Словарь терминов: Твердотельные накопители (SSD)

Общие характеристики

Назначение

По назначению все жесткие диски можно разделить на 4 группы:
- для настольных компьютеров (интерфейс IDE или SATA, размер 3.5", скорость вращения 5400 или 7200 об/мин).
- для серверов (скорость вращения до 15000 об/м, различные модификации параллельного (SCSI) или последовательного (SATA, SAS) интерфейсов, более высокое качество изготовления и время безотказного функционирования более 1000000 часов наработки на отказ).
- для ноутбуков (размер 2.5" и 1.8", скорость вращения 4200 или 5400 об/мин, меньшее тепловыделение и уровень шума
- внешние (размер 2.5" или 3.5", интерфейс USB 2.0 или FireWire (1394), компактные габариты и небольшой вес, повышенная ударостойкость).

Тип флэш-памяти

Твердотельные флеш-накопители (SSD) имеют различную технологию организации ячеек и хранения информации в них, от чего может зависеть долговечность, цена устройства и надежность хранения информации.

– SLC (Single Level Cell) – накопитель обеспечивающий запись каждого бита в свою ячейку памяти. Такая архитектура обеспечивает высокую производительность и позволяет увеличить число перезаписи до 100 тысяч циклов. Ввиду довольно высокой стоимости и небольшого объема памяти, данная технология обычно применяется в промышленном оборудовании, работающем под большими нагрузками.

– MLC (Multi Level Cell) – двухуровневые флеш-накопители т.е. обеспечивающие хранение двух битов информации в одной ячейке. Данная технология обеспечивает на 30-50% больше циклов перезаписи чем TLC, однако и стоит на порядок дороже.

– eMLC (Enterprise Multi Level Cell) – разновидность MLC отличающаяся расширенным количеством циклов стирания информации. Благодаря особенностям топологии eMLC обеспечивает до 20-30 тысяч циклов перезаписи.

– TLC (Three Level Cell) – трехуровневый тип хранения информации в ячейках. Самый дешевый вариант накопителей – подойдет для домашнего использования и хранения мультимедиа. Высокая плотность данных в ячейке таких SSD и стало недостатком технологии. Такая архитектура создает необходимость использовать более сложные схемы кодирования, что в свою очередь снижает скоростью работы и надежность хранения данных.

Хранение данных может обеспечиваться в двумерной матрице – когда на пересечении строки и столбца находится одна ячейка как в технологиях TLC, MLC, SLC. Технология нового поколения 3D NAND обеспечивает расположение ячеек не только по оси X и Y, но и вертикально в несколько слоев, обеспечивая последовательное включение ячеек относительно столбца – создавая трехмерный массив – что повышает объем хранимой информации:

– MLC 3D NAND – технология с вертикальным расположением ячеек памяти, обеспечивающая хранение двух битов информации в одной ячейке.

– TLC 3D NAND – технология с вертикальным расположением ячеек памяти, обеспечивающая хранение трех битов информации в одной ячейке.

– QLC 3D NAND – технология с вертикальным расположением ячеек памяти, обеспечивающая хранение четырех битов информации в одной ячейке. Ввиду сложности производства и кодирования данных, данная технология применяется довольно редко.

– 3D V-NAND (vertical NAND) технология хранения данных от компании Samsung имеет 32-слойный дизайн. По типу организации ячеек подразделяется на двухбитные (MLC) и трехбитные (TLC) модели. Особенность заключается в наращивании плотности хранения данных в кристалле, решении проблем с масштабируемостью флеш-памяти, а также более высокая надежность хранения информации.

– 3D XPoint технология организации хранения данных от Intel является своеобразным гибридом между технологиями NAND и DRAM. 3D XPoint обеспечивает повышение производительности в сравнении с NAND, более высокую стойкость к износу ячеек (в 1000 раз) и повышение циклов перезаписи. Ввиду сложности производства таких накопителей, стоимость технологии довольно высока.

Контроллер

Тип контроллера, установленного в SSD-диске. Контроллер в жестком диске SSD представляет собой своеобразный центральный процессор для накопителя. Параметры стабильности и скорости работы диска зависят в большем мере именно от того, какими характеристиками обладает контроллер. Но помимо контроллера также важно учитывать, какая у SSD прошивка. Скорости чтения и записи для двух жестких дисков могут существенно отличаться при условии использования одной модели контроллера, но разных прошивок.

Линейка

Название модельного ряда жестких дисков, объединенных какими-то одинаковыми параметрами. В названии линейки не могут указываться технические параметры, для указания таких параметров жестких дисков существуют другие поля карточки.

Игровой

Накопители такого типа отличаются повышенной емкостью от 500 Гб и специальными точными системными настройками быстродействия, для любых игр без задержек. Как правило, для таких накопителей используется TLC-память, обладающая лучшими характеристиками производительности и срока службы.

Форм-фактор

Форм-фактор жесткого диска.
Все производящиеся сегодня жесткие диски характеризуются стандартными габаритами и посадочными отверстиями, служащими для крепления. В ноутбуках, персональных компьютерах или серверах имеются специальные установочные места некоторого форм-фактора для установки жесткого диска.
Данный параметр для внешних накопителей показывает стандарт используемого в накопителе жесткого диска.
Форм-факторы жестких дисков: 1", 1.3", 1.8" 2.5" 3.5". Цифры называют ширину жесткого диска в дюймах. Чем значение меньше, тем габариты и, соответственно, вес тоже меньше.

Объем

от 16 до 15360 Гб

Емкостью называют физический объем жесткого диска, т.е. емкость – это столько байт информации, сколько сможет разместиться на данном жестком диске. Это наиболее важный параметр жесткого диска. Емкость зависит от ряда факторов, во-первых, от поверхностной плотности записи, во-вторых, размером дисковых пластин, в-третьих, количеством этих пластин. Емкость определена изначально, она состоит из объема, доступного пользовательским данным, а также из объема, занятого служебными данными.

Поддержка секторов размером 4 Кб

Классический жесткий диск состоит из секторов размером 512 байт. Однако по мере увеличения объема жесткого диска возникли проблемы с адресацией секторов в 32-битных системах, что и привело к увеличению размера сектора жесткого диска до 4 Кб. Преимуществами такого объема сектора стало уменьшение количества ошибок при использовании жесткого диска и увеличение полезного объема жесткого диска. К недостаткам же относится то, такой тип жесткого диска поддерживается только новыми операционными системами (Windows Vista (SP1 или более поздняя) и Windows 7). Чаще всего такой размер сектора имеют твердотельные накопители (SSD).

Объем буфера

от 32 до 4096 Мб

Выпускающиеся сегодня жесткие диски обязательно снабжены оперативной памятью, называемой буфером или кэшем. Служит эта память для хранения тех данных, к которым чаще всего происходит обращение. Такая информация при этом считываются уже из буфера, а не с дисковой пластины, что позволяет добиться большей скорости передачи информации.

TRIM

Функция, специально разработанная для накопителей SSD обеспечивающая поддержание его производительности на максимальном уровне в течение всего срока эксплуатации.
При записи данных на жесткий диск, происходит фиксация их адресов в таблице MFT. В винчестерах HDD типа при удалении файла система стирает его адрес из таблицы, не трогая сам файл, а при записи нового файла он записывается поверх старого. Особенности SSD не позволяют одновременную запись с вытеснением старых данных. TRIM обеспечивает удаление файлов с носителя в момент удаления адреса из MFT, позволяя существенно ускорить процесс записи, сохранив производительность накопителя.

Внутренняя скорость передачи данных

от 530 до 600 Мбит/с

С данной скоростью происходит считывание данных с дисковых пластин и их последующее размещение в буфер жесткого диска. Скорость напрямую зависит от количества данных, которое можно разместить на одной единице поверхности пластины диска (плотности записи), а также от скорости вращения шпинделя. Это значит, что чем плотность записи информации на диск больше, чем больше скорость вращения диска, тем скорость считывания информации с диска будет выше.

Внешняя скорость передачи данных

от 100 до 3300 Мб/с

Передача информации из буфера жесткого диска в ОП персонального компьютера производится с этой скоростью. Скорость определяется пропускной способностью интерфейса жесткого диска и типом.

Скорость записи

от 7 до 4400 Мб/с

Для твердотельных (SSD) накопителей производители часто указывают скорость записи и скорость чтения данных, в то время как для "классических" жестких дисков обычно указывается только внутренняя скорость обмена данными.
У разных моделей SSD-дисков скорость записи может отличаться в десятки раз. Высокая скорость записи позволит уменьшить время копирования файлов и увеличит общую производительность системы.

Скорость чтения

от 11 до 6300 Мб/с

Для твердотельных (SSD) накопителей производители часто указывают скорость записи и скорость чтения данных, в то время как для "классических" жестких дисков обычно указывается только внутренняя скорость обмена данными.
У разных моделей SSD-дисков скорость чтения может отличаться в десятки раз.
Высокая скорость чтения позволит уменьшить время загрузки операционной системы или время копирования файла, увеличит общую скорость работы компьютера.

Скорость случайной записи (блоки по 4Кб)

от 79 до 800000 IOPS

Данный параметр имеет значение только для твердотельных (SSD) дисков, т.к. в них флэш-память пишется блоками по 4 Кб. Скорость случайной записи измеряется в количестве операций ввода/выводы в секунду (IOPS) . Чем больше количество таких операций, тем быстрее SSD-диск будет осуществлять запись данных.

Суммарное число записываемых байтов (TBW)

от 30 до 59690 Тб

Суммарное число записываемых байтов (TBW) – это общий объем данных, который может быть записан на твердотельный накопитель при указанной нагрузке до того, как накопитель достигнет предела износа. Данный параметр позволяет примерно просчитать, сколько лет проработает жесткий диск. Рассчитать срок службы можно путем не сложных вычислений: если TBW составляет 64 Тб, то жесткий диск прослужит до тех пор, пока Вы не запишите на него 64 000 Гб данных. При ежедневной записи 20 Гб мы получим срок службы примерно 8 лет ((64000/20)365 = 8,7).

Поддержка NCQ

NCQ – данную технологию разработали для управления потоками команд для контроллеров и жестких дисков. Это расширенный протокол команд S-ATA (Serial ATA). Технология NCQ дает возможность винчестерам одновременно обрабатывать несколько посылаемых процессором запросов и вычислять очередность выполнения запросов так, чтобы в итоге получить максимальное быстродействие. В итоге жесткие диски, поддерживающие технологию NCQ, значительно увеличивают общую производительность системы.

Интерфейсы

SATA

SATA (Serial ATA) - последовательный интерфейс передачи данных, который практически везде заменил старый интерфейс IDE. Используется для подключения внутренних жестких дисков в ноутбуках и настольных системах. На данный момент существует три версии интерфейса SATA: SATA 1.5Gb/s, SATA 3Gb/s, SATA 6Gb/s. Они различаются скоростью передачи данных и полностью совместимы между собой.

SAS

Возможность подключения жесткого диска по интерфейсу SAS.
SAS (Serial Attached SCSI) - последовательный интерфейс передачи данных. Является дальнейшим развитием SCSI-интерфейса, превосходя его по скорости передачи данных.

SCSI

Подключение жесткого диска по интерфейсу SCSI.
SCSI - параллельный интерфейс передачи данных. Преимущества: защищен от помех, а также отказоустойчив. Давно стал стандартом для рабочих станций и серверов. SCSI-диски всегда были более производительными, надежными и дорогими, чем диски с другими интерфейсами.

ZIF 40 pin

Интерфейс ZIF 40 pin используется для подсоединения компактных (1.8 дюйма) твердотельных жестких дисков в ноутбуках.

PCI-E

PCI-E (PCI Express) – компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.
В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Тип PCI-E

Тип шины PCI-E определяет ее пропускную способность.

Mini PCI-E

Mini PCI Express — формат шины PCI Express для портативных устройств.

Разъем M.2

Форм-фактор жесткого диска М.2. Для SSD-дисков форм-фактора М.2 характерны оригинальные разъем и габариты. Жесткие диски данного типа используются в ноутбуках, в частности, в Apple MacBook.

NVMe

Поддержка стандарта NVM Express или Non-Volatile Memory Express.
Стандарт NVMe заменил AHCI. AHCI ориентирован на работу с магнитными дисками, NVMe оптимизирован для твердотельных накопителей (SSD). Стандарт NVMe рассчитан на высокоскоростную шину PCI Express обеспечивающую скорость доступа 32 Гбит/с.

Разъем mSATA

mSATA (Micro SATA) - разновидность разъема SATA, применяемая как правило для установки твердотельных накопителей в ноутбуках.

HSDL

Интерфейс HSDL (High-Speed Data Link) разработан компанией OCZ специально для подключения высокоскоростных твердотельных накопителей (используется специальная плата PCI-E).

U.2

Возможность подключения жесткого диска по интерфейсу U.2. U.2 – это физический форм-фактор схожий по строению с SAS. Разъем U.2 может использовать четыре линии PCI-E 3.0, благодаря чему максимальная скорость передачи данных достигает 4 ГБ/с.

Дополнительные характеристики

Шифрование данных

В накопителе имеется специальный модуль, служащий для шифрования данных.
Шифрование информации осуществляется перед тем, как производится ее запись на магнитные пластины. Аутентификация происходит до начала загрузки компьютера. Пользователь не получит доступа к информации на диске в случае, если не знает пароля. Поэтому если ноутбук с подобным накопителем (или даже если только сам накопитель) попадет в недобрые руки, то злоумышленник все равно не сможет воспользоваться информацией, так как не получит к ней доступа.
Шифрования производится абсолютно незаметно для пользователя и независимо от центрального процессора.
Стоят жесткие диски с подобным модулем дороже, чем обычные. Эти накопители служат для хранения особо важной информации.

Потребляемая мощность

от 0.05 до 190 Вт

Чем меньше потребляемая мощность, тем меньше энергии расходуется при работе жесткого диска. Особенно важна экономия энергии для портативных устройств, работающих от аккумулятора. Кроме того, чем меньше потребляемая мощность, тем ниже тепловыделение и уровень шума

Ударостойкость

При работе

от 20 до 3000 G

Уровень чувствительности жесткого диска во включенном состоянии к ударам. Величина измеряется в единицах допустимой перегрузки, которую способен выдержать винчестер. Чем данный показатель больше, тем надежнее диск защищен от неблагоприятных внешних воздействий.
Высокая ударостойкость при работе особенно важна, если вы планируете диск применять в качестве переносного, ведь случайно задеть включенный мобильный диск очень просто.
А вот для стационарного применения диска данный параметр не сильно значим, однако все равно представляет интерес, так как жесткий диск в рабочем состоянии почти не защищен от негативного внешнего воздействия.

При хранении

от 50 до 3000 G

Уровень чувствительности жесткого диска в выключенном состоянии к ударам. Величина измеряется в единицах допустимой перегрузки. Во время выключения привода головки чтения/записи отводятся в сторону на безопасное расстояние, благодаря этому их повреждение, а также повреждение пластин дисков имеет меньшую вероятность. Чем показатель ударостойкости при хранении выше, тем диск лучше защищен от всевозможных внешних воздействий. Если диск планируется применять в качестве переносного, то данный параметр очень важен.

Рабочая температура

Минимальная

от 1 до 10 °C

Минимальная температура окружающей среды, необходимая для корректной работы сетевого накопителя.

Максимальная

от 35 до 85 °C

Максимальная температура окружающей среды, необходимая для корректной работы сетевого накопителя.

Габариты

Высота

от 0.38 до 447 мм

Высота устройства.

Длина

от 7 до 521 мм

Длина устройства.

Ширина

от 2.2 до 435 мм

Ширина устройства.

Вес

от 3 до 17600 г

Вес устройства.