▷ Cos'è ssd, come funziona ea cosa serve?

I dischi rigidi, o meglio, le unità di archiviazione a stato solido o SSD sono qui per rimanere. Quasi tutti gli utenti che acquistano nuove apparecchiature possono trovare all'interno un contenitore di questo tipo. Ma cos'è veramente un SSD e come funziona ? In questo articolo parleremo in dettaglio di questo elemento elettronico e di ciò che lo differenzia dai noti dischi rigidi HDD.

Indice dei contenuti

Da alcuni anni siamo stati fortunati a sperimentare grandi cambiamenti nei nostri computer. I primi sono stati i processori multi-core e la loro architettura. Ciò ha portato l'apparecchiatura a diventare sempre più veloce, schede grafiche migliorate, RAM. Ma c'era ancora un enorme collo di bottiglia nel nostro team e non era altro che il disco rigido. Con l'intero computer pieno di circuiti integrati, all'interno avevamo ancora un elemento meccanico.

Quindi sarebbe inutile avere un processore estremamente veloce se l'accesso al contenuto dei dati fosse veramente lento. Per questo e altri motivi, l'industria dell'archiviazione digitale ha funzionato e di conseguenza ha ridotto i costi di creazione di questo nuovo tipo di unità. Man mano che i suoi costi diminuivano, diminuiva anche la capacità di archiviare i dati e anche la sua affidabilità.

In questi giorni, abbiamo già questo elemento praticamente standardizzato e comune in tutte le nuove attrezzature. E a un prezzo relativamente conveniente. Se vuoi un computer veloce, devi averne uno per il tuo sistema operativo. Quindi vediamo di cosa si tratta queste unità SSD.

Che cos'è un SSD

L'unità a stato solido o SSD (unità a stato solido) è un dispositivo di archiviazione per i dati basato sull'uso di memoria non volatile o comunemente chiamata memoria flash. Sostituendo così i dischi magnetici dei tradizionali dischi rigidi.

Queste memorie flash, successori della vecchia EEPROM, consentono le operazioni di lettura e scrittura di più posizioni di memoria nella stessa operazione, aumentando così la velocità rispetto alle memorie EEPROM, che potevano leggere solo una cella di memoria in ciascuna operazione.

L'uso della memoria flash comporta l'uso di chip per memorizzare la memoria. Eliminando le parti mobili di un normale disco rigido, aumenteremo considerevolmente il suo accesso e la velocità di scrittura.

Nel 2010, questi rapporti hanno fatto un altro salto, che è stato quello che ha davvero portato alla riduzione dei costi di produzione e quindi all'accessibilità di questi da parte degli utenti. Ed è l'uso delle porte NAND per produrre queste memorie flash.

Una delle caratteristiche più sorprendenti di una porta logica NAND (AND o Y invertita) è che può conservare i dati all'interno anche quando viene interrotta l'alimentazione.

Queste porte NAND sono realizzate utilizzando transistor a gate flottante, un elemento in cui sono memorizzati i bit. Nel caso delle memorie RAM, questi transistor hanno bisogno di un alimentatore continuo per mantenere il loro stato e non nelle memorie flash. Quando viene caricato un transistor a gate flottante, ha uno 0 all'interno e quando viene scaricato ha un 1.

Queste memorie sono organizzate in forma di matrice, che a sua volta è formata da una serie di porte NAND consecutive. Chiamiamo il blocco matrice completo e le righe che compongono la matrice sono chiamate pagine. Ognuna di queste righe ha una capacità di archiviazione compresa tra 2 KB e 16 KB. Se ogni blocco ha 256 pagine, avremo una dimensione compresa tra 256 KB e 4 MB.

Differenza tra SSD e RAM

Con questo, la prima cosa che viene in mente è la memoria RAM. Come sappiamo, questo tipo di memoria viene utilizzato per fornire dati e programmi al processore. Quando spegniamo un computer, la memoria RAM è completamente vuota a differenza delle unità SSD.

La differenza sta nell'uso delle porte NAND. Questi elementi logici memorizzano l'ultimo stato elettrico all'interno e rimangono anche senza alimentazione.

Tecnologie di produzione

Fondamentalmente ci sono state due tecnologie di archiviazione per la fabbricazione di questi dispositivi. Ha iniziato a sperimentare con unità basate su RAM. Ciò ha richiesto un elemento che forniva loro costantemente energia per non perdere i dati.

A causa di queste limitazioni, la tecnologia DRAM di queste unità è stata demolita con l'aspetto di porte NAND con memoria non volatile. Questo è quello attualmente utilizzato e ci sono tre diverse tecnologie di produzione:

SLC o cella a livello individuale

Utilizzando questo metodo è possibile memorizzare un bit di dati per ogni cella di memoria. La sua costruzione è fatta di wafer di silicio individuali con i quali si ottiene un sottile chip di memoria e un singolo livello di memoria. Questi chip hanno i vantaggi di una maggiore velocità di accesso ai dati, maggiore longevità e minori consumi energetici. D'altra parte, hanno una capacità di memoria inferiore, quindi sarà necessario costruire un maggior numero di scrofe, aumentando quindi il loro costo di costruzione.

La sua produzione per ora è limitata agli ambienti industriali e cluster di server in cui la qualità dello storage deve essere superiore.

MLC o cella multilivello

Questo metodo di fabbricazione è esattamente l'opposto del precedente. Ogni chip di memoria è prodotto impilando wafer di silicio per formare un singolo chip multi-livello. Per quanto riguarda i suoi vantaggi sono quelli di una maggiore capacità di memoria per chip, è possibile memorizzare due bit per ogni cella, il che rende un totale di 4 stati diversi. E anche un costo di produzione più economico.

Come svantaggi citiamo esattamente il contrario rispetto al caso precedente: accesso più lento e chip con minore durata.

TLC o cella a triplo livello

In questo caso, il processo di fabbricazione riesce a implementare 3 bit per ogni cella, consentendo di memorizzare fino a 8 stati. Il prezzo di produzione è più economico e l'accesso ai contenuti è meno efficiente. Sono, quindi, le unità più economiche da acquisire, ma con una durata cellulare limitata a circa 1000 scritture.

Tecnologia TRIM

Un argomento in sospeso nelle unità di archiviazione SSD è proprio la loro durata. Le celle di memoria si degradano per ogni scrittura e cancellazione effettuate su di esse, ciò causa il degrado rapido delle unità utilizzate in modo pesante, con conseguenti errori di integrità dei file e perdita di file.

Il processo di eliminazione dei file da un SSD è piuttosto complesso. Possiamo scrivere contenuti a livello di riga, ma possiamo eliminarli solo a livello di blocco. Ciò implica che se in questo blocco sono presenti file utili oltre a quelli che devono essere eliminati, anche questo verrà eliminato.

Per impedire l'eliminazione di file validi, questi file devono essere acquisiti e salvati in una nuova riga, quindi eliminare il blocco e quindi riscrivere i dati validi in precedenza. La conseguenza di tutto questo processo è un ulteriore degrado delle celle di memoria dovendo effettuare ulteriori scritture ed eliminazioni.

In risposta a questo, emergono tecnologie come TRIM. TRIM consente la comunicazione tra il sistema operativo e l'unità di archiviazione in modo che sia il sistema stesso a comunicare all'SSD i dati che deve cancellare. Quando cancelliamo i dati in Windows, i dati non vengono cancellati fisicamente, ma acquisiscono invece la proprietà di non essere utilizzati. Ciò consente di ridurre i processi di scrittura e cancellazione fisica delle celle di memoria. Da Microsoft, questa tecnologia è stata implementata da Windows 7.

Componenti fisici di un'unità SSD

Per quanto riguarda i componenti di un'unità SSD, possiamo menzionare tre elementi critici:

Controller: è il processore responsabile della gestione e della gestione delle operazioni eseguite sui moduli di memoria NAND.

Cache: anche in questo tipo di unità è presente un dispositivo di memoria DRAM per accelerare il processo di trasmissione dei dati dall'unità alla RAM e al processore.

Condensatore: i condensatori hanno la funzione di mantenere l'integrità dei dati in caso di interruzioni improvvise dell'alimentazione. Se ci sono dati in movimento a causa di un taglio, grazie ai condensatori sarà possibile memorizzare questi dati per evitare perdite.

Tecnologie di connessione

SATA

Gli SSD comuni hanno la stessa tecnologia di connessione dei normali dischi rigidi, ovvero usano una porta SATA 3 per collegarli alla scheda madre. In questo modo avremo un trasferimento di 600 MB / s.

PCI-Express

Ma esiste un'altra tecnologia di connessione e comunicazione ancora più veloce chiamata NVMe. Usando questo metodo, le unità saranno collegate direttamente agli slot di espansione PCI-Express sulla nostra scheda madre. In questo modo è possibile raggiungere velocità di trasferimento fino a 2 GB / s in lettura e 1, 5 GB / s in scrittura.

Come è normale, questi dischi rigidi non hanno il tipico formato di incapsulamento rettangolare da 2, 5 pollici, ma sembrano schede di espansione come captatori o schede grafiche senza dissipatore di calore.

M.2

Questo è il nuovo standard di comunicazione destinato a sostituire il tipo SATA a medio e breve termine. Utilizza entrambi i protocolli di comunicazione SATA e NVMe. Queste unità sono direttamente collegate a una porta specifica situata sulla scheda madre. In questo modo evitiamo di occupare gli slot PCI-E e avremo porte specifiche. Questo standard non ha la velocità di PCI-E ma è molto più alto di SATA e ci sono già unità di tutti i produttori a prezzi moderati.

Aspetti da considerare di un SSD

Al momento dell'acquisto di un SSD dobbiamo conoscerne sia i vantaggi che gli svantaggi e se il nostro sistema è appropriato.

File system

Come abbiamo visto, la gestione di un'unità SSD è molto diversa da quella che abbiamo visto per i normali dischi rigidi. Questo è il motivo per cui i file system tradizionali avevano la necessità di aggiornare la loro struttura operativa interna per soddisfare le esigenze di queste unità. Se non lo fosse, provocherebbe un rapido degrado delle unità riducendo drasticamente la loro vita.

NTFS

Un chiaro esempio è il file system di Windows. Una delle prime ottimizzazioni implementate, poiché Windows Vista doveva allineare correttamente la partizione al sistema. Ciò ha permesso di eseguire ulteriori operazioni di lettura e scrittura, poiché l'organizzazione dei settori è diversa per unità meccaniche e SSD.

Nelle versioni successive di Windows 7, i sistemi implementano miglioramenti per gli SSD come disabilitare il deframmentatore di file, il servizio Superfetch, ReadyBoost e l'introduzione del comando TRIM per prolungare la durata dell'SSD.

Vantaggi di un SSD su un disco meccanico

• Lettura / Scrittura: aumento significativo delle operazioni di base eliminando i componenti meccanici. La sua caratteristica più apprezzabile e significativa. Apertura di applicazioni e file: direttamente da quanto sopra risulta che le applicazioni e i file si aprono molto più velocemente e il tempo di avvio del computer diminuirà drasticamente. Guasti e sicurezza: il tempo tra i guasti aumenta considerevolmente e la sicurezza delle transazioni aumenta migliorando la pulizia dei dati e non vi sono variazioni nelle prestazioni quando l'unità è piena o vuota. L'eliminazione dei file è anche più sicura, poiché una volta eliminati fisicamente, i file sono completamente irrecuperabili. Energia: richiederà meno consumo di energia e produzione di calore. Rumore: poiché non ci sono elementi meccanici, la produzione di rumore sarà zero. Peso e resistenza: riducendo i componenti meccanici e le dimensioni, il loro peso è inferiore e la resistenza agli urti è molto migliore.

Svantaggi di un SSD

• Vita utile: queste unità hanno generalmente una vita utile inferiore rispetto ai dischi tradizionali. Ciò è relativo all'intensità di utilizzo che viene data a questi e alla tecnologia di produzione. Prezzo: il costo per GB è notevolmente superiore ai dischi tradizionali. Quindi troviamo dischi di capacità molto più piccola a prezzi più alti. Capacità di archiviazione: i dischi rigidi esistono ancora sul mercato con una capacità di archiviazione inferiore rispetto alle unità meccaniche. Non a causa di limitazioni hardware (da qualche tempo è stato pubblicato che Nimbus Data progettava di costruire un SSD da 100 TB) ma a causa del costo di questi. Ripristino dei dati: come discusso nei vantaggi, gli SSD eliminano i file in modo permanente, e questo è anche uno svantaggio se ciò che vogliamo è recuperare i file eliminati. Nonostante ciò, la tecnologia TRIM ci offre un'opportunità in questo senso. Guasti catastrofici: mentre i dischi meccanici si stanno progressivamente deteriorando e possiamo vederlo, gli SSD falliscono senza preavviso e questo errore è totale e finale. Quindi perderemo i file quasi completamente in sicurezza. Attività di manutenzione: in questo caso, queste attività sono molto dannose per un disco rigido. La deframmentazione di un SSD non ha senso, ma non è consigliabile configurare parte dello spazio sulla memoria virtuale. Questo processo ne causa l'usura ancora di più.

Se vuoi conoscere tutti i dettagli sui dischi rigidi meccanici, ti consigliamo il nostro articolo:

Con questo finiamo la nostra spiegazione su cos'è un SSD e come funziona. Ti è stato utile? Avete domande? ?