Bagaimana SSD berfungsi dan mengapa ia mempercepatkan PC anda

Jika komputer anda mengambil masa yang lama untuk but Windows Atau semasa membuka program, bertukar daripada cakera keras mekanikal kepada pemacu keadaan pepejal boleh kelihatan seperti magik. Tetapi di sebalik rasa kelajuan itu terletak Banyak teknologi menarik yang menerangkan cara SSD berfungsi. dan mengapa landskap storan telah berubah sepenuhnya.

Dalam baris berikut, kami akan menguraikannya dengan tenang dan tanpa sebarang masalah teknikal yang tidak perlu, Apakah SSD?, bagaimana ia disusun secara dalaman, bagaimana ia berbeza daripada HDD klasik, jenis yang wujud, kelebihan, kekurangan dan jangka hayatnya yang sebenarIdeanya ialah, apabila anda selesai, anda bukan sahaja akan tahu bahawa SSD itu pantas, tetapi juga mengapa ia pantas dan apa maksudnya untuk PC, komputer riba, konsol atau pelayan anda.

Memori cache, RAM dan storan: siapa yang melakukan apa pada PC anda

Sebelum mendalami SSD, penting untuk memahami bagaimana memori disusun dalam mana-mana komputer, kerana di situlah pemacu keadaan pepejal memainkan peranan. Ia memecahkan kesesakan terbesar dalam sistem moden..

Di bahagian paling atas piramid terdapat memori cache pemprosesIni adalah blok memori kecil yang disepadukan ke dalam CPU itu sendiri, dengan laluan elektrik dan latensi nanosaat yang minimum. Ia sangat pantas sehingga, secara praktikalnya, bagi pemproses, ia hampir seolah-olah data "berterbangan", tetapi kapasitinya sangat terhad.

Satu langkah di bawah ialah Memori RAMIa masih sangat pantas (kita masih bercakap tentang nanosaat, walaupun sedikit lebih perlahan daripada cache), dan di situlah program dan data yang sedang digunakan secara aktif dimuatkan: sistem pengendalian, pelayar dengan tabnya, permainan yang anda jalankan, dsb. Apabila anda mematikan komputer, apa yang ada dalam RAM... Ia hilang kerana ia adalah ingatan yang tidak menentu..

Di pangkalannya terdapat unit simpanan massa (HDD atau SSD), di mana sistem pengendalian, program, permainan, dokumen, foto, video dan semua yang anda ingin simpan apabila anda mematikan komputer anda disimpan secara kekal. Di sini, kelajuan tidak lagi diukur dalam nanosaat, tetapi dalam milisaat untuk pemacu keras mekanikal tradisional dan dalam mikrosaat untuk SSD moden.

Perbezaan antara nanosaat dan milisaat adalah sangat besar. Itulah sebabnya, selama bertahun-tahun, Pemacu keras telah menjadi masalah klasik bagi mana-mana PCTidak kira betapa pantasnya pemproses anda atau berapa banyak RAM yang anda miliki, semua yang dibaca atau ditulis akan melalui storan. Di situlah SSD membuat perbezaan.

Pemacu keras berbanding SSD: dua falsafah yang sama sekali berbeza

Pemacu cakera keras mekanikal (HDD) tradisional berfungsi seperti pemain rekod: di dalamnya terdapat satu atau lebih plat logam yang berputar pada kelajuan tinggi dan lengan dengan kepala baca/tulis yang bergerak untuk mengakses kawasan tempat data berada.

Dalam HDD, sebelum apa-apa boleh dibaca atau ditulis, platter mesti mencapai kelajuan putarannya (5400, 7200 atau sehingga 15,000 rpm dalam persekitaran perusahaan) dan lengan perlu letakkan diri anda secara fizikal di lokasi yang betul pada cakeraSetiap pergerakan dan setiap putaran menambahkan sedikit kelewatan. Jika fail terfragmentasi merentasi beberapa bahagian cakera, kepala baca/tulis perlu melompat dari satu tempat ke tempat lain, mendarabkan masa menunggu.

SSD, sebaliknya, tidak mempunyai semua itu. Tiada cakera, tiada motor, tiada kepala bergerak. Di dalamnya anda hanya akan menemui Cip memori kilat NAND yang dipateri pada papan litar bercetak (PCB) dan pengawal elektronik yang mengatur data. Akses adalah elektronik semata-mata: mencapai satu alamat memori atau yang lain mengambil masa yang hampir sama, tanpa mengira lokasinya.

Ketiadaan bahagian mekanikal ini menunjukkan bahawa Masa akses SSD adalah beribu-ribu kali lebih rendah berbanding cakera keras konvensional. Walaupun HDD boleh menawarkan sekitar 50 hingga 120 MB/s dalam bacaan berjujukan dan beberapa puluh atau beberapa ratus operasi input/output sesaat (IOPS), SSD pengguna semasa boleh bergerak antara 200 dan 500 MB/s pada SATA, dan pemacu NVMe dengan mudah melebihi 3000 MB/s, dengan puluhan ribu atau ratusan ribu IOPS.

Jika diterjemahkan ke dalam penggunaan dunia sebenar, ini bermakna komputer dengan HDD yang mengambil masa kira-kira 30-40 saat untuk boot Windows boleh jatuh dengan mudah ke sekitar Masa but 10 saat dengan SSDdan program dibuka hampir serta-merta, tanpa memuatkan ikon tanpa henti.

Apakah sebenarnya SSD dan apakah asas memorinya?

SSD (Pemacu Keadaan Pepejal) pada asasnya merupakan peranti storan yang terdiri daripada modul memori kilat tidak meruapIa merupakan keluarga teknologi yang sama seperti memori dalam pemacu kilat USB atau kad SD, tetapi direka bentuk dan disusun untuk menawarkan kebolehpercayaan, kapasiti dan prestasi yang jauh lebih tinggi.

Tidak seperti RAM, yang kehilangan kandungannya apabila kuasa terputus, memori kilat NAND yang digunakan dalam SSD adalah tidak berubah-ubahData akan kekal disimpan walaupun anda mematikan komputer anda, mencabut sumber kuasa atau mengalami gangguan bekalan elektrik secara tiba-tiba. Ia tidak memerlukan bateri atau kuasa luaran untuk menyimpan maklumat tersebut.

Di dalamnya, unit SSD mengumpulkan memori flash ke dalam tatasusunan yang disusun mengikut sel, halaman dan blokHalaman merupakan unit terkecil dalam membaca dan menulis; beberapa halaman membentuk satu blok, dan blok dipadamkan sekaligus. Semua ini diselaraskan oleh pengawal yang menentukan tempat data ditulis, mengekalkan jadual peruntukan logik dan fizikal, dan memaksimumkan jangka hayat sel.

Satu cara yang sangat mudah untuk menggambarkan perkara ini adalah dengan membayangkan sebuah bangunan: setiap cip memori akan menjadi bangunan yang berbeza, setiap tingkat akan menjadi satu blok, dan setiap tingkat akan dibahagikan kepada bilik-bilik yang akan menjadi halaman-halaman. Pengawal akan menjadi pengurus yang Ia menjejaki bilik mana yang diduduki, yang mana kosong, dan yang mana perlu dipindahkan. apabila pembersihan dilakukan.

Selain cip memori dan pengawal, SSD moden menggabungkan memori cache tambahan (DRAM atau pseudo-SLC dalam flash itu sendiri) yang digunakan sebagai kawasan perantaraan untuk mempercepat penulisan dan mengurus operasi unit dalaman.

Cara data disusun dalam SSD

Salah satu perkara paling penting untuk difahami tentang cara SSD berfungsi ialah mengetahui bahawa, tidak seperti cakera keras, Anda tidak boleh menulis ganti data secara langsung pada halaman tertentuUnit ini hanya boleh menulis pada halaman yang kosong sepenuhnya.

Apabila fail disimpan buat kali pertama, pemacu mencari blok halaman percuma dan menulis kepadanya pada kelajuan tinggi. Masalahnya timbul apabila anda memadam, mengubah suai dan mencipta fail dari semasa ke semasa: Terdapat halaman yang tidak digunakan berselerak di banyak blok., manakala yang lain diisi dengan data yang sah.

Jika sistem perlu mengemas kini fail yang menempati halaman tertentu dalam blok, SSD tidak boleh menulis ganti halaman tersebut begitu sahaja. Apa yang dilakukan oleh pengawal adalah helah kecil: Ia membaca keseluruhan blok ke dalam memori dalaman, menandakan halaman lama sebagai tidak sah, hanya menyalin data yang sah ke blok baharu dengan halaman kosong dan memadam blok asal.Pemadaman ini sentiasa dilakukan pada peringkat blok, bukan halaman demi halaman.

Proses ini, yang dikenali sebagai "pengumpulan sampah," berjalan secara telus dan berterusan. Apabila sistem pengendalian menandakan fail sebagai dipadam, SSD tahu bahawa halaman tersebut tidak lagi mengandungi data yang sah dan ia akan dipadamkan dalam kitaran pembersihan seterusnya. anda akan dapat menuntut semula ruang itu untuk penulisan masa hadapan.

Itulah sebabnya, apabila pemacu baharu dan hampir semua halaman kosong, kelajuannya sangat menakjubkan. Lama-kelamaan, apabila ia penuh, pengawal perlu mendedikasikan lebih banyak kerja untuk menyusun semula blok, yang boleh menyebabkan... Penulisan berterusan agak berkurangan dalam senario yang sangat intensifSistem pengendalian moden (terima kasih kepada arahan TRIM) membantu dengan memaklumkan SSD blok mana yang tidak lagi mengandungi data berguna, menjadikan pembersihan lebih cekap.

Kelebihan SSD: kelajuan, senyap dan kebolehpercayaan

Kelebihan SSD yang paling terkenal ialah kelajuan, tetapi ia bukan satu-satunya. Menggantikan HDD dengan pemacu keadaan pepejal adalah salah satu daripadanya penambahbaikan prestasi paling ketara yang boleh dibuat pada komputersama ada ia mudah alih, desktop atau konsol yang serasi.

Dalam penggunaan seharian, SSD mengurangkan masa pemuatan secara drastik: sistem pengendalian but dengan lebih pantas, program berat (editor foto dan video, IDE, permainan AAA…) dibuka dalam beberapa saat, kemas kini digunakan dengan lebih pantas dan komputer bertindak balas dengan lebih lancar walaupun berbilang tugas dibuka.

Tidak mempunyai bahagian mekanikal, pemacu keadaan pepejal senyap sepenuhnya dan menghasilkan kurang habaTiada bunyi deruman pinggan yang berputar atau bunyi klik kepala yang bergerak, menjadikan komputer riba atau PC ruang tamu lebih menyenangkan digunakan dalam persekitaran yang senyap.

Ia juga lebih tahan terhadap hentakan dan getaran. Pemacu keras yang sedang beroperasi boleh rosak teruk jika ia menerima hentakan yang kuat, kerana kepala baca/tulis boleh menggaru platter. SSD, yang hanya terdiri daripada cip memori, menahan hentaman ini dengan lebih baik, yang amat menarik dalam komputer riba yang dibawa dalam beg galas atau beg pakaian.

Dalam pelayan, pusat data dan persekitaran berprestasi tinggi, SSD membolehkan pengendalian operasi input/output yang sangat besar sesaat. Ini menjadikan Ia sesuai untuk pangkalan data, data raya dan aplikasi misi kritikal.di mana setiap milisaat penting. Bukanlah satu kebetulan bahawa ramalan penggunaan di pusat data telah meningkat mendadak dalam beberapa tahun kebelakangan ini.

Kelemahan dan batasan: tidak semuanya sempurna

Walau bagaimanapun, pemacu keadaan pepejal juga mempunyai kelemahannya. Yang pertama, dan paling jelas, ialah harga setiap gigabait masih lebih tinggi daripada pemacu keras mekanikalWalaupun kos telah banyak menurun, HDD masih jelas lebih murah jika anda ingin menyimpan sejumlah besar data pada harga serendah mungkin.

Walaupun cakera keras dalaman 1TB boleh didapati dengan harga beberapa puluh euro, SSD dengan kapasiti yang sama masih jauh lebih mahal.Ini terutamanya benar apabila kita bercakap tentang model berprestasi tinggi atau berkapasiti lebih tinggi. Itulah sebabnya banyak komputer desktop menggabungkan SSD yang pantas untuk sistem pengendalian dan program dengan HDD yang besar untuk sandaran, filem, foto dan sebagainya.

Satu lagi aspek yang perlu dipertimbangkan ialah sel memori kilat mempunyai bilangan kitaran tulis dan padam yang terhadSetiap kali sel diprogramkan semula, struktur fizikalnya mengalami sedikit haus dan lusuh elektrik, dan selama bertahun-tahun, ia akan mencapai satu tahap di mana ia tidak lagi dapat merekodkan data dengan andal.

Dalam praktiknya, ini tidak bermakna SSD akan rosak dalam masa dua hari. Pengawal moden melaksanakan teknik yang sangat canggih, seperti perataan haus, yang Ia mengagihkan penulisan secara merata merentasi semua sel pemacu. Daripada menulis ganti kawasan yang sama berulang kali, SSD juga menyertakan peruntukan memori yang berlebihan untuk menggantikan blok yang rosak secara dalaman.

Walaupun begitu, apabila unit ini menjadi sangat sesak dan operasi penyusunan semula dalaman menjadi lebih kerap, adalah mungkin untuk menyedari bahawa Tulisan yang berterusan tidak lagi mengekalkan kelajuan yang sama seperti pada hari pertamaterutamanya dalam model yang lebih ringkas atau yang banyak digunakan (contohnya, pelayan dengan berjuta-juta operasi penulisan harian).

Berapa lamakah SSD benar-benar tahan?

Persoalan besar yang ditanya oleh ramai orang ialah: adakah SSD tahan lebih singkat berbanding cakera keras? Jawapan yang tepat ialah, setakat hari ini, SSD berkualiti tinggi mempunyai kebolehpercayaan yang sangat tinggi Dan, bagi pengguna rumah biasa, sangat sukar untuk menghabiskan jangka hayatnya sebelum menukar peralatan.

Pengilang biasanya menyatakan ketahanan dalam TBW (terabait ditulis), yang menunjukkan berapa banyak terabait yang boleh ditulis pada pemacu sebelum, secara statistik, risiko kegagalan mula meningkat. Ujian ketahanan yang dijalankan oleh laman web khusus telah menunjukkan bagaimana Sesetengah model telah menahan lebih daripada 2 petabait penulisan (2000 TB) sebelum gagal, sesuatu yang memerlukan pengguna biasa berpuluh-puluh tahun untuk mencapainya.

Berkenaan teknologi sel, memori NAND kini dominan. TLC (sel tiga peringkat)Sel-sel ini menyimpan tiga bit setiap sel, membolehkan peningkatan ketumpatan dan pengurangan kos. Sebelum ini, sel MLC (dua bit setiap sel) adalah perkara biasa, dan dalam persekitaran yang sangat mencabar, sel SLC (satu bit setiap sel) digunakan, menawarkan ketahanan yang lebih tinggi tetapi harga yang terlalu tinggi dan kini hampir pupus dalam pasaran pengguna.

Untuk mengimbangi rintangan setiap sel yang lebih rendah ini, pengeluar menambah mekanisme pembetulan ralat, peruntukan berlebihan dan algoritma pengurusan haus yang semakin canggih. Itulah sebabnya Waranti biasa adalah 3 hingga 5 tahun dalam lingkungan pengguna dan boleh bertahan sehingga 10 tahun dalam model profesional dan perniagaan.

Secara praktikal: melainkan anda menggunakan penulisan berterusan secara intensif (pelayan pangkalan data yang sangat aktif, rakaman video tanpa henti, dsb.), Jangka hayat SSD moden adalah lebih daripada cukup untuk kitaran biasa PC rumah atau profesional.Perkara penting, seperti biasa, adalah untuk mengekalkan sandaran, kerana tiada medium storan yang abadi.

Jenis-jenis SSD dan antara muka sambungannya

Selain komponen dalaman, SSD didatangkan dalam pelbagai bentuk fizikal dan menggunakan antara muka yang berbeza untuk berkomunikasi dengan komputer. Ini mempengaruhi keserasian dan prestasi maksimum yang boleh ditawarkannya, jadi adalah dinasihatkan untuk mempertimbangkan pilihan yang berbeza. tahu apa yang dipasang pada komputer anda atau apa yang anda boleh pasang.

yang SSD dalaman Ini adalah pemacu yang dipasang di dalam komputer, disambungkan terus ke papan induk. Ia boleh menggunakan penyambung SATA 2,5 inci biasa, atau format yang lebih padat seperti mSATA, M.2 atau U.2. Dalam komputer riba moden, adalah perkara biasa untuk menemui SSD M.2 NVMejauh lebih kecil dan lebih pantas daripada SATA klasik.

yang SSD luaran Ia berfungsi seperti pemacu keras luaran tradisional: ia bersambung melalui USB (idealnya USB 3.0 atau lebih tinggi), Thunderbolt atau eSATA dan sangat berguna untuk mengangkut data. sandaran pantas atau sebagai pemacu mudah alih untuk digunakan pada komputer yang berbeza. Secara dalaman, ia boleh mengandungi pemacu SATA SSD atau NVMe yang ditempatkan dalam kandang dengan penyesuai USB.

Dari segi antara muka, kita boleh membezakan dua keluarga utama: SSD berdasarkan SATA / mSATA / SATA III dan yang berdasarkan PCI Express dengan protokol NVMeYang pertama dilahirkan sebagai pengganti langsung untuk cakera keras mekanikal menggunakan penyambung yang sama dan merupakan kunci untuk mempopularkan SSD, tetapi ia dihadkan oleh maksimum teori antara muka SATA (sekitar 550-600 MB/s sebenar).

Penggunaan SSD berprestasi tinggi moden PCIe dan protokol NVMe (Non-Volatile Memory Express)Di sini, data bergerak terus melalui bas PCI Express, yang sama digunakan oleh kad grafik, yang membolehkan peningkatan lebar jalur dan pengurangan drastik dalam kependaman. Bukan sesuatu yang luar biasa untuk melihat model melebihi 3000 MB/s dalam kelajuan baca dan tulis berjujukan, dan lebih-lebih lagi dalam generasi kebelakangan ini, menjadikannya amat dihargai oleh pemain permainan yang menuntut dan mereka yang bekerja dengan fail yang sangat besar.

Pemacu NVMe ini biasanya termasuk sink haba, kadangkala dipasang di kilang, untuk mengelakkan suhu daripada meningkat mendadak di bawah beban berterusan. Jika papan induk anda menyokongnya, Memilih pemacu PCIe NVMe ialah cara paling langsung untuk memaksimumkan kelajuan sistem anda..

Mengapa SSD menjadi lebih perlahan apabila ia penuh?

Anda mungkin pernah mendengar bahawa mengisi SSD anda sehingga penuh bukanlah idea yang baik. Dan ia bukanlah mitos: kerana cara memori flash berfungsi secara dalaman, Semakin sedikit ruang kosong, semakin banyak kerja yang perlu dilakukan oleh pengawal. untuk mencari blok dengan halaman kosong dan menyusun semula data.

Apabila pemacu hampir baharu, kebanyakan blok kosong, jadi sebarang penulisan dilakukan sepantas kilat: anda hanya perlu mengisi mana-mana halaman kosong. Lama-kelamaan, melalui pemadaman dan penulisan berulang kali, hanya beberapa halaman kosong yang tinggal. pulau-pulau kecil ruang kosong yang berselerak di banyak blok, dikelilingi oleh halaman dengan data yang sah.

Untuk menulis semula ke kawasan tersebut, SSD perlu menyalin data yang sah daripada setiap blok ke memori, memadam keseluruhan blok, dan kemudian menulis semula data tersebut bersama-sama dengan data baharu, semuanya sambil menghormati batasan fizikal memori flash. Semakin penuh pemacu, semakin kerap ia perlu mengulangi proses ini, yang diterjemahkan kepada kelajuan tulis berkesan yang lebih perlahan di bawah beban yang berterusan.

Dari perspektif pengguna, ini amat ketara apabila mengendalikan sejumlah besar data sekaligus (contohnya, salin banyak gigabait sekaligus) pada SSD yang sudah hampir mencapai had kapasitinya. Itulah sebabnya ia biasanya disyorkan tinggalkan ruang kosong yang munasabah (contohnya, 10-20%) supaya pengawal mempunyai ruang untuk bergerak.

Pengilang juga secara tidak kelihatan menyimpan sebahagian daripada jumlah kapasiti sebagai ruang yang terlebih peruntukan, tepat untuk membantu mengurangkan penurunan prestasi ini. Model yang ditujukan untuk kegunaan profesional atau pelayan Ia merangkumi lebih banyak ruang tersembunyi. untuk meningkatkan daya tahan dan mengekalkan kelajuan yang stabil untuk tempoh yang lebih lama.

Kes penggunaan: dari komputer riba rumah ke pusat data

Di rumah, penggunaan SSD yang paling biasa adalah sebagai unit utama sistem pengendalian dan aplikasiDengan hanya menggantikan HDD dengan SSD, atau menambah pemacu baharu jika papan induk membenarkannya, komputer riba atau PC dari beberapa tahun yang lalu boleh mendapat hayat kedua yang besar.

Mereka juga telah menjadi kebiasaan dalam dunia permainanMasa pemuatan permainan dikurangkan dengan ketara, dunia terbuka dimuatkan dengan kurang kelewatan, dan kemas kini digunakan dengan lebih pantas. Konsol generasi akan datang dan banyak komputer riba permainan kini didatangkan dengan SSD NVMe standard.

Dalam persekitaran profesional, SSD adalah penting untuk stesen kerja, penyuntingan video 4K atau 8K, reka bentuk 3D, bekerja dengan mesin maya dan semua perkara lain yang melibatkan memindahkan fail besar dan banyak operasi baca dan tulis kecilKetangkasan yang ditawarkannya berbanding dengan SERBUAN cakera mekanikal adalah sangat besar, dan ia juga mengambil kurang ruang dan menggunakan kurang tenaga.

Dalam dunia perusahaan dan pengkomputeran awan, SSD digunakan dalam susunan storan dan kabinet untuk menyediakan volum berprestasi tinggi kepada pangkalan data, aplikasi web dan beban kerja data rayaDi sinilah SSD PCIe perusahaan, pemacu U.2, faktor bentuk khusus pelayan dan penyelesaian hibrid yang menggabungkan flash dengan cakera tradisional untuk mengimbangi kos dan prestasi memainkan peranan.

Semuanya menunjukkan bahawa, apabila harga semakin jatuh dan kepadatan meningkat, SSD akan terus mendapat tempat sehingga ia menjadi standard yang dominan. untuk hampir semua jenis storan berprestasi tinggi, memindahkan cakera mekanikal ke niche yang sangat spesifik di mana hanya harga setiap terabait yang menentukan.

Melihat keseluruhan gambaran, pemacu keadaan pepejal bukan sekadar "pemacu keras yang pantas", tetapi komponen utama dalam seni bina PC moden. Disebabkan gabungannya Kelajuan, rintangan hentakan, senyap dan kebolehpercayaanIa telah menjadi naik taraf pertama yang disyorkan untuk meremajakan peralatan lama dan komponen penting dalam sistem baharu. Memahami cara ia berfungsi secara dalaman—dengan sel NAND, blok, pengumpulan sampah dan strategi perataan haus—membantu anda memanfaatkannya sepenuhnya, memilih jenis yang betul (SATA atau NVMe, dalaman atau luaran) dan mengekalkan ruang kosong yang mencukupi untuk memastikan prestasi kekal tajam untuk tahun-tahun akan datang.

artikel berkaitan:

Apakah yang terdapat dalam folder C:\Windows\Prefetch dan bilakah anda perlu membersihkannya untuk mempercepatkan PC anda?

Ishak

Penulis yang bersemangat tentang dunia bait dan teknologi secara umum. Saya suka berkongsi pengetahuan saya melalui penulisan, dan itulah yang akan saya lakukan dalam blog ini, menunjukkan kepada anda semua perkara yang paling menarik tentang alat, perisian, perkakasan, trend teknologi dan banyak lagi. Matlamat saya adalah untuk membantu anda mengemudi dunia digital dengan cara yang mudah dan menghiburkan.