Введение в ssd. часть 2. интерфейсная

HDD и SSD

Стандартный HDD для ПК — это 3,5-дюймовая коробочка, скрывающая считывающие головки и намагниченные пластинки, где хранятся данные. Из проблем, лежащих на поверхности, назовём шумную работу, неторопливое выполнение операций с маленькими файлами и, так сказать, хрупкость — «винт» крайне восприимчив к тряске и падениям.
SSD, напротив, лишены механических частей и потому не жужжат и не страшатся ударов, ведь это просто платы с распаянными микросхемами флэш-памяти и управляющим контроллером. Скорости чтения и записи на фоне аналогичных показателей HDD попросту невероятные, особенно в случае с небольшими файлами.
На практике это означает шустрый запуск операционки и подросшую отзывчивость программ типа Adobe Photoshop. В играх же это обеспечивает мгновенный переход от меню и заставок к геймплею, в том числе в сложных проектах с открытым миром. Только не ждите прироста fps — тут всё зависит от процессора, видеокарты и оперативки.
Разумеется, при таких плюсах твердотельники уже давно скинули бы жёсткие диски в мусорную корзину истории, однако этого не произошло. В первую очередь — из-за дороговизны производства. Вдобавок SSD если и выходят из строя, то целиком, а утраченные данные крайне проблематично восстановить.
Ещё им вменяют в вину ограниченный ресурс циклов перезаписи — и напрасно, ведь это величина относительная. Скажем так, пять лет хорошая модель точно протянет, а к тому времени вы наверняка задумаетесь о замене хранилища. Технологии не стоят на месте!

Взгляд внутрь SSD: видите, никаких магнитных пластинок и бешеного считывающего устройства!

Преимущества

2,5″ SSD с разъёмом U.2

• Отсутствие движущихся частей, отсюда:
  • полное отсутствие шума;
  • высокая механическая стойкость (кратковременно выдерживают порядка 1500 g);
• стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;
• скорость чтения/записи выше, чем у распространённых жёстких дисков, и в ряде операций может быть близка к пропускной способности интерфейсов (SAS/SATA II 300 МБ/с, SAS/SATA III 600 МБ/с). Твердотельные накопители могут реализовываться с более быстрыми интерфейсами: SATA III, PCI Express, NGFF (M.2, в вариантах с PCIe), SATA Express, NVM Express (стандарт на подключение SSD по шинам PCI Express), U.2.
• количество произвольных операций ввода-вывода в секунду (IOPS) у SSD на порядок выше, чем у жёстких дисков, за счёт возможности одновременного запуска множества операций и более низкой латентности каждой операции (нет необходимости ожидать оборота диска перед доступом, а также ожидать наведения головки диска на нужную дорожку);
• низкое энергопотребление;
• намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям;
• малые габариты и вес. Для твердотельных накопителей были разработаны более компактные типовые размеры, например , NGFF (M.2).

Интерфейс

Этот параметр означает, какой тип подключения имеет накопитель. От него зависит и скорость передачи данных. Основные виды пропускных шин:

• IDE (PATA) работает со скоростью 1000 Мбит/с. Это устаревший вариант, но еще встречается иногда.
• Немногим быстрее работает SATA (1500 Мбит/с).
• Более скоростным является SATA2 (3000 Мбит/с).
• Хотите в полной мере ощутить возможности SSD? Выбирайте 3-е поколение шин SATA, скорость которого вдвое больше, чем у предыдущего (до 6000 Мбит/с).
• Бывают еще девайсы с типом подключения PCI Express. Вы хотите сделать из своего компьютера сверхскоростную машину? Отдайте предпочтение PCI-e, потому что он работает еще быстрее, чем SATA3. Этот интерфейс способен передавать данные со скоростью в 2 Гб/с.

Пример SSD с интерфейсом подключения PCI-Express

Есть ещё одна шина. Это M.2 интерфейс (в теории должен развивать скорость быстрее даже чем PCI-E), но пока что такие диски не совсем популярны, да и производители ещё не научились делать быстрые продукты используя её потенциал. Преимуществом ещё является то что такие устройства имеют очень не большой размер.

Пример SSD накопителей с интерфейсом M.2

Скоростной Western Digital WD Black 500 GB (WD5000LPLX) для ноутбука

• 32 МБ кэша;
• SATA III;
• 7200 RPM;
• потребляет 2 Вт;
• формат 2.5”.

Выполнен из высококачественных материалов в формате 2.5” (так называются жесткие диски для ноутбуков). Объем HDD составляет 500 гигабайт. Шпиндель вращается со скоростью 7200 RPM, что хорошо для мобильного накопителя. Буфер объемом в 32 МБ позволяет винчестеру быстрее обрабатывать команды. Подключается к контроллеру SATA III.

Этот внутренний накопитель относится к мобильному классу. Поэтому обладает показателем противоударности на уровне 400 G в режиме работы. Если его не использовать, то он выдерживает 1000 G. Потребляет накопитель всего 2 Ватта, что полезно в плане экономии аккумулятора лэптопа. При работе уровень шума составляет 25 дБ.

Хороший винчестер, который подойдет как для установки операционной системы, так и для хранения данных. Работает очень тихо. Скорость удовлетворительная. Даже от USB в специальном боксе работает без проблем.

Плюсы:

• кэш 32 МБ;
• ударопрочночть 400 G;
• вращение 7200 оборотов;
• емкость 500 ГБ;
• тихая работа;
• надежность;
• интерфейс SATA III.

Архитектура и функционирование

NAND SSD

Сравнение: компоненты разобранного HDD (слева) и разобранный SSD (справа). Оба с интерфейсом IDE

Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD), появились относительно недавно, во второй половине 90-х годов прошлого века, но начали уверенное завоевание рынка в связи с прогрессом в микроэлектронике и улучшением основных характеристик, в том числе стоимости за гигабайт. До середины 2000-х годов уступали традиционным накопителям — жёстким дискам — в скорости записи, но компенсировали это высокой скоростью доступа к произвольным блокам информации (скорость поиска, скорость начального позиционирования). С 2012 года уже выпускаются твердотельные накопители со скоростями чтения и записи, во много раз превосходящими возможности жёстких дисков. Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.

К 2016 году были созданы микросхемы NAND с тремя различными по плотности хранения данных технологиями:

• SLC (Single Level Cell), один бит на ячейку;
• MLC (Multi Level Cell) — два бита;
• TLC (Triple Level Cell) — три бита.

TLC обеспечивает наибольшую плотность хранения данных (втрое выше, чем планарная SLC), но имеет наименьший срок службы и меньшую надёжность, которые компенсируются производителями за счёт усложнения обработки данных.

Дальнейшее развитие технологии NAND — 3D TLC, в которой ячейки TLC размещены на кристалле в несколько слоёв. Например, Samsung SSD 850 EVO использует 3D-память с 32 слоями 3-битных ячеек TLC. Производитель обещает для них надёжность на уровне устройств с планарными двухбитовыми MLC.

С 2017 года нашло распространение и QLC (Quad Level Cell) — четыре бита.

RAM SSD

Эти накопители построены на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) наподобие RAM drive и характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость за единицу объёма. Используются в основном для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели — системами резервного и/или оперативного копирования. Примерами таких накопителей являются и серия (последние известны в Европе как ACARD ANS-9010 и 9010BA).

Пользователи, обладающие достаточным объёмом оперативной памяти, могут организовывать имитацию подобных устройств за счёт технологии диск в ОЗУ (RAM drive), например, для оценки быстродействия виртуальных машин.

Другие

В 2015 году компании Intel и Micron заявили о выходе новой энергонезависимой памяти 3D XPoint. Intel планировала выпустить SSD-накопители на основе 3D XPoint с использованием интерфейса PCI Express в 2016 году, которые были бы быстрее и выносливее, чем накопители на основе NAND. В марте 2017 года Intel выпустила первый SSD-накопитель с использованием технологии 3D XPoint — Intel Optane P4800X.

Сравниваем их параметры

Хотя эти технологии выполняют одинаковые функции – запись, хранение и считывание информации, они значительно различаются между собой. Рассмотрим их характеристики: энергопотребление, память, скорость, уровень шума, срок службы, возможность ремонта, транспортировка, цена.

Потребление энергии

Это важный показатель, от которого зависит период автономного режима. Винчестер потребует в среднем 3-5 Вт. Максимальный расход наблюдается во время запуска операционной системы (ОС): до 20 Вт.

Его конкурент работает в пределах 1 Вт, экономия достигает 100 Вт. Такая особенность значительно снижает и степень нагрева, что имеет значение в климате с высокими температурами. Благодаря этому не требуется дополнительное охлаждение и обеспечивается нормальная работа ПК, он не перегревается.

Память

Жёсткий диск на ноутбуках имеет средний размер 1 ТБ, возможный максимум – 12 тыс. Гб. Это отличный ресурс, позволяющий владельцу хранить практически неограниченное количество данных.

В продаже представлены SSD объёмом от 32 до 4 тыс. Гб. Чаще встречаются стандартные величины: 64 или 128 Гб. Объясняется это ценой, о чём упомянем ниже. Такой параметр оказывается недостаточным для размещения крупных файловых массивов.

Скорость

Носители HDD изготавливаются с двумя стандартами: 5400 (объём информации до 90 МБ/с) и 7200 оборотов шпинделя в минуту (обозначается rpm, до 150 МБ/с). Значение учитывается в связке с ёмкостью: сколько файлов умещается на одной пластине (от 15 до 125 Гб, чем больше, тем лучше).

Другое важное свойство – среднее время доступа. Это период, за который считывающая головка запишет (или прочитает) нужный файл на диске, варьируется в пределах 3,6-11,5 мс (миллисекунд), здесь подбирается минимальная цифра

По сравнению с конкурентом, SDD выделяется быстродействием: от 550 до 5 тыс. Мб/с. При таких условиях операционная система Windows 10 запускается за 10 сек. (в сравнении с 40-60 сек. для HDD). Открытие или копирование файлов происходит на 30 % быстрее (не более 0,25 м/с).

Шумность

Громкость процессов на жёстком диске создают считывающие головки. Во время работы они перемещаются, в результате возникают вибрации, шумовой фон. Это может вызвать дискомфорт владельца, отвлекать от дел.

Такой недостаток исключается на SSD благодаря отсутствию подвижных деталей. Лэптоп с таким оборудованием функционирует тихо и незаметно.

Долговечность

Жёсткий диск может переписывать информацию неограниченное число раз и в любом количестве. Срок службы зависит только от физического состояния: внешние повреждения способны вывести его из строя.

Плата SSD в этом вопросе имеет ощутимый изъян. Она не сломается при механических нагрузках, однако ограничена в работе с файлами. Каждый цикл файловой записи сокращает время работы, к таким действиям относится и дефрагментация. Среднее число записей и стираний может составлять 600 TBW (это обозначение ресурса работы). Спокойный рабочий режим повысит этот период до 5 лет.

Ремонтопригодность

1. Винчестер обычно повреждается после падения или сильной вибрации, что приводит к серьёзной поломке движущихся частей.
2. Воздействие сильного магнитного поля вызовет полную потерю данных на диске.
3. Скачок напряжения может частично нарушить работу одного из участков, но информация с такого сектора легко восстанавливается.

Подобные условия не повлияют на SSD (кроме последствий отключения электричества). Носитель целиком сгорает в результате перепадов. Записи за редким исключением утрачиваются безвозвратно или в таких случаях, или при отключении питания.

Возможность переноски

Винчестер заметно увеличивает вес электроники: его стандартная масса составляет 300 г. Такое оборудование становится обременительным в дороге. Хотя встречаются более лёгкие варианты, до 100 г

Но хрупкость элементов в любом случае потребует осторожности при перемещениях

Лэптопы с форматом SSD здесь безусловные лидеры. Они удобны в командировках и путешествиях, вес схем варьируется в пределах всего лишь 40 г. SSD часто используются в ультрабуках (сверхтонких ноутбуках). Их носят даже во включённом состоянии. Здесь дополнительное преимущество – бесперебойная работа в широком интервале температур.

Стоимость

Жёсткий диск отличается демократичной ценой, например, его объём 1 ТБ обойдётся в 3 тыс. руб.

SSD пока не способен конкурировать в этой категории. Если его стандартные размеры (до 128 Гб) рядовой покупатель может себе позволить, то линейка с высокими показателями менее доступна. Разница с конкурентом достигает в 2-3 раза: устройство с 1 тыс. ГБ стоит порядка 11 тыс. руб.

Как вернуть значок безопасное извлечение устройства в Windows

Немного теории. Безопасное извлечение устройства в Windows 10 – это специальный «рубильник», который уведомляет операционную систему о планах пользователя извлечь флешку или любое другое съемное устройство. По нажатию на извлекаемое устройство Windows прекращает с ним работу, предотвращая таким образом непредвиденные разрывы и возможную утерю данных. Также этот механизм может прекращать подачу питания на съемный девайс, что в свою очередь гарантирует то самое безопасное отключение.

Если исчез значок безопасное извлечение устройства в Windows 10, начинать ремонт надо из самых простых методов. Прежде всего убедитесь, что в Параметрах панели задач включено отображение заветной иконки. Проверить это можно следующим образом:

1. Нажмите Win+ I (или откройте Параметры любым другим удобным вам способом) и перейдите в раздел Персонализация – Панель задач. Опуститесь немного ниже и нажмите Выберите значки, отображаемые в панели задач.

Если отображение иконки включено, но безопасного извлечения устройств нет, переходите к следующему методу. Он заключается в использовании специальной утилиты, разработанной компанией Microsoft для устранения неполадок в работе USB в компьютерах на Windows. Она может исправить различные проблемы с USB на вашем компьютере, включая отсутствующую или наоборот – постоянно отображающуюся иконку безопасного отключения даже при отсутствии подключенных устройств.

Если и этот метод не помог, попытайтесь добраться до раздела безопасного извлечения устройства другим путем. Как и любой другой компонент системы, безопасное извлечение устройств в Windows 10 можно открыть командой Win + R.

1. Нажмите Win+ R и введите команду RunDll32.exe shell32.dll,Control_RunDLL hotplug.dll. Копируйте команду в точности так, как она указана. Она сработает на всех операционных системах Windows вплоть до древней Windows XP.
2. Нажмите Enter, после чего на экране появится окно безопасного извлечения устройства. Из списка подключенных устройств выберите то, которое вы хотите отключить, а затем нажмите Остановить.

Теоретически, извлечение устройства этим методом должно вернуть значок безопасного извлечения на свое место, но это никем не подтвержденная информация. Если иконка в области уведомлений упорно исчезает и вам никак не удается вернуть ее обратно, создайте на рабочем столе ярлык, чтобы каждый раз не вводить по памяти длинную команду.

1. Нажмите на рабочем столе правую кнопку мыши и выберите Создать – Ярлык.
2. Вставьте команду в путь к объекту и на следующем этапе введите понятное имя для ярлыка. Если хотите, в свойствах ярлыка можно изменить его иконку.

Теперь при нажатии на созданный ярлык будет появляться меню безопасного отключения устройств.

Не все знают, но безопасное извлечение устройства спрятано также в контекстном меню флешки или внешнего диска. Откройте Проводник, щелкните правой кнопкой мыши по флешке или диску, который вы хотите отключить, и выберите Извлечь. Система пришлет вам уведомление, что устройство можно безопасно извлечь.

Есть и еще один метод добраться до безопасного извлечения устройства:

1. Опять же, откройте Проводник, нажмите правую кнопку мыши по диску или флешке и выберите Свойства.
2. Перейдите на вкладку Оборудование и щелкните Свойства.
3. На новом окне нажмите откройте вкладку Политика и щелкните на ссылку Безопасное извлечение устройства.

Здесь стоит отметить, что кладка Политика в свойствах съемных устройств не отображается на нашем компьютере с Windows 10 1803. Возможно, Microsoft ее выпилила из системы в новых версиях Windows. Даже если это так, потеря не велика, так как открыть безопасное извлечение устройств можно куда более простыми методами, даже если иконки нет в положенном ей месте. Но если у вас компьютер на предыдущих версиях Windows 10 или Windows 8.1 / 7, и вы никак не можете добраться до раздела с безопасным отключением, «объезд» через свойства оборудования может помочь вам добраться до нужного компонента системы.

Как выбрать твердотельный накопитель

У SSD дисков свои особенности. В них нет шпинделей и других вращающихся механизмов

Поэтому обращать внимание придется на совсем другие параметры

Сейчас мы поговорим о том, как выбрать твердотельный накопитель:

Тип подключения. Существует несколько вариантов подключения таких накопителей к материнке. Разъем питания в этом случае оказывается совмещенным с разъемом для передачи данных. Типичен интерфейс SATA. Таких накопителей большинство. Но есть также вариант mSATA, обладающий схожими характеристиками и использующийся в основном в ноутбуках. Накопители со стандартом М2 устанавливаются в соответствующие слоты на материнской плате. Скорость передачи данных у них существенно выше, чем у SATA. А модели PCI-E используют соответствующий слот расширения. Они обеспечивают самую высокую скорость, но стоят дорого. Перед тем, как выбрать накопитель стоит учесть, какие типы интерфейсов поддерживает ваш ПК.

Тип памяти. В SSD бывают установлены микросхемы MLC, TLC и 3D NAND. Если первые уже практически нигде не используются, то последние набирают все большую популярность. Память 3D NAND на сегодняшний день является самой высокотехнологичной и продвинутой. У таких накопителей больше ресурс, выше скорость и переносимость ударов также выше. Высокоскоростной накопитель может использовать только микросхемы типа 3D NAND.

Тип контроллера. От него зависит максимальная скорость передачи данных. Лучшие результаты демонстрируют чипы MJX от компании Samsung и их аналоги

Если же в диске установлен контроллер иного типа, то нужно относиться к нему с известной долей осторожности: неизвестно сколько он проработает и какую скорость обеспечит.

Объем. Все зависит от того, в какой сфере использовать SSD

Моделей с объемами в 128–256 ГБ будет достаточно под систему и некоторые программы. На модификации с 512 гигабайтами можно будет установить приличное количество игр. А накопители с терабайтом на борту подойдут в качестве файлового хранилища. Но учтите, что цена последних будет выше. Проще установить в компьютер жесткий диск, а Windows поставить на SSD.

HDD против SSD: размер и шум

При рассмотрении различий между жесткими дисками и твердотельными накопителями иногда забывают о размере и уровне шума. Жесткий диск на 7200 об/мин, как правило, очень большой и рассчитан на 3,5-дюймовый корпус, в то время как меньшие, более медленные жесткие диски на 5400 об/мин немного меньше и могут помещаться в отсек для 2,5-дюймовых дисков. SSD-диски обычно поставляются в 2,5-дюймовых корпусах, не говоря об M.2 SSD.

Итак, по размеру SSD выигрывают. Если вы используете SSD M.2, накопитель может быть размером с ваш большой палец. SSD M.2 даже не имеют корпуса; Вы просто подключаете их прямо к материнской плате.

Таким образом, твердотельные накопители намного меньше, чем HDD. Это делает их идеальными для ноутбуков и других небольших устройств.

Твердотельные накопители также выигрывают в плане шумов. Там нет движущихся частей, а значит нет шума. Движущиеся части HDD создают шум и могут быть довольно громкими, если диск стареет или портится. Если вам нужна максимально тихая рабочая среда, жесткий диск может стать одним из самых шумных компонентов в вашей системе.

Принцип работы SSD

Если говорить простым языком, внутри вашего SSD есть транзисторы, которые в свою очередь выстроены в определенной последовательности. Первоначально всем этим элементам устанавливается значение 1 (разряженный). Когда начинается сохранение операции, ток начинает протекать через всю цепочку транзисторов и значение некоторых сменяется на 0, поскольку именно в них происходит сохранение данных. В сетке каждое пересечение строк и столбцов называется ячейкой. Она состоит из двух транзисторов:

• 1) Первый — управляющий.
• 2) Второй — плавающий.

Ток течет через плавающий затвор, а электроны поступают в управляющий канал. Таким образом возникает положительный заряд, прерывающий поток электрического тока. Аналогичным образом мы можем иметь уникальный шаблон 1s и 0s, применяя правильные значения напряжения.