Come funzionano gli SSD?
Il buon vecchio disco rigido ci ha servito bene per decenni. È ancora in uso oggi con molti miglioramenti in termini di durata, velocità e dimensioni. Sfortunatamente, non può ancora tenere il passo con la crescente domanda di velocità più rapida di questa generazione frenetica. Inoltre, nonostante i miglioramenti, è ancora soggetto a fallimenti a causa del suo disco di rotazione meccanico. Per questo motivo, sono state sviluppate molte alternative all'unità di spinning; Uno di questi è l'unità a stato solido, o semplicemente SSD.
Cos'è SSD?
SSD è un dispositivo di archiviazione basato sulla memoria che utilizza assiemi di circuiti integrati, anziché una testa di lettura/scrittura in movimento, per l'accesso e la conservazione dei dati. La maggior parte degli SSD utilizza ricordi flash, alcune varietà usano DRAM e alcune usano una combinazione di entrambi. Gli SSD non hanno parti meccaniche e sono quindi più resistenti allo shock, producono molto meno rumore e più durevoli rispetto agli HDD tradizionali. Puoi immaginare gli SSD come la versione più grande e più veloce dell'USB azionamenti.
Gli SSD sono in circolazione dagli anni '50, ma il loro prezzo esorbitante, la durata breve e la capacità limitata li hanno resi una scelta poco pratica per i sistemi informatici. Il loro tempo di accesso più rapido e la latenza inferiore rispetto agli HDD non sono stati tuttavia trascurati dai produttori. Dopo numerose innovazioni e significativi calo dei prezzi, gli SSD hanno ottenuto un enorme riconoscimento alla fine degli anni 2000 e ha gradualmente superato gli HDD come dispositivo di archiviazione secondario del computer. Sebbene sentiamo principalmente gli SSD utilizzati nei computer e nei laptop, gli SSD vengono utilizzati anche in altri dispositivi elettronici per l'archiviazione dei dati, come telefoni cellulari, schede SD, unità flash e tablet.
Come funzionano gli SSD?
Gli SSD sono dispositivi a semiconduttore contenenti una serie di memorie NAND Flash composte da transistor. L'unità più elementare in un SSD è la cella. Le cellule sono organizzate in una griglia e la griglia è costituita da singole righe e colonne di celle chiamate una pagina. Il layout della griglia intera contenente le pagine è chiamato blocco. Abbastanza l'opposto della convenzione, quando ci sono dati in una cella, vengono letti come 0 e viene letto come 1 quando vuoto. I dati vengono scritti e letti dalle celle che effettuano l'accesso ai dati negli SSD quasi istantaneamente, al contrario del meccanismo di rotazione dell'HDD.
Controller SSD
C'è un componente in SSD che è più critico a parte le memorie flash. Il controller SSD è un processore incorporato responsabile della gestione delle operazioni di dati all'interno degli SSD e organizza i dati nei blocchi di celle, prendendosi cura di processi come il livellamento dell'usura, la raccolta della spazzatura e il rivestimento all'interno degli SSD. Serve anche come ponte tra le interfacce di input/output dell'SSD e le memorie flash. Gran parte delle prestazioni di un SSD dipendono dall'efficienza del controller, il motivo per cui i produttori mantengono le tecniche del controller e l'architettura che usano sotto i wraps per mantenere il proprio vantaggio rispetto ad altri concorrenti.
Tecniche SSD
Come accennato in precedenza, gli SSD organizzano dati in celle, pagine e blocchi. Mentre la scrittura di dati in celle vuote è abbastanza semplice, sovrascrivere i dati nelle celle richiedono più lavoro. Mentre i dati vengono letti e scritti in pagine, possono essere cancellati solo in blocchi. Nuovi dati possono essere annotati solo quando i dati esistenti vengono cancellati per la prima volta quando viene occupata la cella. Quando è necessario aggiornare celle specifiche in un blocco, l'intero blocco deve essere copiato per la prima volta su un blocco vuoto prima di eliminare. I dati e i dati aggiornati possono quindi essere scritti nelle celle dopo che l'intero blocco è stato cancellato.
Il processo di scrittura in SSD è indicato come cicli di programma/cancellazione (cicli PE). Il ciclo P/E delle celle flash è limitato e quando viene raggiunto il limite, l'SSD diventa inaffidabile e instabile. In alcuni casi, l'SSD produrrà errori, ma diventerà inutilizzabile in casi peggiori. La frequente sovrascrittura delle cellule alla fine accorcia la durata della vita dell'SSD. Per mitigare questo problema, alcune tecniche vengono utilizzate per garantire che le celle flash siano usate uniformemente durante il processo di scrittura/cancellazione.
Raccolta dei rifiuti
La raccolta della spazzatura sostanzialmente rimuove i file contrassegnati dal sistema operativo come eliminato o modificato. Il controller ordina le pagine che sono ancora utili e le spostano in un nuovo blocco, lasciando alle spalle quelle che possono già essere eliminate, quindi elimina l'intero blocco di dati non necessari in modo che i dati possano essere scritti di nuovo su di esso.
Indossare livellamento
Un'altra tecnica SSD applicata per distribuire i dati alle celle flash è uniformemente. Diciamo che abbiamo blocchi A e B. Blocco A contiene file che vengono costantemente modificati o aggiornati, risultando in frequenti cicli P/E nel blocco A. Il blocco B, d'altra parte, contiene dati che non hanno bisogno di modifica o aggiornamento frequentemente, come film o immagini. Questo lascia il blocco B con più cicli P/E rimasti rispetto al blocco A e alla fine causerà il blocco A da consumare più velocemente del blocco B. Il livellamento dell'usura è quello di verificare i conteggi di cancellazione dei blocchi per vedere quali blocchi sono meno utilizzati e libereranno questi blocchi per un uso futuro. Nei blocchi A e B nel nostro esempio, l'usura del livellamento sposterà i dati dal blocco B al blocco A, a condizione che ci sia abbastanza spazio poiché il blocco B viene raramente sovrascritto. In tal modo, il blocco B verrà utilizzato durante la prossima operazione di salvataggio. L'usura del livellamento allunga la durata della durata dell'SSD facendo uso di tutti i blocchi allo stesso modo.
ORDINARE
Ormai, puoi già dire che l'SSD sta attraversando un processo noioso e inefficiente per copiare temporaneamente un blocco di dati su un altro blocco per cancellare le pagine di celle e quindi riscrivere i dati utilizzabili nel blocco. Questo costante ciclo di scrittura/cancellazione provoca le lente prestazioni degli SSD a lungo termine. Un comando del sistema operativo aiuta a ridurre il numero di cicli P/E e allungare la vita dell'SSD.
Il comando TRIM indica all'SSD quali dati sono contrassegnati come stantii e possono essere eliminati. TRIM funziona con la raccolta della spazzatura per ordinare buoni dati dai dati stantii. Un grande vantaggio del rivestimento è che può funzionare a livello di pagina anziché a un livello di blocco, il che significa che i dati possono essere eliminati in pagine invece di eliminare l'intero blocco.
Il trim è applicabile per gli SSD che utilizzano l'interfaccia ATA, sebbene anche altre interfacce abbiano comandi simili, sebbene con un nome diverso. TRIM aiuta a migliorare l'efficienza e la longevità di un SSD, ma nonostante i suoi benefici, non tutti gli SSD supportano il rivestimento poiché non tutti i sistemi operativi sono costruiti con il comando TRIM. Senza TRIM, l'SSD non saprà che un'area specifica contiene dati che non sono più necessari fino a quando i dati devono essere di nuovo scritti in quell'area. L'SSD deve prima cancellare i dati inutilizzabili e passare attraverso il ciclo di cancellazione, il che rallenta l'intero processo.
Conclusione
Gli SSD attualmente hanno fattori di forma diversi a seconda dell'interfaccia che usano. Poiché di solito sono più piccoli degli HDD, offrono ai produttori flessibilità nella progettazione dei computer. Gli SSD sono anche più veloci, più stabili, resistenti e più efficienti dal punto di vista del potere rispetto agli HDD tradizionali che li rendono la scelta preferita per i media di stoccaggio secondari di produttori e consumatori.