فروشگاه گیفت کارت
 
خرید گیفت کارت مای گیفت ارزان ترین گیفت کارت ها
هیولا پلتفرم آنلاین عرضه بازی خرید گیفت کارت
حافظه SSD چیست؟ آشنایی کامل با روند کار حافظه های SSD
نویسنده:
صفحه شخصی من وبلاگ من - در درجه اول یک فردی هستم که عاشق بازی ها...
User_image

حافظه SSD چیست؟ آشنایی کامل با روند کار حافظه های SSD

"به قلم رضا دمیرچی" 

ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات از دیرباز تا کنون یکی از دغدغه های اساسی انسان ها بوده و هست. امروزه نیز اهمیت این موضوع بی اندازه مهم است، زیرا اطلاعات به مهم ترین بخش زندگی بشر تبدیل شده و این اطلاعات باید همیشه امن و در دسترس باشند. با پیشرفت تکنولوژی و سیستم های کامپیوتری سرعت دسترسی نیز به عنوان یک پارامتر مهم در امر ذخیره و بازیابی اطلاعات وارد شده و حتی دارندگان سیستم های خانگی را نیز درگیر این مسئله کرده است. هارد دیسک ها سالیان سال است که به عنوان وسیله اصلی ذخیره اطلاعات در سیستم ها مورد استفاده قرار گرفته اند و متاسفانه پیشرفت چشمگیری در آن ها دیده نشده.

از سویی پردازنده ها با سرعت زیادی پیشرفت کرده اند و این پیشرفت ناگهانی، در انتقال اطلاعات سرعت بالایی را برای پردازش را می طلبد. این عدم اعتدال در پیشرفت این 2 قطعه باعث ایجاد یک خلاء بزرگ بِین ذخیره و فراخوانی داده از هارد دیسک و پردازش آن توسط پردازنده می شود. متاسفانه برای پر شدن این خلا سازندگان بازی ها و برنامه های دیگر به ناچار پیشنهاد به استفاده از رم های حجیم می دهند؛ مسأله ای که در این اواخر به شدت دیده شده. طراحان سخت افزار نیز برای پر کردن خلا و بر قراری یک تعادل نسبی دست به کار شده و با استفاده از نوع خاصی از حافظه ها به نام حافظه های فلش (Flash Memory)، یک حافظه حجیم و با سرعت بسیار بیشتر از هارد دیسک های فعلی با نام درایو حالت جامد (Solid State Drive) را ارائه دادند.

در ادامه مقاله برای درک بهتر ابتدا یک معرفی اجمالی از ساختمان و نحوه کار کرد فلش ها خواهیم داشت و سپس به تشریح و بررسی SSD ها خواهیم پرداخت.

بخش اول؛ آشنایی با Flash Memory ها:

حافظه های فلش (Flash Memory) دسته ای از حافظه های غیر فرار - حافظه هایی که با قطع جریان برق اطلاعات خود را از دست نمی دهند - هستند که سرعت بالای آن ها موجب شده تا در لوازمی که نیاز به سرعت بالا دارند نظیر گوشی های همراه، حافظه های USB ها (USB Flash ،MP3 Player ها و غیره) استفاده شوند.

به طور کلی این حافظه ها به 2 دسته تقسیم می شوند:

NOR Based Flash Memory

NAND Based Flash Memory

NOR ها با توجه به هزینه تولید بالا و سرعت کمتر نسبت به NAND ها منسوخ شده اند و امروزه تنها از NAND ها استفاده می شود.

در شکل زیر یک سلول NAND را مشاهده می کنید:

مهمترین بخش های شکل مذکور بخش Control Gate و Floating Gate است. بخش Control Gate درواقع کنترل کننده کل سلول است. این بخش در صورت لزوم دستور بار کردن و یا تخلیه Floating Gate را می دهد. Floating Gate در واقع بخشِ محل ذخیره بیت یا بیت های مورد نظر است. اگر در این بخش الکترون وجود داشته باشد بیت با ارزش 0 ذخیره می شود و اگر الکترون موجود نباشد بیت با ارزش 1 ذخیره خواهد شد. Control Gate علاوه بر عملکرد فوق وظیفه دارد تا در صورت نیاز بیت یا بیت های ذخیره شده در Floating Gate را بررسی و ارسال کند.

این سلول ها دارای یک عمر مفید هستند که به نام چرخه خواندن/نوشتن شناخته می شوند. پس از این که این چرخه به پایان رسید، سلول علاوه بر افت سرعت به درستی نیز کار نخواهد کرد و هر چه سریعتر باید داده های آن را به یک حافظه جدید انتقال داد. عمر باقی مانده SSD توسط Firmware در داخل ویندوز قابل مشاهده است. سلول های NAND به 3 دسته تقسیم میشوند که این 3 دسته از نظر ظاهر و اندازه هیچ تفاوتی با یکدیگر ندارند و تنها تفاوت آن ها در بخش Floating Gate آن ها است. این 3 دسته عبارت اند از:

Single Level Cell)  SLC)

این نوع سلول ها در بخش Floating Gate فقط یک لایه دارند و می توانند فقط یک بیت با ارزش 0 یا 1 را در خود ذخیره کنند. مصرف پایین انرژی، سرعت و عمر بیشتر (با چرخه خواندن/نوشتن 100 هزار باری) از ویژگی های بارز این نوع سلول ها است. قیمت بالا باعث شده تا این تکنولوژی در حال حاضر چندان محبوب نباشد.

Multi Level Cell)  MLC)

این نوع سلول ها در بخش Floating Gate دارای 2 لایه یا طبقه هستند و می توانند 2 بیت را در خود ذخیره کنند که با توجه به زبان دنیای دیجیتال یعنی مبنای دو میتوانند چهار حالت 00 یا 01 یا 10 و یا 11 را در خود ذخیره داشته باشند. این نوع سلول ها را میتوان حد وسط سلول های موجود نام گذاری کرد و قیمت معقول و عمر مناسب (با چرخه خواندن و نوشتن 10 هزار باری) باعث شده تا در حال حاضر پر طرفدار ترین سلول بین سازنده ها باشد.

Triple Level Cell)  TLC)

این سلول ها در قسمت Floating Gate خود دارای 3 لایه هستند که طبعا قابلیت ذخیره سازی 3 بیت را دارند. با توجه به زبان دودویی شامل 8 بیت می شوند که از 000 شروع و به 111 پایان می پذیرند. سرعت و عمر کمتر (با چرخه خواندن/نوشتن 5 هزار باری) و در مقابل حجم ذخیره ای بیشتر و هزینه تولید پایینتر از ویژگی های بارز آن است. با توجه به هزینه تولید کمتر و همچنین توسعه آن ها باعث شده تا سازندگان کم کم به سمت این سلول ها روی آورند و در آینده ای نه چندان دور پر طرفدار ترین سلول در بین سازندگان خواهند شد.

بخش دوم؛ ساختار داخلی و  نحوه کار کرد SSD :

همانطور که پیش از این بیان شد، SSD ها از گونه ای از حافظه ها به نام Flash Memory ها ساخته شده اند. در بخش قبل نیز به بررسی این حافظه ها و انواع آن ها پرداخته شد. دلیل انتخاب نام درایو حالت جامد برای این حافظه ها این است که این درایو ها به عکس هارد دیسک ها هیچ قطعه مکانیکی متحرکی ندارند، لذا به آن ها درایو حالت جامد می گویند. این ثابت بودن قطعات به مقاومت در برابر ضربه و عدم تولید صدا در حین کار نیز کمک خواهد کرد. حال به نحوه ساخته شدن یک SSD توسط سلول های NAND خواهیم پرداخت. اگر تعداد زیادی سلول NAND را در کنار هم قرار دهیم یک صفحه (Page) خواهیم داشت. حال اگر تعداد زیادی از این صفحات را در کنار هم قرار دهیم یک بلاک (Block) خواهیم داشت، حال اگر تعداد زیادی از این بلاک ها را در کنار هم قرار دهیم یک سطح (Plane) خواهیم داشت. تعداد کمی از این سطوح تشکیل یک چیپ یا Die را می دهند. نهایتا تعدادی Die تشکیل یک SSD را خواهد داد.

برای مثال به شکل زیر نگاه کنید :

در این مثال هر صفحه 16 کیلوبایت است (با توجه به نوع سلول به کار رفته می تواند تعداد متفاوتی از سلول ها روی آن ها باشد) حال اگر 512 صفحه را در کنار هم قرار دهیم یک بلاک 8 مگابایتی خواهیم داشت. اگر 1024 بلاک را در در یک Plane قرار دهیم حجم آن 8 گیگابایت خواهد شد. اگر 2 تا Plane را نیز در کنار هم قرار دهیم یک Die با حجم 16 گیگابایت خواهیم داشت. نهایتا 8 عدد Die در کنار هم قرار می گیرند و تشکیل یک درایو حالت جامد 128 گیگابایتی را می دهند.

یکی از مشکلات اساسی در SSD ها این است که اگر صفحه ای دارای اطلاعات نامعتبر و حذف شده باشد، SSD توان نوشتن مجدد بر روی آن صفحه را ندارد و برای اینکار ابتدا باید اطلاعات نامعتبر به طور کلی حذف شوند تا بتوان اطلاعات جدید را وارد آن کرد. برای حذف اطلاعات موجود بر روی یک صفحه باید به آن شوک الکتریکی با طول موج مشخص وارد شود. اما با وجود میدان مغناطیسی باعث می شود تا صفحات اطراف آن نیز از این شوک دچار تغییراتی می شوند. به همین جهت کوچکترین واحد قابل پاک شدن در SSD یک بلاک است که معادل سکتور در هارد دیسک می باشد.  همین امر باعث می شود تا در مواقع نیاز برای بازنویسی یک صفحه با تاخیر زیادی مواجه شویم لذا سازندگان در صدد رفع این مشکلات بر آمدند و با ارائه برخی دستور ها برای کنترلر SSD باعث شدند تا این مشکلات رفع شود. در ادامه به معرفی تعدادی از این دستورات پرداخته می شود.

دستور Garbage Collection:

این دستور که به احیای صفحه نیز مشهور است برای آزاد سازی بلاک هایی به کار می رود که دارای اطلاعات نامربوط هستند. با یک مثال ساده به تشریح این دستور می پردازیم.

با توجه به شکل فرض کنید که ما 2 بلاک به نام های X و Y داریم و بر روی بلاک X نیز 4 صفحه A تا D دارای اطلاعات ذخیره شده هستند. سپس اطلاعات جدید وارد شده در صفحات E تا H ذخیره شدند و در عین حال صفحات A تا D نیز تغییراتی داشتند (فرض بر تغییر نام یک فولدر یا اصلاح یک متن) که در صفحات A’ تا D’ ذخیره شده اند. در این حالت SSD قادر به پاک کردن صفحات نامعتبر A تا D نیست و تنها راه برای اینکار پاک کردن کل بلاک X است. حال برای اینکه اطلاعات نامعتبر از بلاک X پاک شود، ابتدا اطلاعات معتبر (که شامل صفحات E تا D’ است) در بلاک Y کپی می شوند و سپس کل اطلاعات بلاک X به طور کامل حذف می شوند. به این روند تخلیه بلاک Garbage Collection یا احیای صفحات گفته می شود.   

دستور Trim:

طی این دستور تمام بلاک های SSD اسکن می شود. بلاک هایی که دارای صفحات نامعتبر هستند مشخص شده و سپس عملیات Garbage Collection بر روی این بلاک ها پیاده سازی می شود. این دستور زمانی اجرا می شود که SSD در حالتِ بیکار باشد و یا اینکه از طریق firmware به صورت دستی آن را ارسال کنیم. همچنین برای اجرای این دستور در ویندوز حداقل به ورژن 7 یا بالاتر نیاز است، همچنین ورژن 2.6.28 (و یا جدیدتر) برای سیستم عامل لینوکس و ورژن 10.6.8 (و یا جدیدتر) برای سیستم عامل Mac OS X نیاز است.

دستور Wear Leveling:

فرض کنید بخشی از فضای یک SSD اشغال شده، از این فضای اشغال شده بخشی از آن دارای اطلاعات نامعتبر می باشد و عملیات احیای صفحه نیز بر روی آن انجام شده است. اگر اطلاعات جدیدی را بخواهیم در این بخشِ احیا شده ذخیره کنیم، بخشی از SSD به طور مداوم استفاده خواهد شد و باعث فرسایش آن می شود در حالی که بخش های استفاده نشده دست نخورده باقی خواهد ماند. این کار باعث افت سرعت و کارایی در بخشی از SSD می شود درحالی که بخش های دیگر سرعت اولیه خود را حفظ کرده اند. برای جلوگیری از این امر دستور Wear Leveling به کار می رود. این دستور با بررسی صفحات از تناوب چرخه خواندن/نوشتن بیش از حد یک صفحه جلوگیری می کند. طبق این دستور اطلاعات جدید بر روی صفحاتی که پیش از این استفاده نشده یا کمتر استفاده شده اند ذخیره می شود. به این ترتیب از کل صفحات و سلول ها به یک میزان استفاده می شود.

بخش سوم کارایی:

یکی از تصورات اشتباه درباره حافظه های SSD در حوزه گیمینگ افزایش فریم ریت در بازی ها است. حافظه های SSD هیچ گونه تاثیری بر فریم ریت نهایی ندارند زیرا عمل فریم دهی به عهده پردازنده گرافیکی است و SSD تنها یک وسیله ذخیره و بازیابی اطلاعات است. هر چند SSD بخشی از افت فریم هایی که مربوط به بارگذاری است را بر طرف خواهد کرد، اما به طور متوسط فریم ریت میانگین تغییر نمی کند. SSD ها به علت سرعت بالا در تبادل اطلاعات، زمانِ بارگذاری اطلاعات در همه زمینه ها را به شدت کاهش می دهند و به طبع این امر کاهش زمان بارگذاری، Start Up ویندوز، آماده سازی برنامه های سنگین نظیر فتوشاپ و... را نیز شامل می شود. گاهی زمان بارگذاری بعضی از بازی ها حتی با وجود یک سیستم قدرتمند، به قدری زیاد است که کاسه صبر هر کسی را سر ریز خواهد کرد. در این زمینه SSD ها به کمک خواهند آمد و زمان بارگذاری را به صورت قابل توجهی کاهش خواهند داد. برای درک بهتر از این کاهش زمان در ذیل برای نمونه یک بنچمارک از آماده سازی و بارگذاری بازی های مختلف بین SSD ها و HDD ها را مشاهده می کنید:

*ستون های بالا مربوط به SSD و ستون های پایین مربوط HDD

همانطور که مشاهده می شود تفاوت بسیار قابل توجه است.

در بنچمارک های زیر نیز تفاوت زمان بارگذاری برخی برنامه ها را مشاهده می کنید:

 

نحوه اتصال SSD ها به سیستم شیوه های مختلفی دارد ولی در حال حاضر 2 شیوه مرسوم است. یکی SATA3 است و دیگری نیز M.2 می باشد. روش SATA3 روش معمول است که از طریق کابل SATA به مادربرد متصل می شوند. روش M.2 از طریق اتصال مستقیم به مادربرد امکان پذیر است. دلیل برتری روش M.2 این است که استفاده از کابل و درگاه SATA3 نهایتا منجر به برخی محدودیت های فیزیکی خواهد شد و در نتیجه حداکثر کارایی را نخواهیم داشت، حال آن که M.2 بدون هیچ کابلی و به صورت مستقیم در حال تبادل اطلاعات است و این باعث از بین رفتن محدودیت های موجود در کابل شده و ما نهایت کارایی را خواهیم دید.

البته روش M.2 نیازمند پشتیبانی مادربُرد از این درگاه است. احتمالا برایتان این سوال پیش آمده که آیا امکان استفاده از SSD در کنسول وجود دارد یا خیر؟ با توجه به اینکه هارد دیسک های کنسول نیز از طریق درگاه SATA3 به دستگاه متصل می شوند این امر ناممکن نیست ولی از آن جایی که SSD ها برای کارکردن یک Firmware جداگانه دارند که نیاز به پشتیبانی سیستم عامل یا Firmware دستگاه از فریمور SSD دارد، در حالت عادی نمی توانند به دستگاه متصل شوند. پس در حالت عادی شما نمی توانید یک SSD را جایگزین هارد دیسک یک کنسول کنید اما اگر از سمت سازنده این SSD قرار داده شود احتمالا بتوان یک کنسول با SSD را متصور شد.

دلیل مهی که SSD ها تا به حان پا در عرصه کنسول ها نگذاشته اند را می توان در قیمت تمام شده جست و جو کرد. SSD ها قیمت بسیار زیادی دارند و اگر بخواهیم یک SSD با حجم بالا را در یک کنسول قرار دهیم شاید قیمت کنسول را تا 2 برابر افزایش دهد. خوشبختانه با وجود تکنولوژی های جدید قیمت تمام شده ی SSD ها رو به کاهش هستند و احتمالا به زودی شاهد جایگزینی کامل SSD ها با HDD ها باشیم. پیش از این ذکر شد که SSD ها عمر محدودی دارند. منظور از عمر محدود، محدودیت در زمان استفاده نیست بلکه مقدار استفاده است. هر بار خواندن و نوشتن، یک بار از چرخه خواندن و نوشتن این حافظه ها می کاهد. برای اینکه بتوان در کنار لذت استفاده از سرعت بالای SSD ها، عمر مفید آن را نیز تا حدودی ثابت نگه داشت باید چند نکته را رعایت کرد:

  • ویندوز خود را در حتما در این حافظه نصب کنید. این کار علاوه بر افزایش سرعت بارگذاری، کارکرد روان تری در حین استفاده از سیستم را به دنبال خواهد داشت.
  • از ذخیره فایل های مدیا (عکس، فیلم و ...) بر روی SSD پرهیز کنید. معمولا ما نیازی به سرعت بسیار بالا برای بارگذاری یک عکس یا یک فیلم نداریم. با توجه به اینکه این نوع فایل ها معمولا حجیم هستند ذخیره آن ها در SSD باعث کاهش عمر مفید سلول ها شده و پایان عمر آن را نزدیک می کند.
  • اگر به کار های پردازش تصویر و برنامه نویسی و یا کار های حرفه ای دیگر مشغول هستید، حتما برنامه اصلی خود را در درایو SSD ذخیره کنید. قطعا کاهش انتظار برای بارگذاری برنامه های تخصصی از هر لحاظی به نفع شما خواهد بود.
  • معمولا یکی از موارد استفاده از SSD ها نصب گیم بر روی آن هاست. ما پیشنهاد میکنیم پس از نصب بازی حتما یک بار به صورت آزمایشی نیم ساعت الی 1 ساعت بازی را انجام دهید و سپس به فریمور SSD مراجعه کنید. اگر میزان تبادل اطلاعات زیاد نبود از بازی بر روی SSD استفاده کنید و لذت ببرید ولی اگر این میزان بیش از حد بود (مثلا 20 گیگ) حتما اقدام به جا به جایی بازی بر روی هارد کنید.

با وجود این توصیه ها زیاد نگران نباشید. SSD ها به گونه ای طراحی شده اند که با 60 گیگ جا به جایی در روز چیزی حدود 7 تا 9 سال عمر کنند.

بخش چهارم راهنمای خرید:

خوشبختانه در حوزه ی حافظه های SSD شرکت های تولید کننده ی معتبر که پیش از این خود را در ضمینه تولید حافظه اثبات کرده اند توان تولید SSD را دارند لذا نمی توان مانند قطعات دیگر راهنمای خرید بلند بالایی برای این قطعه در نظر گرفت. در حال حاضر 2 برند Samsung و Intel به روز ترین و پیشرفته ترین خط تولید حافظه های SSD را دارند. از بین 2 برند مذکور نیز سامسونگ را می توان یکه تاز میدان دانست (چه از نظر تکنولوژی ساخت  و چه از نظر قیمت گذاری). این برند در حال حاضر یکی از مهم ترین شرکت های تولید کننده حافظه است.

در این بخش به معرفی اجمالی سری های مختلف SSD های سامسونگ می پردازیم تا شما با توجه به نیاز خود و حجم مورد نظر از حافظه های ساخت این کمپانی استفاده نمایید. به طور کلی SSD های موجود در بازار به 2 دسته کلی با پسوند های PRO و EVO تقسیم می شوند. تفاوت اساسی بین این 2 سری در حجم نهایی آن ها است. سری EVO با حجم های ناقصی نسبت به سری PRO عرضه می شود. برای مثال حجم 120 گیگ به جای 128 گیگ یا 250 گیگابایت به جای 256 گیگابایت. در واقع در این سری با رزرو بخشی از حافظه اصلی عملیات هایی نظیر Garbage Collection انجام می شود در حالی که در سری PRO یک حافظه ی جدا برای این کار در نظر گرفته می شود. علاوه بر این کنترلر دستگاه نیز دارای تفاوت هایی است و مدل های PRO دارای کنترلر قوی تر و بهتری نسبت به مدل های EVO هستند. اما جدای هر کدام از 2 سری کلی، SSD های این کمپانی 3 مدل متفاوت 750، 850 و 950 را شامل می شود.

سری 950 بهترین و با کیفیت ترین مدل است که از طریق درگاه M.2 به مادربرد متصل می شود تا حداکثر کارایی را داشته باشد. سری 850 و 750 در مدل های متوسط و معمولی جای دارند که و به طور کُل از طریق کابل SATA3 به مادربرد متصل می شوند. تفاوت اساسی این 2 مدل در کیفیت و تکنولوژی ساخت آن ها است. سری 850 دارای سرعت بالاتر و عمر بیشتری می باشد و متناسب با کارهای کاربران حرفه ای است، در حالی که سری 750 گونه ای تقلیل یافته از سری 850 است و با کمی سرعت پایین تر و عمر کمتر و صد البته قیمت کمتر بیشتر کاربران معمول و خانگی را هدف قرار داده است.

حال شما می توانید با توجه به نیاز های خود یک مدل مناسب با حجم مورد نیاز را تهیه کنید و از سرعت بالای این حافظه ها لذت ببرید.

نوشته شده در: 7 مرداد 1395
دسته: مقاله
این ویدئوها رو دیده‌اید؟
  • دانلود موسیقی متن بازی Red Dead Redemption 2 (نسخه رسمی Original Score)
  • دانلود تریلر Plants vs Zombies Battle for Neighborville
  • دانلود تریلر Gears 5
 
 
 
ثبت دیدگاه
 
جهت ثبت دیدگاه، باید وارد شوید!
 

تشکر می کنم اقای دمیرچی مقاله بسیار خوب و علمی و مستند بود
مقاله nice بود واقعا الان دیگه یه سیستم خوب بدون ssd فایده ای نداره من خودم یه دونه از همین evo 850 120 gb دارم خیلی راضیم سرعت بوت ویندوز چیزی حدود 10 12 ثانیست.با اینکه بازیام رو تو hdd میریزم ولی با این حال تو سرعت اجراشون و سرعت بارگذاریشون تاثیرشو میزاره
مفید بود ممنون
مقاله بسیار زیبا , مفید و برای کسانی که علاقه مند هستن
خسته نباشید رضا جان
تشکر رضای عزیز♥
خیلی چیزها یاد گرفتیم
ممنونم. خوشحالم تونستم کمی کرده باشم

s1107 بلاگ‌‌ نویس برتر 4 امتیاز 7 مرداد 95، 22:05

آقا رضای عزیز ممنون ، عالی بود

خیلی وقت بود که منتظر انتشار این مطلب بودم ...

----------------------------------

شانس آوردم که ترم قبل 4 واحد مبانی دیجیتال و آزمایشگاهش رو پاس کردم ، چون در غیر اینصورت بخش زیادی از مطلب رو نمی فهمیدم ...

با توجه به توضیحات ، مثل اینکه فعلا باید فکر خریدن این هارد رو قبل از ارتقاء حسابی سیستمم ، از سرم بیرون کنم ...
خواهش میکنم. ممنون بابت وقتی که برای مطالعه گذاشتید
مقاله ی مفصل و بسیار با ارزشی ست ممنون از زحمتی که کشیدی
ممنونم ایرج جان. خوشحالم از اینکه مقاله به کارتون اومده