همه چيز دربارۀ SSD ها

در اين مقاله، ديويد فيرون نحوۀ كار SSD ها وعملكرد آنها را نسبت به ديسك هاي معمولي تشريح ومقايسه مي كند.

سالهاست كه كارشناسان خبر ازبه پايان رسيدن عمر ديسك هاي سخت مكانيكي داده اند ولي تا كنون انقلابي صورت نگرفته است.اگرچه به كندي رقيب اصلي ديسك هاي سخت معمولي يعني ديسك هاي حالت جامد مبتني بر flash به تدريج درحال پيشي گرفتن از حريف خود هستند.

چه ايدۀ بزرگي در اين ديسك ها نهفته است؟

ديسك هاي سخت معمولي بوسيلۀ encoding داده ها را بر روي ديسك هاي گردان فلزي ذخيره مي كنند.اما ديسك هاي SD يا SSD ها اين داده ها را در چيپ هاي (chips) حافظه ذخيره مي سازند.اين رويكرد باعث جذب بسياري به اين گونه ديسك ها شده است.چرخاندن يك مجموعۀ سنگين از پلاترهاي مغناطيسي در سرعت بالا حتي در ديسك هاي سخت پيشرفتۀ امروزي كه اصطكاك پايين و حالت سيالي دارند مستلزم نيروي قابل توجهي است. يك ديسك سخت 3.5 اينچي معمولا در حالت بيكاري و عدم استفاده از آن 8w برق مصرف مي كند.

در مقايسه با آن، يك SSD تنها نياز دارد تعدادي الكترون را جا به جا كند و وزن الكترونها نسبتا هيچ است و همين امر موجب شده كه SSD ها درمصرف برق بسيار صرفه جويي كنند. SSD هاي سري 510 شركت اينتل در حالت بيكاري و عدم استفاده، 100mW برق مصرف مي كنند يعني مصرف آنها 0.1W يا 80 برابر كمتر از بسياري از درايوهاي مكانيكي است و حتي در حالت فعال و استفاده از آنها فقط 0.38W برق مصرف مي كنند.

مزيت جالب ديگر اين گونه ديسك ها سرعت آنها مي باشد.هنگامي كه يك ديسك مكانيكي مي خواهد فايلي را بخواند، هدهاي خواندن/نوشتن بايد به صورت فيزيكي به نقطۀ صحيح انتقال يابند.سپس بايد منتظرشوند تا پلاتر به نقطۀ صحيح چرخش كند. بعد از اين مرحله، ميزان و سرعت داده هاي آنها كه از طريق پلاتر منتقل مي شود بسته به سرعت چرخش درايو محدود مي شوند.

در يك SSD، محدوديتي از لحاظ سرعت فيزيكي اجزاي مكانيكي وجود ندارد.سيگنال هاي الكترونيكي در كسري از سرعت نورحركت مي كنند بنابراين SSD ها توانايي پيدا كردن داده ها را تقريبا به طور آني دارند و مي توانند داده ها را با سرعت بسيار بيشتري نسبت به ديسك هاي معمولي انتقال دهند.نه تنها الكترون ها سريع حركت مي كنند بلكه اين كار را بي صدا انجام مي دهند: SSD ها صدايي ايجاد نمي كنند.

مزيت آخر اين گونه ديسك ها دوام آنهاست.ديسك هاي سخت معمولي شكننده هستند:با يك شوك مكانيكي نسبتا آرام مي توانند ازكار بيفتند.با توجه به اينكه SSD ها داراي قطعات متحرك حساسي نيستند غالبا نسبت به ضربه و جابجايي ناصحيح مصون مي باشند.

همه اش خبرهاي خوب نيست

اين همه تعريف از SSD ها به معناي اين نيست كه آنها شكست ناپذير و يا فنا ناپذير مي باشند.در واقع يكي از بنيان هاي مهندسي SSD، سيستمي است به نام wear levelling يا تعديل فرسوده سازي.اين يكي از اولين نقاطي است كه كه سلطۀ فرضي آنها را متزلزل ساخته و يكي از دلايلي است كه آنها را از فتح نبرد وسايل ذخيره سازي انبوه دور كرده است.

SSD ها به wear levelling يا تعديل فرسوده سازي نيازمندند زيرا سلول هاي حافظۀ فلش كه توسط آنها به كارمي رود براي هميشه دوام نمي آورند.شما مي توانيد محتواي آنها را به هر اندازه كه مي خواهيد بدون نگراني بخوانيد ولي هر سلول مي تواند محتوايش را تا تعداد دفعات محدود معمولا تا 100000 دفعه تا زمان فرسودگي تغيير دهد.

براي يك درايو فلش USB و يا يك كارت SD اين محدويت عمر مشكلي بوجود نمي آورد چونكه اين وسايل تا اين اندازه استفاده نمي شوند.اما اگر قرار است فناوري فلش جاي ديسك سخت كامپيوتر شخصي را بگيرد ، وضعيت فرق مي كند.حتي يك كامپيوتر در حالت بيكاري و عدم استفاده از آن دفعات بسياري به ديسك سخت دسترسي پيدا مي كند.فايل Windows swap طي يك نشست session ممكن است هزاران دفعه نوشته شود.به سرعت اوضاع به حدي مي رسد كه عمر فلش بر قابليت اطمينان آن تاثير مي گذارد.

فناوري wear levelling يا تعديل فرسوده سازي سعي مي كند كه اين مشكل را با توزيع داده ها به صورت مساوي در ميان سلول هاي SSD كاهش دهد و از بازنويسي مجدد ومتمركز منطقۀ خاصي از ديسك اجتناب گردد.اگر منطقه فيزيكي خاصي از فلش SSD به دفعات بسياري مورد دسترسي و بازنويسي قرار گيرد سيستم داده ها را به منطقه ديگري از درايو انتقال مي دهد.اما انجام اين كار در عين اينكه يكپارچگي ساختاري filing system را در خدمت رساني به ديگر عمليات خواندن و نوشتن تداوم مي بخشد موجب پيامدهاي عملكردي نيز مي شود.

همه حافظه هاي حالت جامد يكسان نيستند

SSD ها حتي در زماني كه در اوج بازدهي خود هستند به آن اندازه كه ممكن است تصور كنيد سريع نمي باشند.غالبا اين گونه تصورمي شود كه چيپ هاي حافظه فلش در يك SSD به اندازه چيپ هاي داخل RAM اصلي سيستم كامپيوتر سريع مي باشند.حتي ويندوز ويستا و 7 با قابليت ReadyBoost شان در اين تله مي افتند.سيستم تصور مي كند كه مي تواند از يك درايو فلش USB به عنوان درايوي با سرعتي بيشتر از كش هارد ديسك براي افزايش سرعت عمليات استفاده كند.اما در عمل چنين اتفاقي نمي افتد زيرا حافظه فلش در درايوهاي فلش USB تجاري معمولا كندتر از دسترسي به يك هارد ديسك معمولي است.

واقعيت اين است كه حافظه فلش NAND كه در يك SSD موجود است كاركرد متفاوتي نسبت به DRAM كامپيوترتان دارد.

سلول هاي DRAM بسيار ساده و سريع مي باشند.آنها داراي يك ترانزيستور و يك خازن كوچك هستند.شارژ بر روي يك خازن (و يا عدم آن) يك رقم دودويي(binary digit) را ذخيره مي كند.عدم شارژ حاكي از يك باينري 0 است؛شارژ كامل مساوي باينري 1 است.از آنجايي كه خازن هاي DRAM بسيار كوچك هستند، آنها مقدار انرژي اندكي را مي گيرند و اين بدان معناست كه آنها را مي توان به سرعت شارژ وتخليه نمود.اين بنيان اساسي طراحي آنها به DRAM سرعت فوق العاده اي بخشيده است.

اما يك سلول حافظه فلش NAND به اين سادگي ها نيست.براي خواندن داده هاي متوالي تقريبا مي تواند همپاي DRAM شود ولي وقتي به نوشتن مي رسد،فرآيند الكتريكي بسيار پيچيده و بالتبع كندتري نيازمند است.علاوه بر اين، بيش از يك گونه عمليات خواندن وجود دارد كه كنترولر(Controller) بسته به تاريخچه استفاده از وسيله بايد استفاده كند.اين موضوع، عامل اصلي محدود كننده عملكرد SSD ها مي باشد.

نقطه ضعف SSD ها

اگر كنترولر مي توانست مستقيما به بايت هاي انفرادي موجود در سلول هاي فلش NAND دسترسي پيدا كند آن وقت وضع عالي بود.متاسفانه محدوديت هاي مهندسي حكم مي كند كه داده ها بايد به صفحه ها (pages) و بلوك ها(Blocks) تقسيم شوند.يك صفحه SSD مجزا، كوچكترين بخش از داده هايي است كه مي تواند مورد دسترسي و خواندن قرار گيرد؛اگر شما يك درايو با اندازه صفحه 4KB داشته باشيد (كه معمولا ديسك هاي فرمت NTFS امروزي اينگونه اند) حتي يك فايل يك كيلوبايتي نيز مي تواند به اندازه 4 كيلوبايت بر روي ديسك، فضا اشغال كند.يك بلوك گروه بزرگي از صفحات است-128 صفحه در هر بلوك در معماري SSD استاندارد وجود دارد.

اگرچه نوشتن يك صفحه 4 كيلوبايتي جديد بر روي ديسك بسيار ساده است، ولي امكان پاك كردن و يا بازنويسي داده ها با همان اندازه دقت وجود ندارد.حالت فيزيكي فلش حكم مي كند كه براي تغيير محتويات يك صفحه مجزا، شما بايد تمام بلوك را پاك كنيد و سپس دوباره تمام داده هايي كه قصد داريد حفظ كنيد بنويسيد. اين بدان معني است كه تمام عمليات سطح بلوك نياز به تغيير مقدار قابل توجهي از داده ها، در واقع نيم مگابايت،را دارد.

پيامد اين كار اين است كه جاي نويسي (overwriting) تنها يك بايت داده بر روي يك SSD مساوي است با خواندن و كش كردن نيم ميليون بايت داده در بلوك مرتبط با آن، تنظيم مجدد هر سلول در بلوك، تغيير داده هاي بلوك براي بازتاب حالت جديد و نوشتن دوباره نيم ميليون بايت در بلوك. نه تنها اين كار با افزايش فرآيند طولاني خود باعث كاهش عملكرد مي شود بلكه به طور قابل توجهي افزايش فرسودگي كلي داريو را منجر خواهد شد.براي مثال، يك عمليات نوشتن يك بايتي موجب پاك شدن و بازنويسي بيهودۀ 511999 بايت مي شود.اين عمل، write amplification يا افزايش نوشتن نام دارد.

عملكرد در دنياي واقعي

علي رغم اين موانع فني، تكنيك هاي مهندسي جديد همچون TRIM (به قسمت Trimming يا كاهش حداكثر مشكلات نگاه كنيد) فناوري SSD را به نقطه اي رسانده اند كه در آن يك SSD مي تواند جايگزين مناسب و موفقي براي يك درايو مكانيكي محسوب شود.در واقع در برخي موارد مي توانند سريع تر عمل كنند. SSDسري 510 اينتل با حجم (Web ID:363043) 120GB در آزمايشات ما داراي سرعت باورنكردني خواندنMB/sec 390 بود.حتي SSD سري Value با فضاي 128GB از شركت كينگستون (web ID: 363043) سرعتي معادل 239MB/sec داشت كه اين ارقام بسيار بيشتر از سرعت 100-140MB/sec درايوهاي مكانيكي مدرن است.

اما به خاطر محدويت هاي(page-level &block-level) ، وقتي نوبت به عمليات نامتوالي(non-sequential) در فايل هاي كوچك مي رسد SSDها هنوز ضعف دارند و از قافله عقب مي مانند.حداقل يك صفحه(page) چهار كيلوبايتي كاملا بايد در داخل كش خوانده شود و سپس بيرون رود (يا بالعكس) تا كوچكترين عمليات خواندن يا نوشتن صورت گيرد.

اين بدان معني است كه عمليات random-access كوچكي در يك SSD بسيار طولاني تر از يك درايو با پلاتر چرخان معمولي است.براي مثال، درايو رتبه A ما يعني Samsung Spinpoint F3 (به تصوير نگاه كنيد) سرعت خواندن random بالاتري از 80MB/sec دست يافت در حالي كه SSD سري 510 اينتل با فضاي 120GB سرعت ناچيزي در حدود 20MB/sec داشت.متاسفانه اين گونه عمليات ، امور روزمرۀ فعاليتهاي ويندوز محسوب مي شود: هم سيستم عامل و هم برنامه هاي نصب بر آن دائما تكه هاي كوچكي از داده هاي كاربر و تنظيمات لازم را مي خوانند و مي نويسند.

اگر قصد استفاده از يك SSD به عنوان درايو سيستمتان در ويندوز را داريد، بايد مد نظر داشته باشيد كه وقتي نوبت به بهره وري در دنياي واقعي مي رسد، ديسك سخت فاكتور نسبتا اندكي به حساب مي آيد.مي توان مطمئن بود كه جديدترين و عالي ترين درايوهاي حالت جامد قادرند برنامه ها و فايل ها را سريع تر باز كنند وباعث شوند كامپيوتر شما بهتر و پاسخگوتر عمل كند ولي هر زمان كه ما در آزمايشات واقعيمان ،يك SSD را با يك درايو مكانيكي مقايسه نموديم تفاوتي در نتايج حاصل نشد.اگر كار شما شامل بارگذاري (loading) و ذخيره فايل هاي بزرگ نمي باشد يك SSD بهره وري بيشتري براي شما حاصل نمي كند.

پس آيا به يك SSD نياز دارم؟

براي استفاده در كامپيوترهاي روميزي معمولي، SSD ها هنوز فاصله زيادي به عنوان يك راه حل وانتخاب ايده آل دارند.نه تنها مزيت عملكرد آنها مبهم است بلكه نسبت به درايوهاي معمولي گران تر نيز هستند.هر گيگابايت در SSD اينتل با حجم 120GB چيزي حدود 1.83 پوند تمام مي شود كه قيمت آن را 40 برابر گران تراز ديسك معمولي Samsung Spinpoint F3 مي باشد كه قيمتي حدود 4.5 پني به ازاي هرگيگابايت دارد.

با اين وجود ،به خاطر مصرف برق پايين، وزن ناچيز، استحكام و عمليات بي سروصدايشان ، محبوبيت SSD ها در لپ تاپ بويژه لپ تاپ هاي فوق سبك و تجاري در حال افزايش است.

علاوه بر اين، وقتي نوبت به كار با برنامه هاي روميزي حرفه اي كه داراي فايل هاي بزرگي هستند مي رسد، SSD ها هزينه خود را در مدت كوتاهي جبران مي كنند.كار با ويديوهاي HD كه داراي چندstream هستند با مزيت سرعت يك SSD مي تواند دگرگون شود و هركسي كه كارش ويرايش عكس چند لايه در فتوشاپ است ،هر زمان كه پوشه اي پر از عكس را باز مي كند ويا كليد Crtl-S را براي ذخيره كارش مي فشارد از عملكرد فوق العاده آنها لذت خواهد برد.

اما براي عملكرد كلي ويندوز، SSD ها هنوز تا پيروزي كامل فاصله دارند.احتمالا طي چند سال، SSDها جايگزين مناسبي براي درايوهاي مكانيكي خواهند شد.اما فعلا اگر به ويژگي هاي خاص يك ديسك حالت جامد نياز نداريد ما توصيه مي كنيم كه يك ديسك سخت معمولي را انتخاب كنيد.

پايان مقاله

كاهش مشكلات SSD به حداقل

به خاطر ويژگي افزايش نوشتن يا write amplification، تفاوت زيادي بين نوشتن برروي قسمت تازه اي از يك درايو حالت جامد و نوشتن بر روي قسمتي كه حاوي اطلاعات است وجود دارد.به مرور كه يك درايو SSD پرمي شود شما انتظار خواهيد داشت كه عملكرد ميانگين درايو كاهش يابد.بالاخره وقتي كه يك بار تمام درايو به طور كامل نوشته شود عملكرد به سطح پايين خود مي رسد.در واقع اين اتفاق قبلا براي نسل اول SSD ها مي افتاد.

خوشبختانه امروزه بوسيله فرمان TRIM اين مشكل اجتناب پذير است. TRIMفرماني نيست كه لازم باشد خود شما آن را اجرا كنيد:اين فرمان هر زمان كه شما فايلي را پاك مي كنيد بوسيله سيستم عامل اجرا مي شود.هنگامي كه كنترولر در حالت سكون وبيكاري است به SSD اعلام مي كند كه داده هاي ناخواسته بايد پاك شود.سپس درايو مي تواند در پس زمينه كاركند تا صفحات و بلوك ها را به بهترين حالت ممكن بازگرداند بدون اينكه بر عمكرد اصلي آن تداخلي بوجود آورد.

فرمان TRIM توسط تمامي SSD هاي مدرن پشتيباني مي شود و در ويندوز 7 و ويندوز سرور 2008 R2 تعبيه شده است.كاربراني كه هنوز از ويندوز ويستا و XP استفاده مي كنند نياز دارند كه از برنامه ثالثي همچون Intel’s SSD Toolbox موجود در سايت http://downloadcenter.intel.com از اين مزيت استفاده كنند.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: