- SSD-të përdorin memorie flash NAND pa pjesë lëvizëse, duke zvogëluar në mënyrë drastike vonesën krahasuar me disqet e forta mekanike.
- Shkrimi dhe fshirja bëhen në blloqe të tëra, gjë që kërkon përdorimin e TRIM, mbledhjen e mbeturinave dhe nivelimin e konsumimit.
- Ndërfaqe të tilla si PCIe dhe NVMe lejojnë shpejtësi shumë më të larta se SATA, veçanërisht në operacionet e leximit dhe shkrimit të rastësishëm.
- Edhe pse memoria flash ka cikle shkrimi të kufizuara, SSD-të moderne ofrojnë qëndrueshmëri të lartë dhe garanci deri në 5-10 vjet.
Nëse keni një kompjuter që po fillon të ndihet pak i ngadaltë, një nga përmirësimet më të rëndësishme që mund të bëni është zëvendësimi i hard disku tuaj me një SSD . Rritja e shpejtësisë është aq dramatike sa shumë njerëz thonë se PC-ja është "rilindur". Por për të përfituar sa më shumë prej tij, është thelbësore të kuptoni se si funksionon në të vërtetë një SSD nga brenda dhe si ndryshon nga një hard disk tradicional.
Përtej shifrave të shpejtësisë të ofruara nga prodhuesit, ka shumë informacione teknike interesante: llojet e memories flash, mënyra se si shkruhen dhe fshihen të dhënat, kufijtë e jetëgjatësisë së tyre dhe pse, me të njëjtin kapacitet, një SSD është akoma më i shtrenjtë se një HDD . Do t'i analizojmë të gjitha këto me qetësi, në terma të thjeshtë, por pa sakrifikuar rigorozitetin teknik.
Arkitektura e memories në një kompjuter
Para se të futemi thellë në SSD, është e dobishme të shqyrtojmë se si është e organizuar memoria e një PC-je tipik: memoria e procesorit, RAM-i dhe memoria masive . Çdo nivel është më i madh, më i ngadalshëm dhe më i lirë se ai para tij.
Memoria e përkohshme e procesorit është shumë e vogël, por tepër e shpejtë. Është e integruar në vetë CPU-në dhe shtigjet e saj elektrike janë shumë të shkurtra, kështu që mund të hyjë në të dhëna brenda nanosekondave. Kjo shpejtësi brutale vjen me koston e madhësisë: memoria e përkohshme është aq e vogël saqë mbishkruhet vazhdimisht me të dhënat e përdorura më shpesh.
Menjëherë pas kësaj vjen RAM-i, memoria me akses të rastësishëm ku sistemi ruan kodin dhe të dhënat e programeve në ekzekutim. Është shumë më e madhe se memoria e përkohshme, por disi më e ngadaltë. Megjithatë, është ende memorie shumë e shpejtë dhe humbet përmbajtjen e saj kur e fikni kompjuterin sepse është e paqëndrueshme.
Në fund të listës është njësia e ruajtjes masive: hard disku ose SSD. Këtu ruhet gjithçka që dëshironi të ruani: sistemi operativ, programet, lojërat, dokumentet, fotot, videot etj. Është shumë më i madh se RAM-i, por edhe disa herë më i ngadalshëm.
Diferenca në shpejtësi është aq e madhe saqë hapësira e ruajtjes bëhet pengesa më e madhe në një PC. Edhe me shumë RAM dhe një procesor të fuqishëm, sistemi mund të ngarkojë ose ruajë të dhëna vetëm me shpejtësinë që lejon hard disku. Këtu hyjnë në lojë disqet me gjendje të ngurtë (SSD) dhe aftësia e tyre për të ulur ndjeshëm kohën e ngarkimit.
Çfarë është një SSD dhe si ndryshon nga një hard disk?
Një disk i ngurtë (SSD) ka të njëjtin qëllim si një hard disk tradicional: të ruajë të dhëna për një kohë të gjatë . Dallimi qëndron në mënyrën se si e bën këtë. Ndërsa një HDD përdor pllaka magnetike rrotulluese dhe koka mekanike leximi/shkrimi, një SSD mbështetet në çipa memorieje flash pa pjesë lëvizëse.
Nëse çmontoni një HDD, do të shihni një pirg disqesh metalike (pllaka) që rrotullohen me shpejtësi të lartë dhe një krah me koka leximi/shkrimi që lëviz mbi to. Për të lexuar ose shkruar të dhëna, krahu duhet të lëvizë në pistën e duhur dhe pllaka duhet të rrotullohet derisa sektori i duhur të pozicionohet nën kokë. E gjithë kjo kërkon kohë: po flasim për milisekonda.
Në një SSD, koncepti ndryshon plotësisht. Në vend të pllakave dhe kokave, gjeni çipa memorieje flash NAND të organizuar në qeliza, faqe dhe blloqe. Nuk ka pjesë lëvizëse: të dhënat ruhen dhe lexohen duke përdorur ngarkesa elektrike në gjysmëpërçues . Meqenëse nuk mbështetet në lëvizjen mekanike, kohët e aksesit bien në mikrosekonda ose më pak.
Memoria flash e përdorur në SSD-të moderne është jo-volatile, që do të thotë se ruan informacionin edhe kur ndërpritet rryma . Është e ngjashme në koncept me RAM-in (adresat, qelizat, autobusët e të dhënave), por e projektuar për të parandaluar humbjen e të dhënave kur kompjuteri është i fikur ose edhe gjatë një ndërprerjeje të papritur të energjisë.
Si është i organizuar nga brenda një SSD?
Brenda, një SSD është i organizuar në disa nivele të granularitetit. Të dhënat ruhen në qeliza individuale, të cilat grupohen në faqe, dhe këto nga ana tjetër në blloqe. Kjo strukturë është çelësi për të kuptuar pse shkrimi dhe fshirja funksionojnë në mënyrë kaq unike në memorien flash.
- QelizëQeliza është njësia më e vogël e ruajtjes së të dhënave. Në një qelizë, një ose më shumë bit përfaqësohen nga nivele të ndryshme të ngarkesës elektrike.
- FaqeNjë njësi është një bashkësi prej shumë qelizash. Zakonisht është 4 KB, 8 KB ose e ngjashme në madhësi dhe është njësia më e vogël që SSD mund të lexojë ose shkruajë.
- BllokNjë bllok është një koleksion me shumë faqe. Fshirja bëhet gjithmonë në nivel blloku, jo faqe pas faqeje.
Kur ruani të dhëna të reja, kontrolluesi SSD shkruan në faqet bosh brenda blloqeve të disponueshme. Detaji i rëndësishëm është se memoria flash nuk mund të mbishkruajë drejtpërdrejt një faqe që është shkruar tashmë në ; ajo duhet së pari të fshijë të gjithë bllokun të cilit i përket.
Kjo do të thotë që nëse doni të modifikoni disa kilobajt në një faqe të përdorur tashmë, disku nuk mund ta ndryshojë thjesht atë pjesë. Ai duhet të kopjojë të gjitha faqet e vlefshme në një bllok tjetër, të fshijë të gjithë bllokun dhe pastaj të shkruajë të dhënat e përditësuara në një bllok të ri . Ky mekanizëm është baza për disa procese të brendshme, të tilla si mbledhja e mbeturinave dhe niveli i konsumimit.
Pjesët kryesore të një SSD dhe roli i kontrolluesit
Përveç çipave të memories NAND, një SSD moderne integron disa komponentë kryesorë që punojnë së bashku për t'i lejuar sistemit ta shohë diskun si një disk "normal":
- kontrolluesËshtë si "truri" i diskut. Menaxhon përkthimin e adresave logjike në adresa fizike, koordinon leximin dhe shkrimin, monitoron konsumimin dhe merret me mbledhjen e mbeturinave dhe komandën TRIM.
- Memoria e përkohshme (DRAM ose pseudo-memorie e përkohshme)Shumë SSD përfshijnë një çip të vogël DRAM që ruan përkohësisht tabelat e hartëzimit dhe të dhënat e fundit. Disa disqe më të lira përdorin një pjesë të vetë NAND si një memorje të përkohshme (p.sh., memorja e përkohshme SLC e simuluar).
- ndërfaqeKjo i referohet lidhësit dhe protokollit përmes të cilit SSD komunikon me pjesën tjetër të sistemit. Shembuj përfshijnë SATA, PCIe, NVMe, etj.
- Furnizimi i tepërt: zonë e memories fizike që përdoruesi nuk e sheh. Shërben si rezervë për zëvendësojë qelizat e dëmtuara dhe të jetë në gjendje të zhvendosë të dhëna nga brenda pa i mbushur ato deri në 100%.
Kontrolluesi bën një punë të jashtëzakonshme: vendos se ku të vendoset secila pjesë e të dhënave, shpërndan shkrimet midis çipave të ndryshëm për të përmirësuar performancën, monitoron se cilat blloqe po degradojnë dhe mbështetet në algoritme komplekse të nivelimit të konsumimit dhe korrigjimit të gabimeve për të zgjatur jetëgjatësinë e njësisë.
Shpejtësia e leximit në një SSD kundrejt një HDD
Kur sistemi operativ kërkon të lexojë një skedar, rruga që ndjekin të dhënat është shumë e ndryshme në një disk mekanik dhe në një SSD, edhe pse nga jashtë gjithçka mund të duket e njëjtë.
Në një hard disk (HDD), kërkesa për lexim arrin te kontrolluesi I/O, i cili i tregon kokës së leximit/shkrimit se cilën pistë dhe sektor duhet të përdorë. Krahu lëviz, pllaka rrotullohet dhe kur sektori kalon nën kokë, ai lexon ndryshimet e fushës magnetike dhe i përkthen ato në bit. Koha e humbur duke lëvizur krahun dhe duke pritur që pllaka të rrotullohet quhet vonesë kërkimi dhe rrotullimi.
Një SSD nuk ka krah ose pllakë. Kur sistemi dëshiron të lexojë, kontrolluesi i diskut konsultohet me tabelën e tij të brendshme të hartëzimit (e cila përkthen adresat logjike në vendndodhje fizike të faqeve dhe blloqeve) dhe udhëzon çipat NAND të lexojnë qelizat përkatëse . E gjithë kjo ndodh thjesht elektronikisht, pa asnjë pritje mekanike.
Nëse blloku i memories në fjalë është shënuar nga brenda si joaktiv ose me shumë faqe të pavlefshme, SSD mund të shkaktojë procese të brendshme të mbledhjes së mbeturinave: ai kopjon faqet e dobishme në një bllok tjetër dhe liron bllokun e vjetër për shkrime të ardhshme, ndërkohë që përpiqet të minimizojë ndikimin në performancë.
Procesi i shkrimit dhe fshirjes në një SSD
Shkrimi në një hard disk (HDD) është relativisht i thjeshtë: koka e leximit/shkrimit lëviz në një sektor të lirë dhe ndryshon polaritetin magnetik të biteve sipas përmbajtjes që do të regjistrohet. I njëjti sektor mund të ripërdoret një mijë herë, me kusht që sipërfaqja magnetike të mbetet në gjendje të mirë.
Megjithatë, në një SSD, shkrimi përfshin trajtimin e kufizimit që nuk mund të mbishkruash një faqe individuale pa fshirë më parë të gjithë bllokun . Kjo është arsyeja pse kur ndryshon një skedar, SSD zakonisht:
- Kopjoni të dhënat e vlefshme nga blloku i prekur në një bllok të ri të disponueshëm.
- Integroni ndryshimet që dëshironi të ruani në atë bllok.
- Shënojeni bllokun e vjetër si të pavlefshëm për ta fshirë më vonë.
Për të kryer këto operacione, disku rezervon një hapësirë fizike shtesë që ju nuk e shihni. Kjo hapësirë e fshehur i lejon asaj të lëvizë dhe të dyfishojë përkohësisht të dhënat gjatë kryerjes së mirëmbajtjes së brendshme, pa vënë re një rënie të ndjeshme të performancës me çdo shkrim të vogël.
Siç e përmendëm, fshirja kryhet gjithmonë në blloqe. Kontrolluesi grupon blloqet me shumë faqe të shënuara si të pavlefshme dhe, kur është efikas, i fshin ato për t'i rikthyer në qarkullim si blloqe të lira. E gjithë kjo është e lidhur ngushtë me komandën TRIM, të cilën do ta diskutojmë më vonë.
TRIM, mbledhja e mbeturinave dhe nivelimi i konsumimit
Për të parandaluar që një SSD të humbasë performancën pas disa muajsh përdorimi, sistemi operativ dhe kontrolluesi duhet të punojnë së bashku duke përdorur disa teknika.
Komanda TRIM i lejon sistemit operativ të informojë SSD-në se cilat blloqe nuk përmbajnë më të dhëna të vlefshme (për shembull, pas fshirjes së një skedari). Kjo i lejon diskut t'i shënojë ato faqe si të lira në mënyrë të brendshme dhe, kur të vijë koha për të kryer mbledhjen e mbeturinave, do të dijë saktësisht se çfarë mund të fshihet në mënyrë të sigurt.
Mbledhja e mbeturinave është procesi me anë të të cilit SSD-ja riorganizon të dhënat: ai grupon faqet e vlefshme që janë të shpërndara, i kopjon ato në blloqe më të pastra dhe lë blloqe të tëra gati për t'u fshirë. Ky operacion mund të funksionojë në sfond kur disku është në gjendje të paaktivizuar, kështu që nuk ndikon ndjeshëm te përdoruesi.
Nga ana tjetër, ekziston niveli i konsumimit . Çdo qelizë memorieje flash NAND mund t'i rezistojë vetëm një numri të kufizuar ciklesh shkrimi dhe fshirjeje. Nëse do të shkruheshin gjithmonë të njëjtat zona, ato qeliza do të dështonin para kohe. Për ta parandaluar këtë, kontrolluesi shpërndan shkrimet në të gjithë memorien, duke u përpjekur të sigurojë që të gjitha qelizat të përdoren pak a shumë në mënyrë të barabartë.
Falë kombinimit të TRIM, mbledhjes së mbeturinave dhe nivelimit të konsumimit, një SSD modern mund t'i rezistojë vëllimeve shumë të larta të shkrimit para se të fillojë të dështojë, edhe nëse përdoruesi nuk e ka idenë se e gjithë kjo po ndodh prapa skenave.
Llojet e memories NAND dhe qëndrueshmëria e SSD-së
Memoria flash klasifikohet sipas numrit të biteve që ruan secila qelizë: më shumë bit për qelizë do të thotë kapacitet më i madh në të njëjtën hapësirë fizike, por gjithashtu më delikat dhe më pak rezistent ndaj cikleve të shkrimit.
- SLC (Qelizë me Një Nivel të Vetëm)1 bit për qelizë. Shumë i shpejtë dhe i qëndrueshëm, por i shtrenjtë. Pothuajse u zhduk nga tregu i konsumit.
- MLC (Qelizë Shumënivelëshe)2 bit për qelizë. Një ekuilibër i mirë midis performancës dhe qëndrueshmërisë, tani pothuajse ekskluzivisht i rezervuar për mjediset profesionale.
- TLC (qeliza e nivelit të trefishtë)3 bit për qelizë. Ky është lloji më i zakonshëm në SSD-të e konsumatorëve aktualë, pasi lejon kapacitete të mëdha me një çmim të mirë.
- QLC (Quad-Level Cell)4 bit për qelizë. Kjo lejon një dendësi edhe më të madhe, por zvogëlon më tej jetëgjatësinë dhe performancën e qëndrueshme.
Sa më shumë nivele karikimi duhet të dallojë qeliza, aq më i imët duhet të jetë kontrolli i tensionit dhe aq më i ndjeshëm është ndaj konsumimit elektrik . Megjithatë, prodhuesit kompensojnë këtë disavantazh me kontrollues më të mirë, algoritme korrigjimi të gabimeve (ECC), mbifurnizim bujar dhe garanci mjaft të gjata.
Këto ditë, nuk është e pazakontë të shohësh SSD për konsumatorët me garanci 5-vjeçare dhe modele profesionale me deri në 10 vjet. Testet e pavarura të qëndrueshmërisë kanë treguar se shumë disqe i tejkalojnë lehtësisht vlerat TBW (terabajt të shkruar) të premtuara nga prodhuesi, madje duke i bërë ballë disa petabajt shkrimesh në disa raste; prandaj është e dobishme të dish si të lexosh gjendjen e një disku dhe të parashikosh problemet.
Ndërfaqet dhe formatet: SATA, mSATA, M.2, PCIe dhe NVMe
Përveç llojit të memories, ndërfaqja e lidhjes bën një ndryshim të madh në performancën që mund të prisni nga një SSD. Nuk është e njëjta gjë të mbështetesh në një autobus të projektuar për disqe të forta mekanike dhe të përdorësh drejtpërdrejt linjat PCI Express të motherboard-it.
Disqet SSD SATA (duke përfshirë mSATA dhe formatet 2,5 inç) ishin të parat që u bënë të njohura. Ato u projektuan si një zëvendësim i drejtpërdrejtë për disqet e forta 2,5 inç, duke përdorur të njëjtën ndërfaqe SATA III, gjë që e lehtësoi shumë miratimin e tyre: fjalë për fjalë ishte çështje heqjeje e HDD-së dhe instalimi i SSD-së. Problemi është se SATA është i kufizuar në rreth 550 MB/s shpejtësi efektive, kështu që këto disqe janë tashmë afër limitit të asaj që lejon standardi.
Për të shkuar edhe më tej erdhën SSD-të e lidhura nëpërmjet PCI Express dhe protokollit NVMe (Non-Volatile Memory Express). Faktorët e formës si M.2 ose U.2 lejojnë përdorimin e korsive të shumëfishta PCIe, duke arritur shpejtësi leximi sekuenciale prej mbi 3000 MB/s në modele relativisht të përballueshme dhe shpejtësi dukshëm më të larta në modelet më të mira.
Disqet NVMe SSD dallohen gjithashtu për vonesën e tyre të ulët dhe aftësinë për të trajtuar shumë radhë hyrjeje/daljeje paralelisht, duke i bërë ato ideale për ngarkesa pune intensive, siç janë lojërat, redaktimi i videove, makinat virtuale ose aplikacionet profesionale të kërkuara. Për këtë arsye, shumë modele vijnë me radiatorë si standard, për të parandaluar ngadalësimin termik nën ngarkesë të madhe.
Në një nivel fizik, SSD-të mund të jenë të brendshme (të montuara brenda PC-së, të lidhura me pllakën amë nëpërmjet SATA, M.2 ose PCIe) ose të jashtme, duke përdorur kuti me ndërfaqe USB 3.x, eSATA ose Thunderbolt. Këto të fundit funksionojnë në mënyrë të ngjashme me disqet e forta tradicionale të jashtme, por me avantazhe të qarta në shpejtësi, rezistencë ndaj goditjeve dhe transportueshmëri.
Avantazhet dhe disavantazhet e SSD-ve kundrejt HDD-ve
Kalimi nga një hard disk mekanik në një SSD ka një numër të mirë përparësish që janë tashmë të njohura mirë, por edhe disa nuanca që duhet të jenë të qarta në mënyrë që të zgjidhni mirë.
Për sa i përket performancës, SSD është në një kategori krejtësisht të ndryshme: kohët e nisjes së sistemit operativ bien ndjeshëm, lojërat dhe programet hapen shumë më shpejt dhe kompjuteri përgjigjet dukshëm më shpejt. Një SSD tipik SATA mund të kopjojë skedarë me mbi 500 MB/s, ndërsa një HDD varion midis 30 dhe 150 MB/s. Dhe në shpejtësitë e leximit/shkrimit të rastësishëm, që është ajo që ka më shumë rëndësi në përdorimin e përditshëm, ndryshimi është thjesht mahnitës.
Gjithashtu përfiton nga konsumi më i ulët i energjisë dhe nivelet më të ulëta të zhurmës. Pa pjesë lëvizëse, një SSD konsumon më pak energji, gjeneron më pak nxehtësi dhe është plotësisht i heshtur. Ky është një veçori e mirëpritur në laptopë (jetëgjatësi më e gjatë e baterisë dhe më pak ventilator që punon me shpejtësi të plotë) dhe në kompjuterë desktop ku një PC i freskët dhe i qetë është thelbësor.
Për sa i përket qëndrueshmërisë fizike, SSD-të kanë një avantazh të qartë: nëse ju bie një laptop me një HDD ndërsa është duke punuar, koka e leximit/shkrimit mund ta gërvishtë pjatën dhe do të humbisni të dhënat tuaja. Meqenëse SSD-të nuk kanë pjesë lëvizëse, ato i rezistojnë goditjeve dhe dridhjeve shumë më mirë, gjë që është thelbësore për pajisjet që transportohen shpesh.
Ku mungojnë disqet SSD? Kryesisht në dy fusha: kostoja për gigabajt dhe qëndrueshmëria teorike për shkrime të pakufizuara. Çmimi për GB i një SSD është ende më i lartë se ai i një HDD, megjithëse ndryshimi është ngushtuar ndjeshëm: po flasim për afërsisht 0,08-0,10 dollarë/GB për disqet SSD kundrejt 0,03-0,06 dollarë/GB për disqet mekanikë, varësisht nga modeli dhe kapaciteti.
Lidhur me jetëgjatësinë, memoria flash ka një numër të kufizuar ciklesh shkrimi. Me çdo fshirje dhe rishkrim, rezistenca elektrike e qelizave rritet pak, duke kërkuar më shumë tension për programim. Përfundimisht, qeliza nuk mund të shkruhet më në mënyrë të sigurt dhe konsiderohet e konsumuar. Megjithatë, me teknologjitë aktuale dhe përdorimin tipik nga përdoruesit në shtëpi, arritja e këtij limiti është jashtëzakonisht e vështirë ; ka më shumë të ngjarë të përmirësoni kompjuterin tuaj përpara se të shkarkoni SSD-në tuaj.
Besueshmëria dhe rikuperimi i të dhënave
Është e mundur të rikuperohen informacionet e dëmtuara ose të fshira si nga HDD-të ashtu edhe nga SSD-të, por procesi është shumë i ndryshëm dhe, në praktikë, SSD-të janë shumë më të ndërlikuara për t'u trajtuar në një nivel të avancuar rikuperimi.
Në një hard disk mekanik, për sa kohë që sipërfaqja magnetike e pllakave është pak a shumë e paprekur, laboratorët e specializuar mund ta çmontojnë diskun, të riparojnë ose zëvendësojnë kokat e leximit/shkrimit dhe të lexojnë të dhënat direkt nga pllakat. Mënyra se si HDD-të shkruajnë dhe fshijnë të dhënat do të thotë që shumë mbetje të skedarëve të vjetër mbeten për një kohë mjaft të gjatë, duke lehtësuar analizën mjeko-ligjore.
Në një SSD, përdorimi i TRIM, mbledhjes së mbeturinave dhe nivelimit të konsumimit do të thotë që të dhënat e shënuara si të fshira mbishkruhen dhe riorganizohen nga brenda. Kjo e bën rindërtimin e një skedari pas një kohe të caktuar jashtëzakonisht të vështirë; shpesh kërkon pajisje të specializuara dhe qasje shumë të ulët në kontrolluesin dhe çipat NAND , dhe edhe atëherë, nuk ka garanci.
Sidoqoftë, as HDD-të dhe as SSD-të nuk janë imunë ndaj korruptimit të të dhënave: ndërprerje të energjisë, firmware me defekt, gabime njerëzore, programe keqdashëse… Kjo është arsyeja pse e vetmja strategji e arsyeshme është të mirëmbahen kopje rezervë dhe redundancë të rregullt (për shembull, me sisteme RAID ose kopje rezervë në cloud), në vend që të mbështeteni verbërisht te disku kryesor.
Në fund të fundit, SSD-të janë bërë standardi de facto për ruajtjen primare falë shpejtësisë, funksionimit të qetë dhe qëndrueshmërisë fizike, ndërsa disqet e forta mekanike ende kanë kuptim si një "ruajtje e lirë" për ruajtjen e shumë terabajtëve të të dhënave. Të kuptuarit se si funksionon një SSD nga brenda ju ndihmon të vlerësoni më mirë avantazhet e tij, të pranoni kufizimet e tij reale dhe të merrni vendime më të informuara kur është koha për të përmirësuar PC-në tuaj ose për të ndërtuar një sistem të ri.
