. Это фотонный. Нет, речь не идет о новом трио супергероев во вселенной Marvel. Это все о наших ценных цифровых данных. Мы должны хранить его где-нибудь в безопасном и стабильном месте таким образом, чтобы мы могли получить его и изменить его быстрее, чем вы можете моргнуть. Забудьте Железного Человека и Тора. Мы говорим о накопителях!

Мы разделили анатомию хранилища на три части, которые публикуются одновременно для разделения жестких дисков, твердотельных накопителей и оптических накопителей.

TechSpot Анатомия компьютерного оборудования серии

У вас может быть настольный ПК на работе, в школе или дома. Вы можете использовать один для разработки налоговых деклараций или играть в последние игры; Вы можете даже создавать и настраивать компьютеры. Но насколько хорошо вы знаете компоненты, составляющие ПК?

Твердый, твердый, как скала

Подобно тому, как транзисторы произвели революцию в компьютерах, увеличив скорость, с которой схемы могут переключаться и выполнять математические операции, использование полупроводниковых устройств в устройствах хранения было нацелено на достижение того же результата.

Первые шаги в этом процессе были сделаны компанией Toshiba, которая в 1980 году предложила концепцию флэш-памяти, а затем 4 года спустя произвела флэш-память NOR, а в 1987 году. флэш-память NAND. твердотельный накопитель или SSD, был выпущен SunDisk (позже названный SanDisk) в 1991 году.

Большинство людей знакомятся с твердотельными накопителями в виде так называемых USB-накопителей, например, карт памяти или перьев. Даже сегодня они формируют основную структуру того, как большинство SSD соединяются вместе.

Слева у нас есть один чип флэш-памяти SanDisk NAND. Так же, как SRAM используется для кэширования в процессорах и графических процессорах, он заполнен миллионами «ячеек», сделанных из модифицированных транзисторов с плавающим затвором. Они используют высокое напряжение для помещения и удаления заряда в определенном месте транзистора. Более низкое напряжение тогда прикладывается через это местоположение, когда ячейка читается.

Если элемент не заряжен, то при подаче этого низкого напряжения течет ток. Это говорит системе, что ячейка имеет состояние 0; и тогда обратное верно для состояния 1 (то есть нет тока, когда подается напряжение). Это делает NAND flash очень быстрым для чтения, но не таким быстрым для записи или удаления данных.

Лучшие ячейки флэш-памяти, называемые одноуровневые клетки (SLC) работает над тем, чтобы к месту было применено только одно количество заряда; но у вас могут быть ячейки памяти, которые могут иметь более одного уровня заряда. Обычно они известны как многоуровневые клетки (MLC), но в индустрии флэш-памяти NAND MLC относится к 4 уровням заряда. Другие типы имеют аналогичные имена: тройной уровень (TLC) и четверной уровень (QLC) имеют 8 и 16 разных уровней заряда соответственно.

Смотрите так же

  • Новый MOF является потенциальным полупроводником следующего поколения
    Металлоорганические каркасы (MOF). это новые многофункциональные материалы, которые постепенно выходят из исследовательских лабораторий и превращаются во множество реальных применений. Например, MOF могут хранить опасные газы, катализировать химическ...
  • Компьютер Видит Интернет Но Не Подключается
    Если ноутбук не подключается к ноутбуку Wi-Fi, но видит Wi-Fi, в статье подробно описаны следующие шаги для решения проблемы.Почему ноутбук не видит Wi-Fi. частые причины проблем с подключением Wi-Fi Портативные устройства, такие как ноутбуки, сегод...
  • Какой телефон имеет лучшие фотографии
    Только 9 фоторедакторов, которые сделают вашу кожу идеальной в фотографии Источник: Instagram.comПоднимите свои страницы в социальных сетях на новый уровень с вашим воображением и помощью качественных фоторедакторов.Вам нравится снимать себя и позиро...
  • Samsung Galaxy S20 доступен в отделке Cloud White в Корее, предположительно с красным и синим вариантами
    Обновление (2/12/20 @ 13:10 ET): Cloud White Galaxy S20 также будет доступен в Испании; версия Blue будет доступна в США, но она эксклюзивна для Best Buy.На вчерашнем мероприятии Samsung Galaxy Unpacked компания представила свою флагманскую линейку G...
  • Как Поменять Цвет Экрана На Компьютере
    Как настроить яркость экрана вашего компьютера автоматически и вручнуюЧасто возникает необходимость увеличить или уменьшить яркость экрана, это можно сделать вручную или настроить систему так, чтобы все автоматически изменялось. В сегодняшней статье ...
  • Face Unlock работает неправильно для некоторых пользователей Pixel 4 после последней OTA
    Рики 10 января 2020 годаGoogle Pixel 4 Duo не был самым горячо принятым смартфоном в этом году. Он сделал несколько вариантов дизайна и аппаратного обеспечения, которые не совсем подходили для многих пользователей смартфонов, таких как чрезмерно раск...

Это влияет на то, сколько данных может храниться в каждой ячейке:

  • SLC. 1 уровень = 1 бит
  • MLC. 4 уровня = 2 бита
  • ТСХ. 8 уровней = 3 бита
  • QLC. 16 уровней = 4 бита

И так далее. Похоже, QLC. лучший, да? К сожалению нет. Потоки тока очень малы и чувствительны к электрическим помехам, поэтому, чтобы правильно различать различные зарядовые состояния в элементе, его необходимо считывать несколько раз, прежде чем можно будет подтвердить значение. Короче говоря, SLC является самым быстрым, но занимает большую часть физического пространства для заданного объема хранения данных; QLC самый медленный, но вы получаете больше денег за свои деньги.

Анатомия накопителя Твердотельные накопители

В отличие от SRAM и DRAM, после отключения питания заряд остается на месте и только утекает очень медленно. В случае системной памяти клетки расходуются за наносекунды и должны постоянно «пополняться». К сожалению, использование напряжения и пускового заряда повреждает элементы, а твердотельные накопители со временем изнашиваются. Чтобы помочь в борьбе с этим, используются умные процедуры, чтобы минимизировать скорость износа, обычно гарантируя, что одни и те же элементы не будут поражаться снова и снова.

Эта функция управляется микросхемой управления, как видно справа, которая также выполняет те же задачи, что и микросхема LSI, которую мы видели на жестком диске. Но там, где на вращающихся дисках есть отдельные микросхемы для кэш-памяти DRAM и прошивки Serial Flash, в контроллеры USB-накопителей встроены оба этих чипа. И так как они разработаны, чтобы быть дешевыми, вы не получите большую часть либо.

Но без движущихся частей вы наверняка ожидаете, что производительность будет лучше, чем у жесткого диска. Давайте посмотрим, используя CrystalDiskMark:

На первый взгляд это кажется действительно разочаровывающим. Скорость последовательного чтения / записи и произвольной записи намного хуже, чем у нашего протестированного жесткого диска; однако случайное чтение намного лучше, и это преимущество, которое предлагает флэш-память. Запись и удаление данных довольно медленная, но чтение обычно быстрое.

Это больше, чем кажется на первый взгляд. Тест USB-накопителя предлагает только соединение USB 2.0, максимальная скорость передачи которого составляет всего 60 МБ / с, тогда как жесткий диск имел порт SATA 3.3 и пропускную способность в 10 раз больше. И технология флэш-памяти довольно проста: ячейки представляют собой TLC, и они расположены в виде длинных полос, рядом друг с другом, в так называемой плоскостной или 2D расположение.

Флэш-память, используемая в лучших современных твердотельных накопителях, использует SLC или MLC, что означает, что они работают немного быстрее и изнашиваются медленнее, а полосы сгибаются пополам и укладываются вертикально, создавая вертикальное или трехмерное расположение ячеек. Они также используют интерфейс SATA 3.0, хотя все больше и больше используют более быструю систему PCI Express через интерфейс NVMe.

Давайте посмотрим на один такой пример: Samsung 850 Pro, который использует это вертикально сложенные махинации.

В отличие от нашего тяжелого 3,5-дюймового накопителя Seagate, этот твердотельный накопитель имеет ширину всего 2,5 дюйма и намного тоньше и легче.

Откройте их (спасибо Samsung за использование таких дешевых винтов Torx, что они чуть не порезались перед выходом.) И вы поймете, почему:

Там почти ничего нет!

Нет дисков, нет рычагов привода, нет магнитов. всего одна плата, на которой есть несколько чипсов.

Смотрите так же

  • Samsung Galaxy Buds теперь доступны в красном и розовом цветах в Южной Корее
    Наушники Samsung Galaxy Buds TWS, которые были представлены в черном, синем и белом цветах в прошлом месяце, теперь объединены еще двумя оттенками. Красный и розовый.Мы уже получили наш первый взгляд на бутоны красного цвета, и сегодня мы увидим, как...
  • Как переустановить Windows на планшете
    Как переустановить Windows на свой планшет? Рабочая инструкцияЕсли вы владелец планшета Windows 8 и вам не нравится дизайн MetroUI и вообще сам экран запуска, вы можете легко установить операционную систему на Windows 7 и даже на XP и даже на Windows...
  • Как Установить Ipa На Iphone Без Джейлбрейка
    Как установить неофициальные приложения на iOS без джейлбрейкаЭто реально работает.Вы устали ждать побега из тюрьмы? Вы хотите установить стороннее программное обеспечение не из App Store на свой iPhone или iPad? Есть решение. Zestia. Аналог Cydia с ...
  • Утечка LG G9 ThinQ намекает на общий дизайн
    Смартфон LG G9 ThinQ, вероятно, будет представлен на мероприятии MWC 2020 в Барселоне в следующем месяце. Штат сотрудников Опубликовано: 10 января 2020 г. 14:16 ISTПо мере того, как мы приближаемся к MWC 2020 в следующем месяце, слухи и слухи о запус...
  • На какой частоте работает телевизор
    Частота вещания цифровых телеканалов DVB-T2Переход от аналогового к цифровому вещанию практически завершен. Поэтому пришло время приобрести необходимое оборудование и настроить прием сигнала нового формата. Теперь давайте посмотрим на частоту, с кото...
  • Установка пароля на компьютере с Windows
    Установка пароля на компьютере с Windows 7Необходимость. Но сначала ответьте на вопрос. зачем мне пароль на моем компьютере и когда он может пригодиться? От чего он может нас защитить?Установка его на Windows 7 может защитить вас от многих неприятнос...

Итак, что мы на самом деле имеем здесь? Крошечные черные микросхемы являются регуляторами напряжения, но остальные:

  • Samsung S4LN045X01-8030: 3-ядерный процессор на базе ARM Cortex R4, который обрабатывает инструкции, данные, исправление ошибок, шифрование и управление износом
  • Samsung K4P4G324EQ-FGC2: 512 МБ памяти DDR2 SDRAM, используемой для кэширования
  • Samsung K9PRGY8S7M: каждый чип имеет 64 ГБ 32-слойной вертикальной флэш-памяти NAND MLC (всего 4 чипа, два на другой стороне платы)

У нас есть 2-битные флэш-ячейки, несколько микросхем памяти и много кеша, что должно повысить производительность Почему? Помните, что запись данных на флэш-память происходит довольно медленно, но несколько чипов флэш-памяти позволяют выполнять запись параллельно. На USB-накопителе не было много DRAM для хранения данных, готовых к записи, поэтому большой отдельный чип тоже должен помочь. Вернуться к CrystalDiskMark тогда.

Это огромный улучшение. Пропускная способность чтения и записи заметно выше, а задержки намного, намного меньше. Что не нравится? Меньшие и легкие, не имеющие движущихся частей для управления, твердотельные накопители также потребляют меньше энергии, чем механические диски.

Некоторые производители выпустили гибридные жесткие диски. стандартный жесткий диск с небольшой флэш-памятью на плате, который используется для хранения часто используемых данных на дисках. Ниже представлена ​​такая плата от гибридного накопителя Samsung 1 ТБ (иногда его называют SSHD).

Вы можете увидеть чип NAND и его контроллер в правом верхнем углу платы. Все остальное в значительной степени совпадает с моделью Seagate, на которую мы смотрели.

Мы можем использовать CrystalDiskMark, в последний раз, чтобы увидеть, есть ли заметное преимущество в использовании флэш-памяти как формы кеша, но это несправедливое сравнение, поскольку диски в этом накопителе вращаются со скоростью 7200 об / мин (тогда как WD, который мы использовали в нашем Вскрытие HDD составило всего 5400 об / мин):

Числа немного лучше, но это, вероятно, связано с более высокой скоростью вращения. Чем быстрее диск перемещается под головками чтения / записи, тем быстрее могут быть переданы данные. Также стоит отметить, что файлы, сгенерированные в тесте производительности, не будут помечены в алгоритме как обычный доступ с течением времени, поэтому контроллер вряд ли будет правильно использовать флэш-память.

Тем не менее, лучшее тестирование предполагает общее улучшение производительности жесткого диска с использованием встроенного SSD. Однако дешевая флэш-память, скорее всего, выйдет из строя задолго до того, как это сделает качественный жесткий диск, поэтому, возможно, гибридные диски не стоят внимания. В любом случае индустрия хранения данных гораздо больше интересуется твердотельными накопителями.

Прежде чем мы продолжим, стоит отметить, что флэш-память. не единственная технология, используемая в твердотельных накопителях. Intel и Micron совместно изобрели систему под названием 3D XPoint. Вместо того, чтобы заряжать заряд в ячейки и из них для создания состояний 0 и 1, ячейки изменяют свое электрическое сопротивление, чтобы генерировать биты.

Третий и последний носитель данных, который мы собираемся анализировать. это оптические приводы.

You may also like