Твердотельные винчестеры. Твердотельный жесткий SSD диск. Тонкости эксплуатации и настройки. История возникновения и дальнейшего развития SSD

Твердотельные жесткие диски для компьютера – гаджеты, позволяющие хранить различные данные, а также осуществлять их обработку с очень большой скоростью. Секрет высокой производительности заключается в принципиально ином устройстве данного гаджета. В нем отсутствуют вращающиеся блины, над которыми парит пишущая головка – как в механических аналогах. Именно это является основной причиной отличной производительности.

Несмотря на то, что диски рассматриваемого типа имеют как свои достоинства, так и недостатки, они все чаще монтируются в ноутбуки и другие компьютеры вместе со своими устаревшими собратьями. Но все реже можно встретить модели ПК, в которых используется диски только старого типа.

Что это такое

Твердотельный накопитель – это особое, немеханическое запоминающее устройство, размещающее всю информацию в микросхемах памяти, расположенных на специальной плате. Помимо них, в конструкции рассматриваемого устройства имеется также большое количество иных составных частей.

Существует две основных разновидности накопителей подобного рода:

Так обозначается разновидность микросхем, используемых для хранения и обработки данных. Серьезных отличий между ними нет, но DRAM-диски снабжаются встроенным аккумулятором. Иногда можно встретить в продаже SSHD – гибридные устройства. В одном корпусе располагаются и обычные диски, и микросхемы памяти. Выполнение операции чтения и записи быстрее HDD, но медленнее обычного SSD.

Устройство диска

Данный компонент персонального компьютера состоит из следующих составных частей:

Самыми важными деталями являются контролер и flash-память. Именно они являются основной причиной большого прироста производительности данного устройства.

Таким образом, независимо от того, используете ли вы 1% или 99%, вы все равно получите отличные скорости. Этот скачок в производительности действительно растет, но для тех, кому нужна скорость флэш-памяти, определенно стоит того. Теоретически может быть установлено максимум 3.

Несмотря на то, что флеш-память отличается высокой стоимостью, когда вы видите, как она работает, вы увидите, почему она требует таких цен. Чтобы получить полное представление о том, как различные варианты сравнения, посмотрите график ниже. Затем мы углубимся немного глубже и суммируем, как вы должны принять решение. Итак, вы видели цифры, слышали плюсы и минусы каждого варианта, который вы должны выбрать? Ну, конечно, все зависит от вашего бюджета и от того, для чего предназначена система.

Контролер

Сам контролер содержит:

SSD-контролер выполняет функции:

• чтения, записи, кэширования;
• шифрования данных;
• мониторинга (S.M.A.R.T.);
• сжатия данных (некоторые модели контролеров).

Flash память

Чаще всего в данных гаджетах используется микросхема типа NAND. Она является энергозависимой и имеет относительно небольшую стоимость по сравнению со своими аналогами и позволяет сохранять данные даже при отсутствии постоянной подачи питания.

Память типа NAND может быть различных видов:

MLC-тип вмещает в одну ячейку более одного бита данных. Но в то же время схемы такого рода обладают некоторыми недостатками, такими как небольшой ресурс, а также невысокая скорость чтения и записи. При использовании SLC-типа в одну ячейку записывается всего один бит. Это обеспечивает большую долговечность и скорость обработки данных. К недостаткам можно отнести цену – она в 2 раза выше стоимости MLC.

Как работает

Функционирование обычного HDD чрезвычайно просто, чтение и запись информации в нем может осуществляться единовременно. SSD работает по иному принципу. Это и обеспечивает существенный прирост производительности. В схемах памяти рассматриваемого гаджета все операции выполняются секторным способом. Запись осуществляется блоками по 4 Кб, а удаление данных – блоками по 512 Кб.

При осуществлении обработки информации выполняются следующие операции:

• чтение блока памяти;
• все требуемые байты подвергаются модификации;
• осуществляется стирание обрабатываемого блока в схеме памяти;
• выполняется алгоритм перемещения, вычисляется иное местоположение блока;
• блок перезаписывается в новый сектор.

Видео: Параметры HDD и SSD

Надежность накопителей

Считается, что SSD-накопители намного более надежны, чем HDD. И тому есть серьезные основания. Срок службы твердотельного диска зависит от очень многих факторов.

Самые важные:

• суммарное количество перезаписываемой информации;
• число перезаписи всего объема памяти.

Именно от этих двух факторов зависит то, насколько долго сможет прослужить гаджет своему пользователю. Но самое важное достоинство в сравнении с обычным HDD – невосприимчивость к механическим воздействиям. SSD можно переносить, трясти и даже ронять в процессе чтения и записи данных. Это никоим образом не навредит хранящейся на нем информации. Для обычного HDD такие действия являются недопустимыми.

Фото: внешний жесткий диск в 3 терабайта

Также рассматриваемый гаджет обладает большей устойчивостью к различного рода электромагнитным полям и подобным воздействиям. Вероятность повреждения схемы из-за находящегося рядом сильного магнита или предмета с аналогичными свойствами практическим полностью исключена. Что особенно важно для планшетов, ноутбуков и иных устройств, которые перемещаются вместе со своим владельцем.

Безопасность

Одним из самых важных достоинств SSD является безопасность хранения данных. Она связана именно со способом осуществления записи – она выполняет электрическим методом, что и позволяет осуществить более полное стирание ранее записанной информации. Помимо стандартного способа также можно использоваться специализированное программное обеспечение, осуществляющее полное удаление.

Запись на обычные HDD выполняется механическим путем. Соответственно, при этом всегда остаются всевозможные следы. Что приводит к возможности кражи данных или восстановления их после удаления. Практически все контролеры SSD, а также SSHD на сегодняшний день снабжаются специальной защитой, позволяющей шифровать записываемые данные. Именно поэтому восстановить стертую информацию сложно.

Оптимизация

Гаджет рассматриваемого типа функционирует чрезвычайно быстро без дополнительных средств оптимизации. Возможно это благодаря отсутствию необходимости перемещения специального блока головок. Это экономит большое количество времени. Тем не менее, при помощи определенных действий можно сделать работу ещё более быстрой.

• индексации;
• файла подкачки;
• Prefetch и SuperFetch;
• восстановление системы.

Для отключения индексации данных достаточно зайти в свойства SSD и в открывшемся окне снять флажок рядом с надписью «разрешить индексирование файлов».

После чего следует закрыть окно и продолжить работы. Таким образом, можно добиться прироста производительности на 3-4%.

Довольно сильно увеличить скорость работы позволяет перенос или полное отключение файла подкачки.

Для этого достаточно выполнить следующие действия:

• открыть панель управления;
• запустить ярлык под названием администрирование;
• выбрать раздел службы.

Находим требуемый пункт и два раза кликаем на него. Ставим точку напротив «без файла подкачки».

Чтобы отключить Prefetch , необходимо найти ключ HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\Memory Management\PrefetchParameters . После этого следует изменить значение параметров EnablerPrefetcherи EnableSuperfetch на 0 .

Для отключения SuperFetch требуется найти ключ HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\Memory Management. В нем имеются параметры ClearPageFileAtShutdown и LargeSystemCache , следует изменить их значение на 0.

При выполнении всех выше перечисленных действий можно ускорить функционирование персонального компьютера на целых 15-20%. Это положительным образом скажется на работе как операционной системы, так и различных программ, требующих постоянного доступа к накопителю.

Видео: статистика надёжности HDD

Преимущества и недостатки

Накопители рассматриваемого типа имеют как свои достоинства, так и недостатки.

К достоинствам следует отнести следующие черты:

• высокая скорость обработки данных (все современные модели – более 200 Мб/с);
• низкое энергопотребление (меньше на 1 Вт по сравнению с HDD аналогичного объема);
• практически полное отсутствие нагрева при работе;
• полная бесшумность во время работы.

Тестирование, проведенное компанией Intel, показало, что в процессе работы ноутбуки, оснащенные твердотельными накопителями нагреваются на 12.2 0 С меньше, чем аналогичные модели, укомплектованные обычными HDD. Накопители рассматриваемого типа обладают существенно меньшим весом, что особенно важно для портативных устройств.

Также имеются и различного рода недостатки:

• относительно высокая стоимость;
• ограниченное количество циклов перезаписи;
• невозможность восстановления удаленной ранее информации.

Стоимость твердотельного накопителя – самый важный его недостаток. Цена за 1 Гб информации в среднем в несколько раз выше цены за аналогичный объем HDD. Но с каждым днем стоимость на данные гаджеты падает, именно поэтому SSD применяют все чаще.

Ячейки используемой памяти обладают ограниченным ресурсом. Именно поэтому следует максимально внимательно относиться к файлу подкачки и различным приложениям, часто обращающимся к ПЗУ. Хотя в реализуемых сегодня гаджетах ресурс является достаточно большим, необходимо при помощи специальных программ осуществлять постоянный мониторинг состояния.

Невозможность восстановления данных является одновременно и достоинством, и недостатком. Так как данная особенность позволяет свести к минимуму вероятность похищения информации. Но в то же время отсутствует возможность восстановления в результате ошибочного удаления.

Обзор цен по производителям

Стоимость гаджетов рассматриваемого типа от различных производителей может сильно отличаться. Но при выполнении обзоров и объективной оценке аналогичных моделей от различных брендов выясняется, что наценка осуществляется по большей части именно за бренд.

На сегодняшний день становится ясно, что за накопителями рассматриваемого типа будущее, и обычные HDD постепенно уходят в прошлое. С каждым днем SSD становится все более популярным, это является следствием его портативности и высокой скорости. Все большее количество различных ноутбуков, планшетов, смартфонов и просто обычных персональных компьютеров комплектуются оборудованием рассматриваемого типа.

Сокращение SSD расшифровывается, как «Solid-State Drive», что приблизительно и переводится, как твердотельный диск или накопитель.

Мы, конечно же, рассмотрим основные характеристики подобных устройств в данной статье, но хотелось бы сделать это, отталкиваясь от реального примера. Таковой случай недавно, очень кстати, представился мне, так как мой рабочий жесткий диск начал выказывать явные признаки умирания (появился клин , что проявлялось в самопроизвольном зависании всей системы, сопровождавшемся характерным щелчком).

Совпало так, что нам на фирму (на пробу) купили один SSD накопитель (он же - твердотельный жесткий диск) и он, по изложенной выше причине, оказался именно у меня! :)

Ну, грех было бы не воспользоваться таким моментом и не провести сравнительное тестирование этого SSD жесткого диска и его предшественников, сконструированных на основе .

Распаковывали мы новинку, сгрудившись возле нее всем нашим IT отделом:)

Из маркировки на коробке следует, что это - твердотельный накопитель от фирмы «Plextor», емкостью 64 гигабайта, оснащенный внешним SATA интерфейсом подключения и максимальной скоростью передачи по нему 6Gb/s (гигабит в секунду). Это именно будет где-то теоретический максимум SATA интерфейса третьего поколения (600 мегабайт в секунду).

Помните, о скоростях интерфейсов и их истории мы говорили в ?

Форм-фактор нашего твердотельного диска как видно из его размера и надписи на коробке - 2,5 дюйма. То есть, его можно с, одинаковым успехом, устанавливать как в настольные компьютеры, так и в ноутбуки. Более дорогие модели идут в комплекте со специальным креплением, позволяющим устанавливать устройство в 3,5 дюймовые отсеки. В нашем случае, в комплекте только - герметичная полиэтиленовая упаковка:)

Вот пара фотографий, чтобы Вы могли оценить размеры SSD жесткого диска:

В толщину он - чуть меньше сантиметра. А вот - в сравнении с "обычным" винчестером:

Причем, масса SSD абсолютно не сравнима с его "старшим" собратом. По сравнению с ним он - пушинка. Ведь здесь нет движущихся механических частей, которые нужно защищать от внешнего воздействия, а значит и нет смысла делать толстый металлический корпус-основу. Внешнее покрытие - алюминий и пластик, поэтому и вес - соответствующий: 75 грамм. Напряжение питания устройства - пять вольт.

Расчетное время безотказной работы (по заявлению производителя) составляет 1 500 000 часов, а срок официальной гарантии, указанный на коробке, - три года. Из чего можно сделать вывод, что накопитель должен быть достаточно надежен. Так ли это на самом деле? Время покажет:)

Не благодарное занятие, говорить о стоимости на таком быстро меняющемся рынке, как рынок информационных технологий, но на момент написания этой статьи, цена данного решения была в районе восьмидесяти долларов.

Вообще, что такое по своей сути твердотельный SSD диск? Это - большая флешка (оснащенная скоростным интерфейсом SATA) с быстрым доступом, кешем из определенного количества и специализированным контроллером передачи и обработки данных, отвечающим за оптимальную работу носителя.

Твердотельный диск (Solid State Drive) в отличие от HDD (Hard Disk Drive) имеют ряд явных преимуществ (наряду с неявными недостатками), но обо всем по порядку. Начнем с приятного:)

SSD жесткие диски характеризуются:

1. небольшим временем доступа к данным (не зависимо от их фрагментированности и места расположения)
2. одинаковой скоростью при любой последовательности выборки, поскольку организация хранения информации здесь это - матрица из ячеек флеш памяти из которой и происходит выборка.
3. отсутствием движущихся частей, а значит - полным отсутствием шума
4. устойчивостью к различным вибрациям и физическим воздействиям
5. меньшим (относительно HDD дисков до 30%) энергопотреблением

Вот как выглядит SSD диск в разобранном состоянии:

Слева вверху находится микросхема оперативной памяти (DDR3), которая является кешем накопителя, а справа - распаян контроллер управления устройством «Western Digital». Внизу - восемь чипов быстрой NAND фалеш-памяти (по восемь гигабайт каждый), которые в сумме и составляют общую емкость данного твердотельного накопителя - 64 гигабайта.

Вот - еще одно фото, для закрепления образа, так сказать:)

Пару слов скажем о самом чипе памяти. Это - не совсем кеш, точнее, - он кеширует (запоминает) данные, но совсем не для ускорения работы устройства, а сюда динамически записывается информация о таблицах размещения и стертых/занятых ячейках. Сюда же записываются адреса изношенных ячеек флеш-памяти, куда больше не может проводиться запись.

Теперь, что касается контроллера: его главная задача (как мы уже упоминали) - обеспечение операций чтения и записи, но он отвечает и за управление структурой размещения данных. По своим таблицам контроля износа он "смотрит" в какие ячейки уже проводилась запись, а в какие еще нет и выравнивает эти показатели.

Таким образом контроллер обеспечивает максимально длительный срок службы нашего SSD накопителя, заставляя его ячейки изнашиваться равномерно. Поэтому правильно запрограммированный и настроенный контролер может ощутимо изменить как отдельные скоростные показатели, так и долговечность работы устройства в целом.

Итак, продолжим обзор! На тыльной стороне коробки нашего твердотельного SSD накопителя мы обнаружили интересную, с точки зрения информативности, таблицу:

Какую полезную информацию мы можем здесь почерпнуть? Во первых: указание на объем чипа памяти (кеша) диска. Мы видим, что для моделей емкостью 64 гигабайта он равен 128-ми мегабайтам, для емкости 128 гигабайт это - 256 мегабайт и для 256-ти гигабайт - 512 мегабайт сверхбыстрой оперативной памяти, которая используется для нужд самого носителя.

Секция «Performance» (производительность) показывает нам значение линейной (последовательной) скорости чтения с твердотельного накопителя - «Read Speed» (520 мегабайт в секунду) и скорость записи на диск «Write Speed» (90, 200 и 390 мегабайт в секунду для разных емкостей SSD соответственно).

Также обратите внимание на интересную надпись в самом низу, которая говорит о том, что в программах определения производительности (бенчмарках) «ATTO Disk» и «Crystal Disk Mark» дисковая подсистема показывает наилучший индекс производительности.

Вот давайте этот момент и протестируем! И начнем именно с программы «CrystalDiskMark».

Но сначала - небольшая предыстория. Дело в том, что для более полного тестирования я собрал (подключил) у себя на рабочем компьютере небольшую коллекцию винчестеров, которые, по счастливому стечению обстоятельств, оказались в пределах моей досягаемости и было бы просто обидно их не "погонять" :)

Итак, в нашем тестировании принимают участие:

• твердотельный жесткий SSD диск Plextor 64Gb M5S SATA - новый
• Seagate Barracuda емкостью один терабайт SATA 7200 rpm - практически новый
• Western Digital 320 Gb IDE 7200 rpm - новый

Примечание : аббревиатура RPM расшифровывается как (round per minute - оборотов в минуту) и характеризует частоту оборотов шпинделя жесткого диска. В общем случае чем больше - тем лучше. Стандартными значениями считаются 5400 и 7200 rpm. Есть высокоскоростные устройства со скоростью 10 000 и 15 000 оборотов в минуту, но стоят они крайне дорого и в домашних или офисных компьютерах не используются.

Как видите, компания подобралась весьма достойная. Диски - не изношенные. И я специально хотел протестировать накопители с различными интерфейсами передачи данных. Помните, про работу с , мы говорили в отдельной статье?

Тестирование SSD накопителя

Итак, начнем наше тестирование с помощью «CrystalDiskMark».

Запускаем программу и видим вот такое простенькое окно:

На фото выше уже представлены результате тестирования нашего SSD накопителя. Давайте на основе них и рассмотрим интерфейс этой нехитрой, но полезной программы.

В верхнем левом углу находится кнопка с надписью «All», по нажатию на которую и запускается процедура тестирования. Справа от нее - раскрывающийся список, через который мы можем указать количество "проходов" теста до отображения конечного результата. По умолчанию здесь стоит цифра «5». Далее - размер тестового файла, который будет записываться на диск. Именно по результатам его записи программа и будет судить о линейных (последовательных) скоростях операций записи и чтения на носитель. Еще правее расположен список, из которого можно выбрать сам жесткий диск, который мы будем тестировать.

У меня, как видите, SSD накопитель выполняет роль системного раздела (диск «С»).

Итак, с основными параметрами разобрались. Теперь посмотрим на сами результаты. У нас тут две колонки: «Read MB/s » (скорость чтения, мегабайт в секунду), «Write MB/s» (скорость записи, мегабайт в секунду).

По первой строчке, как видим, наш твердотельный накопитель выдал 237 мегабайт в секунду (на чтение) и 102 мегабайта в секунду (на запись) . Это - для файла размером в 100 мегабайт. Вторая и третья строчки показывают скорости при работе с небольшими порциями данных (512 и 4 килобайта соответственно). Общий принцип здесь такой: чем больше файлов и чем меньше размер каждого из них, тем больше времени нужно винчестеру для любых операций над ними.

Запомним (запишем), данные значения и выберем для тестирования другой диск (E). У меня это будет SATA винчестер объемом в один терабайт. А вот - показанные им результаты:

Как видите, они на порядок ниже, чем у SSD жесткого диска, но тоже - очень даже не плохие!

Теперь посмотрим, что покажет третий наш участник - 320-ти гигабайтный винчестер с IDE интерфейсом?

Можете сравнить полученные результаты между собой и сделать на основе них выводы. Также можете загрузить «Crystal Disk Mark» с нашего сайта по и самим провести тест на своей системе, сравнив его результаты с теми, что получил я.

Сразу хочу предложить Вашему вниманию еще одну программу, которая предназначена специально для измерения скорости работы SSD накопителей. Она имеет в своем арсенале еще несколько полезных функций. Давайте посмотрим на нее поближе:

На фото выше - результаты теста моего диска на чтение (Read) и запись (Write). Обратите внимание на выделенную область вверху слева. Здесь мы можем увидеть версию прошивки (микропрограммы) контроллера - 1,00 и проконтролировать, правильно ли наша операционная система выровняла (разметила) твердотельный накопитель? Если здесь стоит «ОК» значит - все нормально.

Поле «Access Time» показывает нам время, затрачиваемое устройством на доступ к запрашиваемым данным. Строчка «Score» (счет) отображает общие сводные показатели результатов замера. Так называемые "попугаи". Помните, как в мультфильме? :)

Программа может построить нам для наглядности график. Для этого нужно перейти в меню «Tools» и выбрать «Compression-Benchmark».

После этого запустится вот такое окно:

В нем нам нужно будет нажать кнопку «Start» и дождаться окончания процедуры построения графика. Если хотите, можете загрузить данную утилиту .

Ну, что? Бог троицу любит? :) Не могу не познакомить Вас с еще одной замечательной программой для тестирования и получения исчерпывающей информации об устройствах хранения данных, установленных в компьютере. Программа называется «HD Tune Pro» и замечательна еще тем, что имеет русифицированный интерфейс, так что работать с ней - одно удовольствие.

Вот как выглядит одна из ее вкладок с бенчмарком (оценкой производительности) дисковой системы:

На фото выше - результаты теста моего твердотельного жесткого диска Plextor. Чем хороша именно эта программа? Тем что она показывает не только числовые значения, но и в реальном времени рисует нам график, по которому мы можем судить об изменении тех или иных параметров в динамике и наблюдать какую-то тенденцию. Мы четко увидим это на следующих скриншотах.

Что мы видим здесь? Максимальное, минимальное и среднее значения скорости чтения (похожие значения мы получали и на предыдущем тесте). Новый параметр - время доступа к диску и процент загрузки . Отдельный переключатель есть для измерения скорости чтения и записи на диск.

Что ж, сравним показатели с нашим терабайтным SATA накопителем:

Как видите, разница - очевидна! Особенно интересен график, который показывает разницу с скорости чтения в начале диска и ближе к его концу (динамику процесса). Если мы посмотрим на график твердотельного SSD накопителя, то увидим, что его "кардиограмма" практически ровная и падений в скорости не наблюдается.

Также обратите внимание на такую функцию, как показатель температуры винчестера, доступный в данной программе для HDD дисков.

Итак, исследуем нашего "динозавра" от «Western Digital»:)

Как и ожидалось, основные показатели - намного скромнее, но удивила стабильность скорости чтения почти по всей поверхности диска. Только под самый конец она заметно снизилась. Также здесь мы видим наименьшую загрузку процессора среди всех наших испытуемых.

Перейдем к следующей вкладке программы «HD Tune Pro», которая называется "Случайный доступ". На фото ниже показано количество операций вода-вывода, которое производит наш твердотельный жесткий диск за секунду для блоков данных разного размера (IOPS - Input Output Per Second), среднее и максимальное время доступа к данным и скорость их чтения.

Посмотрим на результаты винчестера от «Seagate» (Сигейт 1 терабайт):

Видите, насколько большая разница в полученных результатах? Смотрим, что продемонстрирует «Western Digital» (320 гигабайт IDE):

Вы все сами видите. Вообще, программа «HD Tune Pro» - очень хорошая и полезная. Кроме самих "бенчмарков" она может показать нам нашего накопителя (они расположены на вкладке "Здоровье"). Также можно включить мониторинг диска в реальном времени и провести сканирование поверхности накопителя на наличие (бэд блоков).

Данную программу Вы можете и провести собственное тестирование или сравнить с моими показателями.

Давайте рассмотрим еще одну вкладку программы - "Бенчмарк файла". Принцип ее работы чем-то похож на тот, что используется в «CrystalDiskMark», рассмотренной нами в середине статьи.

Запускается тест по кнопке «Старт», но перед этим можно настроить его параметры: выбрать устройство, которое мы будем тестировать, указать размер записываемого на диск файла и какой именно тип данных будет в нем содержаться?

Слева мы видим уже привычный нам график-кардиограмму работы, а ниже - показатели скорости чтения и записи, а также - количество операций ввода-вывода, совершаемых накопителем.

Сравним график выше, который был для SSD жесткого диска с нашим терабайтником:

Ниже - наш «WD».

Здесь, я думаю, - ничего неожиданного нет и данный накопитель законно занимает свое почетное третье место:) Победителем же, по всем показателям, безоговорочно является твердотельный накопитель SSD от фирмы Plextor.

Поскольку статья и так получилась достаточно объемной, я решил разбить ее на две части и о недостатках, общих принципах функционирования твердотельных дисков, сконструированных на базе флеш-памяти, и своих субъективных ощущениях от использования такого устройства, поговорить во , которая скоро появится на нашем сайте.

Небольшое видео о том, как производят SSD диски: