Разбор твердотельного накопителя

В 1956 году был создан первый жесткий диск! И долгое время доминирующим рынком компьютерных жестких дисков были жесткие диски (HDDS), которые громоздки и дешевы.
Жесткий диск представляет собой механическую структуру, что приводит к низкой пропускной способности, высокой задержке, плохой ударопрочности, высокому энергопотреблению, громкому шуму, большому объему и весу, а также длительному времени работы приводит к износу, что легко может вызвать отставание компьютера. Что делать?

Чтобы решить эти проблемы, в 1990-х годах на рынке появились твердотельные накопители (SSDS), использующие совершенно новую полупроводниковую технологию хранения данных. В отличие от жестких дисков, твердотельные накопители в основном состоят из контроллеров, микросхем памяти (чипов флэш-памяти, микросхем DRAM), и существует больше способов подключения твердотельных накопителей к компьютерам. По сравнению с HDD преимущества значительны:

■ Высокая скорость чтения и записи: высокая скорость непрерывного чтения и записи, произвольная скорость чтения и записи, очень малое время доступа.
■ Ударопрочность и защита от падений: возможность потери данных может быть сведена к минимуму при движении с высокой скоростью, переворачивании и наклоне, ударах и тряске.
■ Низкое энергопотребление: энергопотребление намного ниже, чем у традиционного механического жесткого диска.
■ Нет шума: нет механического передающего устройства, уровень шума близок к 0 дБ.
■ Широкий диапазон рабочих температур: большинство продуктов могут работать при температуре 0~70 градусов Цельсия.
■ Легкий: гораздо меньший вес и размер, чем у механического жесткого диска.

Что такого было в неоперившемся твердотельном накопителе, который быстро обогнал жесткий диск?
Эволюция внешнего вида SSD: маленький и тонкий
Первоначально твердотельные накопители делались большими и толстыми, чтобы вместить интерфейс и пространство традиционных жестких дисков. Однако фактическая внутренняя печатная плата SSD очень мала, и после непрерывной разработки последние две стали популярны: 2,5-дюймовый и интерфейс M.2.

Внутренняя расшифровка SSD: контроллер плюс микросхема памяти
Контроллер SSD отвечает за выполнение внутренних инструкций SSD, берет на себя всю передачу данных и подключает микросхему памяти к внешнему интерфейсу. Кроме того, балансировка нагрузки данных на каждом чипе памяти может быть правильно распределена таким образом, чтобы все чипы памяти могли работать параллельно при определенной нагрузке для координации и поддержания совместной работы различных чипов.

Микросхемы памяти являются основой твердотельных накопителей, которые обеспечивают сохранение данных даже после сбоя питания. Микросхемы FLASH обычно используются в качестве микросхем памяти. Как работают твердотельные накопители на основе флэш-чипов?
Обычно твердотельные накопители имеют несколько микросхем флэш-памяти, и контроллер решает, на какой микросхеме флэш-памяти в конечном итоге будут храниться данные. Чтение и запись данных внутри микросхемы флэш-памяти происходят регулярно: каждая микросхема флэш-памяти содержит множество блоков, каждый из которых разбит на несколько страниц, а каждая страница содержит множество ячеек. Доступ находится на странице, а очистка — на блокировке.

Если вы представляете камеру как комнату, в нее может войти больше людей, и вы сможете увеличить ее вместимость. В зависимости от объема хранимых данных их можно разделить на SLC/MLC/TLC/QLC. SLC хранит 1 бит данных (2 состояния), MLC хранит 2 бита данных (4 состояния), TLC хранит 3 бита данных (8 состояний), а QLC хранит 4 бита данных (16 состояний).

С целью дальнейшего расширения емкости флэш-памяти в микросхемах флэш-памяти стали использовать технологию 3D NAND. Точно так же, как чипы флэш-памяти раньше были бунгало, 3D-технология теперь позволяет данным жить в высотных зданиях. Количество данных, хранящихся на единицу площади, умножается.

Итерация интерфейса SSD: несколько интерфейсов для подключения компьютеров
Ранее, чтобы лучше обновлять и заменять традиционные жесткие диски, твердотельные накопители использовали тот же внешний вид и характеристики интерфейса, что и 2,5-дюймовые жесткие диски. Оба являются интерфейсами данных SATA, то есть последовательными коммуникационными шинами SATA.