¿Qué son los discos SSD y cómo funcionan?

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Что такое SSD диски и принцип их работы

Hoy, discutiremos los principales puntos y principios del funcionamiento de la tecnología SSD de estado sólido. Como recordará, en la primera parte del artículo realizamos pruebas comparativas de un SSD y dos discos HDD. Considerado cómo se ve desde el interior y de qué bloques principales se trata.

Además, enumeró las principales ventajas de esta tecnología y ahora considera las deficiencias que son inherentes en este momento. Presentemos los principales en forma de lista:

  1. Costo alto (relativo a unidades de disco duro) de almacenamiento de datos, es decir - obtenemos menos capacidad de disco por mucho dinero
  2. La mayor vulnerabilidad (con respecto a los dispositivos con un principio de grabación magnética) a la interferencia eléctrica y problemas de suministro de energía (cortes de energía repentinos, campos magnéticos, electricidad estática)
  3. No puede llenar completamente el disco (15-20% del espacio debe ser gratuito)
  4. La vida útil de los medios está limitada a un cierto número de ciclos de grabación de sus celdas

Pero, ¡en orden! Para empezar, ¿qué es un disco SSD y cuál es el principio de su funcionamiento?

Unidad SSD Unidad SSD

Es un disco de estado sólido en el que se utilizan chips de memoria flash NAND en lugar de placas tradicionales de discos duros cubiertos con una capa ferromagnética.

Chips de memoria NAND Chips de memoria NAND

La memoria NAND es una evolución de la memoria flash, cuyos chips tenían mucho menos rendimiento, longevidad y aspecto constructivo más masivo.

Tal vez le interese saber que la memoria flash se desarrolló en una de las divisiones de la empresa "Toshiba" en 1984. El primer chip comercial basado en este desarrollo en 1988 fue lanzado por Intel. Y un año después (en 1989), el mismo "Toshiba" introdujo un nuevo tipo de memoria flash: NAND.

En este momento hay tres versiones principales (modificaciones) de la memoria NAND:

  • SLC (Single-Level - Single Level Cell)
  • MLC (dos niveles - Celda de niveles múltiples)
  • TLC (Tres Niveles - Celda de Tres Niveles)

Las soluciones más caras y confiables son los dispositivos en los chips SLC. Por qué? Permiten almacenar solo un bit de información en cada celda de memoria. A diferencia de ellos, los chips MLC y TLC pueden almacenar dos y tres bits respectivamente. Esto se hizo posible debido al uso de diferentes niveles de carga eléctrica en las puertas de las celdas de memoria.

Esquemáticamente, se puede representar así:

Tal estructura multinivel permite aumentar drásticamente la capacidad de los chips con el mismo volumen físico (al final, cada gigabyte es más económico). PERO! Nada se da gratis! Por lo tanto, los chips MLC y TLC reducen drásticamente su "vida", que está directamente relacionada con el número de ciclos de sobreescritura de sus celdas.

Para el SLC, esto es 100.000 ciclos de borrado / escritura, para el MLC 10,000 y para el TLC, solo 5,000. Esta disminución en la confiabilidad se debe a la destrucción gradual de la capa dieléctrica de la puerta flotante debido a una pequeña reserva de cambio de estado debido a la corriente eléctrica. Además, debido a que con cada nuevo nivel se complica la tarea de reconocimiento sin errores del nivel de una señal eléctrica, lo que significa que el tiempo total de búsqueda de la celda deseada con datos aumenta, la probabilidad de errores de lectura aumenta.

Para combatir los fenómenos descritos anteriormente, los fabricantes deben desarrollar microcontroladores de control altamente inteligentes especializados para discos SSD que, además de los procedimientos de entrada y salida, deben escribir información en el medio para que los chips de su memoria flash se desgasten uniformemente y controlen este desgaste, equilibrando la carga, - llevar a cabo la corrección de errores, etc.

Es el controlador el punto débil de los SSD de estado sólido, ya que es más sensible a los problemas de alimentación y el daño al firmware (firmware) que contiene, puede provocar la pérdida total de todos los datos del usuario. Y su correcta recuperación es una operación aún más laboriosa que en el caso de los discos HDD. Debido al hecho de que los datos están dispersos a través de diferentes chips de memoria y es necesario restaurar correctamente su estructura original, y esto no es fácil.

Por lo tanto, los fabricantes de unidades SSD actualizan periódicamente el firmware de sus discos y lo cargan para su descarga gratuita, mejorando y mejorando los algoritmos del dispositivo y evitando la pérdida de datos en caso de una emergencia.

Recomendación! Actualice periódicamente el "firmware" de su SSD, descargándolo del sitio web del fabricante.

Con el deterioro de las celdas de memoria MLC, los fabricantes también están luchando con un método bien establecido en discos de grabación magnética: reservar parte de su volumen (10-20%) para la sustitución dinámica de celdas desgastadas. En el caso de HDD, esta área sirve para reemplazar los sectores defectuosos del disco duro.

Pero nosotros, como usuarios, podemos ayudar a nuestro disco SSD en modo inactivo a no desperdiciar su recurso limitado de "vida útil" y configurar el sistema operativo de forma que se minimicen los accesos innecesarios al disco.

Mostraré los principios generales de qué hacer y qué evitar, y ya configurará su sistema para un trabajo óptimo con un disco de estado sólido.

Por ejemplo: sabemos que el sistema operativo "Windows" durante su trabajo utiliza activamente el archivo de intercambio (archivo de sistema oculto "pagefile.sys"). ¿Qué significa esto, con respecto al deterioro de las unidades de disco SSD y todo lo que mencionamos anteriormente? ¡Y el hecho de que se usa intensamente un área separada de la unidad flash del sistema (a menudo se sobrescribe por algunos datos oficiales y no necesarios y, de hecho, se desgasta activamente)!

¿Qué se puede hacer? ¡Eso es correcto! Transfiera el archivo de intercambio a otro (no a un disco SSD), como lo hice, o, con una gran cantidad de RAM , abandónelo por completo (póngalo en "0").

Vamos más allá: el procedimiento de desfragmentación no solo no es necesario para este tipo de dispositivo (la velocidad de acceso para ellos es la misma para cualquier celda, independientemente de dónde esté el archivo final), sino que simplemente es dañino. Por la misma razón que se describe arriba. El acceso en exceso (inactivo) al disco reduce aún más su recurso limitado. Entonces, apague el servicio de desfragmentación correspondiente. Además, no es superfluo desactivar la indexación de archivos, que es necesaria para una búsqueda más rápida, pero ¿la utilizamos con frecuencia?

El principio, creo, atrapado. Y ahora me gustaría mostrarle un pequeño programa "SSD Mini Tweaker" (tweaker-optimizer), que de manera similar optimiza el funcionamiento de la unidad SSD. Basta con colocar las casillas de verificación necesarias frente a los elementos correspondientes y hacer clic en el botón "Aplicar cambios".

La computadora se reiniciará y los cambios tendrán efecto. El programa es notable ya que tiene una interfaz rusa e información detallada en ruso. Entonces, en cualquier momento puedes familiarizarte con la función que vas a desconectar o seguir involucrado.

Descargue la utilidad de nuestro sitio web. En el archivo: versiones para sistemas de 32 y 64 bits y un archivo de ayuda en ruso.

Como hemos dedicado tanto tiempo al uso óptimo del disco y al desgaste de sus celdas de memoria, no puedo dejar de presentarle otro desarrollo interesante. El programa "SSD Life Pro", cuya tarea principal es realizar un seguimiento del tiempo de funcionamiento del disco e informar la fecha aproximada de su falla.

Desafortunadamente, la utilidad no pudo calcular la "vida útil" de mi disco "Plextor", pero mostró otra información interesante.

¿Qué vemos aquí? La entrada "FW: 1.00" es la versión de firmware del disco, el espacio libre y ocupado se muestra a continuación, el tiempo total de funcionamiento desde el primer encendido y el número de arranques. También tenga en cuenta la línea TRIM (debe estar activa), esto indica que el rendimiento del disco SSD será óptimo.

A continuación se muestra una captura de pantalla del trabajo del mismo programa, pero tomada desde el sitio de su desarrollador. Muestra que el disco de la compañía "Intel" transfirió correctamente la utilidad de sus parámetros INTELIGENTES y en base a ellos la utilidad mostró un pronóstico extendido de su estado.

Como puede ver, la falla de la unidad está "designada" el 7 de noviembre de 2020 :)

Si hacemos clic en el enlace "¿Cómo piensas esto?" En la parte superior de la ventana del programa, ve al sitio del desarrollador y podremos ver (en ruso) cómo se hace exactamente este cálculo.

Al concluir este tema, escucharemos la recomendación de todas las firmas respetadas de Intel, que dice que las condiciones de funcionamiento ideales para un disco SSD de estado sólido son su cobertura de datos en menos del 75%, con una relación de información estática (rara vez cambiada) y dinámica (a menudo cambiante) a 1. No use el último 10-20% del espacio en disco, ya que son necesarios para el correcto funcionamiento del comando "TRIM". Para trabajar necesita espacio libre para reagrupar los datos (lo mismo que para la función de desfragmentación). La regla general es que, cuanto mayor sea el espacio libre, más rápido funcionará el dispositivo.

Por el momento, la unidad SSD es ideal como una partición de sistema en la que se instalan el sistema operativo y los programas, y - todo. Los datos y todo el trabajo en ellos debe (si es posible) tener lugar en el segundo disco (HDD). Además, los discos de estado sólido se pueden usar de manera efectiva en servidores para el almacenamiento en caché de datos estáticos.

Y ahora, consideremos brevemente por qué los modelos SSD más caros de unidades de estado sólido tienen tan excelentes cualidades de alta velocidad y lo que todavía es diferente de sus hermanos "más jóvenes".

En primer lugar: es el mismo chip controlador de unidad inteligente que se puede diseñar como uno multicanal. - Puede escribir datos simultáneamente en cada chip de disco de memoria flash. Como resultado, el rendimiento general del dispositivo será igual a la velocidad de un único chip de memoria multiplicado por el número de canales del controlador. Bueno, simplifica un poco la situación :)

También en modelos más caros se usan elementos adicionales que están soldados a la placa. Esto puede ser, por ejemplo, una serie de condensadores ubicados cerca del chip RAM del disco, que garantizan el almacenamiento garantizado de los datos de la memoria caché en caso de una falla de energía.

Cuando la masa crítica de las celdas malas del disco alcanza el nivel crítico, el firmware del chip puede bloquear completamente el disco SSD para las funciones de escritura y ponerlo en el modo "solo lectura", que garantiza la seguridad de los datos del usuario (la capacidad de respaldar datos) hasta que el dispositivo falle por completo.

Y al final de este artículo, veamos otra versión interesante de las unidades de estado sólido. Esto es unidades "SSD RAM". Que es esto?

Dichos dispositivos híbridos utilizan para el almacenamiento de información chips volátiles, completamente idénticos a los utilizados en los módulos de la memoria RAM de la computadora. Tienen una velocidad de acceso a datos ultrarrápida, velocidad de lectura y escritura, y se pueden usar con éxito para acelerar bases de datos grandes y donde se requiere un rendimiento máximo.

Dichos sistemas están equipados con baterías para mantener el funcionamiento en ausencia de electricidad, y modelos más caros: sistemas de respaldo, cuando los datos se copian al operador del HDD.

Así es como se ve un dispositivo similar, que es definido por el sistema operativo como un disco duro.

Unidad RAM SSD Unidad RAM SSD

Y aquí hay una versión más simple, hecha en forma de una tarjeta PCI Express X1

Como puede ver, el principio de funcionamiento aquí es el mismo, pero la función de los chips RAM o "panqueques" de HDD se realiza aquí mediante los módulos de RAM habituales.

Ahora, como prometí, quiero decir algunas palabras sobre las sensaciones subjetivas después de usar un disco de estado sólido. El sistema operativo (Windows 7) se carga y se apaga mucho más rápido. Lo mismo puede decirse sobre la instalación y ejecución de programas. Algunas aplicaciones simplemente sorprenden: "Microsoft Word 2003" "dispara" menos de un segundo. No tienes tiempo para prepararte mentalmente para trabajar con él :) Sí, rápidamente, pero no esperes algo fenomenal, de todos modos no es una "revolución", sino una "evolución" :)

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