Что такое диск SSD и чем он отличается от диска HDD. Что такое SSD диск и чем он лучше HDD

На замену магнитным жёстким дискам приходят твёрдотельные накопители, сокращённо – SSD (Solid State Drive). И хоть в сокращении упоминается слово drive – "диск", новые устройства хранения информации трудно назвать дисками, так как в них нет ничего напоминающего диск.

Давайте разберёмся в том, чем хороши твёрдотельные накопители (SSD) и чем они отличаются от всем нам знакомых жёстких магнитных дисков – HDD.

Преимущества SSD перед HDD.

Самым главным преимуществом SSD перед HDD является то, что их быстродействие куда выше, чем "классических" винчестеров. Дело в том, что SSD используют совсем иную технологию записи, хранения и считывания информации. Технология позаимствована у флэш-памяти, поэтому SSD можно назвать специализированной флэшкой большой ёмкости.

Второе преимущество SSD – это отсутствие движущихся частей и деталей. Ни для кого не секрет, что магнитные жёсткие диски очень чувствительны к вибрационным нагрузкам, особенно в рабочем состоянии. Случайное падение и с HDD можно распрощаться навсегда. Также нередок выход из стоя привода, который крутит те самые магнитные "блины". Механические детали – это ахиллесова пята любого высокотехнологичного устройства.

Так как в SSD попросту нет движущихся частей и деталей, то устойчивость их к вибрации и ударам значительно выше, чем обычных HDD.

Третьим и немаловажным для портативной техники качеством SSD является их малый вес . Если на одну ладонь положить 2,5” SSD, ёмкостью, например, 128Gb, а на другую ладонь 2,5” HDD на 180Gb, то твёрдотельный накопитель покажется вам просто "пушинкой". Они невероятно лёгкие.

Четвёртым преимуществом SSD перед HDD является то, что они расходуют меньше энергии , а рабочая температура их намного ниже.

Вот, пожалуй, и все качественные отличия SSD от HDD.

Устройство SSD-диска.

Вот так выглядит среднестатистический SSD-диск. Естественно, в продаже имеются модели в бескорпусном исполнении. Наиболее распространены SSD-накопители форм-фактора 2,5".

Рядовой твёрдотельный накопитель представляет собой печатную плату с установленным на ней набором микросхем. Этот набор состоит из микросхемы NAND-контроллера и, собственно, микросхем NAND-памяти .

Площадь печатной платы твёрдотельного накопителя используется по-полной. Большую её часть занимают микросхемы NAND-памяти.

Как видим, в SSD-накопителе нет никаких механических частей и дисков – только микросхемы. Не зря в последнее время SSD всё чаще называют "электронными" дисками.

Типы памяти в SSD.

Теперь, когда мы разобрались с устройством SSD-накопителей, давайте поговорим о них более детально. Как уже говорилось, рядовой SSD состоит из двух взаимосвязанных частей: памяти и контроллера.

Начнём с памяти.

Для хранения информации в SSD используется NAND-память, которая состоят из огромного количества MOSFET-транзисторов с плавающим затвором. Их ещё называют ячейками (памяти). Ячейки объединяются в страницы по 4 кБайта (4096 байт), затем в блоки по 128 страниц, а далее в массив по 1024 блока. Один массив имеет объём 512 Мбайт и управляется отдельным контроллером. Такая многоуровневая модель устройства накопителя наносит определённые ограничения на его работу. Так, например, стирать информацию можно только блоками по 512 кБайт, а запись возможна только по 4 кБайт. Всё это приводит к тому, что записью и чтением информации с микросхем памяти руководит специальный контроллер.

Тут стоит отметить, что от типа контроллера зависит многое: скорость чтения и записи, устойчивость к сбоям, надёжность. О том, какие контроллеры используются в SSD, мы поговорим чуть позднее.

В SSD применяются три основных типа NAND-памяти: SLC, MLC и TLC. В памяти типа SLC (Single-Level Cell ) используются одноуровневые транзисторы. Это значит, что один транзистор может хранить 0 или 1. Одним словам, такой транзистор может запомнить только 1 бит информации. Маловато будет, не так ли?

Тут головастые мужики "почесали репу" и придумали, как транзистор-ячейку сделать 4-ёх уровневым. При этом каждый уровень представляет 2 бита информации. То есть на одном транзисторе можно записать одну из четырёх комбинаций 0 и 1, а именно: 00 , 01 , 10 , 11 . То есть 4 комбинации, против 2 у SLC. В два раза больше, чем на SLC-ячейках! И назвали они их многоуровневыми ячейками – MLC (Multi-Level Cell ).

Таким образом, на одном и том же количестве транзисторов (ячеек) можно записать в 2 раза больше информации, чем, если бы применялись SLC-ячейки. Это существенно удешевляет конечный продукт.

Но у MLC-ячеек есть существенные недостатки. Срок жизни таких ячеек меньше, чем у SLC и составляет в среднем 100000 циклов. У SLC-ячеек этот параметр составляет 1000000 циклов. Также стоит отметить, что время чтения и записи у MLC-ячеек больше, что уменьшает быстродействие твёрдотельного накопителя.

Так как технологии хранения информации на твёрдотельных носителях очень быстро развиваются, то, возможно, всё, о чём вы здесь узнали, уже считается морально устаревшим.

Например, когда ещё писалась эта статья, в продаже лидировали SSD-диски, изготовленные по технологии MLC. Но, сейчас их практически вытеснили SSD-накопители с памятью типа TLC – трёхуровневых ячеек (Triple-Level Cell ). Память TLC имеет 8 уровней, а, следовательно, каждая ячейка может хранить уже 3 бита информации (000, 001, 011, 111, 110, 100, 101, 010).

Сравнительная таблица типов флэш-памяти: SLC, MLC и TLC.

Из таблицы видно, что чем больше уровней используется в ячейке, тем медленнее работает память на её основе. TLC-память явно проигрывает, как по скорости, так и по "времени жизни" - циклам перезаписи.

Да, кстати, в USB-флэшках уже давно используется TLC-память, которая хоть и быстрее "изнашивается", но и стоит гораздо дешевле. Именно поэтому стоимость USB-флэш и карт памяти неуклонно снижается.

Несмотря на то, что SSD-диски выпускают различные компании под своим брендом, NAND-память многие покупают у небольшого количества её производителей.

Производители NAND-памяти:

Intel/Micron ;

• Toshiba/SanDisk ;

  Samsung .

Таким образом, мы узнали, что SSD-диски бывают с тремя разными типами памяти: SLC, MLC и TLC. Память на основе SLC-ячеек более быстрая и долговечная, но дорогая. Память на MLC-ячейках заметно дешевле, но обладает меньшим ресурсом и быстродействием. В широкой продаже можно найти только SSD-диски на основе флэш-памяти типа MLC и TLC (на момент редактирования статьи). Диски с SLC-памятью практически не встречаются.

Память 3D XPoint и накопители Intel Optane.

Стоит отметить и то, что с недавних пор в продаже появились накопители, которые основаны на новом типе энергонезависимой памяти 3D XPoint (читается, как "три ди кросс-поинт"). На базе 3D XPoint корпорация Intel выпускает твёрдотельные накопители под брендом Intel Optane. Разработкой нового типа памяти занимались две компании Intel и Micron.

3D XPoint – это принципиально новый тип энергонезависимой памяти, в отличие от NAND-памяти, которая известна аж с 1989 года.

3D XPoint обладает большей скоростью чтения-записи, так как доступ к ячейке происходит напрямую. Как утверждается, в памяти 3D XPoint вообще нет транзисторов, а каждая ячейка способна сохранять 1 бит информации. Благодаря прямому доступу отпадает надобность в сложных контроллерах, которые просто необходимы в накопителях NAND с многоуровневыми транзисторами (MLC, TLC). Кроме этого ресурс (износостойкость) данной памяти гораздо выше, чем у NAND, в которой имеется такой базовый дефект, как утечка электронов из ячеек.

Так как быстродействие накопителей Intel Optane превосходит возможности интерфейса SATA, то их, как правило, производят в форм-факторах M.2 , а также в виде твёрдотельного накопителя под слот PCI Express (PCI-E AIC (add-in-card )). Для работы с подобными накопителями используется новый интерфейс NVMe , который приходит на смену SATA.

Контроллеры SSD накопителей.

На момент написания статьи наибольшее распространение получили следующие контроллеры:

Об установке Windows на SSD.

Устанавливать Windows XP на SSD не рекомендуется, так как эта операционная система не заточена под работу с SSD. В Windows 7, 8 и 10 поддержка SSD полностью присутствует. Правда, для более долговечной и "правильной" работы SSD с системой Windows 7 рекомендуется провести проверку/настройку некоторых параметров этой ОС.

В последние годы SSD диски становятся все более доступными и дешевыми. Однако, пока они все равно остаются дороже традиционных жестких дисков HDD. Итак, что же такое SSD, каковы преимущества его использования, в чем будет отличаться работа с SSD от HDD?

Что такое твердотельный жесткий диск?

Вообще, технология твердотельных жестких дисков достаточно старая. SSD присутствуют на рынке в различных формах уже в течение нескольких десятков лет. Самые первые из них основывались на памяти RAM и использовались только в самых дорогих корпоративных и супер-компьютерах. В 90-е годы появились SSD, основанные на флеш-памяти, однако их цена не позволяла выйти на потребительский рынок, поэтому эти диски были знакомы преимущественно специалистам-компьютерщикам в США. В течение 2000-х годов цена на флеш-память продолжала падать и к концу десятилетия твердотельные диски SSD стали появляться в обычных персональных компьютерах.

Твердотельный диск Intel

Что именно представляет собой твердотельный диск SSD? Сначала о том, что такое обычный жесткий диск. HDD - это, если просто, набор металлических дисков, покрытых ферромагнетиком, которые вращаются на шпинделе. Информация может быть записана на намагниченную поверхность этих дисков с помощью маленькой механической головки. Данные хранятся путем изменения полярности магнитных элементов на дисков. На самом деле, все немного сложнее, но этих сведений должно быть достаточно, чтобы понять, что запись и чтение на жесткие диски не очень отличается от воспроизведения пластинок. Когда Вам требуется что-то записать на HDD, диски вращаются, головка движется, выискивая нужное расположение, а данные записываются или читаются.

Твердотельные жесткие диски SSD, напротив, не имеют движущихся частей. Таким образом, они в большей степени похожи на всем известные флешки, чем на обычные жесткие диски или проигрыватели пластинок. Большая часть дисков SSD используют для хранения память NAND - тип энергонезависимой памяти, которая не требует электричество для сохранения данных (в отличие, например, от оперативной памяти RAM на вашем компьютере). Память NAND, помимо прочего, обеспечивает значительный прирост в скорости по сравнению с механическими жесткими дисками, хотя бы потому, что не требуется время на передвижение головки и вращение диска.

Сравнение SSD и обычных жестких дисков

Итак, теперь, когда мы немного познакомились с тем, что такое твердотельные диски SSD, неплохо бы узнать, чем они лучше или хуже обычных жестких дисков. Приведу несколько ключевых отличий.

Время раскрутки шпинделя: данная характеристика существует для жестких дисков - например, когда вы пробуждаете компьютер ото сна, вы можете услышать щелчок и звук раскручивания, длящийся секунду-две. В SSD время раскрутки отсутствует.

Время доступа к данным и задержки: в этом плане скорость SSD отличается от обычных жестких дисков примерно в 100 раз не в пользу последних. В связи с тем, что пропускается этап механического поиска нужных мест на диске и их считывания, доступ к данным на SSD почти мгновенен.

Шум: SSD не издают звуков. Как может шуметь обычный жесткий диск, Вы, наверное, знаете.

Надежность: выход из строя подавляющего числа жестких дисков являются следствием механического повреждения. В какой-то момент, после нескольких тысяч часов наработки, механические части жесткого диска попросту изнашиваются. При этом, если говорить о времени жизни, жесткие диски выигрывают, а ограничения на количество циклов перезаписи в них отсутствуют.

В свою очередь, твердотельные диски имеют ограниченное число циклов записи. Большинство критиков SSD чаще всего отмечают именно этот фактор. В реальности, при обычном использовании компьютера обычным пользователем достичь этих пределов будет нелегко. В продаже имеются жесткие диски SSD с гарантийным сроком службы 3 и 5 лет, который они, как правило, переживают, а внезапный отказ SSD - это скорее исключение, чем правило, просто из-за этого почему-то больше шума. К нам в мастерскую, например, в 30-40 раз чаще обращаются именно с испорченными HDD, а не SSD. Более того, если выход из строя жесткого диска внезапен и означает, что пора искать кого-то, кто достанет с него данные, то с SSD это происходит несколько иначе и вы заранее будете знать, что в скором времени его нужно будет менять - он именно «стареет», а не резко умирает, часть блоков становятся доступными только для чтения, а система Вас предупреждает о состоянии SSD.

Энергопотребление: твердотельные диски потребляют на 40-60% меньше энергии, чем обычные HDD. Это позволяет, к примеру, заметно увеличить срок автономной работы ноутбука от аккумулятора при использовании SSD.

Цена: SSD стоят дороже чем обычные жесткие диски в пересчете на гигабайт. Однако, они стали значительно дешевле, чем еще 3-4 года назад и уже вполне доступны. Средняя цена дисков SSD колеблется в районе около 1 доллара за гигабайт (август 2013).

Работа с твердотельным диском SSD

Как пользователь, единственное отличие, которое Вы заметите при работе за компьютером, использовании операционной системы, запуске программ - это значительное увеличение скорости. Однако, в том, что касается продления срока службы SSD, вам придется следовать нескольким важным правилам.

Не дефрагментируйте SSD. Дефрагментация совершенно бесполезна для твердотельного диск и уменьшает время его работы. Дефрагментация представляет собой способ перенести физически в одно место фрагменты файлов, располагающиеся в разных частях жесткого диска, что уменьшает время, необходимое на механические действия по их поиску. В твердотельных дисках это неактуально, так как они не имеют движущихся частей, а время поиска информации на них стремится к нулю. По умолчанию, в Windows 7 дефрагментация для SSD отключена.

Отключите службы индексирования. Если в Вашей операционной системе используется какая-либо служба индексирования файлов для более быстрого их поиска (в Windows используется), отключите ее. Скорость чтения и поиска информации достаточна для того, чтобы обходиться без индексного файла.

Ваша операционная система должна поддерживать TRIM. Команда TRIM позволяет операционной системе взаимодействовать с вашим SSD и сообщать ему, какие блоки больше не используются и их можно очистить. Без поддержки этой команды, производительность вашего SSD будет быстро уменьшаться. На настоящий момент TRIM поддерживается в Windows 7, Windows 8, Mac OS X 10.6.6 и выше, а также в Linux с ядром 2.6.33 и выше. В Windows XP поддержка TRIM отсутствует, хотя и существуют способы ее реализовать. В любом случае, лучше использовать современную операционную систему с SSD.

Не нужно заполнять SSD полностью. Прочитайте спецификации вашего твердотельного диска. Большинство производителей рекомендуют оставлять свободными 10-20% его емкости. Это свободное место должно оставаться для использования служебных алгоритмов, продляющих срок службы SSD, распределяя данные в NAND памяти для равномерного износа и более высокой производительности.

Храните данные на отдельном жестком диске. Несмотря на снижение цены SSD, нет смысла хранить медиа файлы и другие данные на SSD. Такие вещи как фильмы, музыка или картинки лучше хранить на отдельном жестком диске, этим файлам не требуются высокие скорости доступа, а HDD все-таки дешевле. Это позволит продлить жизнь SSD.

Поставьте больше оперативной памяти RAM. На сегодняшний день память RAM очень дешевая. Чем больше оперативной памяти установлено на вашем компьютере, тем реже операционная система будет обращаться к SSD за файлом подкачки. Это заметно продлевает жизнь SSD.

Нужен ли Вам диск SSD?

Решать Вам. Если большая часть из перечисленных ниже пунктов Вам подходит и вы готовы выложить несколько тысяч рублей, то берите деньги и в магазин:

• Вы хотите, чтобы компьютер включался за секунды. При использовании SSD время от нажатия кнопки питания до открытия окна браузера минимально, даже при условии наличия сторонних программ в автозагрузке.
• Вы хотите, чтобы игры и программы запускались быстрее. С SSD, запуская фотошоп, не успеваешь увидеть на заставке его авторов, а скорость загрузки карт в масштабных играх увеличивается в 10 и более раз.
• Вы хотите более тихий и менее прожорливый компьютер.
• Вы готовы заплатить дороже за мегабайт, но получить более высокую скорость. Несмотря на снижение цены на SSD, они все равно в разы дороже обычных жестких дисков в пересчете на гигабайт.

Если большая часть из перечисленного - про вас, то вперед за SSD!

Жёсткие диски против SSD

Выбор очевиден. Компьютерные энтузиасты, которые уже опробовали в работе SSD-накопители, почувствовали разницу и не хотят возвращаться обратно к использованию механического диска в качестве системного. Минусы SSD - значительно более высокая цена, небольшая ёмкость - по мере развития технологии, постепенно исчезают.

Достоинства накопителей на флэш-памяти невозможно игнорировать: незначительное время доступа, высокая скорость передачи данных, превосходная производительность операций ввода/вывода. Отметим также механическую надёжность, низкое потребление энергии и бесшумную работу.

В данный момент, столь много производителей предлагают SSD-накопители, что отделить зёрна от плевел не так уж просто. Если вы сразу перейдёте на страницу с тестовыми графиками, то сможете убедиться, насколько SSD превосходят жёсткие диски. Даже если не искать самый быстрый твердотельный накопитель, а взять за точку отсчёта производительность самой недорогой модели, даже такой накопитель окажется во много раз быстрее любого жёсткого диска!

Плюсы и минусы SSD

Сложно оценить преимущества SSD на основе тестов, которые предназначены для сравнения разных накопителей между собой, относительно других способов апгрейда (новый процессор, графическая карта).

В результате рядовым пользователям, стремящимся собрать современный производительный ПК, можно посоветовать купить небольшой SSD-диск и хранить большую часть файлов на жёстком диске, потратив основную часть средств на обновление других компонентов ПК.

Если опросить несколько обычных пользователей, какой компьютер они хотели бы иметь, то ответы, скорее всего, будут похожи. Процессор на архитектуре Sandy Bridge, не менее 4 Гбайт оперативной памяти, хорошая графическая карта. Набор "по умолчанию" включает жёсткий диск, но про SSD-накопители обычно речи не идёт. Это не правильно.

Было бы уместно пожертвовать парой сотен гигагерц тактовой частоты процессора, дополнив жёсткий диск системным SSD-накопителем объёмом около 60 Гбайт. Так вы сможете получить практически все преимущества SSD-технологии, не разорившись на преобритении твердотельного диска большого объёма.

Поверхностный взгляд не всегда верен

Наше мнение, как правило, основывается на реальных, сравнимых данных. Накопитель объёмом 2 Тбайт со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин смотрится, без сомнения, более привлекательно, чем старая модель 120 Гбайт и 5400 об/мин. Если раньше пропускная способность интерфейса SATA составляла 300 Мбайт/с, то сейчас она достигла 600 Мбайт/с. Как видим, эволюция налицо, но для многих подобные цифры значат больше, чем реальные результаты.

В данном случае, мы имеем сразу две проблемы. Во-первых, слишком мало пользователей знает, что использование твердотельного диска действительно может значительно ускорить работу приложений. Вторая проблема - небольшой объём и высокая стоимость SSD.

Но стоит вновь повторить: любой современный SSD, независимо от модели, на порядок быстрее любого жёсткого диска. Проиллюстрируем данный факт, сравнив простенький SSD с одним из самых мощных накопителей на магнитных пластинах.

Samsung 470 Series vs. Seagate Barracuda XT

HDD: Seagate Barracuda XT, 3 Тбайта

Мы остановили свой выбор на жёстком диске класса hi-end, который сочетает высокую для HDD производительность и большую ёмкость. Накопителю Seagate вполне по силам представлять в данном сравнении HDD как класс. Это современный жёсткий диск объёмом 3 Тбайт - не максимально на сегодняшний день, но такого объёма достаточно почти для любого ПК.

Скорость вращения шпинделя – 7200 об/мин. Как накопитель последнего поколения, Seagate Barracuda XT сочетает высокую скорость последовательного чтения и записи данных, достойное - для жёсткого диска - время отклика, относительно высокую производительность операций ввода/вывода. Диск оснащён новейшим интерфейсом SATA 6 Гбит/с. Впрочем, учитывая реальную пиковую производительность 160 Мбайт/с, это явно лишь рекламный ход: достаточно было ограничиться предыдущей версией интерфейса SATA.

Seagate XT относится к верхней ценовой планке (около $250). Он придётся по душе тем пользователям, которые предпочитают современное "железо", но пока с опаской поглядывают в сторону SSD. На диск распространяется пятилетняя гарантия Seagate.

В качестве альтернативы выступают винчестеры Hitachi Deskstar 7K2000 и 7K3000 (оба по 3 Тбайта), Western Digital Black Edition 2 Тбайт. Подробнее о современных "тяжеловесах" из мира HDD вы можете узнать в материале на нашем сайте "Четыре HDD объёмом 3 Тбайт" .

SSD: Samsung 470 Series, 128 Гбайт

Представители данной линейки Samsung ранее неоднократно использовались нами как референсные в различных тестах, но сегодня эти диски уже не являются самыми новыми и лучшими (см. наш материал Samsung SSD 830-й серии , посвящённый новой линейке корейских твердотельных накопителей).

470-я серия представлена дисками объёмом 64, 128 и 256 Гбайт, оснащённых морально устаревающим интерфейсом SATA 3 Гбит/с. Если сравнить накопитель Samsung 470-й серии с последними моделями Crucial, Intel и многочисленным дискам на базе контроллера SandForce второго поколения, то он не выглядит столь современно.

В конечном итоге, твердотельный диск Samsung 470-й серии обеспечивает скорость передачи данных до 260 Мбайт/с. Некоторые же новейшие модели SSD с интерфейсом SATA 6 Гбит/с в операциях на последовательную передачу данных способны перейти рубеж 500 Мбайт/с. Разница значительна. Наша же позиция в данном случае состоит в том, что даже предыдущее поколение твердотельных накопителей значительно опережает любые жёсткие диски, включая самые современные модели.

Samsung, Intel и Toshiba разрабатывают и производят компоненты SSD на собственных предприятиях (единственное исключение - серия Intel SSD 510, в которой используется контроллер Marvell). Все три вендора выпустили достаточное количество прошивок для устранения проблем с firmware, так что ни один из них не совершенен. Суть в том, что даже если диск Samsung 470-серии - это не совсем то, о чём мечтают компьютерные энтузиасты, данный накопитель вполне соответствует по характеристикам стандартному SSD "среднего класса", и в данном смысле его выбор обоснован с учётом задачи данного обзора. Если же вас заинтересовал вопрос сравнения производительности более свежих моделей SSD, можно ознакомиться с результатами соответствующих тестов на страницах нашего сайта.

Сравнение характеристик

Производительность

Как вы сможете видеть в видеоролике в конце данной статьи, SSD-накопитель может заметно ускорить современный компьютер - идёт ли речь о скорости запуска приложений, загрузке уровней в играх или импорте большого объёма данных. Почему так происходит?

Прежде всего, успех SSD связан со значительно более высокой скоростью передачи данных. Жёсткие диски 2,5” достигают 60-100 Мбайт/с, 3,5” - 100-150 Мбайт/с. Причём, эти показатели отражают производительность HDD в самых благоприятных для них условиях. Характеристики, которые любят приводить вендоры в спецификациях к той или иной модели HDD, относятся к операциям последовательного чтения/записи данных - здесь отставание жёстких дисков проявляется в наименьшей степени. Когда головка жёсткого диска переходит на другой раздел/сектор диска, скорость операций стремительно снижается.

Режимы использования диска, в которых на первый план выходит производительность ввода/вывода, не относятся к благоприятным для HDD. Примером является загрузка Windows, предполагающая считывание огромного количества мелких блоков данных. Здесь при сравнении жёсткого диска с SSD картина ещё более печальна.

Скорость передачи данных в таких режимах падает до нескольких Мбайт/с. Это касается даже самых новых и производительных моделей HDD. Таким образом, жёсткие диски неплохо справляются с последовательным копированием файлов большого объёма, но их применение в качестве системного накопителя не оптимально.

SSD для хранения данных использует флэш-память. Такие накопители состоят из множества ячеек памяти, которые используются параллельно друг другу и взаимодействуют с контроллером через несколько каналов передачи данных. Подобная архитектура способна обеспечить скорость последовательного чтения от пары сотен Мбайт/с до рекордных значений – более 550 Мбайт/с. Впрочем, как мы уже отметили, в последовательной передаче данных жёсткие диски также проявляют себя неплохо.

Критичный режим для SSD – операции записи данных, так как записаны могут быть только блоки данных определённого размера. Если нужно записать на диск всего нескольких бит, потребуется целая серия операций - чтение, стирание и финальная перезапись одного-двух блоков.

Таким образом, нередка ситуация, когда сотни Мбайт/с на практике оборачиваются всего лишь несколькими десятками. Но пока мы говорим о блоках размером около 4 кбайт, которые используются современными файловыми системами, SSD всё же остаются в 10-20 раз быстрее HDD, обеспечивая производительность на уровне десятков Мбайт/с, в то время как в случае жёстких дисков она падает до кбайт/с из-за задержек при позиционировании головки. В реальной работе такая разница не просто заметна, а бросается в глаза.

Расход энергии и нагрев

SSD потребляют, максимум, несколько ватт. Жёсткие диски могут израсходовать 10 Вт в час или даже больше в случае активного копирования файлов. Современные SSD вообще не греются. Жёсткие диски, напротив, нередко нуждаются в охлаждении. Обычной циркуляции воздуха внутри корпуса вашего компьютера, скорее всего, хватит, однако вопрос грамотного охлаждения дисковой системы всё же стоит учитывать при самостоятельной сборке ПК.

Конструктивные особенности и надёжность

SSD не имеют подвижных элементов, что делает их весьма надёжными. Теоретически, существует вариант, что вы подвергнете твердотельный диск чрезвычайно высокой вибрации или удару, так что пайка микросхем нарушится. На практике такая ситуация маловероятна.

Точно такой же мизерный шанс нарушить пайку существует и применительно к жёстким дискам, однако реальная опасность заключается в наличии движущихся элементов - магнитных пластин, которые вращаются на высокой скорости, и головок чтения/записи. Принцип работы современного HDD напоминает старомодный патефон.

Механические детали имеют определённый ресурс и в целом надёжность жёсткого диска ниже. Любая сильная встряска может превратить работающий жёсткий диск в кусок бесполезного "железа". Современные HDD имеют определённый "запас прочности" в отношении ударных нагрузок (что особенно касается 2,5” дисков для ноутбуков), но с точки зрения механической надёжности они всё-таки значительно уступают SSD.

Переживёт ли SSD-накопитель жёсткий диск - сказать с точностью нельзя. Известно, что HDD более склонны к поломкам, так как их конструкция сочетает электронику и механические элементы. С другой стороны, SSD более чувствительны к прошивке и мы знаем случаи, когда вследствие сбоя firmware твердотельный диск приходил в негодность. Потенциальные проблемы в плане надёжности для SSD и HDD различны, но имеют место в обоих случаях. В деталях ознакомиться с вопросом сравнения надёжности SSD и накопителей на магнитных пластинах вы можете в статье "Что надёжнее: SSD или HDD?" .

Конфигурация тестового стенда

Результаты данных тестов показательны для большинства моделей SSD и жёстких дисков. Тестируемые компоненты выбраны из расчёта получить наилучшее сравнение для обоих вариантов конфигурации. Диски тестируются на очень похожих системах. Цель данного обзора заключается в оценке преимущества от использования SSD в качестве системного диска. Мы не стремимся доказать, что твердотельные накопители имеют преимущества во всех ипостасях (более того, мы не рекомендуем использовать их для хранения данных).

Результаты тестов

Последовательное чтение/запись

CrystalDiskMark и Iometer ясно показывают значительно более высокие скорости передачи данных по сравнению с жёстким диском класса high-end. Если вы регулярно читаете обзоры , данный факт вряд ли станет новостью для вас.

Случайное чтение/запись

Следующие результаты весьма показательны с точки зрения загрузки операционной системы Windows. Когда дело доходит до реальной разницы в повседневном использовании, возможно, отрыв SSD от жёсткого диска не будет столь значителен, но в синтетическом тесте разница бросается в глаза.

Согласно CrystalDiskMark, жёсткий диск работает с блоками по 4 кбайт в режиме случайного чтения на скорости 1,6 Мбайт/с, записи - 0,7 Мбайт/с. Аналогичные показатели для SSD выше на порядок: 19,7 Мбайт/с - для операций записи, 70,6 Мбайт/с - для чтения.

С увеличением глубины очереди производительность SSD ещё более увеличивается, что объясняется более полным использованием его многоканальной архитектуры: 129,4 Мбайт/с для операций записи и 70,5 для чтения. Для HDD мы также видим увеличение в три раза скорости случайной записи (до 2,1 Мбайт/с) благодаря поддержке NCQ. Тем не менее, отставание от твердотельного накопителя ещё более увеличивается.

В случае блоков большего размера (в данном тесте - 512 кбайт) жёсткий диск может обеспечить намного лучшую скорость, чем мы только что видели. Впрочем, SSD и здесь сохраняет лидерство. Современный твердотельный накопитель с интерфейсом 6 Гбит/с обеспечил бы более серьёзный отрыв от HDD.

Расклад сил очевиден: в тесте на случайный поиск при использовании блоков по 4 кбайт HDD обеспечил результат около 700 кбайт/с, SSD - 18,4 Мбайт/с.

На большой глубине очереди (64 команды) SSD превосходит жёсткий диск в тесте на случайный поиск в 40-50 раз.

В тесте Iometer на производительность чтения Samsung 470 128 Гбайт обеспечивает производительность на уровне 28 000 операций ввода/вывода в секунду. Жёсткий диск показывает результат 102 операции в секунду.

При записи SSD оперирует с блоками данных: запись даже лишь нескольких байт требует полного цикла перезаписи всего блока. Поэтому в операциях записи отрыв SSD не столь вопиющий, но по-прежнему речь идёт о разнице на порядок. Iometer показывает результат 1343,5 операций ввода/вывода для SSD и 132,5 для HDD.

Производительность ввода/вывода и время доступа

Сценарий загрузки "Базы данных" рисует ясную картину: SSD в 12 раз быстрее, чем жёсткий диск.

В сценарии "Веб-сервер" превосходство твердотельного диска ещё более значительно, так как операции чтения в этом тесте составляют основную часть нагрузки.

В тесте на производительность рабочей станции расклад сил не меняется.

Время доступа

В отличие от жёсткого диска, время доступа на SSD едва ли поддаётся измерению.

PCMark 7

Futuremark PCMark 7 имитирует типичную работу на ПК. За редкими исключениями, SSD опережает жёсткий диск в 2-4 раза. Отметим, что в данных тестах изменяется общая производительность системы, с учётом влияния CPU и видеокарты. Таким образом, здесь мы видим картину, близкую к той, что имеет место при повседневном использовании ПК.

К исключениям относится обработка видео в Windows Movie Maker, а также сценарий загрузки Windows Media Center. В этих тестах SSD и жёсткий диск обеспечивают близкие результаты.

Расход энергии

Наименьшая разница между SSD и жёстким диском с точки зрения потребления энергии наблюдается в стресс-тесте на потоковую запись. Но даже в этом тесте один жёсткий диск потребляет примерно столько же энергии, как три SSD.

Энергоэффективность: производительность на ватт

В приложениях для работы с базами данных Samsung 470 превосходит жёсткий диск Seagate в 476 раз (из расчёта количества операций ввода/вывода на ватт).

В тесте на эффективность потоковой записи твердотельный накопитель опередил жёсткий диск в 7 раз.

Здесь необходимо кратко осветить вопрос измерения "ёмкости на ватт", так как по этому показателю SSD уступают жёстким дискам. Чтобы обеспечить объём дискового пространства, соответствующий Seagate Barracuda XT 3 Тбайт, вам потребуется собрать массив из полутора десятков SSD. В данном контексте обсуждать "ёмкость в расчёте на ватт" можно только в теории. Если вам требуется много места для хранения данных, HDD в данный момент не имеют альтернативы.

SYSmark 2012

Бенчмарк, разработанный компанией BARCo, не часто используется в тестах . Дело в том, что некоторые компании, включая AMD и nVidia, не доверяют данному тестовому пакету, что объясняется специфическим составом пакета: он фокусируется на сценариях загрузки, имеющих мало общего с повседневным использованием ПК. Значительный процент в общем рейтинге производительности отводится операциям распознавания текста или архивирования. Стоит отметить, что AMD указывает на наличие в SYSMark неких оптимизаций под архитектуру Intel.

Обратите внимание, что в тестах из пакета SYSMark SSD очень незначительно опережает жёсткий диск. Можно сказать, результаты совпадают. Причина в том, что в данном случае не представляется возможным изолировать воздействие других подсистем компьютера на конечный результат.

Скорость загрузки Windows

Выключается компьютер с системным SSD-накопителем также быстрее - за пять секунд вместо восьми в случае с HDD.

Запуск приложений

Мы используем скрипт, который одновременно открывает четыре приложения. Как и в случае с загрузкой ОС, преимущество по скорости запуска приложений на системе с SSD-диском весьма существенно. Как это выглядит на практике, можно посмотреть на видео.

Запуск приложений на SSD и на жёстком диске

Итак, мы использовали скрипт, который одновременно открывает несколько приложений и фиксирует разницу в виде короткого видеоролика. Скрипт запускается непосредственно после загрузки Windows, после чего ждёт 30 секунд для завершения всех процессов. Скрипт запускает Internet Explorer 9 (offline-версия сайта THG), Microsoft Outlook (тот же набор пользовательских папок, как в SYSmark 2012), "тяжёлую" презентацию PowerPoint и изображение большого размера в Adobe Photoshop.

Мы пропустили данный тест четыре раза подряд. Кэширование файлов немного снижает время загрузки для четвёртого "прогона", но это можно заметить лишь применительно к HDD. Посмотрим видеоролик:

Наш тест имитирует сценарий работы, когда вы включаете компьютер и сразу открываете несколько приложений - например, офисную программу, веб-браузер, мессенджер, редактор изображений. Пока в системе имеется достаточное количество оперативной памяти (то есть не менее 4 Гбайт на данный момент), производительность CPU находится на втором месте после дисковой подсистемы. Иными словами, плюс-минус 500 МГц частоты процессора - не столь существенно, но замена жёсткого диска на SSD, напротив, основательно влияет на результат.

Здесь возникает вопрос - важен ли выбор конкретной модели SSD? На наш взгляд, этот вопрос не столь принципиален. Даже если вы остановите свой выбор на новейшем накопителе с контроллером SandForce SF-2200, который при последовательном чтении переходит рубеж 500 Мбайт/с, то разница по сравнению с не самой новой моделью SSD, которую мы использовали в данном тесте, не будет слишком заметна. Если же вы впервые попробуете использовать в качестве системного диска SSD, то вам, определённо, уже не захочется возвращаться к жёстким дискам.

Любой современный SSD повышает отзывчивость системы

Тем компьютерным энтузиастам, которые ещё не пробовали использовать SSD, можно смело посоветовать такой вариант апгрейда. Несомненно, игра стоит свеч. Хотя преимущества использования SSD в качестве системного накопителя отражает не каждый бенчмарк (в частности, в SYSMark мы не видим значительного отрыва), реальная разница в производительности бросается в глаза.

Мы провели сравнение одного из самых ёмких, быстрых и дорогих жёстких дисков на рынке - Seagate Barracuda XT - со скромным, не самым новым твердотельным диском Samsung 470. Конечно, вы можете остановить свой выбор на более "продвинутой" модели, но даже в случае выбора относительно бюджетной модели можно получить все преимущества SSD.

Вместе с тем, мы вовсе не стремимся отправить жёсткие диски на пенсию. Когда речь идёт о хранении файлов, данному типу накопителей нет альтернативы. SSD стоит использовать для установки операционной системы, разместить на нём исполняемые файлы программ, кэши приложений.

Для большинства случаев идеальная конфигурация современного ПК включает системный SSD-диск и жёсткий диск большого объёма, на котором хранятся фильмы, музыка, изображения, документы. Системы без SSD относятся к бюджетным вариантам конфигурации, а компьютеры только с твердотельным диском почти не встречаются в природе.

Где мы разбирали что это такое, как работает и т.д. Но мы не сказали о том, что жесткие диски, на самом деле, уже изжили свой потенциал роста как объемов, так и производительности, а им на смену пришли современные твердотельные накопители или — SSD. Несмотря на то, что HDD еще довольно распространены, SSD также стали весьма популярны, и постепенно вытесняют устаревшую технологию с рынка.

Так как тема популярна и актуальна, в сегодняшней статье разберемся с SSD: узнаем что это такое, какие особенности их работы, характеристики, в общем — как обычно. Начнем.

Что такое SSD

SSD диск — компьютерное не механическое запоминающее устройство, состоящее из микросхем памяти и микроконтроллера. Происходит от английского Solid State Drive, что в буквальном переводе означает – твердотельный накопитель.

В этом определении каждое слово имеет смысл. Не механическое устройство означает, что в нем нет механических частей – внутри ничего не движется, не жужжит и не шумит. Как следствие — ничего и не стачивается, не изнашивается. Поскольку SSD диски пришли на смену традиционным механическим, то это свойство очень важно. Старым дискам были страшны вибрации во время работы, твердотельным накопителям – нет.

Микросхемы памяти используются для хранения информации. Контроллер на диске позволяет получать данные из ячеек памяти и записывать в них, передавая данные на общий интерфейс компьютера, вне зависимости от специфики работы памяти носителя. Гигантская флешка – вот что такое SSD диск, может показаться на первый взгляд, но только с кучей бесполезных компонент.

Для чего нужен SSD

В любом компьютере SSD идет на замену обычным HDD. Он работает быстрее, имеет маленькие габариты и не издает звуков. Высокая скорость загрузки приложений и операционной системы повышает комфортность в работе с ПК.

Что такое SSD в ноутбуке, где каждый ватт энергии на счету? Разумеется, в первую очередь – это очень экономный носитель информации. Он способен работать с зарядом аккумулятора дольше. К тому же у него очень небольшие размеры, что позволяет включать SSD в самые компактные аппаратные конфигурации.

Из чего состоит SSD

Небольшой корпус, в котором расположена маленькая печатная плата – это SSD диск внешне. На эту плату припаяно несколько микросхем памяти и контроллер. На одной из сторон этой коробки находится специальный разъем – SATA, который позволяет подключать SSD диск как любой другой накопитель.

Микросхемы памяти используются для хранения информации. Это не , которая есть в каждом компьютере. Память в SSD диске способна хранить информацию и после выключения. Память SSD дисков энергонезависима. Как у обычного диска данные хранятся на магнитных пластинах, здесь данные хранятся в специальных микросхемах. Запись и чтение данных происходит на порядок быстрее, чем при работе с пластинами механических дисков.

Контроллер на диске – такой себе узкоспециализированный , который умеет очень эффективно распределять данные в микросхемах. Также он выполняет часть служебных операций по чистке дисковой памяти и перераспределении ячеек при их изнашивании. Для работы с памятью очень важно выполнять своевременно служебные операции, чтобы не произошло потери информации.

Буферная память, как и на обычных дисках, используется для кэширования данных. Это быстрая оперативная память на SSD накопителе. Данные, вначале читаются в буферную память, изменяются в ней, а затем только пишутся на диск.

Как работает SSD диск

Принцип работы SSD диска основан на специфике работы ячеек памяти. Больше всего распространена сейчас память типа NAND. Обработка данных осуществляется блоками, а не байтами. Ячейки памяти имеют ограниченный ресурс циклов перезаписи, то есть чем чаще данные пишутся на диск, тем быстрее он выйдет из строя.

Чтение данных выполняется очень быстро. Контроллер определят адрес блока, который нужно считать, и обращается к нужной ячейке памяти. Если в SDD диске читается несколько непоследовательных блоков, то это никак не сказывается на производительности. Просто происходит обращение к другому блоку по его адресу.

Процесс записи данных сложнее и он состоит из ряда операций:

• чтение блока в кэш;
• изменение данных в кэш памяти;
• отработка процедуры стирания блока на энергонезависимой памяти;
• запись блока во флеш-память по адресу, вычисленному специальным алгоритмом.

Запись блока требует нескольких обращений к ячейкам памяти на диске SSD. Появляется дополнительная операция по чистке блока, перед записью. Для того, чтобы ячейки флеш-памяти изнашивались равномерно, контроллер специальным алгоритмом вычисляет номера блоков перед записью.

Операция стирания блоков (TRIM) выполняется SSD дисками во время простоя. Это делается для того, чтобы уменьшить время выполнения записи блока на диск. При записи алгоритм оптимизируется путем удалением этапа стирания: блок просто помечается как свободный.

Операционные системы выполняют самостоятельно команду TRIM, которая приводит к чистке подобных блоков.

Виды SSD дисков

Все SSD диски разделяются на несколько видов в зависимости от того, по какому интерфейсу они подключатся к компьютеру.

• SATA – диски подключаются к компьютеру по тому же интерфейсу, что и обычные HDD. Выглядят они как диски для ноутбуков и имеют размер 2,5 дюйма. Вариант mSATA более миниатюрен;
• PCI-Express – подключаются как обычные видеокарты или звуковые карты в слоты расширения компьютера на материнской плате. Обладают более высокой производительностью и, чаще всего, ставятся на серверах или вычислительных станциях;
• M.2 – миниатюрный вариант чаще PCI-Express интерфейса.

В современных SSD накопителях используется в основном NAND память. По ее типу их можно разделить на три группы, которые появлялись хронологически: SLC, MLC, TLC. Чем новее становилась память, тем ниже становилась надежность ее ячеек. Емкость при этом росла, что помогало снизить себестоимость. Надежность диска целиком зависит от работы контроллера.

Не все производители SSD дисков сами изготавливают флеш-память для своих устройств. Свою память и контроллеры производят: Samsung, Toshiba, Intel, Hynix, SanDisk. Мало кто из пользователей слышал о SSD диске производства Hynix. Известный производитель флеш накопителей Kingston использует память и контроллеры фирмы Toshiba в своих дисках. Samsung сам занимается развитием технологий по производству памяти и контроллеров и комплектует ими свои SSD накопители.

Характеристики SSD

Мы почти разобрались с SSD накопителями, осталось только поговорить о характеристиках. Итак:

• Емкость диска . Обычно эта характеристика указывается величиной не кратной степени двойки. Например, не 256 Гб, а 240. Или не 512 Гб, а 480 Гб. Это связано с тем, что контроллеры дисков резервируют часть флеш-памяти на замену блоков, исчерпавших свой ресурс. Для пользователя такая подмена происходит незаметно и данные он не теряет. Если размер диска составляет величину 480 Гб или 500 Гб, то именно флеш-памяти на диске 512 Гб, просто разные контроллеры резервируют ее разный объем.
• Скорость диска . Почти все SSD накопители имеют скорость: 450 — 550 Мб/сек. Эта величина соответствует предельным скоростям интерфейса SATA, по которому они подключаются. Именно SATA является причиной, по которой производители не пытаются массово увеличивать скорость чтения. Скорость записи в приложениях оказывается существенно ниже. Производитель обычно указывает в характеристиках именно скорость записи на чистом носителе.
• Число микросхем памяти . От числа микросхем памяти напрямую зависит производительность: чем их больше, тем большее число операций может отрабатываться одновременно на одном диске. В одной линейке дисков обычно скорость записи растет с ростом объема диска. Объясняется это тем, что у более емких моделей число чипов памяти больше.
• Тип памяти . Более дорогая и надежная память MLC, менее надежная и дешевая TLC, а также собственная разработка Samsung — «3D-NAND». Эти три вида памяти сейчас чаще всего используются в накопителях. Во многом на современных твердотельных дисках надежность работы зависит от качества работы контроллера.

Выводы

Несмотря на свою схожесть с гигантской флешкой, SSD накопители несут в себе целый спектр современных технологий, благодаря чему показывают существенный прирост производительности, не теряя надежности. Работа с компьютером, после установки системы на такой диск, становится значительнее комфортнее.