Магнитный принцип чтения и записи информации

Жесткие диски HDD

HDD накопители — наиболее распространенный вид жестких дисков. Собственно, жесткими дисками их называют потому, что в основе хранения информации лежат жесткие пластины, изготовленные преимущественно из алюминия (так же могут быть из керамики или прочного стекла), покрытые тонким слоем ферромагнитного материала — магнитные диски. Таких дисков в HDD накопителе может быть несколько, надетых на одну ось и соединенных общим шпинделем. Каждая из пластин имеет рабочую поверхность с обеих своих сторон и от количества таких пластин внутри корпуса зависит общий объем жесткого диска. Более подробную информацию об устройстве жесткого диска HDD мы приводим в иллюстрированной схеме с аннотациями (в данном примере использованы две магнитные пластины):

Принцип работы HDD накопителей

Для более легкого понимания, принцип работы такого жесткого диска можно сравнить с устройством, о котором все давно уже забыли — с проигрывателем виниловых пластинок, в котором пластина вращается, а игла считывает информацию. Здесь принцип такой же: диски постоянно вращаются, а головка перемещается по поверхности и считывает или записывает на них информацию, с одной лишь разницей: головка не касается поверхности дисков, работая на расстоянии нескольких микрон.

Скорость вращения дисков всегда постоянная, от скорости вращения зависит и скорость работы жесткого диска в целом. Чем выше скорость — тем лучше, однако при этом надо понимать, что возрастает и шумность и энергопотребление (немаловажный фактор для мобильных устройств, например для ноутбуков), а так же повышается температура. Стандартные скорости вращения дисков: 4200, 5400 и 7200 (для ноутбуков), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (для персональных компьютеров), 10 000 и 15 000 об/мин (для серверов и рабочих станций).

Характеристики винчестеров

Емкость - количество информации, помещающееся на диске (определяется уровнем технологии изготовления).

На сегодня емкость составляет 500 -2000 и более Гб. Места на жестком диске никогда не бывает много.

Скорость работы (быстродействие) диска характеризуется двумя показателями: временем доступа к данным на диске и скоростью чтения/записи на диске.

Время доступа – время необходимое для перемещения (позиционирования) головок чтения/записи на нужную дорожку и нужный сектор.

Среднее характерное время доступа между двумя случайно выбранными дорожками примерно 8-12мс(миллисекунд), более быстрые диски имеют время 5-7мс.

Время перехода на соседнюю дорожку (соседний цилиндр) меньше 0.5 — 1.5мс. Для поворота в нужный сектор тоже нужно время.

Полное время оборота диска для сегодняшних винчестеров 8 – 16мс, среднее время ожидания сектора составляет 3-8мс.

Чем меньше время доступа, тем быстрее будет работать диск.

Скорость чтения/записи (пропускная способность ввода/вывода) или cкорость передачи данных (трансферт) – время передачи последовательно расположенных данных, зависит не только от диска, но и от его контроллера, типы шины, быстродействие процессора. Скорость медленных дисков 1.5-3 Мб/с, у быстрых 4-5Мб/с, у самых последних 20Мб/с.

Винчестеры со SСSI–интерфейсом поддерживают частоту вращение 10000 об./мин. и среднее время поиска 5мс, скорость передачи данных 40-80 Мб/с.

Стандарт интерфейса подключения винчестера - т.е. тип контроллера, к которому должен подключаться жесткий диск. Он находится на материнской плате.

Различают три основных интерфейса подключения

IDE и его различные варианты

SATA

SСSI

Жесткие диски SSD

SSD накопители явление относительно новое. Такие диски называют еще твердотельными, а поскольку движущиеся механические части в них отсутствуют, то и принцип работы значительно отличается от HDD накопителей. Основным отличием является то, что в основе работы лежит не пластина и считывающая/записывающая головка, а флеш-накопитель. Так выглядит жесткий диск SSD изнутри:

Жесткий диск SSD

По сути внешний жесткий диск — это один из описанных выше вариантов (работающий по технологии магнитных дисков — HDD или SSD накопитель), только размещенный в специальном защитном корпусе.

Существует несколько основных типоразмеров жестких дисков:

1,8 дюйма

2,5 дюйма

3,5 дюйма

Как быстро работают SSD?

SSD передают данные в три-четыре раза быстрее, чем стандартные жесткие диски. На практике они достигают скорости чтения свыше 400 Мб/с, при записи — 250 Мб/с. Для сравнения: традиционные HDD (формата 3,5 дюйма) читают и записывают со скоростью около 115 Мб/с, а диски для ноутбуков (формата 2,5 дюйма) только 75 Мб/с.

SSD считывают данные вчетверо быстрее, а записывают вдвое быстрее, чем жесткие диски. Наибольшие преимущества твердотельные накопители имеют при чтении и записи коротких блоков данных: здесь они опережают HDD почти в сто раз.

Схема SSD диска

SATA-интерфейс

С компьютером SSD-накопители обмениваются данными по SATA-интерфейсу. Поэтому для тюнинга жесткий SATA-диск в ПК или в ноутбуке можно заменить на более быстрый SSD-диск. При этом важна версия интерфейса: большинство устаревших моделей имеют разъем SATA 2, который теоретически обеспечивает максимальную скорость до 300 Мб/с. Современные SSD предлагают, как правило, интерфейс SATA 3 (также называемый SATA 6 Гбит/с) с максимальной скоростью потока данных 600 Мб/с.

Контроллер

Контроллер — это «мозг» SSD, он управляет обменом данными между SATA-интерфейсом и модулями памяти. Чем производительнее контроллер, тем быстрее работает SSD-накопитель. Например, Marvell 88SS9174 может в секунду считывать или записывать до 500 Мб данных. Чтобы предотвратить преждевременный износ SSD, контроллер распределяет операции записи так, чтобы все ячейки памяти использовались по возможности одинаково часто.

Буферная память

Для увеличения скорости SSD имеют промежуточный буфер, который работает в несколько раз быстрее, чем флэш-память. В большинстве моделей буферная память составляет от 256 до 512 Мб и, как и оперативная память ПК, состоит из модулей DDR3. Частые операции записи в одни и те же участки памяти берет на себя кэш-память. Это уменьшает количество операций записи на флэш-память и увеличивает срок службы SSD.

Флэш-память

Каждый модуль памяти в SSD содержит миллиарды ячеек памяти, изготовленных по флэш-технологии. Крохотные структуры в чипе памяти (например, токопроводящие дорожки для транспортировки данных) имеют ширину всего З4 нм. Для сравнения: человеческий волос в среднем в две тысячи раз толще. Чтобы обеспечить высокий темп чтения и записи, данные из многих модулей памяти запрашиваются одновременно. Благодаря этому скорости передачи данных отдельных чипов суммируются.

Контроллер SSD

Главной задачей контроллера является обеспечение операций чтения/записи, и управление структурой размещения данных. Основываясь на матрице размещения блоков, в какие ячейки уже проводилась запись, а в какие еще нет, контроллер должен оптимизировать скорость записи и обеспечить максимально длительный срок службы SSD-диска. Вследствие особенностей построения NAND-памяти, работать с ее каждой ячейкой отдельно нельзя. Ячейки объединены в страницы объемом по 4 Кбайта, и записать информацию можно только полностью заняв страницу. Стирать данные можно по блокам, которые равны 512 Кбайт. Все эти ограничения накладывают определенные обязанности на правильный интеллектуальный алгоритм работы контроллера. Поэтому, правильно настроенные и оптимизированные алгоритмы контролера могут существенно повысить производительность и долговечность работы SSD-диска.

В контроллер входят следующие основные элементы:

Processor – как правило 16 или 32 разрядный микроконтроллер. Выполняет инструкции микропрограммы, отвечает за перемешивание и выравнивание данных на Flash, диагностику SMART, кеширование, безопасность.

Error Correction (ECC) – блок контроля и коррекции ошибок ECC.

Flash Controller – включает адресацию, шину данных и контроль управления микросхемами Flash памяти.

DRAM Controller - адресация, шина данных и управление DDR/DDR2/SDRAM кэш памятью.

I/O interface – отвечает за интерфейс передачи данных на внешние интерфейсы SATA, USB или SAS.

Controller Memory – состоит из ROM памяти и буфера. Память используется процессором для выполнения микропрограммы и как буфер для временного хранения данных. При отсутствии внешней микросхемы RAM памяти выступает в роли единственного буфера данных SSD.

На данный момент в SSD применяются следующие модели контроллеров:

Indilinx "Barefoot ECO" IDX110MO1

Indilinx "Barefoot" IDX110M00

Intel PC29AS21BA0

JMicron JMF602

JMicron JMF612

Marvel 88SS9174-BJP2

Samsung S3C29RBB01-YK40

SandForce SF-1200

SandForce SF-1500

Toshiba T6UG1XBG

Схема работы жесткого диска SSD

Зачем нужен Тримминг

Это еще одна немаловажная технология, обеспечивающая более равномерный износ SSD-диска и более быструю работу с данными за счет команды TRIM. Она позволяет выстроить цепочку и определить приоритет освобождаемых блоков. Раньше данная операция была возложена на ОС, но современные SSD-контроллеры уже поддерживают данную функцию аппаратно в прошивках накопителей. Время выполнение операции по «зачистке» блоков связано по экспоненте со свободным объемом на диске. Чем меньше информации и больше свободного места, тем быстрее происходит «тримминг» на SSD. По мере заполнения диска до 75% функция очистки все еще не сильно выражена относительно простоя. Но, как только остаётся менее 15% свободного места, «триммирование» становится затруднительным. Естественно, часть зависимости полностью обуславливается типом информации (статичная, т.е. редко перемещаемая и в основном только читаемая, или динамическая). Согласно исследованию IBM идеальные условия работы SSD, когда он заполнен менее, чем на 75% и соотношения статической и динамической части информации 3 к 1.

TRIM является неотъемлемой частью современных твердотельных накопителей. Он обеспечивает прирост производительности при заполнении данными дисков более чем на 2/3, за счет правильной сортировки блоков и подготовке их к записи. Это позволяет сократить разницу в скорости работы нового и уже заполнено на 75% диска до 2-3%.

Преимущества SSD.

- высокая скорость чтения любого блока данных не зависимо физического от расположения (более 200 Мб/с);

- низкое энергопотребление при чтении данных с накопителя (приблизительно на 1 Ват ниже, чем у HDD);

- пониженное тепловыделение (внутреннее тестирование в компании Intel показало, что ноутбуки с SSD нагреваются на 12.2° меньше чем аналогичные с HDD, также тестированием установлено, что ноутбуки с SSD и 1 GB памяти в распространенных бенчмарках не уступают моделям с HDD и 4 GB памяти);

- бесшумность и высокая механическая надёжность.

• отсутствие движущихся частей;

• высокая механическая стойкость;

• широкий диапазон рабочих температур;

• стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;

• малые габариты и вес;

• намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям.

Недостатки SSD

- высокое энергопотребление при записи блоков данных, энергопотребление растёт с ростом объёма накопителя и интенсивностью изменения данных;

- ограниченное количество циклов перезаписи. Обычная (MLC, Multi-level cell, многоуровневые ячейки памяти) флеш-память позволяет записывать данные примерно 10 000 раз. Более дорогостоящие виды памяти (SLC, Single-level cell, одноуровневые ячейки памяти) — более 100 000 раз. Для борьбы с неравномерным износом применяются схемы балансирования нагрузки;

• контроллер хранит информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались и при необходимости «меняет их местами»;

• подпроблема совместимости SSD-накопителей с устаревшими и даже многими актуальными версиями ОС семейства Microsoft Windows, которые не учитывают специфику SSD-накопителей и дополнительно изнашивают их. Использование операционными системами механизма свопинга (подкачки) на SSD также, с большой вероятностью, уменьшает срок эксплуатации накопителя;

• цена гигабайта SSD-накопителей существенно выше цены гигабайта HDD. К тому же стоимость SSD прямо пропорциональна их емкости, в то время как стоимость традиционных жестких дисков зависит от количества пластин и медленнее растет при увеличении объема накопителя;

• применение в SSD-накопителях команды TRIM делает невозможным восстановление удаленной информации recovery-утилитами.

Интерфейсы подключения

Подробно описывать принцип работы каждого интерфейса в данной статье нет смысла, так как основная цель данного обзора — дать представление о разновидностях жестких дисков и принципе их работы, поэтому просто перечислим наиболее распространенные на сегодняшний день методы подключения:

IDE - устаревший интерфейс только для стационарных жестких дисков, встроенных в ПК.

Скорость — до 133 Мб/сек

SATA - только для стационарных жестких дисков, отличная замена ушедшему IDE.

Скорость — до 600 Мб/сек

SCSI - только для стационарных жестких дисков (для серверных станций и массивов).

Скорость — до 5 Гб/сек

SAS - интерфейс подключения, постепенно вытесняющий SCSI.

Скорость — до 6 Гб/сек

eSATA - интерфейс для подключения внешних жестких дисков. Встречается не на всех ПК.

Скорость — до 3 Гб/сек

Thunderbolt — альтернатива USB, SCSI, SATA и FireWire . Стандартный разъем в MacBook Pro Apple.

Скорость — до 10 Гб/сек

FireWire - перспективный высокоскоростной интерфейс. Пока встречается не на всех ПК.

Скорость — до 3,2 Гб/сек

Wi-Fi - беспроводной сетевой интерфейс, для подключения внешних жестких дисков пока редкость.

Скорость — до 600 Мб/сек

USB 2.0 - самый распространенный интерфейс, не требующий дополнительного электропитания.

Скорость — до 480 Мб/сек

USB 3.0 - отличная замена уходящему USB 2.0.

Скорость — до 4,8 Гб/сек

Гибридные диски SSHD

Гибридный SSHD накопитель это носитель информации, в котором сочетаются технологии HDD и SSD, то есть внутри этого носителя установлены SSD накопитель и HDD диск.

Сейчас появились модели «гибридов» небольших размеров, например, с толщиной всего в 7 мм (именно такова модель ST500LM000 от Seagate), что позволяет устанавливать такие диски в нетбуки/ультрабуки.

Чтобы пользователю ПК стало понятым, как устроен SSHD, надо представить его в виде флеш накопителя и обычного магнитного диска, расположенных внутри одного корпуса.

Благодаря наличию флеш-памяти можно добиться роста скорости считывания информации, а благодаря магнитным дисками на SSHD может храниться больший объемы данных. Удобство этой технологии заключается в большем объеме гибридных дисков по сравнению с обычными SSD, по стоимости же они намного уступают носителям SSD, благодаря чему они теперь доступны многим потребителям.

Принцип работы SSHD-устройства очень прост. Массивами для записи данных служат обычные металлические диски со специальным напылением. Информация записывается на них при использовании туннельного магниторезистивного эффекта. В результате воздействия данного эффекта, магнитное поле влияет на сопротивление магнитной поверхности дисков. Что приводит к изменению вектора намагниченности отдельных элементов. Аналогичным же образом осуществляется считывание данных. Головка парит над металлической поверхностью и происходит обратный процесс – сопротивление поверхности пластин влияет на магнитное поле пишущей головки. Полученная информация анализируется и расшифровывается.

Суть работы гибридного SSHD заключается в том, что для размещения постоянно хранимой информации используются металлические пластины. Использование же твердотельной части девайса осуществляется только после запуска операционной системы. На него записываются те файлы, к которым система обращается постоянно. Таким образом, доступ к ним существенно упрощается и ускоряется. Именно за счет этого увеличивается скорость работы. В качестве интерфейса для подключения используется интерфейс под названием SATA.

Отличие гибридных дисков от HDD заключается в невысоком энергопотреблении, так как на SSD накопителях отсутствуют вращающиеся элементы. Благодаря этому этими дисками практически не издается шум при работе, они не нагреваются, как простые винчестеры.

Использование гибридных накопителей

SSHD накопители устанавливаются на настольных ПК и ноутбуках. На ноутбуках эти устройства являются более востребованными, так в ноутбуках нет технической возможности для одновременного использования SSD (для ОС и программ) и HDD (для хранения данных).

Вот почему благодаря гибридным жестким дискам можно добиться существенного роста производительности ноутбука и увеличения скорости, с которой загружается ОС до нескольких раз. Скорость, с которой работает SSHD определяется объемом встроенного внутрь него твердотельного накопителя. При большем объем, будет соответственно выше скорость. Низкое энергопотребление гибридных винчестеров позволяет добиться роста ресурса автономной работы устройства, минимум на полчаса.

Также необходимо отметить, что вначале SSHD технология разрабатывалась для портативных компьютеров и мобильных устройств. Первые гибридные носители имели размер 2,5 дюйма. Но сегодня гибридные носители производятся в форм-факторе 3,5 дюйма, вот почему пользователям ПК не нужно больше осуществлять сложную настройку рейд-массивов и одновременно устанавливать SSD и HDD, для чего также требуется довольно сложная настройка.

Гибридный жесткий диск SSD+HDD PCIEx4 1000 GB OCZ RevoDrive Hybrid RVDHY-FH-1T

Что такое ReRAM?

Резистивная память ReRAM предусматривает хранение бита с помощью электрически изменяемого сопротивления (а не электрического заряда): высокое сопротивление соответствует единице, низкое — нулю. Сопротивление легче измерить, чем количество электронов в облаке, где их насчитывается несколько сотен.

Сопротивление изменяется за счет приложения определенного напряжения, которое в данном случае работает как своеобразный переключатель. Одно из преимуществ технологии заключается в том, что для изменения сопротивления требуется гораздо меньшее напряжение, чем для записи данных во флеш-память. Это особенно удобно для устройств малой мощности.

Для производства ReRAM можно использовать различные материалы. Некоторые характеризуются повышенной долговечностью (до нескольких миллионов циклов перезаписи) и надежностью по сравнению с флеш-памятью, другие обеспечивают скорость передачи данных, сравнимую с DRAM.

В числе других преимуществ резистивной памяти:

• Высокая плотность. Тайваньские ученые доказали, что стандартные процессы могут использовать микроскопические ячейки резистивной памяти.

• Низкая стоимость. По данным экспериментов, производство ReRAM требует меньшего количества этапов, чем производство флеш-памяти, да и сам процесс оказывается значительно проще.

• Долгий срок службы. Некоторые виды резистивной памяти выдерживают до нескольких миллионов циклов перезаписи, в то время как многоуровневая флеш-память (MLC) — всего 10 тысяч.

• Высокая гибкость. В зависимости от архитектуры, ReRAM может быть оптимизирована для получения высокой плотности, большого объема или повышенной скорости передачи данных.

• Широкий спектр материалов. Для изготовления резистивной памяти можно использовать самые разные материалы. А поскольку исследования в этой области до сих пор продолжаются, в перспективе наверняка появятся еще более привлекательные варианты.

Конечной и, возможно, недостижимой целью исследователей является создание устройства, сочетающего высокую скорость DRAM с долгим сроком хранения флеш-памяти.

По сравнению с современными SSD-дисками, которые используют только NAND-микросхемы, производительность гибридного накопителя в операциях записи увеличена в 11 раз. При этом потребляемая мощность снижена на 93%, а жизненный цикл устройства увеличен в 6,9 раза. Эти данные получены на основе испытания прототипа гибридного диска с помощью эмулятора.

Гибридный диск включает 256 Гбайт NAND-памяти и 8 Гбит ReRAM-памяти. Именно благодаря последней, накопитель и обеспечивает высочайшую производительность в операциях случайного доступа.

Запись данных управляется с помощью трех алгоритмов. Первый называется «антифрагментом» (anti-fragment). Малые порции данных записываются в сектора ReRAM-памяти. Когда их емкость превышает одну страницу, они перезаписываются в NAND-микросхему. Учитывая малую емкость ReRAM, когда она слишком переполнена, допускается перенос в NAND-чипы данных, которые занимают 60% объема страницы памяти. Также во избежание фрагментации данных в NAND-памяти используется алгоритм RAAF (reconsider as a fragmentation), который при затирании малых порций данных в NAND-памяти после записи страницы переносит ее обратно в ReRAM-пространство. Третий алгоритм под названием MRU (most recently used table) предусматривает сохранение наиболее часто используемых данных в ReRAM.

Литература

Источник: http://proremontpk.ru/programms/sshd-chto-jeto.html

Источник: www.3dnews.ru

Источник: www.winblog.ru

Жесткие диски HDD

HDD накопители — наиболее распространенный вид жестких дисков. Собственно, жесткими дисками их называют потому, что в основе хранения информации лежат жесткие пластины, изготовленные преимущественно из алюминия (так же могут быть из керамики или прочного стекла), покрытые тонким слоем ферромагнитного материала — магнитные диски. Таких дисков в HDD накопителе может быть несколько, надетых на одну ось и соединенных общим шпинделем. Каждая из пластин имеет рабочую поверхность с обеих своих сторон и от количества таких пластин внутри корпуса зависит общий объем жесткого диска. Более подробную информацию об устройстве жесткого диска HDD мы приводим в иллюстрированной схеме с аннотациями (в данном примере использованы две магнитные пластины):

Принцип работы HDD накопителей

Для более легкого понимания, принцип работы такого жесткого диска можно сравнить с устройством, о котором все давно уже забыли — с проигрывателем виниловых пластинок, в котором пластина вращается, а игла считывает информацию. Здесь принцип такой же: диски постоянно вращаются, а головка перемещается по поверхности и считывает или записывает на них информацию, с одной лишь разницей: головка не касается поверхности дисков, работая на расстоянии нескольких микрон.

Скорость вращения дисков всегда постоянная, от скорости вращения зависит и скорость работы жесткого диска в целом. Чем выше скорость — тем лучше, однако при этом надо понимать, что возрастает и шумность и энергопотребление (немаловажный фактор для мобильных устройств, например для ноутбуков), а так же повышается температура. Стандартные скорости вращения дисков: 4200, 5400 и 7200 (для ноутбуков), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (для персональных компьютеров), 10 000 и 15 000 об/мин (для серверов и рабочих станций).

Магнитный принцип чтения и записи информации

Магнитный домен (от лат. dominium — владение) — это микроскопическая, однородно намагниченная область в ферромагнитных образцах, отделенная от соседних областей тонкими переходными слоями (доменными границами).

Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с направлением магнитных силовых линий. После прекращения воздействия внешнего поля на поверхности домена образуются зоны остаточной намагниченности. Благодаря этому свойству на магнитном носителе сохраняется информация, действовавшем магнитном поле.

При записи информации внешнее магнитное поле создается с помощью магнитной головки. В процессе считывания информации зоны остаточной намагниченности, оказавшись напротив магнитной головки, наводят в ней при считывании электродвижущую силу (ЭДС).

Схема записи и чтения с магнитного диска дана на рис.3.1 Изменение направления ЭДС в течение некоторого промежутка времени отождествляется с двоичной единицей, а отсутствие этого изменения — с нулем. Указанный промежуток времени называется битовым элементом.

Поверхность магнитного носителя рассматривается как последовательность точечных позиций, каждая из которых ассоциируется с битом информации. Поскольку расположение этих позиций определяется неточно, для записи требуются заранее нанесенные метки, которые помогают находить необходимые позиции записи.

Характеристики винчестеров

Емкость - количество информации, помещающееся на диске (определяется уровнем технологии изготовления).

На сегодня емкость составляет 500 -2000 и более Гб. Места на жестком диске никогда не бывает много.

Скорость работы (быстродействие) диска характеризуется двумя показателями: временем доступа к данным на диске и скоростью чтения/записи на диске.

Время доступа – время необходимое для перемещения (позиционирования) головок чтения/записи на нужную дорожку и нужный сектор.

Среднее характерное время доступа между двумя случайно выбранными дорожками примерно 8-12мс(миллисекунд), более быстрые диски имеют время 5-7мс.

Время перехода на соседнюю дорожку (соседний цилиндр) меньше 0.5 — 1.5мс. Для поворота в нужный сектор тоже нужно время.

Полное время оборота диска для сегодняшних винчестеров 8 – 16мс, среднее время ожидания сектора составляет 3-8мс.

Чем меньше время доступа, тем быстрее будет работать диск.

Скорость чтения/записи (пропускная способность ввода/вывода) или cкорость передачи данных (трансферт) – время передачи последовательно расположенных данных, зависит не только от диска, но и от его контроллера, типы шины, быстродействие процессора. Скорость медленных дисков 1.5-3 Мб/с, у быстрых 4-5Мб/с, у самых последних 20Мб/с.

Винчестеры со SСSI–интерфейсом поддерживают частоту вращение 10000 об./мин. и среднее время поиска 5мс, скорость передачи данных 40-80 Мб/с.

Стандарт интерфейса подключения винчестера - т.е. тип контроллера, к которому должен подключаться жесткий диск. Он находится на материнской плате.

Различают три основных интерфейса подключения

IDE и его различные варианты

SATA

SСSI

Жесткие диски SSD

SSD накопители явление относительно новое. Такие диски называют еще твердотельными, а поскольку движущиеся механические части в них отсутствуют, то и принцип работы значительно отличается от HDD накопителей. Основным отличием является то, что в основе работы лежит не пластина и считывающая/записывающая головка, а флеш-накопитель. Так выглядит жесткий диск SSD изнутри:

Жесткий диск SSD

По сути внешний жесткий диск — это один из описанных выше вариантов (работающий по технологии магнитных дисков — HDD или SSD накопитель), только размещенный в специальном защитном корпусе.

Существует несколько основных типоразмеров жестких дисков:

1,8 дюйма

2,5 дюйма

3,5 дюйма

Как быстро работают SSD?

SSD передают данные в три-четыре раза быстрее, чем стандартные жесткие диски. На практике они достигают скорости чтения свыше 400 Мб/с, при записи — 250 Мб/с. Для сравнения: традиционные HDD (формата 3,5 дюйма) читают и записывают со скоростью около 115 Мб/с, а диски для ноутбуков (формата 2,5 дюйма) только 75 Мб/с.

SSD считывают данные вчетверо быстрее, а записывают вдвое быстрее, чем жесткие диски. Наибольшие преимущества твердотельные накопители имеют при чтении и записи коротких блоков данных: здесь они опережают HDD почти в сто раз.

Схема SSD диска

SATA-интерфейс

С компьютером SSD-накопители обмениваются данными по SATA-интерфейсу. Поэтому для тюнинга жесткий SATA-диск в ПК или в ноутбуке можно заменить на более быстрый SSD-диск. При этом важна версия интерфейса: большинство устаревших моделей имеют разъем SATA 2, который теоретически обеспечивает максимальную скорость до 300 Мб/с. Современные SSD предлагают, как правило, интерфейс SATA 3 (также называемый SATA 6 Гбит/с) с максимальной скоростью потока данных 600 Мб/с.

Контроллер

Контроллер — это «мозг» SSD, он управляет обменом данными между SATA-интерфейсом и модулями памяти. Чем производительнее контроллер, тем быстрее работает SSD-накопитель. Например, Marvell 88SS9174 может в секунду считывать или записывать до 500 Мб данных. Чтобы предотвратить преждевременный износ SSD, контроллер распределяет операции записи так, чтобы все ячейки памяти использовались по возможности одинаково часто.

Буферная память

Для увеличения скорости SSD имеют промежуточный буфер, который работает в несколько раз быстрее, чем флэш-память. В большинстве моделей буферная память составляет от 256 до 512 Мб и, как и оперативная память ПК, состоит из модулей DDR3. Частые операции записи в одни и те же участки памяти берет на себя кэш-память. Это уменьшает количество операций записи на флэш-память и увеличивает срок службы SSD.

Флэш-память

Каждый модуль памяти в SSD содержит миллиарды ячеек памяти, изготовленных по флэш-технологии. Крохотные структуры в чипе памяти (например, токопроводящие дорожки для транспортировки данных) имеют ширину всего З4 нм. Для сравнения: человеческий волос в среднем в две тысячи раз толще. Чтобы обеспечить высокий темп чтения и записи, данные из многих модулей памяти запрашиваются одновременно. Благодаря этому скорости передачи данных отдельных чипов суммируются.

Контроллер SSD

Главной задачей контроллера является обеспечение операций чтения/записи, и управление структурой размещения данных. Основываясь на матрице размещения блоков, в какие ячейки уже проводилась запись, а в какие еще нет, контроллер должен оптимизировать скорость записи и обеспечить максимально длительный срок службы SSD-диска. Вследствие особенностей построения NAND-памяти, работать с ее каждой ячейкой отдельно нельзя. Ячейки объединены в страницы объемом по 4 Кбайта, и записать информацию можно только полностью заняв страницу. Стирать данные можно по блокам, которые равны 512 Кбайт. Все эти ограничения накладывают определенные обязанности на правильный интеллектуальный алгоритм работы контроллера. Поэтому, правильно настроенные и оптимизированные алгоритмы контролера могут существенно повысить производительность и долговечность работы SSD-диска.

В контроллер входят следующие основные элементы:

Processor – как правило 16 или 32 разрядный микроконтроллер. Выполняет инструкции микропрограммы, отвечает за перемешивание и выравнивание данных на Flash, диагностику SMART, кеширование, безопасность.

Error Correction (ECC) – блок контроля и коррекции ошибок ECC.

Flash Controller – включает адресацию, шину данных и контроль управления микросхемами Flash памяти.

DRAM Controller - адресация, шина данных и управление DDR/DDR2/SDRAM кэш памятью.

I/O interface – отвечает за интерфейс передачи данных на внешние интерфейсы SATA, USB или SAS.

Controller Memory – состоит из ROM памяти и буфера. Память используется процессором для выполнения микропрограммы и как буфер для временного хранения данных. При отсутствии внешней микросхемы RAM памяти выступает в роли единственного буфера данных SSD.

На данный момент в SSD применяются следующие модели контроллеров:

Indilinx "Barefoot ECO" IDX110MO1

Indilinx "Barefoot" IDX110M00

Intel PC29AS21BA0

JMicron JMF602

JMicron JMF612

Marvel 88SS9174-BJP2

Samsung S3C29RBB01-YK40

SandForce SF-1200

SandForce SF-1500

Toshiba T6UG1XBG

Схема работы жесткого диска SSD