Как работает SSD

В отличие от традиционных винчестеров, Solid-State Drive использует принципиально иной способ хранения, записи и чтения данных на основе микросхем памяти, которые полностью эмулируют работу жесткого диска. По своей сути, это очень большая «флэшка», оснащенная к тому же интеллектуальным управляющим контроллером. Эти особенности и определяют преимущества, недостатки, методы ремонта и восстановления данных. Разберем их подробнее.Ф

Внутреннее устройство

Твердотельный накопитель представляет собой компактный бокс, внутрь которого помещена единая печатная плата с расположенными на ней конструктивными элементами.

Хранилище данных

В качестве хранилища данных и внутреннего буфера выступают Flash-модули энергонезависимой NAND-памяти. В некоторых моделях применяется дорогостоящая DRAM-память с автономным источником питания, комплексами оперативного и резервного копирования.Ф

Уникальная особенность памяти NAND заключается в том, что она не позволяет работать отдельно с каждой индивидуальной ячейкой, которые сгруппированы в «страницы» объемом 4 КБ. Еще более неприятный сюрприз связан с тем, что стирать информацию разрешается только по блокам, размер которых равен 512 КБ. Наконец, самое большое огорчение доставляет тот факт, что ресурс записи ограничен. И, если для дорогих топовых моделей это не является проблемой (количество циклов переваливает за 100 000), то бюджетные модули могут исчерпать свой ресурс уже после 1 000 обращений. Рассмотренные ограничения предъявляют очень серьезные требования к процессу управления.

Управляющий контроллер

Это «мозг» девайса, главная задача которого: обработка операций записи/чтения и контроль структуры размещения данных. Использует высокоинтеллектуальный избирательный алгоритм выбора позиции для записи блоков, так называемый «алгоритм перемешивания». Цель: оптимизировать быстродействие и обеспечить равномерную нагрузку на модули памяти для продления срока службы.

Прочие элементы

Включают в себя коннектор, а также многочисленные конденсаторы, резисторы и транзисторы. Для «общения» с процессором SSD задействует самые современные интерфейсы (SATA III, PCI Express, NGFF, SATA Express, NVM Express, U.2), поскольку скорость контроллера и Flash-памяти ни в чем им не уступает (600 МБ/с).

Принцип работы

Для чтения или чистовой записи данных контроллеру достаточно обработать запрос операционной системы, вычислить адрес нужного блока и получить к нему доступ. Минимальное время, требуемое для выполнения этих операций, гарантирует высочайшую производительность, превышающую показатель HDD в несколько раз.Ф

Более грустной выглядит ситуация при изменении или удалении данных, поскольку требуется:

• считать полный блок (512 КБ) во внутренний буфер;
• произвести модификацию байтов;
• очистить блок в микросхеме флэш-памяти;
• вычислить его новое место по логике алгоритма перемешивания;
• и только потом произвести запись.

Кроме того, есть еще один важный нюанс. По аналогии с HDD, после удаления операционной системой данные все еще продолжают храниться в ячейках. Со временем чистых блоков, доступных для прямой записи, становится все меньше (большое количество занято устаревшей или ненужной информацией), и производительность SSD снижается из-за длинного цикла. И, хотя в периоды бездействия контроллер регулярно осуществляет очистку и дефрагментацию, не рекомендуется заполнять накопитель более чем на 80-85%.

Преимущества и недостатки

В общем, достоинства твердотельного накопителя весьма весомы. К их числу относятся:

• превосходная скорость чтения/записи;
• отсутствие движущихся частей, механических операций, шума;
• компактные габариты и небольшой вес;
• минимальное энергопотребление;
• высокая устойчивость к вибрациям, ударам и внешним электромагнитным воздействиям.

С другой стороны, не следует забывать о высокой цене, меньшей износостойкости и потере производительности с течением времени.

Основные неполадки

Архитектура SSD и принцип его работы позволяют выявить наиболее вероятные проблемы:

• сбои во внутреннем программном обеспечении;
• поломка пассивных элементов;
• неисправность контроллера;
• выход из строя одной или нескольких микросхем памяти.

И, если первые два пункта не доставят серьезных неприятностей профессиональным инженерам, то c последними придется помучиться. Так, дефект контроллера чаще всего приводит к необходимости его замены, что оказывается экономически нецелесообразно. Но при этом удается спасти информацию пользователя. Другое дело — импульсные выбросы напряжения, способные повредить электронную плату в целом и, как следствие, «убить» сразу несколько модулей памяти. Это случай может оказаться критическим.

Тем не менее, специалисты Лаборатории памяти готовы прийти к вам на помощь в любых ситуациях. Мы располагаем современной стерильной лабораторией, ламинарными боксами, высокоточными инструментами и эталонной базой ресурсов для любых моделей Solid-State Drive. Квалификация наших мастеров подтверждена сертификатами и тысячами успешных кейсов. Подробнее об этом вы узнаете в статьях Восстановление данных и Ремонт SSD.