▷ ما هو SSD وكيف يعمل وما هو؟

محركات الأقراص الصلبة ، أو من الأفضل القول ، محركات التخزين ذات الحالة الصلبة أو محركات أقراص الحالة الثابتة موجودة لتبقى. يمكن لجميع المستخدمين الذين يشترون معدات جديدة تقريبًا العثور على وحدة تخزين من هذا النوع في الداخل. ولكن ما هو محرك SSD وكيف يعمل ؟ في هذه المقالة سنتحدث بالتفصيل عن هذا العنصر الإلكتروني وما الذي يميزه عن محركات الأقراص الصلبة المعروفة.

فهرس المحتويات

منذ بضع سنوات فصاعدًا ، كنا محظوظين لتجربة تغييرات كبيرة في أجهزة الكمبيوتر لدينا. أولاً كانت المعالجات متعددة النوى وهندستها. هذا أدى إلى أن تصبح المعدات أسرع وأسرع ، وبطاقات الرسومات المحسنة ، وذاكرة الوصول العشوائي. ولكن لا يزال هناك اختناق كبير في فريقنا ولم يكن هناك سوى محرك الأقراص الثابتة. مع وجود الكمبيوتر بالكامل مليء بالدوائر المتكاملة ، لا يزال لدينا عنصر ميكانيكي في الداخل.

لذلك سيكون من غير المفيد أن يكون لديك معالج سريع للغاية إذا كان الوصول إلى محتوى البيانات بطيئًا حقًا. لهذا السبب ولأسباب أخرى ، عملت صناعة التخزين الرقمية وبالتالي خفضت تكاليف إنشاء هذا النوع الجديد من الوحدات. مع انخفاض تكلفتها ، انخفضت القدرة على تخزين البيانات ، وكذلك موثوقيتها.

هذه الأيام ، لدينا بالفعل هذا العنصر موحدًا وعمليًا في جميع المعدات الجديدة. وبسعر معقول نسبيا. إذا كنت تريد جهاز كمبيوتر سريعًا ، فيجب أن يكون لديك أحد هذه الأجهزة لنظام التشغيل الخاص بك. لذلك دعونا نرى ما هي محركات الأقراص SSD هذه.

ما هو SSD

محرك الأقراص ذو الحالة الصلبة أو SSD (محرك الحالة الصلبة) هو جهاز تخزين للبيانات يعتمد على استخدام الذاكرة غير المتطايرة أو تسمى الذاكرة المحمولة. وبالتالي استبدال الأقراص المغناطيسية لمحركات الأقراص الصلبة التقليدية.

هذه الذكريات الوميضية ، التي خلفت EEPROM القديمة ، تسمح بعمليات القراءة والكتابة لمواقع ذاكرة متعددة في نفس العملية ، وبالتالي زيادة السرعة مقارنة بذكريات EEPROM ، التي يمكنها قراءة خلية ذاكرة واحدة فقط في كل عملية.

ينطوي استخدام الذاكرة المحمولة على استخدام رقائق لتخزين الذاكرة. من خلال التخلص من الأجزاء المتحركة للقرص الصلب العادي ، سنزيد بشكل كبير من سرعة الوصول والكتابة.

في عام 2010 ، اتخذت هذه التقارير قفزة أخرى ، وهي تلك التي أدت حقًا إلى خفض تكاليف التصنيع وبالتالي سهولة الوصول إليها من قبل المستخدمين. وهو استخدام أبواب NAND لتصنيع هذه الذكريات الومضية.

واحدة من أكثر الميزات المدهشة لبوابة المنطق NAND (AND أو Y المقلوبة) ، هي أنها يمكن أن تحتفظ بالبيانات في الداخل حتى عند انقطاع التيار الكهربائي.

تصنع بوابات NAND باستخدام ترانزستورات بوابة عائمة ، وهي عنصر يتم فيه تخزين البتات. في حالة ذاكرة RAM ، تحتاج هذه الترانزستورات إلى مصدر طاقة مستمر للحفاظ على حالتها ، وليس في ذاكرة فلاش. عندما يتم تحميل ترانزستور بوابة عائمة ، فإنه يحتوي على 0 في الداخل ، وعندما يتم تفريغها ، فإنه يحتوي على 1.

يتم تنظيم هذه الذكريات في شكل مصفوفة ، والتي تتكون بدورها من خلال سلسلة من بوابات NAND المتتالية. نسمي كتلة المصفوفة الكاملة والصفوف التي تشكل المصفوفة تسمى الصفحات. لكل من هذه الصفوف سعة تخزين تتراوح بين 2 كيلوبايت و 16 كيلوبايت. إذا كان لكل كتلة 256 صفحة ، فسيكون لدينا حجم بين 256 كيلوبايت و 4 ميجابايت.

الفرق بين SSD و RAM

مع ذلك ، فإن أول شيء يتبادر إلى الذهن هو ذاكرة RAM. كما نعلم ، يتم استخدام هذا النوع من الذاكرة لتزويد البيانات والبرامج للمعالج. عند إيقاف تشغيل جهاز الكمبيوتر ، تكون ذاكرة RAM فارغة تمامًا بخلاف محركات أقراص SSD.

يكمن الاختلاف في استخدام بوابات NAND. تخزن هذه العناصر المنطقية آخر حالة كهربائية في الداخل ، وتبقى أيضًا حتى بدون مصدر طاقة.

تقنيات التصنيع

في الأساس كانت هناك تقنيتان للتخزين لتصنيع هذه الأجهزة. بدأ تجربة محركات الأقراص المستندة إلى ذاكرة الوصول العشوائي. وهذا يتطلب عنصرًا يزودهم بالطاقة باستمرار حتى لا يفقد البيانات.

بسبب هذه القيود تم إلغاء تقنية DRAM في هذه الوحدات مع ظهور بوابات NAND مع تخزين غير متطاير. هذه هي المستخدمة حاليًا وهناك ثلاث تقنيات تصنيع مختلفة:

SLC أو خلية المستوى الفردي

باستخدام هذه الطريقة ، يمكن تخزين جزء واحد من البيانات لكل خلية ذاكرة. يتكون هيكلها من رقائق السيليكون الفردية التي تحصل من خلالها على شريحة ذاكرة رفيعة ومستوى تخزين واحد. تتميز هذه الرقائق بمزايا سرعة وصول أعلى للبيانات ، وطول عمر أكبر ، واستهلاك أقل للطاقة. من ناحية أخرى ، لديهم سعة ذاكرة أقل ، لذلك سيكون من الضروري بناء عدد أكبر من البذر ، وبالتالي زيادة تكلفة البناء.

يقتصر تصنيعها في الوقت الحالي على البيئات الصناعية وخوادم المجموعات حيث يجب أن تكون جودة التخزين فائقة.

MLC أو خلية متعددة المستويات

طريقة التصنيع هذه هي عكس الطريقة السابقة. يتم تصنيع كل شريحة ذاكرة عن طريق تكديس رقائق السيليكون لتشكيل رقاقة واحدة متعددة المستويات. أما بالنسبة لمزاياها فهي ذات سعة تخزين أكبر لكل شريحة ، فمن الممكن تخزين بتتين لكل خلية ، مما يجعل إجمالي 4 حالات مختلفة. وأيضا تكلفة تصنيع أرخص.

على سبيل العيوب ، نقتبس العكس تمامًا مما كان عليه في الحالة السابقة: وصول أبطأ ورقائق مع متانة أقل.

TLC أو خلية المستوى الثلاثي

في هذه الحالة ، تمكنت عملية التصنيع من تنفيذ 3 بت لكل خلية ، مما يسمح بتخزين ما يصل إلى 8 حالات. سعر التصنيع أرخص والوصول إلى المحتوى أقل كفاءة. لذلك ، فهي أرخص الوحدات التي يمكن الحصول عليها ، ولكن مع حياة خلية تقتصر على حوالي 1000 كتاب .

تقنية TRIM

الموضوع المعلق في وحدات تخزين SSD هو بالضبط متانتها. تتحلل خلايا الذاكرة لكل عملية كتابة ومحو لها ، مما يؤدي إلى تدهور محركات الأقراص المستخدمة بكثرة مما يؤدي بسرعة إلى فشل تكامل الملفات وفقدان الملفات.

عملية حذف الملفات من SSD معقدة للغاية. يمكننا كتابة المحتوى على مستوى الصف ، ولكن لا يمكننا الحذف إلا على مستوى الكتلة. هذا يعني أنه إذا كانت هناك ملفات مفيدة في هذه الكتلة بالإضافة إلى الملفات التي يجب حذفها ، فسيتم حذفها أيضًا.

لمنع حذف الملفات الصالحة ، يجب أخذ هذه الملفات وحفظها في صف جديد ، ثم حذف الكتلة ثم إعادة كتابة البيانات الصالحة في مكانها السابق. نتيجة كل هذه العملية هي مزيد من تدهور خلايا الذاكرة من خلال القيام بالكتابة والحذف الإضافي.

استجابة لذلك ، تظهر تقنيات مثل TRIM. يسمح TRIM بالاتصال بين نظام التشغيل ووحدة التخزين بحيث يكون النظام نفسه هو الذي يخبر SSD بالبيانات التي عليه محوها. عندما نمسح البيانات في Windows ، لا يتم مسح البيانات فعليًا ، ولكن بدلاً من ذلك تكتسب ملكية عدم استخدامها. هذا يسمح بتقليل عمليات الكتابة والمحو المادي لخلايا الذاكرة. من Microsoft ، تم تطبيق هذه التقنية منذ Windows 7.

المكونات المادية لمحرك SSD

فيما يتعلق بمكونات محرك أقراص SSD ، يمكننا ذكر ثلاثة عناصر مهمة:

جهاز التحكم: هو المعالج المسؤول عن إدارة العمليات التي تتم على وحدات ذاكرة NAND وإدارتها.

ذاكرة التخزين المؤقت: يوجد أيضًا في هذا النوع من الوحدات جهاز ذاكرة DRAM لتسريع عملية نقل البيانات من الوحدة إلى ذاكرة الوصول العشوائي والمعالج.

المكثفات: تؤدي المكثفات وظيفة الحفاظ على تكامل البيانات عندما يكون هناك انقطاع مفاجئ في الطاقة. إذا كانت هناك بيانات متحركة بسبب القطع ، فبفضل المكثفات ، سيكون من الممكن تخزين هذه البيانات لتجنب الفقد.

تقنيات الاتصال

SATA

تحتوي محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة المشتركة على نفس تقنية الاتصال التي تتمتع بها محركات الأقراص الثابتة العادية ، أي أنها تستخدم منفذ SATA 3 لتوصيلها باللوحة الأم. بهذه الطريقة سيكون لدينا تحويل 600 ميجابايت / ثانية.

PCI-Express

ولكن هناك تقنية اتصال واتصال أخرى أسرع تسمى NVMe. باستخدام هذه الطريقة ، سيتم توصيل الوحدات مباشرة بفتحات توسيع PCI-Express على اللوحة الأم. وبهذه الطريقة يمكن تحقيق سرعات نقل تصل إلى 2 جيجابايت / ثانية في القراءة و 1.5 جيجابايت / ثانية كتابة.

كما هو معتاد ، لا تحتوي محركات الأقراص الثابتة هذه على تنسيق التغليف المستطيل النموذجي مقاس 2.5 بوصة ، ولكنها تبدو مثل بطاقات التوسيع مثل التقاطات أو بطاقات رسومات بدون غرفة تبريد.

م 2

هذا هو معيار الاتصالات الجديد الذي يهدف إلى استبدال نوع SATA على المدى المتوسط ​​والقصير. ويستخدم كلاً من بروتوكولات الاتصال SATA و NVMe. ترتبط هذه الوحدات مباشرة بمنفذ معين موجود على اللوحة الأم. بهذه الطريقة نتجنب احتلال فتحات PCI-E وسيكون لدينا منافذ محددة. لا يحتوي هذا المعيار على سرعة PCI-E ولكنه أعلى بكثير من SATA وهناك بالفعل محركات أقراص من جميع الشركات المصنعة بأسعار معتدلة.

جوانب للنظر في SSD

عند شراء SSD يجب أن نعرف مزاياها وعيوبها ، وإذا كان نظامنا مناسبًا.

أنظمة الملفات

كما رأينا ، فإن إدارة محرك أقراص SSD مختلف تمامًا عما رأيناه لمحركات الأقراص الصلبة العادية. هذا هو السبب في أن أنظمة الملفات التقليدية كانت بحاجة إلى تحديث هيكل التشغيل الداخلي لتناسب احتياجات محركات الأقراص هذه. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسوف يتسبب في تدهور سريع للوحدات تقصير حياتهم بشكل كبير.

NTFS

من الأمثلة الواضحة نظام ملفات Windows. أحد التحسينات الأولى التي تم تنفيذها ، لأن Windows Vista كان محاذاة القسم للنظام بشكل صحيح. سمح هذا بالاضطرار إلى إجراء عمليات قراءة وكتابة إضافية ، لأن تنظيم القطاعات يختلف في الوحدات الميكانيكية و SSD.

في الإصدارات اللاحقة من Windows 7 ، تنفذ الأنظمة تحسينات لمحركات أقراص SSD مثل تعطيل أداة إلغاء تجزئة الملفات ، وخدمة Superfetch ، و ReadyBoost ، وإدخال أمر TRIM لإطالة عمر SSD.

مزايا SSD على قرص ميكانيكي

• القراءة / الكتابة: زيادة كبيرة في العمليات الأساسية من خلال التخلص من المكونات الميكانيكية. أكثر ما يميزها وأهميتها. فتح التطبيقات والملفات: مباشرة مما ورد أعلاه ، فإن التطبيقات والملفات تفتح بشكل أسرع بكثير وأن وقت بدء تشغيل الكمبيوتر سينخفض ​​بشكل كبير. الفشل والأمان: يزيد الوقت بين حالات الفشل بشكل كبير ويزداد أمان المعاملات من خلال تحسين تنظيف البيانات ولا يوجد اختلاف في الأداء عندما تكون الوحدة ممتلئة أو فارغة. يعد حذف الملفات أكثر أمانًا أيضًا ، نظرًا لأنه بمجرد حذفها فعليًا ، تصبح الملفات غير قابلة للاسترداد تمامًا. الطاقة: سوف تتطلب استهلاك طاقة أقل وإنتاج حرارة. الضوضاء: نظرًا لعدم وجود عناصر ميكانيكية ، سيكون إنتاج الضوضاء صفرًا. الوزن والمقاومة: من خلال تقليل المكونات والحجم الميكانيكي ، يكون وزنهم أقل ومقاومة الصدمات أفضل بكثير.

مساوئ SSD

• العمر الإنتاجي : تتمتع هذه الوحدات بشكل عام بعمر أقل فائدة من الأقراص التقليدية. هذا يتعلق بكثافة الاستخدام التي يتم منحها لهؤلاء ولتكنولوجيا التصنيع. السعر: التكلفة لكل غيغابايت أعلى بكثير من الأقراص التقليدية. لذلك نجد أقراص سعة أصغر بكثير بأسعار أعلى. سعة التخزين: لا تزال محركات الأقراص الثابتة موجودة في السوق بسعة تخزين أقل من محركات الأقراص الميكانيكية. ليس بسبب قيود الأجهزة (منذ وقت مضى تم نشر أن Nimbus Data خططت لبناء 100 تيرابايت SSD) ولكن بسبب تكلفة هذه. استعادة البيانات: كما تمت مناقشته في المزايا ، تقوم محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة بحذف الملفات نهائيًا ، وهذا أيضًا عيب إذا كان ما نريده هو استعادة الملفات المحذوفة. على الرغم من ذلك ، تتيح لنا تقنية TRIM فرصة في هذا الصدد. أعطال كارثية: في حين أن الأقراص الميكانيكية تتدهور تدريجيًا ويمكننا ملاحظتها ، تفشل محركات الأقراص SSD دون سابق إنذار وهذا الخطأ كلي ونهائي. لذلك سنفقد الملفات بشكل آمن تمامًا تقريبًا. مهام الصيانة: في هذه الحالة ، تكون هذه المهام ضارة جدًا بالقرص الصلب. إن إلغاء تجزئة SSD غير منطقي ، ولكن لا يوصى بتهيئة جزء من المساحة للذاكرة الافتراضية. هذه العملية تجعلها ترتدي أكثر.

إذا كنت تريد معرفة جميع التفاصيل حول محركات الأقراص الصلبة الميكانيكية ، فنحن نوصي بمقالنا:

بهذا ننتهي من شرحنا حول ماهية SSD وكيف يعمل. هل كان مفيدًا لك؟ هل لديك اي سؤال؟ ؟؟؟