چرا SSD ها اینقدر سریع هستند؟

چرا SSD ها (درایوهای حالت جامد) سریعتر از هارد دیسک های مکانیکی هستند و آیا می توان تضمین کرد که در طولانی مدت دوام داشته باشند؟

امروزه تقریبا همه می دانند که SSD ها عملکرد سریع تری نسبت به هارد دیسک های مکانیکی دارند. اما سوال اینجاست که چرا هارد دیسک ها سریعتر هستند؟ به طور کلی می توان گفت که دو درایو از اصول عملکرد کاملاً متفاوتی استفاده می کنند که عاملی تعیین کننده در تفاوت سرعت بین این دو است.

نحوه کار یک هارد دیسک مکانیکی

ساختار داخلی یک هارد دیسک مکانیکی از چندین جزء تشکیل شده است. این نوع حافظه دارای یک موتور، یک دیسک مغناطیسی، یک بازوی مغناطیسی و یک سر مغناطیسی است. هنگامی که یک هارد دیسک مکانیکی بوت می شود، سر مغناطیسی چند نانومتر بالاتر از سطح دیسک حرکت می کند. همچنین شبکه های کوچک متعددی بر روی سطح دیسک وجود دارد. علاوه بر این، بسیاری از ذرات مغناطیسی کوچک در شبکه های کوچک مرتب شده اند.

هر یک از ذرات مغناطیسی روی این دیسک ها قطبیت خاص خود را دارند. هنگامی که قطبیت ذرات مغناطیسی پایین است، 0 ثبت می شود و زمانی که بالا است، آنها به عنوان 1 ثبت می شوند. بنابراین، سر مغناطیسی می تواند با تشخیص قطبیت ذرات مغناطیسی را بخواند. سر مغناطیسی همچنین می تواند از میدان مغناطیسی متغیر خود برای تغییر قطبیت ذرات مغناطیسی دیسک استفاده کند. بنابراین، داده‌های روی دیسک را می‌توان روی آن نوشت و همچنین بازنویسی کرد.

دیسک دارای چندین بخش (Sectors) و Tracks (Tracks) است که امکان مکان یابی دقیق داده ها را بر روی سطح دیسک فراهم می کند. داده ها در بخش هفتم آهنگ پنجم دیسک ذخیره می شوند. سر مغناطیسی ابتدا در مسیر پنجم می چرخد ​​و سپس منتظر بازگشت سکتور هفتم است. داده ها فقط زمانی قابل خواندن هستند که بخش هفتم زیر سر مغناطیسی بچرخد. هاردهای مکانیکی اینگونه کار می کنند. دقیقاً به این دلیل که هارد دیسک های مکانیکی از قطب های مغناطیسی برای ذخیره داده ها استفاده می کنند، به همین دلیل این نوع حافظه ذخیره سازی اغلب دیسک های مغناطیسی نامیده می شود.

نحوه کار SSD ها

نحوه کار درایوهای SSD یا SSD با هارد دیسک های مکانیکی کاملا متفاوت است. این دسته از حافظه های ذخیره سازی ساختاری کاملا الکترونیکی دارند. دستگاه اصلی ذخیره سازی اطلاعات در حافظه SSD ترانزیستور دروازه شناور نامیده می شود. ساختار اصلی شامل یک لایه ذخیره الکترون شناور، یک الکترود کنترل G، یک بستر P، یک الکترود منبع D و یک الکترود تخلیه S است. زیر یک مقدار معین

ورود اطلاعات

هنگام ضبط داده ها، لازم است یک ولتاژ بالا به الکترود کنترل G اعمال شود. بنابراین الکترون ها می توانند از لایه تونل عبور کرده و وارد لایه دروازه شناور شوند. به دلیل وجود لایه عایق، الکترون ها دیگر نمی توانند به جلو حرکت کنند و در نتیجه در لایه دروازه شناور به دام می افتند. وقتی ولتاژ را حذف می کنیم، این الکترون ها در لایه دروازه شناور می مانند.

از آنجایی که لایه تونل اساساً یک عایق است، می تواند الکترون ها را برای ذخیره هر بیت داده به دام بیندازد. مدت زمانی که می توان این الکترون ها را گرفت، تعداد سال هایی است که SSD ها می توانند داده ها را ذخیره کنند. در مجموع، درایو جدید حالت جامد می تواند داده ها را به مدت 10 سال ذخیره کند. زیرا جیلبریک های الکترونیکی مداوم به مرور زمان ظاهر می شوند. هنگامی که تعداد الکترون های فرار از زندان به تعداد مشخصی رسید، داده هایی که ذخیره می کنیم به طور خودکار حذف می شوند.

پاک کردن اطلاعات از حافظه های SSD

وقتی داده‌های SSD را پاک می‌کنیم، در واقع این الکترون‌ها را آزاد می‌کنیم. این به معنای اعمال ولتاژ بالا به زیرلایه است تا الکترون ها به بیرون نشت کنند و اطلاعات پاک شوند. از طریق توضیحات فوق می توان به فرآیند نوشتن و پاک کردن داده ها پی برد.

داده ها را بخوانید

درک نحوه خواندن داده ها در SSD بسیار آسان است. هنگامی که هیچ الکترونی در لایه دروازه شناور وجود ندارد (داده های ذخیره شده 1 است)، ولتاژ پایینی را به مرحله کنترل اعمال می کنیم، به دلیل ولتاژ پایین، الکترون ها فقط می توانند به موقعیتی نزدیک به لایه تونل جذب شوند. با این حال، آنها نمی توانند از لایه تونل عبور کنند و بنابراین الکترودهای تخلیه می توانند جریان داشته باشند.

اگر جریانی تشخیص داده شود، به این معنی است که وقتی الکترون ها در لایه دروازه شناور هستند (داده های ذخیره شده 0 است)، الکترون ها را ذخیره نمی کند و داده های خوانده شده 1 است. همچنین در این فرآیند، ولتاژ پایینی به آن منتقل می شود. الکترود چون الکترون های لایه دروازه شناور این الکترون ها را دفع می کنند، بنابراین نمی توان آنها را به موقعیتی نزدیک لایه تونل جذب کرد. بنابراین، تخلیه منبع هدایت نمی شود و جریانی تشکیل نمی شود.

اما اگر جریان را تشخیص ندهد، به این معنی است که لایه دروازه شناور مقدار مشخصی الکترون را ذخیره می کند و داده های خوانده شده 0 است. در این حالت می توان تعداد بی نهایت ترانزیستور دروازه شناور را کنار هم قرار داد تا تعداد زیادی از آنها را ذخیره کند. صفر و یک آنها مانند قفسه های یک کتابخانه عمل می کنند و داده های 0101 را به طور نامحدود ذخیره می کنند.

هارد های مکانیکی در مقابل SSD ها

در مقایسه با ساختار مکانیکی هارد دیسک های مغناطیسی، ساختار صرفا الکترونیکی هارد دیسک ها مزایای قابل توجهی را از نظر سرعت دسترسی ارائه می دهد. قبل از اینکه هارد مکانیکی بتواند داده ها را بخواند، باید بازوی مغناطیسی را به بالای مسیر مربوطه بچرخاند و سپس منتظر بازگشت بخش مربوطه باشد. اگرچه هارد درایوهای مکانیکی فعلی با سرعت 7200 دور در دقیقه یا 5400 دور در دقیقه کار می‌کنند که بسیار سریع به نظر می‌رسد، اما این دو عملکرد همچنان باعث تاخیر حدود ده میلی ثانیه می‌شوند.

اگرچه این تاخیر بسیار کم به نظر می رسد، اما تاثیر قابل توجهی بر حافظه کامپیوتر و عملکرد CPU دارد. از سوی دیگر، کل فرآیند حافظه های SSD بر اساس تعامل الکترونیکی است. بنابراین سرعت سیگنال های الکترونیکی بسیار بیشتر از ساختار مکانیکی بازوهای مغناطیسی و دیسک های مغناطیسی است.

اگر داده‌های شما به‌طور تصادفی در اطراف دیسک پراکنده شده‌اند، هارد دیسک‌های مکانیکی باید چندین جستجو و خزیدن را انجام دهند و منتظر بمانند تا بخش‌ها چندین بار در هد مغناطیسی بچرخند. بنابراین، زمانی که یک هارد مکانیکی سعی در خواندن فایل های پراکنده دارد، عملکرد بسیار ضعیف و کندی را ارائه می دهد. بنابراین خواندن و نوشتن تصادفی کند خواهد بود.

هنگامی که نحوه عملکرد SSD ها را درک کردید، اکنون می توانید درک کنید که چرا SSD ها در تعداد داده هایی که می توانند پاک و نوشته شوند محدود هستند. دلیل اصلی این است که در طول فرآیند پاک کردن و نوشتن، الکترون ها به طور مکرر وارد لایه تونل و خارج می شوند. این فرآیند در نهایت منجر به آسیب به لایه تونل زنی خواهد شد.