Mēs novēršam dažas problēmas ar veciem SSD. Problēmas ar SSD un to risinājumi Ssd diska kļūme

Mūsdienās, pērkot datoru, daudziem rodas jautājums: dators, ar kuru disku labāk pirkt, HDD vai SSD. Lai atbildētu uz šo jautājumu, vispirms ir jāsaprot, kāda ir galvenā atšķirība starp SSD un HDD. HDD cietie diski parādījās septiņdesmitajos gados un joprojām tiek izmantoti miljoniem datoru. Pamata HDD cietā diska darbības princips ir rakstot un lasot informāciju uz īpašām magnētiskām plāksnēm. Lasīšana tiek ierakstīta, izmantojot galvas kustības sviru, savukārt paši magnētiskie diski griežas ļoti lielā ātrumā. HDD cietā diska mehāniskās sastāvdaļas un rakstīšanas un lasīšanas ātruma dēļ tas ir zemāks par SSD cietvielu diskdziņiem.

Kā darbojas SSD diskdzinis? uzcelta uz informācijas ierakstīšana un nolasīšana no īpašām ātrgaitas atmiņas mikroshēmām, kas iekļautas tā sastāvā. Pats informācijas rakstīšanas un lasīšanas ātrums no SSD ir vairākas reizes lielāks nekā HDD. Turklāt, pateicoties mikroshēmas dizainam, SSD ir mazāk uzņēmīgs pret bojājumiem no triecieniem un kritieniem, un tam ir arī miniatūras formas faktori, kas ļauj to instalēt planšetdatoros un ultrabooks. Galvenie trūkumi cietvielu diskdziņi ir cena un dzīves cikls. Taču progress nestāv uz vietas, tāpēc jau tagad redzams, kā SSD cena pamazām krītas, un to pārrakstīšanas cikls palielinās. Šajā rakstā mēs aplūkosim visus aspektus darbā ar cietvielu disku un aprakstīsim to īpašības, tādēļ, ja nolemjat pārslēgties no HDD uz SSD, šis raksts jums būs ļoti noderīgs. Turklāt mēs aplūkosim problēmas, kad BIOS neredz SSD un daudzas citas.

Kādi SSD disku veidi pastāv un kurš ir labāks?

Izvēloties cietvielu disku vispirms jums vajadzētu pievērsiet uzmanību tā formas faktoram un dažādiem saskarņu veidiem, caur kuru tie savienojas ar datoru. Visizplatītākais formas faktors, tāpat kā HDD cietajiem diskiem, ir 2,5 collu korpusa formas faktors. Šo cietvielu disku var atrast daudzos klēpjdatoros un personālajos datoros. Tālāk ir sniegts saraksts, kurā uzskaitīti visi SSD formāta faktoru veidi, kas šodien ir pieejami:

• Formas koeficienta tips 2,5 collas;
• mSATA formas faktora tips;
• Formas faktora veids M.2.

Zemāk ir redzams 2,5 collu cietvielu disku attēls, kas ir visizplatītākais un pazīstamākais daudziem lietotājiem.

Iepriekš minētie diskdziņi ir diezgan populāri modeļi, un tos apzīmē šādi: GOODRAM CX200 240 GB, Kingston HyperX FURY SHFS37A/120G un Samsung 850 EVO MZ-75E250B. Šādi diskdziņi ir savienoti, izmantojot standarta SATA interfeisu, kas tiek izmantots lielākajā daļā datoru.

Otra veida mSATA ierīces, kas parādītas zemāk, galvenokārt tiek izmantotas portatīvajos datoros kopš 2009. gada.

Galddatoru mātesplatēs mSATA ir ārkārtīgi reti, taču tas nav nekas neparasts ultrabook datoros un planšetdatoros.

Trešais formas faktors M.2 ir jaunums, kam vajadzētu aizstāt mSATA ierīces. Zemāk ir attēls, kurā redzams Samsung M.2 disks.

Mēs esam sakārtojuši cietvielu disku formātus, tagad mēģināsim izdomāt tajos izmantotās atmiņas veidu. Tagad pārdošanā varat atrast ierīces ar SLC, MLC un TLC NAND atmiņu. Tālāk esošajā tabulā parādīti atmiņas raksturlielumi attiecībā pret NAND mikroshēmām.

NAND mikroshēmas specifikācijas	SLC	MLC	TLC
Bitu skaits šūnā	1	2	3
Pārrakstīšanas ciklu skaits	90000 - 100000	10000	3000 - 5000
Mikroshēmas lasīšanas laiks	25 mums	50 mums	~75 mums
Programmēšanas laiks	200-300 mums	600-900 mums	~ 900 - 1350 asv
Dzēst laiku	1,5–2 ms	3 ms	4,5 ms

No tabulas raksturlielumiem var redzēt, ka diskiem, kas būvēti uz SLC mikroshēmām, ir 90 000 - 100 000 pārrakstīšanas ciklu. No tā izriet, ka šādi diski kalpos ilgāk. Taču SLC diskdziņa iegāde mūsdienās ir ļoti dārgs prieks, tāpēc lielākā daļa lietotāju dod priekšroku MLC un TLC diskdziņiem. Lai lasītājiem sniegtu priekšstatu par SSD kalpošanas laiku, esam sagatavojuši tabulu, kurā tas aprakstīts.

SSD diskdziņa resurss TLC atmiņā
Pārrakstīšanas ciklu skaits	3000	5000
Atmiņa	120 GB	120 GB
Vidējais ierakstīšanas apjoms dienā	12 GB	12 GB
	10x	10x
	Viens cikls = 10 * 12	Viens cikls = 10 * 12
SSD resursu formula	SSD resurss = 3000/120	SSD resurss = 5000/120
SSD diska kalpošanas laika novērtējums	8 gadi	13,5 gadi

No tabulas var pamanīt, ka par pamatu ņēmām lētāko disku ar TLC atmiņas mikroshēmām. Formula parāda, ka mūsu SSD katru dienu iziet vienu pārrakstīšanas ciklu, un tas nav tik maz. Piemēram, datora lietotājs var pārrakstīt daudz mazāk informācijas, 120 GB dienā. Bet pat šādos nepielūdzamos apstākļos šis disks spēj darboties 8 vai 13,5 gadus.

Zemāk ir tabula diskdziņam ar SLC, MLC atmiņas mikroshēmām.

Aprēķins	SSD diska resurss SLC atmiņā		SSD diska resurss MLC atmiņā
Pārrakstīšanas ciklu skaits	90000	100000	9000	10000
Atmiņa	120 GB	120 GB	120 GB	120 GB
Vidējais ierakstīšanas apjoms dienā	12 GB	12 GB	12 GB	12 GB
Ierakstītās informācijas apjoma palielināšana	10x	10x	10x	10x
Formula ciklu pārrakstīšanai dienā	Viens cikls = 10 * 12	Viens cikls = 10 * 12	Viens cikls = 10 * 12	Viens cikls = 10 * 12
SSD resursu formula	SSD resurss = 90000/120	SSD resurss = 100000/120	SSD resurss = 9000/120	SSD resurss = 10000/120
SSD diska kalpošanas laika novērtējums	750 gadi	833 gadi	75 gadus vecs	83 gadus vecs

Protams, lietotājs var izmantot vairāk pārrakstīšanas ciklu dienā, taču tad tabulas rādītāji būs atšķirīgi. Piemēram, ja 10 reizes dienā pārrakstat SSD uz MLC atmiņas mikroshēmām, tad šī diska dzīves cikls būs 7,5 gadi. Spriediet paši, 10 reizes pārrakstot uz šī diska, dienā jāpārraksta 1200 GB informācijas, kas ir diezgan ievērojams daudzums.

Pamatojoties uz iepriekš aprakstīto informāciju, parastam datora lietotājam pilnīgi pietiek ar SSD ar TLC atmiņas mikroshēmām.

Mēs risinām problēmas, jauninot vecos SSD

Visiem jaunajiem diskdziņiem ir iebūvēts SSD īpaša apakšprogramma, kas noņem atkritumus, kad tie kļūst pilni. Šis atkritumu noņemšanas mehānisms ir nepieciešams, lai uzturētu SDD veiktspēju. Cietvielu diskdziņi ir bijuši tirgū diezgan ilgu laiku. Vecākajās SSD versijās dažiem modeļiem nav mehānisma, kas aizsargātu pret atkritumu tīrīšanu rakstīšanas ātrums uz šādiem diskiem manāmi samazinās. Šo problēmu var atrisināt, pilnībā izdzēšot informāciju no diska un pēc tam atkārtoti instalējot sistēmu Windows. Lai nepārinstalētu Windows vai nesadalītu jaunas diska nodalījumus, tālāk mēs aprakstīsim metodi, kas saglabā iepriekšējo sistēmas stāvokli.

Pirmkārt, jums ir nepieciešams lejupielādēt attēlu no http://clonezilla.org Klonezilla, kas mums palīdzēs saglabāt visus nodalījumus. Varat arī izmantot citus sistēmas klonēšanas un atkopšanas līdzekļus. Sistēmas attēla izveides process, izmantojot Klonezilla Tas ir vienkārši, un ar to var rīkoties gan pieredzējis lietotājs, gan iesācējs. Pēc pilnīgas dublējuma izveides varat sākt tīrīt disku. Šim nolūkam mums ir nepieciešams attēls Linux Parted Magic un lietderība UNetbootin. Šo programmatūru varat lejupielādēt no šādām vietnēm: https://partedmagic.com Un http://unetbootin.github.io. Lietojumprogrammas izmantošana UNetbootin Varat ierakstīt mūsu attēlu USB zibatmiņas diskā, izveidojot no tā sāknēšanas disku. Pēc sāknējamā USB zibatmiņas diska izveides varat sāknēt no tā.

Tagad uz darbvirsmas mēs atradīsim programmu " Dzēst disku"un palaidīsim to.

Atvērtajā programmas logā atrodiet vienumu " Iekšējā drošā dzēšana"un noklikšķiniet uz tā. Pēc tam vajadzētu atvērt logu, kurā jums būs jāizvēlas SSD. Pēc vajadzīgā diska izvēles sāksies pārrakstīšanas process. Pēc tīrīšanas atjaunojiet sistēmu, izmantojot Klonezilla. Atjaunotajam Windows vajadzētu darboties tā, it kā jums būtu jauns SSD.

Ar palīdzību Linux Parted Magic lietotājs var sadalīt un izveidot jaunus nodalījumus SSD. Varat sadalīt un izveidot nodalījumu cietvielu diskā tāpat kā cietā diska cietajā diskā.

Mēs risinām problēmas ar veiktspēju, BIOS un SSD programmaparatūru

Visbiežāk sastopamā problēma darbības traucējumi, vai kad dators neredz SDD, ir vecā mātesplates BIOS mikrokoda versija. Jūs varat atjaunināt BIOS jebkurā izlaistajā mātesplatē. Visbiežāk problēmas ar SSD rodas ar vecākām mātesplates versijām ar jaunu UEFI BIOS. Vairumā gadījumu BIOS atjaunināšana tiek veikta, izmantojot lejupielādēto mikrokoda failu un USB zibatmiņas disku. BIOS fails tiek ievietots zibatmiņas diskā un tiek izmantots atjaunināšanai. Katra mātesplates ražotāja vietnē ir detalizēti norādījumi par BIOS atjaunināšanu.

Esiet piesardzīgs, atjauninot BIOS, jo nepareizs atjauninājums var sabojāt mātesplati.

Varat uzzināt, kura BIOS versija ir instalēta Windows datorā, izmantojot utilītu CPU-Z.

Daudzi datoru lietotāji iegādājas SSD, lai ievērojami paātrinātu Windows. Bet ar šādu jaunināšanu jāņem vērā, ka lielākā daļa vecāku datoru atbalsta tikai SATA-2 savienotāju. Savienojot cietvielu disku ar SATA-2, lietotājs saņems datu pārraides ātruma ierobežojumu 300 MB/s. No tā izriet, ka pirms iegādes ir jānoskaidro, vai jūsu mātesplate atbalsta SATA-3 savienotāju, kas nodrošina 600 MB/s caurlaidspēju.

Lai padarītu SSD stabilāku, varat atbrīvoties no lielākās daļas kļūdu, izmantojot programmaparatūru. SSD programmaparatūra ir mikrokods, kas līdzīgs BIOS, pateicoties kuram disks darbojas. Programmaparatūra, kā arī BIOS ir atrodama SSD ražotāja oficiālajā vietnē. Norādījumus par atjaunināšanu var atrast arī ražotāja vietnē. Šāda programmaparatūra var atrisināt problēmu dažās mātesplatēs, ja SSD tās neredz.

Dators neredz SSD kabeļa vai draiveru dēļ

Papildus iepriekš aprakstītajām problēmām ļoti bieži mātesplatē neredz SSD, jo ir problēmas kabelis vai savienotājs. Šajā gadījumā tas palīdzēs kabeļa nomaiņa SATA darba kārtībā. Arī daudzos gadījumos mātesplate neredz bojāta SATA porta dēļ, tāpēc jūs varat atrisināt šo problēmu savienojuma izveide ar citu portu.

Ja pievienojat SSD datoram, kurā darbojas HDD, var rasties situācija, kad tas to neredz. Sistēma neredz instalēto SSD veco draiveru dēļ. Šo problēmu var atrisināt ar atjauninājumus tādi vadītājiem, piemēram, Intel Rapid Storage Technology draiveri un AMD AHCI draiveri.

SATA AHCI

AHCI ir nepieciešams režīms, lai kontrolleris pareizi darbotos ar jūsu SSD. Šis režīms ļauj SATA kontrollerim iespējot jaunas funkcijas, tostarp palielināt SSD ātrumu. Atšķirībā no vecā IDE režīma, AHCI režīmam ir šādas priekšrocības:

• AHCI režīma atbalsts pievienoto disku karstai maiņai operētājsistēmā Windows;
• AHCI uzlabo produktivitāti, izmantojot NCQ tehnoloģiju;
• AHCI režīms ļauj izmantot pārsūtīšanas ātrumu 600 MB/s (attiecas uz SSD diskdziņiem).
• AHCI režīms ietver atbalstu papildu komandām, piemēram, TRIM.

Instalējot Windows uz modernas mātesplates, iestatījumos nav jāiespējo AHCI režīms, jo tas ir pēc noklusējuma, bet, ja iepriekš izmantojāt vecāku Windows, piemēram, Windows XP, tad jums vajadzētu pārslēgt darbības režīmu no IDE. uz AHCI. Zemāk esošajā attēlā parādīti BIOS iestatījumi MSI mātesplatei ar iespējotu AHCI režīmu.

Ir arī vērts atzīmēt, ka, ja instalējāt Windows 7 pēc XP, tad pēc pārslēgšanās uz AHCI režīmu BIOS programmaparatūra redz instalēto septiņu IDE režīmā, un pēc tam jūs saņemsit zilu ekrānu. Šajā gadījumā palīdzēs Windows 7 pārinstalēšana AHCI režīmā.

Kā pareizi sadalīt SSD disku

Daudziem datoru lietotājiem forumos bieži rodas šāds jautājums: kā pareizi sadalīt SSD disku. Atbilde uz šo jautājumu ir pavisam vienkārša - sadalot diskus starp SSD un HDD, nav būtiskas atšķirības. Tāpēc, ja jums ir pieredze cieto disku sadalīšanā, varat arī sadalīt SDD. Vienīgais, kas jāņem vērā, ir SSD un HDD ietilpība, kas pēdējam ir daudz lielāka. Piemēram, sistēmas diska apjomam jāatbilst tajā instalētās programmatūras lielumam un brīvajai vietai tās pareizai darbībai.

Apkoposim to

Pēc šī materiāla izlasīšanas katrs mūsu lasītājs varēs pārliecināties, kāda ir mūsdienu cietvielu SSD priekšrocība salīdzinājumā ar cietajiem HDD. Arī šajā materiālā mūsu lasītāji atradīs veidus, kā atrisināt ar SSD saistītas problēmas. Ir arī vērts atzīmēt, ka cietvielu diskdziņi operētājsistēmā ir jākonfigurē pareizi. Šiem nolūkiem mums ir raksts “Kā iestatīt SSD operētājsistēmām Windows 7, 8 un 10”, kas palīdzēs pareizi konfigurēt SSD.

Video par tēmu

SSD tirgus pakāpeniski kļūst daudzveidīgāks. SSD disku ietilpība aug, un tajā pašā laikā krītas cena par gigabaitu atmiņas. Tomēr joprojām ir pāragri teikt, ka SSD diskdziņi ir kļuvuši populāri. Galvenais iemesls tam ir to zemā (salīdzinājumā ar tradicionālajiem HDD diskdziņiem) ietilpība un ļoti augstā (atkal, salīdzinot ar tradicionālajiem HDD diskdziņiem) maksa par vienu gigabaitu atmiņas. Tāpēc SSD diskdziņa klātbūtne mājas galddatorā drīzāk ir noteikuma izņēmums. Turklāt pat netbooks un klēpjdatoros SSD diskdziņi joprojām ir ārkārtīgi reti. Tajā pašā laikā jau tagad ir skaidrs, ka datu uzglabāšanas sistēmu nākotne ir saistīta ar SSD diskdziņiem, kas nākotnē izspiedīs no tirgus HDD diskus. Kad tas notiks? Jā, patiesībā, tiklīdz tie pēc jaudas un izmaksām kļūst salīdzināmi ar HDD diskdziņiem. Tad pēdējais vienkārši pazudīs kā klase, jo SSD diskdziņiem ir vairākas nenoliedzamas priekšrocības salīdzinājumā ar HDD diskdziņiem.
Šajā rakstā mēs apskatīsim dažas mūsdienu SSD disku darbības iezīmes, kas dažkārt rada daudz jautājumu un neskaidrības, mēs runāsim par to arhitektūras iezīmēm, kā arī iespējamām iespējām izmantot šos diskus klēpjdatoros, personālajos datoros. un serveri.

Pārslēgšanās uz SSD diskdziņiem nozīme

Mūsdienu centrālo procesoru bloki, kas nosaka datora skaitļošanas iespējas, ievērojami pārsniedz tradicionālo cieto disku (HDD) veiktspēju. Rezultātā tieši datu uzglabāšanas apakšsistēmas daudzos gadījumos kļūst par vājo vietu, kas kavē datora veiktspējas izaugsmi kopumā. Dārgu risinājumu izmantošana, kuru pamatā ir RAID masīvi, tikai daļēji atrisina procesoru un uz HDD balstītu uzglabāšanas apakšsistēmu veiktspējas nelīdzsvarotības problēmu. Un nākotnē nelīdzsvarotība starp procesoru un HDD veiktspēju tikai pieaugs, un mēs neizbēgami nonāksim pie tā, ka datora veiktspēju daudzās lietojumprogrammās vairs nenoteiks procesora veiktspēja, bet gan tas balstīsies uz vājāko posmu - datu uzglabāšanas apakšsistēma. Tādējādi kopš 1996. gada procesoru vidējā veiktspēja ir pieaugusi 175 reizes, savukārt HDD disku veiktspēja (tas nozīmē selektīvu 20 KB bloku nolasīšanu) pieaugusi tikai 1,3 reizes.

Šodien vienīgais veids, kā atrisināt šo problēmu, ir pārslēgties no HDD uz SSD (Solid State Drive), pamatojoties uz zibatmiņu. Šādi diskdziņi spēj nodrošināt veiktspējas līmeni, kas pilnībā atbilst mūsdienu daudzkodolu procesoru veiktspējai.

Tomēr augsta veiktspēja nav vienīgā SSD disku priekšrocība. Tie ir arī pilnīgi klusi, jo nesatur kustīgas daļas, un, kas ir īpaši svarīgi klēpjdatoriem, patērē daudz mazāk enerģijas nekā HDD diskdziņi. Tādējādi parastā 2,5 collu HDD enerģijas patēriņš aktīvajā režīmā ir aptuveni 2,5-3 W un aptuveni 0,85-1 W dīkstāves režīmā (Idle). Ja HDD nav aktīvs, pēc kāda laika (atkarībā no iestatījumiem) tas pāriet mazjaudas režīmā (gaidstāve vai miega režīms), un, izejot no šī režīma, tas pagriežas apmēram 1-2 sekundes. Tipisks SSD (nevis servera) enerģijas patēriņš darbības režīmā ir aptuveni 0,15 W, bet dīkstāves režīmā - 0,06 W. Turklāt, ja tas ir pareizi konfigurēts, pāreja no aktivitātes režīma uz mazjaudas režīmu notiek automātiski, ja disks ir neaktīvs 25 ms. Un šie diskdziņi ieslēdzas gandrīz uzreiz, jo tiem vienkārši nav ko griezt. Ņemiet vērā: lai SSD disks automātiski pārietu mazjaudas režīmā, reģistrā ir jāaktivizē Device Initiated Power Management (DIPM) funkcija, jo Host Initiated Power Management (HIPM) funkcija ir iestatīta pēc noklusējuma, kad pāreju uz mazjaudas režīmu nekontrolē pats disks.un operētājsistēma.

SSD diskdziņi nav zemāki par tradicionālajiem HDD diskdziņiem tādā īpašībā kā vidējais laiks starp kļūmēm (MTFB). Tātad, ja HDD vidējais laiks starp kļūmēm ir aptuveni 300 tūkstoši stundu, tad SSD diskdziņiem tas ir vairāk nekā miljons stundu.

Šķiet, ja SSD disku priekšrocības ir tik acīmredzamas, kāpēc tās vēl nav kļuvušas plaši izplatītas? Diemžēl SSD diskdziņiem ir arī nopietni trūkumi. Pirmkārt, mūsdienu SSD diskdziņi jaudas ziņā nav salīdzināmi ar HDD diskdziņiem. Tātad, ja HDD disku (3,5 collu lieluma) ietilpība sasniedz 3 TB, tad SSD disku (2,5 collu izmēra) maksimālā ietilpība ir tikai 512 GB. Tiesa, ja salīdzinām 2,5 collu SSD un HDD diskus, to ietilpība ir visai salīdzināma.

Otrs SSD disku trūkums ir to izmaksas, kas ir vairākas reizes augstākas nekā HDD.

Tomēr, runājot par SSD disku ietilpību, ne viss ir tik slikti, kā varētu šķist. SSD ietilpība pieaug daudz straujāk nekā HDD ietilpība, un nav tālu diena, kad SSD pārspēs HDD ietilpību. Kā pierādījumu šeit ir daži interesanti statistikas dati. 2006. gadā Intel, viens no vadošajiem spēlētājiem SSD tirgū, ražoja NAND zibatmiņas mikroshēmas SSD diskdziņiem, izmantojot 90 nm procesa tehnoloģiju, ar jaudu 1 vai 2 Gbit. 2009. gadā Intel ražoja zibatmiņas mikroshēmas, izmantojot 34 nm procesa tehnoloģiju, un mikroshēmu jauda sāka būt 32 Gbit. 2010. gadā uzņēmums apguva 25 nm procesu zibatmiņas mikroshēmu ar 64 Gbit ietilpību ražošanai. Kā redzat, SSD disku zibatmiņas mikroshēmu jaudas pieauguma temps ir iespaidīgs: patiesībā tas katru gadu dubultojas. Tātad drīzumā SSD diskdziņi apjomā pārspēs HDD.

Jāpiebilst arī, ka, lai gan līdz plašā SSD disku izplatība vēl ir tālu, nav pareizi teikt, ka SSD diskdziņi vispār netiek iegādāti. Statistika ir šāda: 2008. gadā pasaulē tika pārdoti tikai 700 tūkstoši SSD disku, 2009. gadā pārdošanas apjoms jau bija 2 miljoni vienību, un šogad, pēc prognozēm, tas sasniegs 5,9 miljonus vienību. Paredzams, ka līdz 2013. gadam SSD disku tirgus sasniegs 61,8 miljonus vienību.

Tātad prognozes par SSD disku pārdošanas apjomiem ir ļoti optimistiskas, taču tās neatbild uz galveno jautājumu: ko darīt lietotājiem šodien, kad SSD disku jauda vēl nav pietiekami liela un to izmaksas joprojām ir ļoti augstas? Ja mēs runājam par mājas lietotājiem, tad, protams, nav jēgas izmest HDD, lai instalētu SSD. Tomēr joprojām ir iespējams palielināt datora veiktspēju, izmantojot SSD diskus. Optimālais risinājums ir tad, ja galddators izmanto viena SSD diska un viena vai vairāku HDD disku kombināciju. Operētājsistēmu un visas programmas var instalēt SSD diskā (tam pietiks ar 80 GB disku), bet datu glabāšanai izmantot HDD disku.

Zibatmiņas šūnu dizains

Kā jau teicām, SSD disku galvenā priekšrocība ir to augstāka veiktspēja salīdzinājumā ar HDD diskdziņiem, taču netika nodrošināti specifiski raksturlielumi, piemēram, secīgi un selektīvi lasīšanas un rakstīšanas ātrumi. Tomēr, pirms pāriet pie SSD disku ātruma raksturlielumu, kā arī SSD disku veidu apsvēršanas, jums ir jāiepazīstas ar to arhitektūras iezīmēm un informācijas lasīšanas un rakstīšanas procesu šajos diskos. Sāksim ar īsu zibatmiņas šūnas struktūras aprakstu.

Vienkāršākajā līmenī zibatmiņas šūna ir n-kanāla MOSFET tranzistors ar tā sauktajiem peldošajiem vārtiem. Atcerēsimies, ka parasti n-kanāla MOSFET tranzistors (struktūra n-lpp-n) var būt divos stāvokļos: atvērts un bloķēts (slēgts). Kontrolējot spriegumu starp noteci un vārtiem, ir iespējams izveidot elektronu vadīšanas kanālu ( n-kanāls) starp avotu un noteci (1. att.). Spriegumu, pie kura parādās vadīšanas kanāls, sauc par slieksni. Vadības kanāla klātbūtne atbilst tranzistora atvērtajam stāvoklim, un neesamība (kad tranzistors nespēj vadīt strāvu no avota uz kanalizāciju) atbilst slēgtam stāvoklim.

Rīsi. 1. MOSFET tranzistora struktūra (atvērtā un slēgtā stāvoklī)

Atvērtā stāvoklī spriegums starp noteci un avotu ir tuvu nullei, un slēgtā stāvoklī tas var sasniegt augstu vērtību. Protams, pats tranzistors nav spējīgs uzglabāt informāciju. Faktiski peldošais aizvars ir īpaši paredzēts informācijas glabāšanai (2. att.). Tas ir izgatavots no polikristāliskā silīcija, un to pilnībā ieskauj dielektriķa slānis, kas nodrošina pilnīgu elektriskā kontakta neesamību ar tranzistora elementiem. Peldošie vārti atrodas starp vadības vārtiem un pamatni lpp-n-pārejas. Šādi vārti spēj uzturēt uz tiem novietoto lādiņu (negatīvu) neierobežotu laiku (līdz 10 gadiem). Pārmērīga negatīvā lādiņa (elektronu) esamība vai neesamība uz peldošajiem vārtiem var tikt interpretēta kā loģisks viens un nulle.

Rīsi. 2. Peldošo vārtu tranzistoru projektēšana un atmiņas šūnas satura nolasīšana

Vispirms apsveriet situāciju, kad uz peldošajiem vārtiem nav elektronu. Šajā gadījumā tranzistors darbojas līdzīgi kā jau apspriestais tradicionālais tranzistors. Kad vadības vārtiem tiek pielikts pozitīvs spriegums (atmiņas šūnas inicializācija), kas vienāds ar sliekšņa vērtību, vārtu zonā tiek izveidots vadīšanas kanāls - un tranzistors nonāk atvērtā stāvoklī. Ja uz peldošajiem vārtiem tiek uzlikts lieks negatīvs lādiņš (elektroni), tad pat tad, kad vadības vārtiem tiek pielikts sliekšņa spriegums, tas kompensē vadības vārtu radīto elektrisko lauku un novērš vadīšanas kanāla veidošanos, t. , tranzistors būs slēgtā stāvoklī.

Tādējādi lādiņa esamība vai neesamība uz peldošajiem vārtiem unikāli nosaka tranzistora stāvokli (atvērts vai aizvērts), kad vadības vārtiem tiek pielikts tāds pats sliekšņa spriegums. Ja sprieguma padeve vadības vārtiem tiek interpretēta kā atmiņas šūnas inicializācija, spriegumu starp avotu un aizplūšanu var izmantot, lai spriestu par peldošo vārtu lādiņa esamību vai neesamību.

Tas ir, ja pie vārtiem nav vadības sprieguma, neatkarīgi no lādiņa esamības vai neesamības uz peldošajiem vārtiem, tranzistors vienmēr būs aizvērts, un, kad vārtiem tiek piemērots sliekšņa spriegums, tranzistora stāvoklis. tiks noteikts pēc lādiņa klātbūtnes uz peldošajiem vārtiem: ja ir lādiņš, tad tranzistors tiks aizvērts un izejas spriegums būs augsts; ja nav uzlādes, tranzistors būs atvērts un izejas spriegums būs zems.

Tranzistora slēgtais stāvoklis (vadīšanas kanāla neesamība) parasti tiek interpretēts kā loģiska nulle, bet atvērtais stāvoklis (vadīšanas kanāla klātbūtne) - kā loģisks. Tādējādi, inicializējot atmiņas šūnu (pieliekot vārtiem sliekšņa spriegumu), lādiņa esamība uz peldošajiem vārtiem tiek interpretēta kā loģiska nulle, bet tā neesamība - kā loģisks (sk. tabulu).

Rezultāts ir sava veida elementāra atmiņas šūna, kas spēj saglabāt vienu informācijas bitu. Šajā gadījumā ir svarīgi, lai peldošo vārtu (ja tāds ir) lādiņš tiktu uzturēts bezgalīgi, gan atmiņas šūnas inicializācijas laikā, gan arī tad, ja vadības vārtiem nav sprieguma. Šajā gadījumā atmiņas šūna būs nepastāvīga. Atliek tikai izdomāt, kā novietot lādiņu uz peldošajiem vārtiem (uzrakstīt atmiņas šūnas saturu) un noņemt to no turienes (izdzēst atmiņas šūnas saturu).

Uzlādes novietošana uz peldošajiem vārtiem tiek realizēta vai nu ar karsto elektronu (CHE-Channel Hot Electrons) injekciju, vai ar Faulera-Nordheimas tunelēšanas metodi (3. att.). Nu, lādiņu noņemšana tiek veikta tikai ar Faulera tunelēšanas metodi.

Rīsi. 3. Informācijas bita ierakstīšanas un dzēšanas process peldošā vārtu tranzistorā

Izmantojot karsto elektronu injekcijas metodi, drenāžas un vadības vārtiem tiek pielikts augsts spriegums (vadības vārtiem tiek pielikts spriegums virs sliekšņa), lai kanālā esošajiem elektroniem būtu pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu potenciāla barjeru, ko rada tieva dielektrisko slāni un tuneli peldošo vārtu apgabalā (nolasot, vadības vārtiem tiek pielikts mazāks spriegums, un tunelēšanas efekts netiek novērots).

Lai noņemtu lādiņu no peldošajiem vārtiem (atmiņas šūnas dzēšanas process), vadības vārtiem tiek pielikts augsts negatīvs spriegums, un avota apgabalam tiek pielikts pozitīvs spriegums. Tas izraisa elektronu tuneli no peldošo vārtu apgabala uz avota reģionu (Fowler-Nordheim (FN) kvantu tunelēšana).

Peldošo vārtu tranzistors, kuru mēs uzskatījām, var darboties kā pamata zibatmiņas šūna. Tomēr viena tranzistora šūnām ir vairāki būtiski trūkumi, no kuriem galvenais ir slikta mērogojamība. Fakts ir tāds, ka, organizējot atmiņas masīvu, katra atmiņas šūna (tranzistors) ir savienota ar divām perpendikulārām kopnēm: vadības vārti ir savienoti ar kopni, ko sauc par vārdu līniju, un notekas ir savienotas ar kopni, ko sauc par bitu līniju (in nākotnē šī organizācija tiks aplūkota, izmantojot NOR arhitektūras piemēru). Tā kā ķēdē ir augsts spriegums, rakstot ar karsto elektronu injekcijas metodi, visām līnijām - vārdiem, bitiem un avotiem - jāatrodas pietiekami lielā attālumā vienai no otras, lai nodrošinātu nepieciešamo izolācijas līmeni, kas, protams, ietekmē zibatmiņas ietilpības ierobežojumu.

Vēl viens viena tranzistora atmiņas elementa trūkums ir pārmērīga lādiņa noņemšana no peldošajiem vārtiem, ko nevar kompensēt rakstīšanas process. Rezultātā uz peldošajiem vārtiem veidojas pozitīvs lādiņš un tranzistors vienmēr paliek atvērtā stāvoklī.

Plaši izplatītas ir arī cita veida atmiņas šūnas, piemēram, SST šūna (4. att.), ko izstrādājusi Silicon Storage Technology, Inc. SST šūnu tranzistorā ir mainītas peldošo un vadības vārtu formas. Vadības vārti savā malā ir izlīdzināti ar notekas malu, un to izliektā forma ļauj novietot peldošos vārtus daļēji zem tiem un vienlaikus virs avota zonas. Šāds peldošo vārtu izvietojums ļauj vienkāršot, no vienas puses, lādiņa uzlikšanas procesu, iesmidzinot karstus elektronus, un, no otras puses, lādiņa noņemšanas procesu, ko izraisa Faulera-Nordheimas tunelēšana. efekts.

Rīsi. 4. SST atmiņas šūnas struktūra

Kad lādiņš tiek noņemts, elektronu tunelēšana notiek nevis avota reģionā, kā aplūkotajā viena tranzistora šūnā, bet gan vadības vārtu reģionā. Lai to izdarītu, vadības vārtiem tiek pielikts augsts pozitīvais spriegums. Vadības vārtu radītā elektriskā lauka ietekmē no peldošajiem vārtiem tiek tunelēti elektroni, ko veicina to izliektā forma pret malām.

Uzliekot lādiņu peldošajiem vārtiem, noteka tiek iezemēta un avota un vadības vārtiem tiek pielikts pozitīvs spriegums. Šajā gadījumā vadības vārti veido vadīšanas kanālu, un spriegums starp noteci un avotu “paātrina” elektronus, dodot tiem pietiekamu enerģiju, lai pārvarētu potenciālo barjeru, tas ir, lai tuneļotu uz peldošajiem vārtiem.

Atšķirībā no viena tranzistora atmiņas šūnas, SST šūnai ir nedaudz atšķirīga atmiņas masīva organizācijas shēma.

Daudzlīmeņu un viena līmeņa zibatmiņas šūnas

Visi līdz šim apspriestie atmiņas šūnu veidi spēj saglabāt tikai vienu informācijas bitu katrā šūnā. Šādas atmiņas šūnas sauc par viena līmeņa šūnām (SLC). Tomēr ir arī šādas šūnas, no kurām katra glabā vairākus bitus - tās ir daudzlīmeņu šūnas jeb MLC (Multi Level Cell).

Kā jau minēts, aprakstot viena tranzistora atmiņas elementu, loģiskā viena vai nulles klātbūtni nosaka sprieguma vērtība bitu līnijā un ir atkarīga no lādiņa esamības vai neesamības uz peldošo vārtu. Ja vadības vārtiem tiek pielietota sliekšņa sprieguma vērtība, tad, ja uz peldošajiem vārtiem nav uzlādes, tranzistors ir atvērts, kas atbilst loģiskajam. Ja uz peldošajiem vārtiem ir negatīvs lādiņš, kas ar savu lauku pasargā vadības vārtu radīto lauku, tad tranzistors atrodas slēgtā stāvoklī, kas atbilst loģiskajai nullei. Ir skaidrs, ka pat tad, ja uz peldošajiem vārtiem ir negatīvs lādiņš, tranzistoru var pārslēgt atvērtā stāvoklī, taču šim nolūkam vadības vārtiem būs jāpieliek spriegums, kas pārsniedz sliekšņa vērtību. Tāpēc lādiņa neesamību vai esamību uz peldošajiem vārtiem var spriest pēc sliekšņa sprieguma vērtības vadības vārtos. Tā kā sliekšņa spriegums ir atkarīgs no peldošo vārtu lādiņa lieluma, ir iespējams ne tikai noteikt divus ierobežojošos gadījumus - lādiņa neesamību vai esamību -, bet arī spriest par lādiņa lielumu pēc sliekšņa sprieguma vērtības. Tādējādi, ja uz peldošajiem vārtiem ir iespējams novietot dažādu lādiņu līmeņu skaitu, no kuriem katram ir sava sliekšņa sprieguma vērtība, tad vienā atmiņas šūnā var saglabāt vairākus informācijas bitus. Piemēram, lai vienā šūnā saglabātu 2 bitus, izmantojot šādu tranzistoru, ir jānošķir četri sliekšņa spriegumi, tas ir, lai uz peldošajiem vārtiem varētu novietot četrus dažādus uzlādes līmeņus. Tad katram no četriem sliekšņa spriegumiem var piešķirt divu bitu kombināciju: 00, 01, 10, 11.

Lai vienā šūnā varētu ierakstīt 4 bitus, ir jānošķir 16 sliekšņa spriegumi.

Intel aktīvi attīsta MLC šūnas, tāpēc atmiņas tehnoloģija, kuras pamatā ir MLC šūnas, tiek saukta par Intel StrataFlash.

Ņemiet vērā, ka SLC atmiņas šūnas nodrošina lielāku lasīšanas un rakstīšanas ātrumu. Turklāt tie ir izturīgāki, tomēr uz tiem balstītie SSD diskdziņi ir dārgāki, jo ar vienādu ietilpību SSD diskdziņiem, kuru pamatā ir MLC un SLC atmiņas šūnas, pašu atmiņas šūnu skaits MLC diskdzinī būs uz pusi mazāks ( četru līmeņu šūnu atmiņas gadījumā). Tāpēc SSD diskdziņi, kuru pamatā ir SLC atmiņas šūnas, galvenokārt tiek izmantoti serveros.

Zibatmiņas masīva arhitektūra

Vienkāršāko zibatmiņas šūnu, ko mēs esam apsvēruši, pamatojoties uz peldošo vārtu tranzistoru, kas spēj saglabāt vienu informācijas bitu, var izmantot, lai izveidotu nepastāvīgus atmiņas masīvus. Lai to izdarītu, jums tikai atbilstoši jāapvieno daudzas šūnas vienā masīvā, tas ir, jāizveido atmiņas arhitektūra.

Ir vairāki zibatmiņas arhitektūras veidi, tas ir, veidi, kā apvienot atmiņas šūnas vienā masīvā, bet NOR un NAND arhitektūras ir visizplatītākās. Ņemiet vērā, ka SSD diskdziņi izmanto NAND tipa atmiņas organizāciju, tomēr, lai labāk izprastu šīs arhitektūras iezīmes, vispirms ir loģiski apsvērt vienkāršāku NOR arhitektūru. Turklāt NOR arhitektūra bija pirmā arhitektūra, ko izmantoja zibatmiņā.

NOR arhitektūra (5. att.) ietver paralēlu veidu, kā apvienot atmiņas šūnas masīvā. Kā jau minēts, lai inicializētu atmiņas šūnu, tas ir, lai piekļūtu šūnas saturam, vadības vārtiem ir jāpiemēro sliekšņa sprieguma vērtība. Tāpēc visiem vadības vārtiem jābūt savienotiem ar vadības līniju, ko sauc par Word Line. Atmiņas šūnas saturs tiek analizēts, pamatojoties uz signāla līmeni tranzistora aizplūšanā. Tāpēc tranzistoru notekas ir savienotas ar līniju, ko sauc par bitu līniju.

Rīsi. 5. NOR arhitektūra

NOR arhitektūra ir parādā savu nosaukumu loģiskajai darbībai “OR-NOT” (angļu valodas saīsinājums ir NOR). Loģiskā NOR darbība vairākiem operandiem rada vērtību viens, ja visi operandi ir nulle, un nulles vērtību pretējā gadījumā. Šajā gadījumā mēs domājam tranzistoru savienošanas principu kopumā, nevis īpaši peldošos tranzistorus.

Kā piemēru apsveriet vairākus tranzistorus (bez peldošām vārtiem), kas savienoti ar vienu bitu līniju (6. att.). Šajā gadījumā, ja ir atvērts vismaz viens tranzistors, bitu līnijas izejas spriegums būs zems. Un tikai tad, ja visi tranzistori ir aizvērti, spriegums bitu līnijā būs augsts. Iegūstam patiesuma tabulu par ieejas spriegumiem tranzistoru vārtos un izejas spriegumu bitu līnijā, kas atbilst loģiskās funkcijas “NOR” (NOR) patiesuma tabulai. Tāpēc šo tranzistoru apvienošanas shēmu sauc par NOR.

Rīsi. 6. Tranzistoru pieslēgšana saskaņā ar NOR ķēdi

NOR arhitektūra nodrošina nejaušu, ātru piekļuvi jebkurai atmiņas šūnai, taču rakstīšanas (izmantojot karsto elektronu injekcijas metodi) un informācijas dzēšanas procesi notiek diezgan lēni. Turklāt zibatmiņas mikroshēmu ar NOR arhitektūru ražošanas tehnoloģisko īpatnību dēļ šūnu izmērs ir liels, tāpēc šāda atmiņa nav labi mērogojama.

Vēl viena izplatīta zibatmiņas arhitektūra ir NAND arhitektūra (7. attēls), kas ir loģiska NAND darbība. NAND operācija rada nulles vērtību tikai tad, ja visi operandi ir nulle, un vērtību viens visos pārējos gadījumos. NAND arhitektūra ietver tranzistoru virknes savienojumu, kurā katra tranzistora aizplūšana ir savienota ar blakus esošā tranzistora avotu, un vairāku sērijveidā savienotu tranzistoru sērijā tikai viens no tiem ir savienots ar bitu līniju. Turklāt, apsverot savienojuma arhitektūru, mēs nerunājam tieši par peldošo vārtu tranzistoriem.

Rīsi. 7. NAND arhitektūra

Apskatīsim šādu virknē savienotu tranzistoru grupu (bez peldošajiem vārtiem) (8. att.). Ja vadības spriegums pie visu tranzistoru vārtiem ir vienāds ar sliekšņa vērtību, tad visi tranzistori ir atvērtā stāvoklī un izejas spriegums (spriegums uz bitu līnijas) būs zems, kas atbilst loģiskajai nullei. Ja vismaz viena tranzistora ieejas spriegums ir zems (zem sliekšņa vērtības), tas ir, ja vismaz viens tranzistors ir izslēgtā stāvoklī, tad bitu līnijas spriegums būs augsts, kas atbilst loģiskajam. Iegūstam patiesuma tabulu par ieejas spriegumiem tranzistoru vārtos (spriegumi uz vārda līnijas) un izejas spriegumu uz bitu līnijas, kas atbilst loģiskās funkcijas “NAND” (NAND) patiesuma tabulai. Tāpēc šo tranzistoru apvienošanas shēmu sauc par NAND.

Rīsi. 8. Tranzistoru pievienošana, izmantojot NAND ķēdi

Peldošo vārtu NAND tranzistoru shēmā virknē savienotu tranzistoru grupa abos galos ir savienota ar parastajiem tranzistoriem (bez peldošām vārtiem), kas izolē tranzistoru grupu gan no zemes, gan no bitu līnijas un savieno visu tranzistoru grupu. tranzistori uz bitu līniju, kad tie ir inicializēti.

Salīdzinot ar NOR arhitektūru, šī arhitektūra, pateicoties ražošanas procesa īpatnībām (apvienojot blakus esošo tranzistoru notekas un avotus un daudz mazāku vadītāju skaitu), ļauj kompaktāk izvietot tranzistorus, un tāpēc ir ļoti mērogojams. Atšķirībā no NOR arhitektūras, kur informācija tiek rakstīta, izmantojot karsto elektronu injekcijas metodi, NAND arhitektūrā ierakstīšana tiek veikta, izmantojot FN tunelēšanas metodi, kas ļauj rakstīt ātrāk nekā NOR arhitektūrai.

Protams, rodas jautājums: kā NAND arhitektūrā var piekļūt vienai atmiņas šūnai (lasīt šūnas saturu)? Galu galā, ja vismaz viens no tranzistoriem šādā sērijveidā savienotā grupā ir slēgtā stāvoklī (ko var interpretēt kā lādiņa klātbūtni uz attiecīgā tranzistora peldošajiem vārtiem), tad spriegums uz bitu līnijas būs augsts neatkarīgi no atlikušo šūnu stāvokļa. Lai piekļūtu vienai šūnai, nepietiek vienkārši pielikt sliekšņa spriegumu tranzistora vārtiem, kas atbilst šai šūnai, un izmērīt spriegumu bitu līnijā. Ir arī nepieciešams, lai visi pārējie tranzistori būtu atvērtā stāvoklī. Lai to izdarītu, tranzistora vārtiem, kas atbilst atmiņas šūnai un kuras saturs ir jānolasa, tiek pielietota sliekšņa sprieguma vērtība, un spriegums, kas pārsniedz sliekšņa vērtību, tiek piemērots visu pārējo tranzistoru vārtiem un ir pietiekams, lai izveidotu tranzistoru. vadīšanas kanāls pat lādiņa klātbūtnē uz peldošajiem vārtiem, bet nepietiekams lādiņu kvantu tunelēšanas efektam. Šajā gadījumā visi šie tranzistori nonāk atvērtā stāvoklī, un bitu līnijas spriegumu nosaka lādiņa esamība vai neesamība uz tranzistora peldošajiem vārtiem, kas atbilst atmiņas šūnai, kurai tiek piekļūts.

NAND zibatmiņas loģiskā struktūra

Kā jau esam atzīmējuši, SSD diskdziņi izmanto zibatmiņu, kas sakārtota kā NAND, tāpēc turpmāk mēs koncentrēsimies tikai uz NAND zibatmiņu.

Neskatoties uz to, ka zibatmiņa ļauj lasīt, rakstīt un dzēst vienu šūnu, lai efektīvāk izmantotu elementārās atmiņas šūnas, tās ir apvienotas masīvos ar četru līmeņu struktūru. Zemākajā līmenī ir elementārās atmiņas šūna, un elementārās šūnas, kas apvienotas masīvā, kurā ir 4 KB datu, tiek sauktas par atmiņas lapu. 128 šādas lapas veido 512 KB lielu atmiņas bloku (dažreiz atmiņas bloks ietver 64 lapas), un 1024 bloki veido 512 MB lielu masīvu. Tādējādi šūnu apvienošanas masīvos loģiskā struktūra ir diezgan vienkārša. Lapa ir kā klasteris (sektors) cietajā diskā un atspoguļo minimālo datu apjomu, ko var apstrādāt zibatmiņa. Tomēr pastāv būtiskas atšķirības starp cietā diska kopu un zibatmiņas lapu, veicot lasīšanas, rakstīšanas un dzēšanas darbības. Tātad, ja cietajā diskā klasteru var nolasīt, rakstīt un dzēst, tad zibatmiņā lasīšanas un rakstīšanas darbības iespējamas 4 KB lapās, bet datu dzēšana iespējama tikai 512 KB blokos. Turklāt, kad informācija ir ierakstīta lapā, to nevar pārrakstīt, kamēr tā nav notīrīta (izdzēsta).

Datu ierakstīšanas operāciju iezīmes SSD diskos

Tātad, kā mēs jau atzīmējām, datu rakstīšana un lasīšana NAND zibatmiņā ir iespējama 4 KB lapās, un datu dzēšana ir iespējama tikai 512 KB blokos. Kopumā informācijas rakstīšanas process uz SSD diskdziņiem ļoti atšķiras no līdzīgā procesa ar HDD diskdziņiem. Tas, piemēram, ir saistīts ar faktu, ka SSD disku veiktspēja laika gaitā mainās, un secīgās un selektīvās piekļuves zibatmiņai ātrums atšķiras viens no otra. Lai izskaidrotu šīs parādības, sīkāk aplūkosim ierakstīšanas procesus HDD un SSD diskos.

Cieto disku cieto disku gadījumā mazāko informācijas vienību, ar kuru darbojas cietā diska pārvaldības sistēma, sauc par sektoru vai bloku. HDD sektora izmērs ir 4 KB (jaunajos modeļos) vai 512 baiti. Sektoru (bloku) adresēšanai diskā tiek izmantota LBA (Logical Block Addressing) metode, kurā katram cietajā diskā adresētajam blokam ir savs kārtas numurs - vesels skaitlis, kas sākas no nulles (tas ir, pirmais bloks LBA = 0, otrais LBA = 1 utt.). LBA bloku skaitu diskā nosaka cilindru, celiņu, sektoru un lasīšanas/rakstīšanas galviņu skaits. Tātad LBA bloka numurs tiek aprēķināts, izmantojot formulu:

LBA = [(Cilindrs x No_of_heads + Heads) x Sektori/celiņš] + )