Eski SSD'lerdeki bazı sorunları düzeltiyoruz. SSD'lerle ilgili sorunlar ve çözümleri SSD disk arızası

Günümüzde, bir bilgisayar satın alırken birçok kişinin bir sorusu var: Hangi sürücüyü satın almanın daha iyi olduğu bir bilgisayar, HDD veya SSD. Bu soruyu cevaplamak için öncelikle SSD ile HDD arasındaki temel farkın ne olduğunu anlamanız gerekir. HDD sabit diskleri yetmişli yıllarda ortaya çıktı ve bugün hala milyonlarca bilgisayarda kullanılıyor. Temel HDD sabit sürücünün çalışma prensibi dır-dir özel manyetik plakalar üzerine bilgi yazma ve okumada. Manyetik diskler çok yüksek hızlarda dönerken, okuma bir kafa hareket kolu kullanılarak kaydedilir. HDD sabit sürücüsünün mekanik bileşeni ve yazma ve okuma hızı nedeniyle SSD katı hal sürücülerinden daha düşüktür.

SSD sürücüsü nasıl çalışır?üzerine inşa Bileşiminde bulunan özel yüksek hızlı bellek yongalarından bilgi kaydetme ve okuma. Bir SSD'den bilgi yazma ve okuma hızı, bir HDD'ninkinden birkaç kat daha yüksektir. Ayrıca mikro devre tasarımı sayesinde darbe ve düşmelerden kaynaklanan hasarlara karşı daha az hassas olan SSD, tablet ve ultrabook'lara takılmasına olanak tanıyan minyatür form faktörlerine de sahip. Ana dezavantajlar katı hal sürücüleri fiyat ve yaşam döngüsü. Ancak ilerleme durmuyor, bu nedenle SSD'lerin fiyatının nasıl giderek düştüğünü ve yeniden yazma döngülerinin arttığını şimdiden görebiliyoruz. Bu yazıda yarıiletken sürücüyle çalışmanın tüm yönlerine bakacağız ve özelliklerini açıklayacağız, dolayısıyla HDD'den SSD'ye geçmeye karar verirseniz bu makale sizin için çok faydalı olacaktır. Ayrıca BIOS'un SSD'yi ve diğerlerini görmediği durumlardaki sorunlara da bakacağız.

Ne tür SSD sürücüleri var ve hangisi daha iyi?

Katı hal sürücüsü seçerken her şeyden önce yapmalısın form faktörüne ve farklı arayüz türlerine dikkat edin, bu sayede PC'ye bağlanırlar. HDD sabit disklerde olduğu gibi en yaygın form faktörü 2,5 inçlik kasa form faktörüdür. Bu katı hal sürücüsü birçok dizüstü bilgisayarda ve kişisel bilgisayarda bulunabilir. Aşağıda, günümüzde SSD'lerde mevcut olan tüm form faktörü türlerinin listelendiği bir liste bulunmaktadır:

• Form faktörü türü 2,5 inç;
• mSATA form faktörü türü;
• Form faktörü tipi M.2.

Aşağıda en yaygın ve birçok kullanıcının aşina olduğu 2,5 inç katı hal sürücülerin resmi bulunmaktadır.

Yukarıda listelenen sürücüler oldukça popüler modellerdir ve şu şekilde etiketlenmiştir: GOODRAM CX200 240 GB, Kingston HyperX FURY SHFS37A/120G ve Samsung 850 EVO MZ-75E250B. Bu tür sürücüler, çoğu bilgisayarda kullanılan standart bir SATA arayüzü kullanılarak bağlanır.

Aşağıda sunulan ikinci tip mSATA cihazı, 2009 yılından bu yana ağırlıklı olarak dizüstü bilgisayarlarda kullanılmaktadır.

Masaüstü anakartlarda mSATA'yı görmek son derece nadirdir, ancak ultrabook'larda ve tabletlerde de nadir değildir.

Üçüncü form faktörü M.2, mSATA cihazlarının yerini alması gereken yeni bir gelişmeyi temsil ediyor. Aşağıda Samsung'un M.2 diskini gösteren bir resim bulunmaktadır.

Katı hal sürücülerinin formatlarını sıraladık, şimdi bunlarda kullanılan bellek türünü bulmaya çalışalım. Artık SLC, MLC ve TLC tipi NAND belleğe sahip cihazları satışta bulabilirsiniz. Aşağıdaki tablo NAND yongalarına göre bellek özelliklerini göstermektedir.

NAND çip özellikleri	SLC	MLC	TLC
Hücre başına bit sayısı	1	2	3
Yeniden yazma döngüsü sayısı	90000 - 100000	10000	3000 - 5000
Çip okuma süresi	25 biz	50 biz	~ 75 biz
Programlama süresi	200 – 300 bize	600 – 900 ABD	~ 900 – 1350 ABD
Zamanı sil	1,5 - 2 ms	3ms	4,5ms

Tablonun özelliklerine bakıldığında SLC yongaları üzerine kurulu disklerin 90.000 - 100.000 yeniden yazma döngüsüne sahip olduğu görülmektedir. Bundan, bu tür disklerin daha uzun süre dayanacağı sonucu çıkıyor. Ancak günümüzde bir SLC sürücüsü satın almak çok pahalı bir zevk olduğundan çoğu kullanıcı MLC ve TLC sürücülerini tercih ediyor. Okuyucularımıza bir SSD'nin ömrü hakkında fikir vermek için onu açıklayan bir tablo hazırladık.

TLC belleğindeki SSD sürücüsünün kaynağı
Yeniden yazma döngüsü sayısı	3000	5000
Hafıza	120GB	120GB
Günlük ortalama kayıt hacmi	12 GB	12 GB
	10x	10x
	Bir döngü = 10 * 12	Bir döngü = 10 * 12
SSD kaynak formülü	SSD kaynağı = 3000/120	SSD kaynağı = 5000/120
Bir SSD sürücünün ömrünü tahmin etme	8 yıl	13,5 yıl

TLC bellek yongalarına sahip en ucuz sürücüyü temel aldığımız tablodan anlaşılıyor. Formül, SSD'mizin günde bir yeniden yazma döngüsünden geçtiğini gösteriyor ve bu o kadar da az değil. Örneğin bir PC kullanıcısı günde 120 GB gibi çok daha az bilgiyi yeniden yazabilir. Ancak bu affedilmez koşullar altında bile bu disk 8 veya 13,5 yıl boyunca çalışabilme kapasitesine sahiptir.

Aşağıda SLC, MLC bellek yongalarına sahip bir sürücü için bir tablo bulunmaktadır.

Hesaplama	SLC belleğindeki SSD sürücüsünün kaynağı		MLC belleğindeki SSD sürücüsünün kaynağı
Yeniden yazma döngüsü sayısı	90000	100000	9000	10000
Hafıza	120GB	120GB	120GB	120GB
Günlük ortalama kayıt hacmi	12 GB	12 GB	12 GB	12 GB
Kaydedilen bilgilerin hacminin arttırılması	10x	10x	10x	10x
Günlük yeniden yazma döngüleri için formül	Bir döngü = 10 * 12	Bir döngü = 10 * 12	Bir döngü = 10 * 12	Bir döngü = 10 * 12
SSD kaynak formülü	SSD kaynağı = 90000/120	SSD kaynağı = 100000/120	SSD kaynağı = 9000/120	SSD kaynağı = 10000/120
Bir SSD sürücünün ömrünü tahmin etme	750 yıl	833 yıl	75 yaşında	83 yaşında

Elbette kullanıcı günde daha fazla yeniden yazma döngüsü kullanabilir, ancak bu durumda tablo göstergeleri farklı olacaktır. Örneğin MLC bellek yongaları üzerindeki bir SSD'yi günde 10 kez yeniden yazarsanız bu diskin yaşam döngüsü 7,5 yıl olacaktır. Kendinize hakim olun, bu diske 10 kat yeniden yazma ile günde 1200 GB bilgiyi yeniden yazmanız gerekir ki bu oldukça önemli bir miktardır.

Yukarıda açıklanan bilgilere göre ortalama bir PC kullanıcısı için TLC bellek yongalarına sahip bir SSD oldukça yeterlidir.

Eski SSD'leri yükselterek sorunları çözüyoruz

Tüm yeni sürücülerde yerleşik bir SSD bulunur dolduğunda çöpleri temizleyen özel bir alt program. Bu çöp giderme mekanizması, SDD performansını korumak için gereklidir. Katı hal sürücüleri oldukça uzun bir süredir piyasada. SSD'lerin eski versiyonlarında bazı modellerde çöp temizliğine karşı koruma sağlayacak bir mekanizma bulunmuyor, dolayısıyla yazma hızı bu tür disklerde gözle görülür şekilde düşer. Diskteki bilgileri tamamen silerek ve ardından Windows'u yeniden yükleyerek bu sorunu çözebilirsiniz. Windows'u yeniden yüklememek veya diskteki yeni bölümleri bölmemek için aşağıda sistemin önceki durumunu koruyan bir yöntem anlatacağız.

Öncelikle http://clonezilla.org adresinden görseli indirmeniz gerekmektedir. Klonezilla tüm bölümleri kaydetmemize yardımcı olacak. Ayrıca sistem klonlama ve kurtarmanın diğer yollarını da kullanabilirsiniz. Kullanarak bir sistem görüntüsü oluşturma işlemi Klonezilla Oldukça basittir ve hem deneyimli bir kullanıcı hem de yeni başlayanlar tarafından kullanılabilir. Tam yedekleme oluşturduktan sonra diski temizlemeye başlayabilirsiniz. Bunun için bir resme ihtiyacımız var Linux'un Büyüsü Ayrıldı ve fayda UNetbootin. Bu yazılımı aşağıdaki sitelerden indirebilirsiniz: https://partedmagic.com Ve http://unetbootin.github.io. Yardımcı programı kullanma UNetbootinİmajımızı bir USB flash sürücüye yazabilir ve ondan önyüklenebilir bir sürücü oluşturabilirsiniz. Önyüklenebilir bir USB flash sürücü oluşturduktan sonra, ondan önyükleme yapabilirsiniz.

Şimdi masaüstünde programı bulacağız “ Diski sil"ve başlatalım.

Açılan program penceresinde “öğesini bulun Dahili Güvenli Silme"ve üzerine tıklayın. Bundan sonra, SSD'nizi seçmenizi isteyen bir pencere açılmalıdır. Gerekli diski seçtikten sonra üzerine yazma işlemi başlayacaktır. Temizledikten sonra sistemi kullanarak geri yükleyin. Klonezilla. Geri yüklenen Windows, sanki yeni bir SSD'niz varmış gibi çalışmalıdır.

Yardımla Linux'un Büyüsü Ayrıldı kullanıcı SSD'yi bölebilir ve yeni bölümler oluşturabilir. Katı hal sürücüsünde, HDD sabit sürücüsünde olduğu gibi bölümleme yapabilir ve bir bölüm oluşturabilirsiniz.

Performans, BIOS ve SSD aygıt yazılımı ile ilgili sorunları çözüyoruz

En yaygın sorun arıza, ya da ne zaman bilgisayar SDD'yi görmüyor, dır-dir anakart BIOS mikro kodunun eski sürümü. Piyasaya sürülen herhangi bir anakartın BIOS'unu güncelleyebilirsiniz. Çoğu zaman, SSD'lerle ilgili sorun, yeni UEFI BIOS'lu anakartların eski sürümlerinde ortaya çıkar. Çoğu durumda BIOS'un güncellenmesi, indirilen bir mikro kod dosyası ve bir USB flash sürücü kullanılarak yapılır. BIOS dosyası bir flash sürücüye yerleştirilir ve güncelleme için kullanılır. Her anakart üreticisinin web sitesinde BIOS'u güncellemeye ilişkin ayrıntılı talimatlar bulunur.

Yanlış bir güncelleme anakarta zarar verebileceğinden BIOS'u güncellerken dikkatli olun.

CPU-Z yardımcı programını kullanarak Windows PC'de hangi BIOS sürümünün yüklü olduğunu öğrenebilirsiniz.

Birçok PC kullanıcısı, Windows'u önemli ölçüde hızlandırmak için SSD'ler satın alır. Ancak böyle bir yükseltmeyle, eski bilgisayarların çoğunun yalnızca SATA-2 konektörünü desteklediğini dikkate almalısınız. Katı hal sürücüsünü SATA-2'ye bağlarken, kullanıcı 300 MB/sn'lik bir veri aktarım hızı sınırı alacaktır. Dolayısıyla satın almadan önce anakartınızın 600 MB/sn hız sağlayan SATA-3 konektörünü destekleyip desteklemediğini öğrenmeniz gerekir.

SSD'yi daha kararlı hale getirmek için bellenimi kullanarak çoğu hatadan kurtulabilirsiniz. Bir SSD'nin ürün yazılımı, sürücünün çalıştığı BIOS'a benzer bir mikro koddur. Firmware ve BIOS, SSD üreticisinin resmi web sitesinde bulunabilir. Güncelleme talimatları aynı zamanda üreticinin web sitesinde de bulunabilir. Bu tür bir ürün yazılımı, SSD'nin görmediği bazı anakartlardaki sorunu çözebilir.

Bilgisayar kablo veya sürücü nedeniyle SSD'yi görmüyor

Yukarıda açıklanan sorunlara ek olarak, çoğu zaman anakart Sorunlu bir kablo veya konektör nedeniyle SSD'yi görmüyor. Bu durumda yardımcı olacaktır kablo değiştirme SATA'yı çalışma düzenine geçirin. Ayrıca çoğu durumda anakart hatalı bir SATA bağlantı noktası nedeniyle görmez, böylece bu sorunu çözebilirsiniz. başka bir bağlantı noktasına bağlanma.

HDD üzerinde çalışan bir bilgisayara SSD bağlarsanız onu görmemesi gibi bir durumla karşılaşabilirsiniz. Sistem eski sürücüler nedeniyle kurulu SSD'yi görmüyor. Bu sorun şu şekilde çözülebilir: güncellemelerçok sürücüler Intel Rapid Storage Teknolojisi Sürücüsü ve AMD AHCI Sürücüsü gibi.

SATA AHCI

AHCI, denetleyicinin SSD'nizle düzgün çalışması için gerekli bir moddur. Bu mod, SATA denetleyicisinin, SSD hızının artırılması da dahil olmak üzere yeni işlevleri etkinleştirmesine olanak tanır. Eski IDE modundan farklı olarak AHCI modu aşağıdaki avantajları sağlar:

• Windows'ta bağlı sürücülerin çalışırken değiştirilmesi için AHCI modu desteği;
• AHCI, NCQ teknolojisini kullanırken üretkenliği artırır;
• AHCI modu, 600 MB/sn'lik bir aktarım hızı kullanmanıza olanak tanır (SSD sürücüleri için geçerlidir).
• AHCI modu, TRIM gibi ek komutlar için destek içerir.

Windows'u modern bir anakarta yüklerken, ayarlarda AHCI modunu etkinleştirmeniz gerekmez, çünkü bu varsayılandır, ancak daha önce daha eski bir Windows kullandıysanız, örneğin Windows XP, o zaman çalışma modunu IDE'den değiştirmelisiniz. AHCI'ye. Aşağıdaki şekilde AHCI modu etkinleştirilmiş bir MSI anakartının BIOS ayarları gösterilmektedir.

Ayrıca, Windows 7'yi XP'den sonra kurduysanız, AHCI moduna geçtikten sonra, BIOS ürün yazılımının kurulu yediyi IDE modunda gördüğünü ve ardından mavi bir ekran alacağınızı da belirtmekte fayda var. Bu durumda Windows 7'yi AHCI modunda yeniden yüklemek yardımcı olacaktır.

Bir SSD diski nasıl düzgün şekilde bölümlenir

Forumlardaki birçok PC kullanıcısı sıklıkla şu soruyu soruyor: Bir SSD diskinin nasıl düzgün şekilde bölümleneceği. Bu sorunun cevabı oldukça basit - diskleri SSD ve HDD arasında bölümlendirirken temel bir fark yoktur. Bu nedenle, HDD'leri bölümleme konusunda deneyiminiz varsa, SDD'leri de bölümlendirebilirsiniz. Dikkate alınması gereken tek nokta, SSD ve HDD'nin kapasitesidir ve ikincisi için çok daha yüksektir. Örneğin, sistem diskinin hacmi, üzerinde yüklü olan yazılımın boyutuna ve düzgün çalışması için boş alana uygun olmalıdır.

Özetleyelim

Bu materyali okuduktan sonra okuyucularımızın her biri, modern katı hal SSD'lerin sabit HDD'lere göre avantajının ne olduğunu görebilecek. Ayrıca bu materyalde okuyucularımız SSD'lerle ilgili sorunları çözmenin yollarını bulacaktır. Ayrıca katı hal sürücülerinin işletim sisteminde doğru şekilde yapılandırılması gerektiğini de belirtmekte fayda var. Bu amaçlar doğrultusunda SSD'yi doğru şekilde yapılandırmanıza yardımcı olacak “Windows 7, 8 ve 10 için SSD nasıl kurulur” yazımız var.

Konuyla ilgili video

SSD pazarı giderek daha çeşitli hale geliyor. SSD sürücülerin kapasitesi artıyor ve aynı zamanda gigabayt bellek başına fiyat düşüyor. Ancak SSD sürücülerin popüler hale geldiğini söylemek için henüz erken. Bunun ana nedeni, düşük (geleneksel HDD sürücülerle karşılaştırıldığında) kapasiteleri ve gigabayt bellek başına çok yüksek (yine geleneksel HDD sürücülerle karşılaştırıldığında) maliyetleridir. Bu nedenle, evdeki bir masaüstü bilgisayarda bir SSD sürücüsünün varlığı, kuralın bir istisnasıdır. Üstelik netbook'larda ve dizüstü bilgisayarlarda bile SSD sürücüleri hala oldukça nadirdir. Aynı zamanda, veri depolama sistemlerinin geleceğinin, gelecekte HDD sürücüleri piyasadan kaldıracak olan SSD sürücülerinde olduğu zaten açıktır. Bu ne zaman olacak? Evet, aslında kapasite ve maliyet açısından HDD sürücüleri ile karşılaştırılabilir hale gelir gelmez. Daha sonra ikincisi bir sınıf olarak ortadan kaybolacaktır, çünkü SSD sürücülerin HDD sürücülerine göre bir dizi yadsınamaz avantajı vardır.
Bu yazıda, bazen çok fazla soru ve kafa karışıklığına neden olan modern SSD sürücülerin işleyişinin bazı özelliklerine bakacağız, mimarilerinin özelliklerinin yanı sıra bu sürücüleri dizüstü bilgisayarlarda, PC'lerde kullanmanın olası seçeneklerinden bahsedeceğiz. ve sunucular.

SSD sürücülere geçmenin önemi

Bir bilgisayarın bilgi işlem yeteneklerini belirleyen modern merkezi işlem birimlerinin performansı, geleneksel sabit sürücülerin (HDD'ler) performansını önemli ölçüde aşmaktadır. Sonuç olarak, çoğu durumda bilgisayar performansının bir bütün olarak büyümesini engelleyen bir darboğaz haline gelen veri depolama alt sistemleridir. RAID dizilerine dayanan pahalı çözümlerin kullanılması, işlemcilerin ve HDD tabanlı depolama alt sistemlerinin performansındaki dengesizlik sorununu yalnızca kısmen çözmektedir. Gelecekte, işlemcilerin ve HDD'lerin performansı arasındaki dengesizlik daha da artacak ve kaçınılmaz olarak birçok uygulamadaki bilgisayar performansının artık işlemci performansı tarafından belirlenmeyeceği, en zayıf halkaya, yani en zayıf halkaya dayanacağı bir noktaya geleceğiz. veri depolama alt sistemi Böylece, 1996 yılından bu yana işlemcilerin ortalama performansı 175 kat artarken, HDD disklerin (20 KB blokların seçici okunması anlamına gelir) performansı yalnızca 1,3 kat arttı.

Günümüzde bu sorunu çözmenin tek yolu HDD'den flash belleğe dayalı SSD'ye (Katı Hal Sürücüsü) geçiş yapmaktır. Bu tür sürücüler, modern çok çekirdekli işlemcilerin performansına tam olarak uyan bir performans düzeyi sağlama kapasitesine sahiptir.

Ancak yüksek performans SSD sürücülerin tek avantajı değildir. Ayrıca hareketli parça içermedikleri için tamamen sessizdirler ve özellikle dizüstü bilgisayarlar için önemli olan, HDD sürücülere kıyasla çok daha az güç tüketmeleridir. Bu nedenle, normal 2,5 inçlik bir HDD'nin aktif modda güç tüketimi yaklaşık 2,5-3 W ve boş modda (Boşta) yaklaşık 0,85-1 W'dur. HDD etkin değilse, bir süre sonra (ayarlara bağlı olarak) düşük güç moduna (Bekleme veya Uyku) geçer ve bu moddan çıkarken dönmesi yaklaşık 1-2 saniye sürer. Etkinlik modunda bir SSD'nin (sunucu değil) tipik güç tüketimi yaklaşık 0,15 W ve boş modda - 0,06 W'dur. Ayrıca, doğru yapılandırıldığında, diskin 25 ms boyunca etkin olmaması durumunda etkinlik modundan düşük güç moduna geçiş otomatik olarak gerçekleşir. Ve bu sürücüler neredeyse anında açılıyor çünkü dönecek hiçbir şeyleri yok. Bir SSD diskinin otomatik olarak düşük güç moduna girebilmesi için, Ana Bilgisayar Tarafından Başlatılan Güç Yönetimi (HIPM) işlevi varsayılan olarak ayarlandığından, kayıt defterinde Aygıt Tarafından Başlatılan Güç Yönetimi (DIPM) işlevinin etkinleştirilmesi gerektiğini unutmayın. düşük güç moduna geçiş, diskin kendisi ve işletim sistemi tarafından kontrol edilmez.

SSD sürücüler, arızalar arasındaki ortalama süre (MTFB) gibi özellikler açısından geleneksel HDD sürücülerden daha aşağı değildir. Yani bir HDD için arızalar arasındaki ortalama süre yaklaşık 300 bin saat ise, SSD sürücüler için bu süre bir milyon saatin üzerindedir.

Görünüşe göre SSD sürücülerin avantajları bu kadar açıksa neden henüz yaygınlaşmadı? Ne yazık ki SSD sürücülerin de ciddi dezavantajları var. Öncelikle modern SSD sürücüler kapasite açısından HDD sürücülerle karşılaştırılamaz. Yani, HDD sürücülerin kapasitesi (3,5 inç boyutunda) 3 TB'a ulaşırsa, SSD sürücülerin (2,5 inç boyutunda) maksimum kapasitesi yalnızca 512 GB'dir. Doğru, 2,5 inç SSD ve HDD sürücülerini karşılaştırırsak kapasiteleri oldukça karşılaştırılabilir.

SSD sürücülerin ikinci dezavantajı, bir HDD'den birkaç kat daha yüksek olan maliyetleridir.

Ancak SSD sürücülerin kapasitesi söz konusu olduğunda her şey göründüğü kadar kötü değildir. SSD kapasitesi, HDD kapasitesinden çok daha hızlı büyüyor ve SSD'lerin HDD kapasitesini aşacağı gün çok uzak değil. Kanıt olarak işte bazı ilginç istatistikler. SSD pazarının önde gelen oyuncularından Intel, 2006 yılında SSD sürücüler için 90 nm işlem teknolojisini kullanarak 1 veya 2 Gbit kapasiteli NAND flash bellek yongaları üretti. 2009 yılında Intel, 34 nm işlem teknolojisini kullanarak flash bellek yongaları üretti ve yongaların kapasitesi 32 Gbit olmaya başladı. 2010 yılında şirket, 64 Gbit kapasiteli flash bellek yongaları üretmek için 25nm sürecinde uzmanlaştı. Gördüğünüz gibi, SSD sürücüler için flash bellek yongalarının kapasitesinin büyüme hızı etkileyici: aslında her yıl ikiye katlanıyor. Yani yakında SSD sürücüler hacim olarak HDD'leri geride bırakacak.

Şunu da belirtelim ki, SSD sürücülerin yaygın kullanımı henüz çok uzakta olsa da, SSD sürücülerin hiç satın alınmadığını söylemek yanlış olur. İstatistikler şu şekilde: 2008 yılında dünyada sadece 700 bin SSD disk satıldı, 2009'da satış hacmi zaten 2 milyon adetti ve bu yıl tahminlere göre 5,9 milyon adede ulaşacak. 2013 yılına kadar SSD sürücü pazarının 61,8 milyon adede ulaşması bekleniyor.

Dolayısıyla, SSD sürücülerin satış hacimlerine ilişkin tahminler oldukça iyimser ancak asıl soruyu yanıtlamıyorlar: SSD sürücülerin kapasitesi henüz yeterince yüksek olmadığında ve maliyetleri hala çok yüksekken kullanıcılar bugün ne yapmalı? Ev kullanıcılarından bahsediyorsak, o zaman elbette SSD takmak için HDD'leri atmanın bir anlamı yok. Ancak yine de SSD sürücüleri kullanarak bilgisayar performansını artırmak mümkün. En uygun çözüm, bir masaüstü bilgisayarın bir SSD sürücüsü ile bir veya daha fazla HDD sürücüsünün birleşimini kullanmasıdır. İşletim sistemini ve tüm programları bir SSD disk üzerine kurabilir (bunun için 80 GB disk yeterli olacaktır) ve HDD diskini veri depolama için kullanabilirsiniz.

Flash bellek hücre tasarımı

Söylediğimiz gibi SSD sürücülerin temel avantajı, HDD sürücülere göre daha yüksek performansa sahip olmalarıdır ancak sıralı ve seçici okuma ve yazma hızları gibi spesifik özellikler sağlanmamıştır. Bununla birlikte, SSD sürücülerin hız özelliklerini ve SSD sürücü türlerini dikkate almaya geçmeden önce, mimarilerinin özelliklerini ve bu sürücülere bilgi okuma ve yazma sürecini tanımanız gerekir. Bir flash bellek hücresinin yapısının kısa bir açıklamasıyla başlayalım.

En basit düzeyde, bir flash bellek hücresi N Kayan kapı olarak adlandırılan kanallı MOSFET transistörü. Unutmayalım ki olağan N-kanallı MOSFET transistörü (yapı N-P-N) iki durumda olabilir: açık ve kilitli (kapalı). Drenaj ve geçit arasındaki voltajı kontrol ederek bir elektron iletim kanalı oluşturmak mümkündür ( N-kanal) kaynak ve drenaj arasında (Şekil 1). İletim kanalının göründüğü voltaja eşik adı verilir. Bir iletim kanalının varlığı, transistörün açık durumuna karşılık gelir ve yokluğu (transistörün kaynaktan drenaja akım iletememesi durumunda) kapalı duruma karşılık gelir.

Pirinç. 1. MOSFET transistör yapısı (açık ve kapalı durum)

Açık durumda, drenaj ile kaynak arasındaki voltaj sıfıra yakındır ve kapalı durumda yüksek bir değere ulaşabilir. Elbette transistörün kendisi bilgi depolayamaz. Aslında kayan deklanşör, özellikle bilgi depolamak için tasarlanmıştır (Şekil 2). Çok kristalli silikondan yapılmıştır ve tamamen bir dielektrik tabakası ile çevrelenmiştir, bu da ona transistörün elemanları ile elektriksel temasın tamamen yokluğunu sağlar. Yüzen geçit, kontrol kapısı ile alt tabaka arasında bulunur P-N-geçişler. Böyle bir kapı, üzerine yerleştirilen yükü (negatif) sınırsız bir süre boyunca (10 yıla kadar) koruyabilir. Yüzen geçitte aşırı negatif yükün (elektronların) varlığı veya yokluğu mantıksal bir ve sıfır olarak yorumlanabilir.

Pirinç. 2. Yüzen kapı transistörü tasarımı ve hafıza hücresinin içeriğinin okunması

İlk olarak, yüzen kapıda hiç elektronun bulunmadığı durumu düşünün. Bu durumda transistör daha önce tartışılan geleneksel transistöre benzer şekilde davranır. Kontrol kapısına eşik değerine eşit bir pozitif voltaj (bellek hücresinin başlatılması) uygulandığında, kapı alanında bir iletim kanalı oluşturulur ve transistör açık duruma geçer. Yüzen kapıya aşırı negatif yük (elektronlar) yerleştirilirse, kontrol kapısına bir eşik voltajı uygulandığında bile, kontrol kapısı tarafından oluşturulan elektrik alanını telafi eder ve bir iletim kanalının oluşmasını engeller; transistör kapalı durumda olacaktır.

Böylece, kayan kapıdaki yükün varlığı veya yokluğu, kontrol kapısına aynı eşik voltajı uygulandığında transistörün durumunu (açık veya kapalı) benzersiz bir şekilde belirler. Kontrol kapısına gerilim beslemesi, hafıza hücresini başlatıyor olarak yorumlanırsa, o zaman kaynak ile boşaltma arasındaki gerilim, yüzer kapıdaki yükün varlığını veya yokluğunu yargılamak için kullanılabilir.

Yani, kapıda bir kontrol voltajının yokluğunda, yüzen kapıda yükün olup olmamasına bakılmaksızın, transistör her zaman kapalı olacaktır ve kapıya bir eşik voltajı uygulandığında, transistörün durumu yüzer kapıdaki yükün varlığına göre belirlenecektir: eğer bir yük varsa, transistör kapatılacak ve çıkış voltajı yüksek olacaktır; şarj yoksa transistör açık olacak ve çıkış voltajı düşük olacaktır.

Transistörün kapalı durumu (bir iletim kanalının yokluğu) genellikle mantıksal sıfır olarak yorumlanır ve açık durumu (bir iletim kanalının varlığı) mantıksal bir durum olarak yorumlanır. Bu nedenle, bir bellek hücresi başlatıldığında (geçide bir eşik voltajı uygulandığında), kayan kapıdaki yükün varlığı mantıksal bir sıfır olarak yorumlanır ve yokluğu mantıksal bir sıfır olarak yorumlanır (tabloya bakın).

Sonuç, bir bilgi bitini depolayabilen bir tür temel bellek hücresidir. Bu durumda, hem bellek hücresinin başlatılması sırasında hem de kontrol geçidinde voltajın yokluğunda yüzer geçit üzerindeki yükün (varsa) süresiz olarak muhafaza edilebilmesi önemlidir. Bu durumda hafıza hücresi kalıcı olacaktır. Geriye kalan tek şey, yüzen kapıya bir yükün nasıl yerleştirileceğini (bir hafıza hücresinin içeriğini yazmayı) ve onu oradan nasıl kaldıracağınızı (bir hafıza hücresinin içeriğini silmeyi) bulmaktır.

Yüzen bir kapıya yük yerleştirmek, sıcak elektronların enjeksiyonu (CHE-Kanal Sıcak Elektronları) veya Fowler-Nordheim tünel açma yöntemiyle gerçekleştirilir (Şekil 3). Yük giderme yalnızca Fowler tünel açma yöntemiyle gerçekleştirilir.

Pirinç. 3. Kayan geçit transistörüne bir bilgi biti yazma ve silme işlemi

Sıcak elektron enjeksiyon yöntemini kullanırken, kanaldaki elektronlara ince bir elektronun oluşturduğu potansiyel bariyeri aşmak için yeterli enerjiyi vermek üzere boşaltma ve kontrol kapısına yüksek bir voltaj uygulanır (kontrol kapısına eşiğin üzerinde bir voltaj uygulanır). dielektrik katman ve yüzer kapı bölgesine tünel (Okuma sırasında kontrol kapısına daha az voltaj uygulanır ve tünel etkisi gözlenmez).

Yüzen kapıdan yükü çıkarmak için (bir bellek hücresinin silinmesi işlemi), kontrol kapısına yüksek bir negatif voltaj uygulanır ve kaynak bölgesine pozitif bir voltaj uygulanır. Bu, elektronların yüzen kapı bölgesinden kaynak bölgeye tünel açmasına neden olur (Fowler-Nordheim (FN) kuantum tünelleme).

Düşündüğümüz kayan geçit transistörü, temel bir flash bellek hücresi görevi görebilir. Bununla birlikte, tek transistörlü hücrelerin bir takım önemli dezavantajları vardır; bunlardan en önemlisi zayıf ölçeklenebilirliktir. Gerçek şu ki, bir bellek dizisini düzenlerken, her bellek hücresi (transistör) iki dikey veri yoluna bağlanır: kontrol kapıları, kelime hattı adı verilen bir veri yoluna bağlanır ve drenajlar, bit hattı adı verilen bir veri yoluna bağlanır (içinde gelecekte bu organizasyon NOR mimarisi örneği kullanılarak değerlendirilecektir). Sıcak elektron enjeksiyon yöntemini kullanarak yazarken devredeki yüksek voltaj nedeniyle, gerekli izolasyon seviyesini sağlamak için tüm hatlar - kelimeler, bitler ve kaynaklar - birbirlerinden yeterince büyük bir mesafeye yerleştirilmelidir; flash bellek kapasitesinin sınırlandırılmasını etkiler.

Tek transistörlü bellek hücresinin diğer bir dezavantajı, kayan kapıdan aşırı yükün uzaklaştırılması etkisidir ve bu, yazma işlemiyle telafi edilemez. Sonuç olarak, yüzer kapı üzerinde pozitif bir yük oluşur ve transistör daima açık durumda kalır.

Silicon Storage Technology, Inc. tarafından geliştirilen SST hücresi (Şekil 4) gibi diğer bellek hücresi türleri de yaygınlaştı. SST hücre transistöründe kayan ve kontrol kapılarının şekilleri değiştirildi. Kontrol kapısı, drenajın kenarıyla aynı hizadadır ve kavisli şekli, yüzer bir kapının kısmen bunun altına ve aynı zamanda kaynak alanının üzerine yerleştirilmesini mümkün kılar. Yüzer kapının bu düzenlemesi, bir yandan sıcak elektronların enjeksiyonu yoluyla üzerine bir yük yerleştirme işlemini, diğer yandan da Fowler-Nordheim tüneli nedeniyle yükü kaldırma işlemini basitleştirmeyi mümkün kılar. etki.

Pirinç. 4. SST hafıza hücresinin yapısı

Yük kaldırıldığında, elektron tünellemesi, tek transistörlü hücrede olduğu gibi kaynak bölgede değil, kontrol kapısı bölgesinde meydana gelir. Bunu yapmak için kontrol kapısına yüksek pozitif voltaj uygulanır. Kontrol kapısının yarattığı elektrik alanının etkisi altında, elektronlar yüzen kapıdan tünellenir, bu da kenarlara doğru kavisli şekli sayesinde kolaylaştırılmıştır.

Yüzer kapıya bir yük yerleştirilerek drenaj topraklanır ve kaynağa ve kontrol kapısına pozitif voltaj uygulanır. Bu durumda, kontrol kapısı bir iletim kanalı oluşturur ve drenaj ile kaynak arasındaki voltaj elektronları "hızlandırır" ve onlara potansiyel bariyeri aşmaya, yani yüzen kapıya tünel açmaya yetecek kadar enerji verir.

Tek transistörlü bir bellek hücresinin aksine, bir SST hücresi biraz farklı bir bellek dizisi organizasyon şemasına sahiptir.

Çok seviyeli ve tek seviyeli flash bellek hücreleri

Şu ana kadar tartışılan tüm bellek hücresi türleri, hücre başına yalnızca bir bitlik bilgi depolama kapasitesine sahiptir. Bu tür hafıza hücrelerine tek seviyeli hücreler (SLC) adı verilir. Bununla birlikte, her biri birkaç bit depolayan bu tür hücreler de vardır - bunlar çok seviyeli hücreler veya MLC'dir (Çok Seviyeli Hücre).

Tek transistörlü bir bellek hücresini tarif ederken daha önce belirtildiği gibi, mantıksal bir veya sıfırın varlığı, bit hattındaki voltaj değeriyle belirlenir ve kayan kapıdaki yükün varlığına veya yokluğuna bağlıdır. Kontrol kapısına bir eşik voltajı uygulanırsa, kayan geçitte yük olmadığında transistör açıktır ve bu mantıksal olana karşılık gelir. Kontrol kapısının oluşturduğu alanı kendi alanıyla koruyan yüzer kapı üzerinde negatif bir yük varsa, transistör kapalı durumdadır ve bu da mantıksal sıfıra karşılık gelir. Yüzer geçitte negatif yük olsa bile transistörün açık duruma geçebileceği açıktır ancak bunun için kontrol kapısına eşik değerini aşan bir voltaj uygulamanız gerekecektir. Bu nedenle, yüzer kapıdaki yükün yokluğu veya varlığı, kontrol kapısındaki eşik voltajı değeri ile değerlendirilebilir. Eşik voltajı kayan kapıdaki yük miktarına bağlı olduğundan, yalnızca iki sınırlayıcı durumu (yükün yokluğu veya varlığı) belirlemek değil, aynı zamanda eşik voltajının değerine göre yük miktarını yargılamak da mümkündür. Bu nedenle, her biri kendi eşik voltaj değerine sahip olan değişken bir kapıya farklı sayıda şarj seviyesi yerleştirmek mümkünse, o zaman birkaç bilgi biti bir bellek hücresinde depolanabilir. Örneğin böyle bir transistörü kullanarak bir hücrede 2 bit depolamak için dört eşik voltajı arasında ayrım yapmak, yani kayan geçit üzerine dört farklı yük seviyesi yerleştirebilmek gerekir. Daha sonra dört eşik voltajının her birine iki bitin birleşimi atanabilir: 00, 01, 10, 11.

Bir hücreye 4 bit yazabilmek için 16 eşik voltajının ayırt edilmesi gerekmektedir.

MLC hücreleri Intel tarafından aktif olarak geliştirilmektedir, bu nedenle MLC hücrelerini temel alan bellek teknolojisine Intel StrataFlash adı verilmektedir.

SLC bellek hücrelerinin daha yüksek okuma ve yazma hızları sağladığını unutmayın. Ek olarak, daha dayanıklıdırlar, ancak bunlara dayalı SSD sürücüler daha pahalıdır, çünkü MLC ve SLC bellek hücrelerine dayalı SSD sürücülerin eşit kapasitesiyle, bir MLC sürücüsündeki bellek hücrelerinin sayısı yarı yarıya olacaktır ( dört seviyeli hücre hafızası durumunda). Bu nedenle SLC bellek hücrelerini temel alan SSD sürücüler ağırlıklı olarak sunucularda kullanılır.

Flash bellek dizisi mimarisi

Bir bitlik bilgiyi depolayabilen, kayan kapı transistörüne dayanan, incelediğimiz en basit flash bellek hücresi, kalıcı bellek dizileri oluşturmak için kullanılabilir. Bunu yapmak için, birçok hücreyi tek bir dizide uygun şekilde birleştirmeniz, yani bir bellek mimarisi oluşturmanız yeterlidir.

Bellek hücrelerini tek bir dizide birleştirmenin yolları olan çeşitli flash bellek mimarisi türleri vardır, ancak NOR ve NAND mimarileri en yaygın olanlardır. SSD sürücülerinin NAND tipi bellek organizasyonunu kullandığını unutmayın, ancak bu mimarinin özelliklerini daha iyi anlamak için öncelikle daha basit NOR mimarisini düşünmek mantıklı olacaktır. Ayrıca NOR mimarisi flash bellekte kullanılan ilk mimaridir.

NOR mimarisi (Şekil 5), bellek hücrelerini bir dizide birleştirmenin paralel bir yolunu içerir. Daha önce belirtildiği gibi, bir bellek hücresini başlatmak, yani hücrenin içeriğine erişim sağlamak için kontrol kapısına bir eşik voltaj değeri uygulamak gereklidir. Bu nedenle tüm kontrol kapılarının Kelime Hattı adı verilen bir kontrol hattına bağlanması gerekir. Bir bellek hücresinin içeriği, transistörün drenajındaki sinyal seviyesine göre analiz edilir. Bu nedenle transistörlerin drenajları bit hattı adı verilen bir hatta bağlanır.

Pirinç. 5. NOR mimarisi

NOR mimarisi, adını “OR-NOT” mantıksal işlemine borçludur (İngilizce kısaltması NOR'dur). Çoklu işlenenler üzerindeki mantıksal NOR işlemi, tüm işlenenler sıfır olduğunda bir değerini, aksi takdirde sıfır değerini üretir. Bu durumda, özellikle kayan kapılı transistörleri değil, genel olarak transistörleri bağlama ilkesini kastediyoruz.

Örnek olarak, tek bir bit hattına bağlı birkaç transistörü (değişken kapısı olmayan) düşünün (Şekil 6). Bu durumda en az bir transistörün açık olması durumunda bit hattındaki çıkış voltajı düşük olacaktır. Ve yalnızca tüm transistörlerin kapalı olması durumunda bit hattındaki voltaj yüksek olacaktır. Transistörlerin kapılarındaki giriş voltajlarının ve “NOR” (NOR) mantıksal fonksiyonunun doğruluk tablosuna karşılık gelen bit hattındaki çıkış voltajının doğruluk tablosunu elde ederiz. Bu nedenle transistörleri birleştiren bu devreye NOR adı verilir.

Pirinç. 6. Transistörlerin NOR devresine göre bağlanması

NOR mimarisi herhangi bir bellek hücresine rastgele, hızlı erişim sağlar, ancak bilgilerin yazılması (sıcak elektron enjeksiyon yöntemini kullanarak) ve silinmesi işlemleri oldukça yavaştır. Ayrıca NOR mimarisi ile flash bellek yongaları üretmenin teknolojik özellikleri nedeniyle hücre boyutu büyüktür, dolayısıyla bu tür bellekler iyi ölçeklenmez.

Bir diğer yaygın flash bellek mimarisi ise mantıksal bir NAND işlemi olan NAND mimarisidir (Şekil 7). NAND işlemi yalnızca tüm işlenenler sıfır olduğunda sıfır değerini, diğer tüm durumlarda ise bir değerini üretir. NAND mimarisi, her bir transistörün drenajının komşu transistörün kaynağına bağlandığı bir dizi transistör bağlantısını içerir ve seri olarak bağlanan birkaç transistörden oluşan bir dizide bunlardan yalnızca biri bit hattına bağlanır. Üstelik bağlantı mimarisini değerlendirirken, özellikle kayan kapılı transistörlerden bahsetmiyoruz.

Pirinç. 7.NAND mimarisi

Seri olarak bağlanmış (yüzer kapı olmadan) bu tür transistörlerden oluşan bir grubu ele alalım (Şekil 8). Tüm transistörlerin kapılarındaki kontrol voltajı eşik değerine eşitse, tüm transistörler açık durumdadır ve çıkış voltajı (bit hattındaki voltaj) düşük olacaktır, bu da mantıksal sıfıra karşılık gelir. En az bir transistördeki giriş voltajı düşükse (eşik değerinin altında), yani en az bir transistör kapalı durumdaysa, bit hattındaki voltaj yüksek olacaktır ve bu da mantıksal olana karşılık gelir. Transistörlerin kapılarındaki giriş voltajlarının (kelime hattındaki voltajlar) ve “NAND” (NAND) mantıksal fonksiyonunun doğruluk tablosuna karşılık gelen bit hattındaki çıkış voltajının doğruluk tablosunu elde ederiz. Bu nedenle transistörleri birleştiren bu devreye NAND adı verilir.

Pirinç. 8. NAND devresini kullanarak transistörlerin bağlanması

Kayan geçitli bir NAND transistör devresinde, seri olarak bağlanan bir transistör grubu, her iki ucundan normal transistörlerle (değişken geçit olmadan) bağlanır; bu, transistör grubunu hem topraktan hem de bit hattından izole eder ve tüm transistör grubunu bağlar. Transistörler başlatıldıklarında bit hattına.

NOR mimarisiyle karşılaştırıldığında bu mimari, üretim sürecinin kendine özgü özellikleri nedeniyle (bitişik transistörlerin drenajları ve kaynakları ile çok daha az sayıda iletkenin birleştirilmesi), transistörlerin daha kompakt bir şekilde düzenlenmesine olanak tanır ve bu nedenle oldukça ölçeklenebilirdir. Bilgilerin sıcak elektron enjeksiyon yöntemi kullanılarak yazıldığı NOR mimarisinden farklı olarak NAND mimarisinde kayıt, NOR mimarisine göre daha hızlı yazmaya olanak tanıyan FN tünelleme yöntemi kullanılarak gerçekleştirilir.

Doğal olarak şu soru ortaya çıkıyor: NAND mimarisinde tek bir bellek hücresine nasıl erişebilirsiniz (hücrenin içeriğini okuyabilirsiniz)? Sonuçta, böyle bir seri bağlı gruptaki transistörlerden en az biri kapalı durumdaysa (bu, ilgili transistörün kayan kapısında bir yükün varlığı olarak yorumlanabilir), o zaman bit hattındaki voltaj kalan hücrelerin durumuna bakılmaksızın yüksek olacaktır. Tek bir hücreye erişmek için o hücreye karşılık gelen transistörün kapısına sadece eşik voltajı uygulamak ve bit hattındaki voltajı ölçmek yeterli değildir. Ayrıca diğer tüm transistörlerin açık durumda olması da gereklidir. Bunun için içeriğinin okunması gereken hafıza hücresine karşılık gelen transistörün kapısına bir eşik voltaj değeri uygulanır ve diğer tüm transistörlerin kapılarına eşik değerini aşan bir voltaj uygulanır ve bir voltaj oluşturmaya yeterli olur. Yüzen geçitte bir yük olsa bile iletim kanalı, ancak yüklerin kuantum tünelleme etkisi için yetersizdir. Bu durumda, tüm bu transistörler açık duruma geçer ve bit hattındaki voltaj, erişilen bellek hücresine karşılık gelen transistörün kayan kapısındaki yükün varlığı veya yokluğu ile belirlenir.

NAND flash belleğin mantıksal yapısı

Daha önce de belirttiğimiz gibi, SSD sürücüler NAND gibi düzenlenmiş flash bellek kullanır, dolayısıyla gelecekte yalnızca NAND flash belleğe bakmaya odaklanacağız.

Flash bellek, tek bir hücreye okuma, yazma ve silme erişimine izin vermesine rağmen, temel bellek hücrelerinin daha verimli kullanılması için dört seviyeli bir yapıya sahip diziler halinde birleştirilmiştir. En alt seviyede temel bellek hücresi bulunur ve 4 KB veriyi tutan bir dizi halinde birleştirilen temel hücrelere bellek sayfası adı verilir. Bu tür 128 sayfa, 512 KB boyutunda bir bellek bloğu oluşturur (bazen bir bellek bloğu 64 sayfa içerir) ve 1024 blok, 512 MB'lık bir dizi oluşturur. Böylece hücreleri diziler halinde birleştirmenin mantıksal yapısı oldukça basittir. Sayfa, sabit sürücüdeki bir küme (sektör) gibidir ve flash belleğin işleyebileceği minimum veri boyutunu temsil eder. Ancak okuma, yazma ve silme işlemlerini gerçekleştirirken sabit disk kümesi ile flash bellek sayfası arasında temel farklar vardır. Yani, eğer bir sabit diskte bir küme okunabilir, yazılabilir ve silinebilirse, flash bellekte okuma ve yazma işlemleri 4 KB'lık sayfalarda, veri silme ise yalnızca 512 KB'lik bloklarda mümkündür. Üstelik bilgi bir sayfaya yazıldığında, silinene (silinene) kadar üzerine yazılamaz.

SSD sürücülerde veri kayıt işlemlerinin özellikleri

Yani daha önce de belirttiğimiz gibi NAND flash belleğe veri yazmak ve okumak 4 KB'lık sayfalarda, verileri silmek ise yalnızca 512 KB'lık bloklarda mümkündür. Genel olarak SSD sürücülere bilgi yazma işlemi, HDD sürücülerle yapılan benzer işlemlerden çok farklıdır. Bunun nedeni, örneğin SSD sürücülerin performansının zamanla değişmesi ve flash belleğe sıralı ve seçici erişim hızlarının birbirinden farklı olmasıdır. Bu olguları açıklayabilmek için gelin HDD ve SSD sürücülerdeki kayıt işlemlerine daha yakından bakalım.

HDD sabit sürücüler söz konusu olduğunda, sabit sürücü yönetim sisteminin üzerinde çalıştığı en küçük bilgi birimine sektör veya blok adı verilir. HDD'de sektör boyutu 4 KB (yeni modellerde) veya 512 bayttır. Diskteki sektörleri (blokları) adreslemek için, sabit diskte adreslenen her bloğun kendi sıra numarasına sahip olduğu LBA (Mantıksal Blok Adresleme) yöntemi kullanılır - sıfırdan başlayan bir tamsayı (yani, ilk blok LBA = 0, ikinci LBA = 1 vb.). Bir diskteki LBA bloklarının sayısı silindirlerin, izlerin, sektörlerin ve okuma/yazma kafalarının sayısına göre belirlenir. Dolayısıyla LBA blok numarası aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

LBA = [(Silindir X Kafa_sayısı + Kafa Sayısı) X Sektörler/parça] + )