▷ Was ist ssd, wie funktioniert es und wofür ist es?

Festplatten oder besser gesagt Solid-State-Speicherlaufwerke oder SSDs bleiben erhalten. Fast alle Benutzer, die neue Geräte kaufen, finden darin eine Speichereinheit dieses Typs. Aber was ist eigentlich eine SSD und wie funktioniert sie ? In diesem Artikel werden wir detailliert auf dieses elektronische Element eingehen und darauf, was es von den bekannten Festplatten unterscheidet.

Inhaltsverzeichnis

Seit einigen Jahren haben wir das Glück, große Veränderungen an unseren Computern zu erleben. Zunächst waren die Multi-Core-Prozessoren und ihre Architektur. Dies führte dazu, dass die Geräte immer schneller wurden, verbesserte Grafikkarten und RAM. Aber es gab immer noch einen großen Engpass in unserem Team und es war nichts anderes als die Festplatte. Mit dem gesamten Computer voller integrierter Schaltkreise hatten wir immer noch ein mechanisches Element im Inneren.

Ein extrem schneller Prozessor wäre also nutzlos, wenn der Zugriff auf den Dateninhalt sehr langsam wäre. Aus diesem und anderen Gründen machte sich die digitale Speicherindustrie an die Arbeit und senkte folglich die Kosten für die Entwicklung dieses neuen Einheitentyps. Mit sinkenden Kosten sanken auch die Kapazität zum Speichern von Daten und die Zuverlässigkeit.

In diesen Tagen haben wir dieses Element bereits praktisch standardisiert und in allen neuen Geräten gemeinsam. Und das zu einem relativ günstigen Preis. Wenn Sie einen schnellen Computer wünschen, müssen Sie einen davon für Ihr Betriebssystem haben. Lassen Sie uns sehen, worum es bei diesen SSD-Laufwerken geht.

Was ist eine SSD?

Das Solid State Drive oder SSD (Solid State Drive) ist ein Speichergerät für Daten, das auf der Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers oder eines allgemein als Flash-Speicher bezeichneten Speichers basiert. Dadurch werden die Magnetplatten herkömmlicher Festplatten ersetzt.

Diese Flash-Speicher, Nachfolger des alten EEPROM, ermöglichen die Lese- und Schreiboperationen mehrerer Speicherstellen in derselben Operation, wodurch die Geschwindigkeit im Vergleich zu EEPROM-Speichern erhöht wird, die in jeder Operation nur eine Speicherzelle lesen konnten.

Die Verwendung eines Flash-Speichers beinhaltet die Verwendung von Chips zum Speichern von Speicher. Indem wir die beweglichen Teile einer normalen Festplatte eliminieren, erhöhen wir deren Zugriff und Schreibgeschwindigkeit erheblich.

Im Jahr 2010 haben diese Berichte einen weiteren Sprung gemacht, der tatsächlich zu einer Senkung der Herstellungskosten und damit der Zugänglichkeit dieser Berichte für die Benutzer geführt hat. Und es ist die Verwendung von NAND-Türen, um diese Blitzspeicher herzustellen.

Eines der auffälligsten Merkmale eines NAND-Logikgatters (UND oder invertiertes Y) ist, dass es Daten im Inneren behalten kann, selbst wenn die Stromversorgung unterbrochen wurde.

Diese NAND-Gatter werden unter Verwendung von Floating-Gate-Transistoren hergestellt, bei denen Bits gespeichert werden. Im Fall von RAM-Speichern benötigen diese Transistoren eine kontinuierliche Stromversorgung, um ihren Zustand aufrechtzuerhalten, und nicht in Flash-Speichern. Wenn ein Floating-Gate-Transistor geladen ist, hat er eine 0 im Inneren und wenn er entladen ist, hat er eine 1.

Diese Speicher sind in Matrixform organisiert, die wiederum durch eine Reihe aufeinanderfolgender NAND-Gatter gebildet wird. Wir nennen den vollständigen Matrixblock und die Zeilen, aus denen die Matrix besteht, Seiten. Jede dieser Zeilen hat eine Speicherkapazität zwischen 2 KB und 16 KB. Wenn jeder Block 256 Seiten hat, haben wir eine Größe zwischen 256 KB und 4 MB.

Unterschied zwischen SSD und RAM

Das erste, was mir in den Sinn kommt, ist der RAM-Speicher. Wie wir wissen, wird dieser Speichertyp verwendet, um die Daten und Programme an den Prozessor zu liefern. Wenn wir einen Computer ausschalten, ist der RAM-Speicher im Gegensatz zu SSD-Laufwerken vollständig leer.

Der Unterschied liegt in der Verwendung von NAND-Gattern. Diese logischen Elemente speichern den letzten elektrischen Zustand im Inneren und bleiben auch ohne Stromversorgung erhalten.

Fertigungstechnologien

Grundsätzlich gab es zwei Speichertechnologien für die Herstellung dieser Geräte. Es begann mit Experimenten mit RAM-basierten Laufwerken. Dies erforderte ein Element, das sie ständig mit Energie versorgte, um die Daten nicht zu verlieren.

Aufgrund dieser Einschränkungen wurde die DRAM-Technologie in diesen Einheiten mit dem Auftreten von NAND-Gattern mit nichtflüchtigem Speicher verschrottet. Dies ist die derzeit verwendete und es gibt drei verschiedene Herstellungstechnologien:

SLC oder einzelne Ebene Zelle

Mit dieser Methode ist es möglich, ein Datenbit für jede Speicherzelle zu speichern. Der Aufbau besteht aus einzelnen Siliziumwafern, mit denen Sie einen dünnen Speicherchip und eine einzige Speicherebene erhalten. Diese Chips haben die Vorteile einer höheren Datenzugriffsgeschwindigkeit, einer längeren Lebensdauer und eines geringeren Energieverbrauchs. Andererseits haben sie eine geringere Speicherkapazität, so dass eine größere Anzahl von Sauen gebaut werden muss, wodurch sich ihre Baukosten erhöhen.

Die Herstellung beschränkt sich derzeit auf Industrie- und Serverclusterumgebungen, in denen die Speicherqualität überlegen sein muss.

MLC oder mehrstufige Zelle

Diese Herstellungsmethode ist genau das Gegenteil der vorherigen. Jeder Speicherchip wird hergestellt, indem Siliziumwafer gestapelt werden, um einen einzelnen mehrstufigen Chip zu bilden. Da seine Vorteile eine größere Speicherkapazität pro Chip sind, ist es möglich, zwei Bits für jede Zelle zu speichern, was insgesamt 4 verschiedene Zustände ergibt. Und auch günstigere Herstellungskosten.

Als Nachteile nennen wir genau das Gegenteil als im vorherigen Fall: langsamerer Zugriff und Chips mit geringerer Haltbarkeit.

DC oder Triple Level Zelle

In diesem Fall schafft es der Herstellungsprozess, 3 Bits für jede Zelle zu implementieren, wodurch bis zu 8 Zustände gespeichert werden können. Der Herstellungspreis ist günstiger und der Zugang zu Inhalten weniger effizient. Sie sind daher die billigsten zu erwerbenden Einheiten, jedoch mit einer auf etwa 1000 Schreibvorgänge begrenzten Zelllebensdauer.

TRIM-Technologie

Ein Thema, das in SSD-Speichereinheiten anhängig ist, ist genau ihre Haltbarkeit. Speicherzellen werden bei jedem Schreib- und Löschvorgang beeinträchtigt. Dies führt dazu, dass häufig verwendete Laufwerke schnell beeinträchtigt werden, was zu Fehlern bei der Dateiintegrität und zum Verlust von Dateien führt.

Das Löschen von Dateien von einer SSD ist recht komplex. Wir können Inhalte auf Zeilenebene schreiben, aber wir können nur auf Blockebene löschen. Dies bedeutet, dass wenn in diesem Block zusätzlich zu den zu löschenden Dateien nützliche Dateien vorhanden sind, diese ebenfalls gelöscht werden.

Um zu verhindern, dass gültige Dateien gelöscht werden, sollten diese Dateien in einer neuen Zeile gespeichert werden. Löschen Sie dann den Block und schreiben Sie die gültigen Daten neu, wo sie zuvor waren. Die Folge all dieses Prozesses ist eine weitere Verschlechterung der Speicherzellen durch zusätzliche Schreib- und Löschvorgänge.

Als Reaktion darauf entstehen Technologien wie TRIM. TRIM ermöglicht die Kommunikation zwischen dem Betriebssystem und der Speichereinheit, sodass das System selbst der SSD die zu löschenden Daten mitteilt. Wenn wir Daten in Windows löschen, werden die Daten nicht physisch gelöscht, sondern erwerben das Eigentum daran, nicht verwendet zu werden. Dies ermöglicht es, die Prozesse des Schreibens und des physischen Löschens der Speicherzellen zu verringern. Von Microsoft wurde diese Technologie seit Windows 7 implementiert.

Physikalische Komponenten eines SSD-Laufwerks

In Bezug auf die Komponenten eines SSD-Laufwerks können drei wichtige Elemente erwähnt werden:

Controller: ist der Prozessor, der für die Verwaltung und Verwaltung der auf den NAND-Speichermodulen ausgeführten Vorgänge verantwortlich ist.

Cache: Auch bei dieser Art von Einheiten gibt es eine DRAM-Speichervorrichtung, um den Prozess der Datenübertragung von der Einheit zum RAM und zum Prozessor zu beschleunigen.

Kondensator: Kondensatoren haben die Funktion, die Datenintegrität bei plötzlichen Stromausfällen aufrechtzuerhalten. Wenn aufgrund eines Schnitts Daten in Bewegung sind, können diese Daten dank der Kondensatoren gespeichert werden, um Verluste zu vermeiden.

Verbindungstechnologien

SATA

Gängige SSDs verfügen über dieselbe Verbindungstechnologie wie normale Festplatten, dh sie verwenden einen SATA 3-Anschluss, um diese mit dem Motherboard zu verbinden. Auf diese Weise erhalten wir eine Übertragung von 600 MB / s.

PCI-Express

Es gibt aber noch eine andere noch schnellere Verbindungs- und Kommunikationstechnologie namens NVMe. Mit dieser Methode werden die Einheiten direkt mit den PCI-Express-Erweiterungssteckplätzen auf unserem Motherboard verbunden. Auf diese Weise können Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 2 GB / s beim Lesen und 1, 5 GB / s beim Schreiben erreicht werden.

Wie üblich haben diese Festplatten nicht das typische rechteckige 2, 5-Zoll-Kapselungsformat, sondern sehen aus wie Erweiterungskarten wie Capturer oder Kühlkörper ohne Kühlkörper.

M.2

Dies ist der neue Kommunikationsstandard, der mittel- und kurzfristig den SATA-Typ ersetzen soll. Es werden sowohl SATA- als auch NVMe-Kommunikationsprotokolle verwendet. Diese Geräte sind direkt mit einem bestimmten Anschluss auf der Hauptplatine verbunden. Auf diese Weise vermeiden wir die Belegung von PCI-E-Steckplätzen und haben bestimmte Ports. Dieser Standard hat nicht die Geschwindigkeit von PCI-E, ist aber viel höher als SATA und es gibt bereits Laufwerke aller Hersteller zu moderaten Preisen.

Zu berücksichtigende Aspekte einer SSD

Beim Kauf einer SSD müssen wir sowohl ihre Vor- als auch ihre Nachteile kennen und wissen, ob unser System geeignet ist.

Dateisysteme

Wie wir gesehen haben, unterscheidet sich die Verwaltung eines SSD-Laufwerks erheblich von der Verwaltung normaler Festplatten. Aus diesem Grund mussten herkömmliche Dateisysteme ihre interne Betriebsstruktur an die Anforderungen dieser Laufwerke anpassen. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde dies zu einer raschen Verschlechterung der Einheiten führen und ihre Lebensdauer drastisch verkürzen.

NTFS

Ein klares Beispiel ist das Windows-Dateisystem. Eine der ersten Optimierungen, die implementiert wurden, da Windows Vista darin bestand, die Partition korrekt am System auszurichten. Dies ermöglichte zusätzliche Lese- und Schreibvorgänge, da die Organisation der Sektoren in mechanischen Einheiten und SSD unterschiedlich ist.

In späteren Versionen von Windows 7 implementieren die Systeme Verbesserungen für SSDs, z. B. das Deaktivieren des Dateidefragmentierers, des Superfetch-Dienstes, ReadyBoost und die Einführung des Befehls TRIM, um die Lebensdauer der SSD zu verlängern.

Vorteile einer SSD gegenüber einer mechanischen Festplatte

• Lesen / Schreiben: Deutliche Steigerung der Grundfunktionen durch Eliminierung mechanischer Komponenten. Seine bemerkenswerteste und bedeutendste Eigenschaft. Öffnen von Anwendungen und Dateien: Direkt aus dem oben Gesagten folgt, dass die Anwendungen und Dateien viel schneller geöffnet werden und die Startzeit des Computers drastisch sinkt. Ausfälle und Sicherheit: Die Zeit zwischen Ausfällen nimmt erheblich zu und die Sicherheit von Transaktionen erhöht sich durch eine verbesserte Datenbereinigung. Bei vollem oder leerem Gerät gibt es keine Leistungsschwankungen. Das Löschen von Dateien ist auch sicherer, da Dateien nach dem physischen Löschen nicht mehr wiederhergestellt werden können. Energie: Es wird weniger Energieverbrauch und Wärmeerzeugung erfordern. Lärm: Da keine mechanischen Elemente vorhanden sind, ist die Geräuschentwicklung Null. Gewicht und Widerstand: Durch die Reduzierung der mechanischen Komponenten und der Größe wird ihr Gewicht verringert und die Beständigkeit gegen Stöße ist viel besser.

Nachteile einer SSD

• Nutzungsdauer : Diese Geräte haben im Allgemeinen eine geringere Nutzungsdauer als herkömmliche Discs. Dies ist relativ zu der Nutzungsintensität, die diesen und der Herstellungstechnologie gegeben wird. Preis: Die Kosten pro GB sind erheblich höher als bei herkömmlichen Festplatten. So finden wir Discs mit viel kleinerer Kapazität zu höheren Preisen. Speicherkapazität: Auf dem Markt gibt es immer noch Festplatten mit weniger Speicherkapazität als mechanische Laufwerke. Nicht aufgrund von Hardwareeinschränkungen (seit einiger Zeit wurde veröffentlicht, dass Nimbus Data den Bau einer 100-TB-SSD plant), sondern aufgrund der Kosten dafür. Datenwiederherstellung: Wie in den Vorteilen erläutert, löschen SSDs Dateien dauerhaft. Dies ist auch ein Nachteil, wenn gelöschte Dateien wiederhergestellt werden sollen. Trotzdem bietet uns die TRIM-Technologie diesbezüglich eine Chance. Katastrophale Ausfälle: Während sich die mechanischen Festplatten allmählich verschlechtern und wir dies feststellen können, fallen die SSDs ohne Vorwarnung aus und dieser Fehler ist vollständig und endgültig. So verlieren wir die Dateien fast vollständig sicher. Wartungsaufgaben: In diesem Fall sind diese Aufgaben für eine Festplatte sehr schädlich. Das Defragmentieren einer SSD ist nicht sinnvoll, es wird jedoch nicht empfohlen, einen Teil des Speicherplatzes für den virtuellen Speicher zu konfigurieren. Dieser Prozess führt dazu, dass es sich noch mehr abnutzt.

Wenn Sie alle Details zu mechanischen Festplatten erfahren möchten, empfehlen wir unseren Artikel:

Damit beenden wir unsere Erklärung darüber, was eine SSD ist und wie sie funktioniert. War es für Sie nützlich? Haben Sie Fragen? ?