نحوه عملکرد هاردهای SSD

بیایید با همدیگر ببینیم واقعا هاردهای SSD چگونه کار میکنند و درون این فضای ذخیره سازی چه میگزرد.

هاردهای SSD (Solid State Drive) نوعی حافظه ذخیره‌سازی داده هستند که از تراشه‌های حافظه فلش برای ذخیره‌سازی اطلاعات به جای دیسک‌های گردان مغناطیسی که در هاردهای دیسک سنتی (HDD) استفاده می‌شوند، استفاده می‌کنند. این امر عملکرد آنها را سریع‌تر، قابل اعتمادتر و کم‌مصرف‌تر از HDDها می‌کند.

اجزای اصلی هارد  SSD

• کنترلر: مغز SSD است که تمام عملیات خواندن و نوشتن را در نحوه عملکرد هارد SSD مدیریت می‌کند.
• تراشه‌های حافظه فلش: سلول‌های حافظه‌ای هستند که داده‌ها را ذخیره می‌کنند.
• DRAM: حافظه پنهان پرسرعت است که برای ذخیره‌سازی موقت داده‌ها هنگام خواندن و نوشتن از تراشه‌های فلش استفاده می‌شود.
• رابط: نحوه اتصال SSD به مادربرد کامپیوتر است. رابط‌های رایج شامل SATA، PCIe و NVMe می‌شود.

هاردهای SSD چگونه کار می‌کنند؟

نحوه ذخیره‌سازی داده‌ها

داده‌ها در SSD در سلول‌های حافظه فلش ذخیره می‌شوند. هر سلول می‌تواند دو حالت را ذخیره کند: 0 یا 1. این حالت‌ها برای نشان‌دادن بیت‌های داده استفاده می‌شوند.

برای خواندن داده‌ها، کنترلر سلول‌های حافظه فلش را که داده مورد نظر را ذخیره می‌کنند، آدرس می‌دهد و سپس مقدار آنها را می‌خواند. برای نوشتن داده‌ها، کنترلر سلول‌های حافظه فلش را که داده جدید را ذخیره می‌کنند، آدرس می‌دهد و سپس مقدار آنها را تنظیم می‌کند.

انواع حافظه فلش برای هارد SSD

SSDها از انواع مختلف حافظه فلش برای ذخیره‌سازی داده‌ها استفاده می‌کنند. متداول‌ترین انواع عبارتند از:

• SLC (Single-Level Cell): سریع‌ترین و بادوام‌ترین نوع حافظه فلش است، اما گران‌ترین نیز می‌باشد. سلول‌های SLC فقط می‌توانند یک بیت داده را ذخیره کنند.
• MLC (Multi-Level Cell): ارزان‌تر از SLC است، اما سرعت و دوام کمتری دارد. سلول‌های MLC می‌توانند دو یا سه بیت داده را ذخیره کنند.
• TLC (Triple-Level Cell): ارزان‌ترین نوع حافظه فلش است، اما کم‌سرعت‌ترین و کم‌دوام‌ترین نیز می‌باشد. سلول‌های TLC می‌توانند سه یا چهار بیت داده را ذخیره کنند.

نوع حافظه فلش مورد استفاده در SSD بر عملکرد، دوام و قیمت آن تأثیر می‌گذارد. به طور کلی، SSDها با حافظه فلش SLC سریع‌تر و بادوام‌تر هستند، اما SSDها با حافظه فلش TLC ارزان‌تر هستند.

فرآیند خواندن و نوشتن در هاردهای SSD

هنگامی که می‌خواهید داده‌ای را از SSD بخوانید، کنترلر ابتدا آدرس سلول‌های حافظه فلش حاوی داده مورد نظر را پیدا می‌کند. سپس، مقدار سلول‌های حافظه فلش را می‌خواند و داده‌ها را به پردازنده کامپیوتر ارسال می‌کند.

هنگامی که می‌خواهید داده‌ای را روی SSD بنویسید، کنترلر ابتدا سلول‌های حافظه فلش را که داده جدید را ذخیره می‌کنند، آدرس می‌دهد. سپس، مقدار سلول‌های حافظه فلش را با داده‌های جدید تنظیم می‌کند.

فرآیند خواندن و نوشتن در SSDها بسیار سریع‌تر از HDDها است زیرا نیازی به حرکت قطعات مکانیکی مانند دیسک‌ها و بازوهای خواندن/نوشتن نیست.

SSDها چگونه کار می‌کنند؟

بر اساس اطلاعات ارائه‌شده در وب‌سایت معتبر techtarget.com، هاردهای SSD از تراشه‌های حافظه فلش مبتنی بر سیلیکون تشکیل شده‌اند که به‌صورت شبکه‌ای کنار هم قرار گرفته‌اند تا ظرفیت‌های متنوعی ایجاد کنند. این تراشه‌ها از ترانزیستورهای دروازه شناور (FGT) بهره می‌برند که می‌توانند بار الکتریکی را حتی بدون اتصال به منبع تغذیه حفظ کنند. هر ترانزیستور یک بیت داده (0 یا 1) را ذخیره می‌کند، که به SSD امکان می‌دهد داده‌ها را با سرعت یکنواخت بخواند.

یکی از چالش‌های SSDها این است که نوشتن داده تنها روی بلوک‌های خالی امکان‌پذیر است، که ممکن است به‌مرور زمان عملکرد را کمی کاهش دهد. همچنین، حافظه‌های فلش در SSDها به سه نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

• سلول‌های تک‌سطحی (SLC): هر سلول یک بیت داده ذخیره می‌کند، سرعت بالا و دوام زیاد دارد، اما گران‌تر است.
• سلول‌های چندسطحی (MLC): هر سلول دو بیت داده ذخیره می‌کند، ظرفیت بیشتری دارد، اما سرعت نوشتن کمتری نسبت به SLC ارائه می‌دهد.
• سلول‌های سه‌سطحی (TLC): هر سلول سه بیت داده ذخیره می‌کند، ارزان‌تر است و ظرفیت بالایی دارد، اما سرعت نوشتن کمتر و دوام پایین‌تری نسبت به SLC و MLC دارد. این نوع حافظه به دلیل داشتن حالت‌های متعدد، احتمال خطای بیت بیشتری دارد.

این ویژگی‌ها باعث می‌شوند انتخاب نوع حافظه فلش در SSDها بر اساس نیازهای کاربر (سرعت، ظرفیت یا هزینه) متفاوت باشد.

منبع: techtarget.com – نحوه عملکرد SSDها

سطوح‌بندی

سطوح‌بندی فرآیندی است که برای توزیع یکنواخت عملیات خواندن و نوشتن در سراسر SSD استفاده می‌شود. این امر به افزایش طول عمر SSD و جلوگیری از فرسودگی زودهنگام سلول‌های حافظه فلش کمک می‌کند.

کنترلر SSD به طور مداوم داده‌ها را در سراسر SSD جابجا می‌کند تا از استفاده بیش از حد از هر سلول حافظه فلش جلوگیری کند. این کار با انتقال داده‌ها از سلول‌های حافظه فلش که بیشتر استفاده می‌شوند به سلول‌هایی که کمتر استفاده می‌شوند انجام می‌شود.

جمع‌آوری زباله

جمع‌آوری زباله فرآیندی است که در نحوه عملکرد هاردهای SSD برای پاک کردن سلول‌های حافظه فلش استفاده نشده یا به‌طور ناقص پاک شده استفاده می‌شود. این امر به آزاد کردن فضای ذخیره‌سازی برای داده‌های جدید کمک می‌کند.

کنترلر SSD به طور مداوم سلول‌های حافظه فلش را اسکن می‌کند و سلول‌هایی را که استفاده نشده یا به‌طور ناقص پاک شده‌اند، شناسایی می‌کند. سپس، این سلول‌ها پاک می‌شوند تا برای داده‌های جدید استفاده شوند.

TRIM

TRIM دستوری است که سیستم عامل می‌تواند برای اطلاع SSD از اینکه کدام بلوک‌های داده دیگر مورد استفاده نیستند، از آن استفاده کند. این امر به SSD اجازه می‌دهد تا سلول‌های حافظه فلش مربوطه را به‌طور کارآمدتر جمع‌آوری کند.

همه سیستم‌های عامل از TRIM پشتیبانی نمی‌کنند. با این حال، اگر سیستم عامل شما از TRIM پشتیبانی می‌کند، باید آن را فعال کنید تا عملکرد SSD خود را بهینه کنید.

Trim یک بخش از نحوه و چگونگی عملکرد هاردهای SSD هست.

مزایای هاردهای SSD

حالا که چگونگی عمکلرد هاردهای SSD را متوجه شدیم نگاهی به مزایای هاردهای SSD بیاندازیم

• سرعت: SSDها به طور قابل توجهی سریع‌تر از HDDها هستند. آنها می‌توانند داده‌ها را سریع‌تر بخوانند و بنویسند، که منجر به زمان بوت شدن سریع‌تر، بارگذاری سریع‌تر برنامه‌ها و پاسخگویی کلی بهتر سیستم می‌شود.
• قابلیت اطمینان: SSDها به دلیل عدم وجود قطعات متحرک مانند دیسک‌ها و بازوهای خواندن/نوشتن، کمتر از HDDها مستعد خرابی هستند.
• مصرف برق: SSDها از HDDها کم‌مصرف‌تر هستند، که به افزایش عمر باتری لپ‌تاپ‌ها و کاهش مصرف انرژی کلی رایانه‌ها کمک می‌کند.
• مقاومت در برابر ضربه: SSDها در برابر ضربه و لرزش مقاوم‌تر از HDDها هستند، که آنها را برای استفاده در لپ‌تاپ‌ها و سایر دستگاه‌های قابل حمل ایده‌آل می‌کند.
• بی‌صدا: SSDها در مقایسه با HDDها بی‌صدا هستند زیرا هیچ قطعه متحرکی ندارند.

معایب هاردهای  SSD

• هزینه: SSDها به طور کلی گران‌تر از HDDها با ظرفیت ذخیره‌سازی مشابه هستند.
• ظرفیت ذخیره‌سازی: SSDها به طور کلی ظرفیت ذخیره‌سازی کمتری نسبت به HDDها دارند.
• طول عمر: سلول‌های حافظه فلش دارای تعداد محدودی چرخه خواندن و نوشتن هستند. به این معنی که SSDها در نهایت فرسوده می‌شوند و باید تعویض شوند.

نکاتی برای انتخاب هارد مناسب

هنگام انتخاب SSD، باید عوامل مختلفی را در نظر بگیرید، از جمله:

• ظرفیت ذخیره‌سازی: به چه مقدار فضای ذخیره‌سازی نیاز دارید؟
• عملکرد: به چه سرعت خواندن و نوشتن نیاز دارید؟
• رابط: چه نوع رابطی با مادربرد شما سازگار است؟
• قیمت: چقدر می‌خواهید برای SSD هزینه کنید؟

همچنین می‌توانید SSDها را بر اساس برند، نوع حافظه فلش (مانند NAND SLC، MLC یا TLC) و سایر ویژگی‌ها مقایسه کنید.

نتیجه‌گیری

SSDها نوعی حافظه ذخیره‌سازی داده هستند که از تراشه‌های حافظه فلش برای ذخیره‌سازی اطلاعات به جای دیسک‌های گردان مغناطیسی که در هاردهای دیسک سنتی (HDD) استفاده می‌شوند، استفاده می‌کنند. این امر آنها را سریع‌تر، قابل اعتمادتر و کم‌مصرف‌تر از HDDها می‌کند.

SSDها برای طیف وسیعی از کاربردها، از جمله لپ‌تاپ‌ها، رایانه‌های رومیزی، سرورها و دستگاه‌های ذخیره‌سازی خارجی ایده‌آل هستند.