درایوهای حالت جامد (SSD ها ) به سرعت به فضای ذخیرهسازی رایانهای ترجیحی برای سیستمهای عامل و برنامهها تبدیل میشوند. آنها را در جدیدترین لپتاپها، تلفنها، تبلتها و حتی کنسولها پیدا خواهید کرد.
با عملکرد و دوام عالی، این درایوها غوغا می کنند، اما SSD دقیقا چیست؟
درایوهای هارد دیسک سنتی (HDD) چگونه کار می کنند
برای درک اینکه چه چیزی SSD ها را متفاوت می کند، باید به طور خلاصه زمان را به عقب برگردانیم و به هارد دیسک های سنتی (HDD) نگاه کنیم. HDD نوع استانداردی از درایو بود که تقریباً تا همین اواخر در همه رایانهها پیدا میشد.
در داخل هارد دیسک، یک یا چند دیسک چرخان به نام "پلاتر" را خواهید یافت. هر بشقاب به آهنگ ها و بخش ها تقسیم می شود. بشقاب ها معمولا از آلومینیوم یا شیشه ساخته می شوند و با مواد مغناطیسی پوشانده می شوند.
سطح بشقاب حاوی میلیاردها ناحیه مجزا است که هر کدام یک بیت داده را نشان میدهند. منطقه را می توان مغناطیسی یا مغناطیسی زدایی کرد که نشان دهنده یک یا صفر است.
همانطور که صفحات چرخان با هزاران دور در دقیقه حرکت میکنند، سرهای خواندن و نوشتن کوچک متصل به بازوهای تابدار به اندازه یک مو در بالای صفحه شناور میشوند و از درایو میخوانند یا روی درایو مینویسند.
درایوهای دیسک سخت دستگاههای بسیار پیچیدهای هستند که دارای قطعات متحرک ریز، دقیق و شکننده هستند. این یک شگفتی مدرن است که آنها به خوبی کار می کنند.
چگونه یک درایو حالت جامد (SSD) کار می کند
درایوهای SSD شباهت بیشتری با دستگاههای نیمهرسانا مانند CPU ها و RAM دارند تا درایوهای دیسک سخت. SSD ها و HDD ها هر دو به عنوان ابزار ذخیره سازی عمل می کنند، اما SSD ها به روشی بسیار متفاوت عمل می کنند.
در داخل یک SSD معمولی، فقط تراشههای رایانه را خواهید یافت. تراشه کنترلر SSD وجود دارد که نحوه و مکان ذخیره داده ها را مدیریت می کند، اما بخش عمده ای از SSD از تراشه های حافظه فلش تشکیل شده است.
فلش مموری یک حافظه "غیر فرار" است. حافظه فرار، مانند RAM، با قطع برق باقی نمی ماند - داده های ذخیره شده در آنجا ناپدید می شوند. در مقابل، با حافظههای غیرفرار (مانند SSD یا درایوهای USB)، دادههای شما حتی زمانی که برق خاموش است، باقی میمانند. به همین دلیل است که درایوهای USB به عنوان «درایوهای فلش» نیز شناخته میشوند!
SSD های مدرن (و اکثر درایوهای فلش USB و کارت های حافظه) از نوعی حافظه فلش به نام حافظه فلش NAND استفاده می کنند. نام آن برگرفته از یکی از انواع گیت های منطقی است که می توانید در یک ریزتراشه بسازید. در حافظه NAND، «سلولهایی» وجود دارد که میتوانند سطوح مختلف بار الکتریکی را نگه دارند. با اندازه گیری سطح شارژ در یک سلول حافظه، می توانید تشخیص دهید که یک یا صفر است. برای تغییر محتویات یک سلول، به سادگی سطح شارژ داخل آن را تغییر دهید..
تغییرهای مختلفی در فناوری در دنیای حافظه NAND وجود دارد. به عنوان مثال، ممکن است برخی از SSD های سامسونگ را با برچسب "V-NAND" یا "عمودی" NAND دیده باشید. در اینجا سلول های حافظه به صورت عمودی روی هم چیده شده اند و امکان ذخیره سازی بیشتری را در همان ردپای سیلیکونی فراهم می کنند. 3D NAND اینتل نیز کمابیش همان فناوری است.
انواع SSD و رابط
SSD ها در انواع مختلف فرم فاکتورها و انواع حافظه فلش NAND وجود دارند. این حداکثر عملکرد یک SSD و همچنین قیمت آن را تعیین می کند.
انواع حافظه فلش
همه فلشهای NAND از نظر چگالی داده و عملکرد یکسان نیستند. از بحث ما در بالا به یاد خواهید آورد که SSD ها داده ها را به عنوان بارهای الکتریکی در سلول های حافظه ذخیره می کنند.
اگر یک سلول فقط یک بیت داده را ذخیره می کند، آن را SLC یا حافظه سلولی تک سطحیمی نامند. حافظه MLC (سلول چند سطحی) و TLC (سلول سه سطحی) به ترتیب دو و سه بیت داده در هر سلول ذخیره می کنند. حافظه QLC (سلول چهار سطح) آن را به چهار بیت در هر سلول می رساند.
هرچه بتوانید تعداد بیتهای داده بیشتری را در یک سلول ذخیره کنید، SSD شما ارزانتر خواهد بود یا دادههای بیشتری را میتوانید در همان فضا قرار دهید. این ایده عالی به نظر می رسد، اما به لطف نحوه عملکرد SSD ها، هنگام استفاده از روش ذخیره سازی چند بیتی، درایوها سریعتر از بین می روند. حافظه SLC بهترین و بادوام ترین نوع NAND با طول عمر بالا است. با این حال، تا حد زیادی گرانترین است و فقط در درایوهای پیشرفته یافت میشود.
به این ترتیب، اکثر SSD های مصرف کننده از MLC یا TLC استفاده می کنند و از روش های خاصی برای افزایش طول عمر مفید خود تا حد امکان استفاده می کنند. ما کمی بعد در این مقاله به موضوع سایش SSD و معایب این فناوری خواهیم پرداخت.
فاکتورهای فرم SSD
SSD ها به اشکال مختلف عرضه می شوند. "فاکتور فرم" به سادگی شکل فیزیکی دستگاه و استاندارد اتصال آن است. از آنجایی که SSD ها در ابتدا برای جایگزینی هارد دیسک ها طراحی شده بودند، اولین دستگاه هایی که برای دسکتاپ های مصرف کننده در نظر گرفته شده بودند، در جایی قرار گرفتند که هارد دیسک ها قبلاً قرار داشتند.
این جایی است که طراحی 2.5 اینچی SATA SSD در تصویر ظاهر می شود. شما به سادگی می توانید هارد دیسک لپ تاپ 2.5 اینچی فعلی خود را خارج کرده و یکی از این SSD ها را به آن وصل کنید..
SSD داخل این محفظه به آن همه اتاق نیاز ندارد، اما از آنجایی که لپتاپها و اکثر رایانههای رومیزی مدرن از قبل دارای جایگاههای درایو 2.5 اینچی و کانکتورهای SATA بر روی مادربرد خود هستند، کاملاً منطقی است. همچنین میتوانید آداپتورهایی بخرید که به شما امکان میدهند یک درایو 2.5 اینچی را در محفظه 3.5 اینچی دسکتاپ قرار دهید.
علاوه بر اشغال فضای غیر ضروری، این درایوهای 2.5 اینچی به 600 مگابایت بر ثانیه محدود شدهاند، زیرا این محدودیت در رابط SATA 3 است.
استاندارد mSATA (mini-SATA) مشکل فضا را حل می کند. mSATA از نظر فیزیکی همان شکل، اندازه و رابط استاندارد کارت PCI Express Mini بود، اما این دو نوع کارت از نظر الکتریکی ناسازگار هستند.
استاندارد mSATA اکنون با استاندارد M.2 جایگزین شده است. SSD های M.2 بسته به ترکیب کارت و مادربرد می توانند SATA یا PCIe باشند.
کارتهای M.2 همچنین میتوانند دو طرفه با اجزای هر دو طرف باشند و طول آنها متفاوت است. همیشه مهم است که مطمئن شوید مادربرد رایانه شما با SSD M.2 که می خواهید با آن استفاده کنید سازگار است!
SSDهای NVMe از استاندارد Non-Volatile Memory Express استفاده میکنند، به این ترتیب رایانه میتواند با استفاده از PCIe که بیشتر برای کارتهای گرافیک استفاده میشود، به حافظه SSD دسترسی پیدا کند. PCIe پهنای باند بسیار بیشتری نسبت به SATA دارد و به حافظه SSD سریع اجازه می دهد تا به پتانسیل کامل خود برسد.
مزایای SSD
دلایل زیادی وجود دارد که چرا SSD ها به سرعت در حال تبدیل شدن به استاندارد در فناوری ذخیره سازی هستند. در حالی که برخی از مشکلات اولیه دندان درآوردن آنها را برای مدتی از دنیای رایج رایانه دور نگه داشت، اکنون در نقطه ای هستند که می توانیم آنها را به هر کسی توصیه کنیم. حتی جدیدترین کنسول های بازی ویدیویی اکنون از SSD استفاده می کند. در اینجا نقاط قوت کلیدی است که SSD ها را به سمت محبوبیت فعلی خود سوق داده است.
SSD ها سریع هستند
سریعترین هارد مکانیکی در سطح جهان، Seagate Mach.2 Exos 2X14، میتواند به سرعت انتقال پایدار 524 مگابایت بر ثانیه برسد. این سرعت تقریباً به اندازه یک SSD SATA 3 است، اما درایو مکانیکی معمولی که این روزها در رایانهها پیدا میکنید میتواند چیزی بین 100 مگابایت بر ثانیه تا 250 مگابایت بر ثانیه داشته باشد، اگر به سطح بالای بازار نگاه کنید. .
SSD های معمولی M.2 PCIe، مانند آنهایی که در لپ تاپ های میان رده یافت می شوند، 2.5 تا 3.5 گیگابایت بر ثانیه ارائه می دهند. آخرین حافظههای SSD M.2 PCIe نزدیک به 8 گیگابایت بر ثانیه میشوند، که حجم دادهای حیرتانگیز است. سرعت نوشتن متوالی معمولاً کمی کمتر از سرعت خواندن است، اما دادهها با سرعت فوقالعادهای در هر دو جهت پرواز میکنند..
این فقط در مورد سرعت انتقال نیست. هارد درایوهای مکانیکی برای چرخاندن صفحات و جابجایی سر درایوها به زمان نیاز دارند. یافتن نقطه مناسب در بشقاب برای درخواست داده به عنوان "زمان جستجو" شناخته می شود. برای SSD ها، این عدد تأخیر عملاً صفر است.
SSD میتواند فوراً دادهها را از هر مکانی در سلولهای حافظه خود بخواند و حتی آن را به صورت موازی انجام دهد. مهم نیست که از کدام طرف آن را برش می دهید، SSD ها در عملکرد متفاوتی نسبت به بهترین هارد دیسک های مکانیکی هستند، مهم نیست از کدام طرف آن را برش دهید.
هنگامی که هارد دیسک کامپیوتر را به یک SSD ارتقا میدهید، زمان راهاندازی بسیار سریعتر و پاسخگویی سیستم بسیار سریعتر را تجربه میکنید. صرفاً به این دلیل که CPU شما هرگز مجبور نیست منتظر داده ها از درایوهای ذخیره سازی شما باشد. این یک راه خارقالعاده برای جان دادن به یک سیستم قدیمی ویندوز است.
SSD ها بادوام هستند
SSDها تقریباً به اندازه سایر اجزای حالت جامد مانند CPU یا RAM بدون قطعات متحرک بادوام هستند. مگر اینکه افزایش برق آنها را از بین ببرد، آنها باید به طور نامحدود یا حداقل تا زمانی که رایانه برای شما مفید باشد کار کنند. فلش مموری همچنین در برابر آسیب ضربه بسیار مقاوم است، برخلاف هارد دیسکهایی که در صورت افتادن به راحتی از بین میروند، مخصوصاً زمانی که صفحات در حال چرخش هستند.
این دوام آنها را برای لپتاپها عالی میکند و به همین دلیل است که اولترابوکهایی مانند Apple MacBook Air، iMac و سایر اعضای خانواده رایانههای Mac دارای SSDهای یکپارچه با کارایی بالا هستند.
"دوام" در این مورد به پدیده سایش SSD اشاره نمی کند، که در زیر لیست معایب را پوشش می دهیم.
SSD ها از تکه تکه شدن رنج نمی برند
تجزیه داده ها یک مشکل واقعی در هارد دیسک است. زمانی اتفاق می افتد که داده های جدید در اولین فضای موجود در درایو نوشته می شود. بنابراین ممکن است یک فایل مشخص یا مجموعهای از فایلهای مرتبط، دادههای آنها در سراسر ناحیه فیزیکی درایو پراکنده باشد.
این سرعت خواندن متوالی را از بین میبرد و زمان جستجوی زیادی را اضافه میکند، زیرا هدهای درایو برای یافتن تمام قسمتهای یک فایل در سراسر مکان پرواز میکنند. SSD ها، به دلیل ماهیت خود، از تکه تکه شدن رنج نمی برند. اینطور نیست که فایل ها تکه تکه نشده باشند. فقط این مهم نیست زیرا هیچ قسمت متحرکی وجود ندارد و زمان لازم برای صحبت کردن وجود ندارد..
یکپارچه سازی فقط باعث سایش غیر ضروری درایو می شود. اگر می خواهید کمی بیشتر در مورد تکه تکه شدن SSD بدانید، آیا باید یک SSD را Defrag کنید؟
را بخوانیدSSD ها بی صدا هستند
هارد دیسک ها پر سر و صدا هستند! صدای زمزمه موتور، صدای صدای دیسک، صدای کلیک سر درایوها که به جلو و عقب حرکت می کنند - این صدای پس زمینه برای کاربران کامپیوتر در طول دهه ها بوده است.
در مقابل، درایوهای SSD اصلا نویز ایجاد نمی کنند. این ممکن است یک مزیت بی اهمیت به نظر برسد، اما قطعات کامپیوتری پر سر و صدا آزار دهنده هستند. در برخی موارد استفاده، مانند رایانه هایی که برای ضبط صدا استفاده می شوند، سطح صدا بسیار مهم است. هارد دیسکهای گرانقیمتی با پایهها و طراحیهای خاص وجود داشته است که سعی کردهاند نویز HDD را کاهش دهند، اما با SSD، مشکل کاملاً حل شده است.
به همین دلیل است که اکنون میتوانیم رایانهای مانند مک بوک ایر اپل M1 داشته باشیم که فاقد فن و دیسک سخت مکانیکی است. کل کامپیوتر حالت جامد است و بنابراین هیچ صدایی ایجاد نمی کند!
SSD کوچک و کارآمد هستند
درایوهای SSD فضای کمتری نسبت به هارد دیسک اشغال میکنند و برای کار کردن به انرژی بسیار کمتری نیاز دارند. این بدان معناست که ما میتوانیم رایانهها، تبلتها، تلفنهای هوشمند و سایر دستگاههای الکترونیکی کوچکتر و نازکتر داشته باشیم که به درایوهای ذخیرهسازی سریع غیرفرار نیاز دارند.
SSD ها می توانند تقریباً به طور کامل در حالت عدم استفاده به حالت خواب بروند، و برخلاف HDD ها، تقریباً فوراً می توانند به حالت با عملکرد بالا تغییر کنند. در مجموع، مصرف انرژی SSD برای به دست آوردن عمر باتری بهتر از رایانه های همراه و سایر ابزارهایی که از آنها استفاده می کنند بسیار مهم است. دستگاه های الکترومکانیکی صرفاً برای کارکردن به انرژی بیشتری نسبت به دستگاه های حالت جامد نیاز دارند.
SSD ها می توانند اندازه نصب را کوچک کنند
SSD ها می توانند اندازه نصب برخی از برنامه ها، به خصوص بازی های ویدیویی را کاهش دهند. هنگامی که برنامهها به سرعت به جریان دادهها در حافظه متکی هستند، توسعهدهندگان ممکن است اطلاعات را در چندین مکان روی صفحه HDD کپی کنند. این امر زمان جستجو را کاهش می دهد زیرا هدهای درایو همیشه به یک کپی از داده های مورد نیاز آن نزدیک است. این یک ترفند هوشمندانه است، اما به قیمت فضای ذخیره سازی تمام می شود.
برنامههای طراحیشده برای SSD اصلاً نیازی به انجام این کار ندارند. از آنجایی که SSD عملاً هیچ تاخیری ندارد و میتواند بلافاصله دادهها را از هر نقطه درایو بخواند، فقط یک کپی از دادهها باید وجود داشته باشد..
کنسولهایی مانند پلی استیشن 5 قبلاً نشان دادهاند که درایوهای SSD چقدر میتوانند اندازه نصب را کاهش دهند، مخصوصاً همراه با فشردهسازی، که ما را به مزیت بعدی میرساند.
SSD ها را می توان شتاب داد
اگر فکر میکردید که SSDها از قبل بسیار سریع هستند، میتوانید سرعت این درایوها را برای برخی از اعداد عملکرد واقعاً با سرعت بالا افزایش دهید. همه اینها به لطف فناوری فشرده سازی است. داده ها به صورت فشرده بر روی SSD ذخیره می شوند. هنگامی که اطلاعات درخواست می شود، در زمان واقعی از حالت فشرده خارج می شود و به طور موثر سرعت انتقال داده خام SSD را تقویت می کند.
تنها نکته این است که شما به یک پردازنده قدرتمند برای فشرده سازی نیاز دارید، اما SSD در حال حاضر چنین پردازنده ای را شامل نمی شود. به نظر می رسد که GPU ها در انجام این نوع کارها عالی هستند، بنابراین با استفاده از API های نرم افزاری (Application Programmer Interface) مانند DirectStorage و RTX IO انویدیا مایکروسافت، نسل های اخیر GPU می توانند تسریع کنند. نه تنها گرافیک سه بعدی بلکه عملکرد SSD نیز.
معایب SSD
SSDها ویژگیهای مطلوب بسیاری دارند، اما فناوری آن کامل نیست. برخی از جنبههای مالکیت SSD آنطور که ما میخواهیم دلپذیر نیستند.
SSD ها گران تر هستند
قیمت هارد دیسک ها بسیار کاهش یافته است و مقدار داده ای را که می توانند ذخیره کنند تا سطوح دیوانه کننده ای از چگالی افزایش داده اند. نتیجه این است که یک گیگابایت داده HDD بسیار کمتر از ارزانترین فلش NAND هزینه دارد.
قیمتهای SSD طی چند سال گذشته به شدت کاهش یافته است، اما عموماً مردم هنوز از SSDهای نسبتاً کوچک در محدوده 256 تا 512 گیگابایت استفاده میکنند. درایوهای SSD برای برنامهها و سیستمهای عامل محفوظ هستند، در حالی که هارد دیسکها همچنان دارای ذخیرهسازی انبوه برای فایلهای رسانه یا برنامههایی هستند که از سرعت SSD بهرهمند نیستند.
خبر خوب این است که مانند تمام فناوری های نیمه هادی، تراکم ترانزیستور و فرآیندهای ساخت احتمالاً روندی تصاعدی را نشان می دهند که منجر به هزینه کمتر و مقدار قابل توجهی فضا می شود. در حال حاضر، بیشتر بودجه ها به ترکیبی از حافظه SSD و HDD نیاز دارند.
SSD ها ممکن است فرسوده شوند
در حالی که SSD ها بسیار بادوام هستند و نسبت به HDD ها می توانند مجازات بیشتری را تحمل کنند، در حالی که عمر عملیاتی طولانی تری دارند، از فرسودگی رنج می برند. سایش SSD به این دلیل اتفاق می افتد که نوشتن SSD در سلول های حافظه مخرب است. هر بار که بیتی روی سلول حافظه SSD نوشته میشود، توانایی خود را برای نگه داشتن شارژ کمی از دست میدهد..
به مرور زمان، نوشتن مکرر در یک سلول باعث غیر قابل اجرا شدن آن می شود. SLC های SLC می توانند قبل از سرخ کردن یک سلول خاص، بیشترین نوشتن را انجام دهند، اما سلول های MLC، TLC و QLC به این ترتیب آسیب پذیرتر هستند. SSD های اولیه مصرف کننده ممکن است به زودی به طرز نگران کننده ای از بین بروند، اما درایوهای امروزی استراتژی هایی مانند تراز سایش و تامین بیش از حد برای افزایش ماندگاری نوشتن SSD دارند.
پوشیدن SSD موضوع پیچیده ای است، بنابراین برای بحث عمیق به هر آنچه که باید در مورد سایش و پارگی SSD بدانید نگاهی بیندازید.
SSD ها می توانند سریع بیت پوسیدگی داشته باشند
همه شکلهای ذخیرهسازی دادهها در نهایت تسلیم پوسیدگی بیت میشوند.این زمانی اتفاق میافتد که محیط ذخیرهسازی بهقدری تحلیل میرود که دیگر نمیتواند دادهها را به شکل قابل خواندن نگهداری کند.
رسانههای مختلف به دلایل مختلفی دچار پوسیدگی بیت میشوند، اما هارد دیسکها را میتوان برای چندین دهه بدون پوسیدگی بیت ذخیره کرد. از سوی دیگر، SSD ها می توانند به طور بالقوه داده های خود را تنها پس از چند سال ذخیره سازی از دست بدهند. این به دلیل تخریب لایه عایق است که شارژ را در هر سلول حافظه نگه می دارد. اگر مقدار به بیرون نشت کند، سلول خالی است و داده ای ندارد!
به نظر میرسد که اگر SSDها در محیطی بسیار گرم نگهداری شوند، پوسیدگی بیت سریعتر اتفاق میافتد، اما در هر صورت، احتمالاً بهترین انتخاب برای ذخیره دادهها در یک کشو نیستند.
بازیابی اطلاعات SSD غیرممکن است
صنعت پیچیدهای وجود دارد که حول هنر بازیابی اطلاعات از هارد دیسکهای مکانیکی ساخته شده است. اگر پول کافی برای خرج کردن دارید، حتی میتوانید دادهها را از درایوهایی که خراب شدهاند بازیابی کنید، زیرا یک متخصص به معنای واقعی کلمه درایو را از قطعات بازسازی میکند.
در سطح عادیتر، میتوانید دادههایی را که بهطور تصادفی حذف شدهاند بازیابی کنید، زیرا هارد دیسکها وقتی آنها را در ویندوز یا سیستم عامل دیگری حذف میکنید، دادههای فیزیکی را حذف نمیکنند. در عوض، آن ناحیه از درایو به سادگی علامت گذاری شده است تا رونویسی شود. تا زمانی که بازنویسی هنوز اتفاق نیفتاده است، میتوانید با استفاده از نرمافزار ویژه آن را بازیابی کنید.
درایوهای SSD در صورت آسیب دیدن درایو یا حذف فایلها، بازیابی چیزی تقریبا غیرممکن میشود. اگر یک HDD آسیب دیده است با افزایش برق باشد، همچنان میتوانید آن را با وسایل الکترونیکی درایو جدید بازسازی کنید، اما از آنجایی که یک SSD کاملاً الکتریکی است، تمام حافظه میتواند سرخ شود..
این که SSDها دارای کنترلرهای پیچیده ای هستند که کارهای زیادی را با سیستم عامل های داده فیزیکی انجام می دهند که از آنها اطلاعی ندارند کمکی نمی کند. به عنوان مثال، دستور TRIM که توسط SSD های SATA استفاده می شود، سلول های حافظه ای را که برای حذف علامت گذاری شده اند، پیشگیرانه حذف می کند تا روند نوشتن داده های جدید تسریع شود. بنابراین ترفند حذف حذف روی آنها کار نخواهد کرد!
آینده حالت جامد است
در حالی که SSD ها بی نقص نیستند، اما نشان دهنده چنان جهشی در عملکرد درایو ذخیره سازی هستند که تسلط نهایی آنها بر بازار ذخیره سازی اجتناب ناپذیر به نظر می رسد. با گذشت زمان، ما انتظار داریم که حتی SLC های SLC نیز قیمت خود را کاهش دهند، در حالی که انواع SSD با دوام کمتر حتی در مورد محدود کردن سایش هوشمندتر می شوند.
فناوری هارد دیسک نیز در روزهای اولیه مشکلات خود را داشت، اما ما احساس میکنیم که هر مشکلی که SSD هنوز داشته باشد در زمان بیسابقه حل خواهد شد.
.