SSD‌ها با هدف رفع محدودیت‌های هارددیسک‌ها به بازار آمدند و این روزها به قدری فراگیر شده‌اند که بسیاری از کاربران حافظه ذخیره‌سازی را با این نام می‌شناسند. به همین خاطر در ادامه این نوشتار از شهر سخت افزار به صورت تخصصی و البته به زبان ساده به معرفی انواع حافظه و دسته‌بندی آنها پرداخته و از تکنولوژی ساخت SSD و مزایا و معایب انواع فناوری اس اس دی برای شما گفته‌ایم.

احتمالاً در مورد مزایای Solid State Drive یا همان SSD مانند سرعت بالاتر، عملکرد و قابلیت اطمینان بهتر شنیده باشید که نسبت به سایر رسانه‌های ذخیره‌سازی مانند هارد دیسک‌ها برتری داشته و می‌توانند به انتخاب شماره یک کاربران تبدیل شوند.

فهرست مطالب این مقاله:

- معرفی انواع حافظه
- انواع حافظه‌های Flash
- معرفی انواع سلول‌های حافظه NAND
- ویژگی‌ها و محدودیت‌های حافظه‌های NAND
- کنترلر SSD و مکانیزم ارتباطی آن با حافظه NAND
- جمع‌بندی و پاسخ به سوالات پرتکرار

شاید برای شما هم این سوال به وجود آمده باشد که در ساخت SSDها از چه فناوری استفاده شده و کلاً نحوه ذخیره‌سازی داده‌ها در این درایوهای محبوب به چه صورت بوده و تفاوت فناوری تولید SSD و مزایا و معایب آن چیست و کدامیک بهترند؟

به همین خاطر در ادامه ابتدا از انواع حافظه ذخیره‌سازی برای شما گفته و پس از آن انواع فناوری اس اس دی را برایتان بازگو کرده و از معماری‌های مختلف ذخیره‌سازی داده‌ در SSDها و مزایا و معایب هر کدام اطلاعات مختصر و مفیدی را ارائه می‌کنیم. اما پیش از پرداختن به تکنولوژی ساخت SSD ابتدا به سراغ بیان انواع حافظه رفته و تاریخچه مختصری از حافظه را شرح می‌دهیم.

معرفی انواع حافظه 

دسته‌بندی‌های مختلفی برای طبقه‌بندی حافظه وجود دارد که مهم‌ترین آنها تقسیم حافظه به دو نوع RAM و ROM است. حافظه RAM در بیشتر دستگاه‌‌های الکترونیکی از کامپیوتر و لپ تاپ گرفته تا گوشی هوشمند وجود داشته و می‌توان آن را در اندازه و حجم‌ و سرعت‌های مختلفی مشاهده کرد. محتویات حافظه RAM با قطع جریان برق از بین می‌رود.

کیفیت ساخت حافظه SSD
مروری بر دسته‌بندی انواع حافظه و تکنولوژی ساخت حافظه SSD

اما دسته دوم که موضوع بحث این مقاله است، حافظه ROM بوده که انواع و اقسام مختلفی دارد. این روزها کمتر از حافظه‌های EPROM و EEPROM نام برده می‌شود اما مهم‌ترین دسته این گروه حافظه‌های Flash بوده که در بسیاری از رسانه‌های ذخیره‌سازی مانند SSD نیز استفاده می‌شود. در ادامه به بیان انواع حافظه‌های Flash پرداخته و تفاوت آنها را برایتان بازگو می‌کنیم.

آشنایی با انواع حافظه‌های Flash

در ادامه مطلب تکنولوژی ساخت SSD به معرفی انواع حافظه فلش مورد استفاده در این رسانه ذخیره‌سازی محبوب می‌پردازیم. سه نوع متداول حافظه‌های Flash شامل Nor و Nand و V-Nand یا همان 3D Nand بوده که تفاوت آنها بیشتر در نحوه سیم‌کشی و اتصال سلول‌های حافظه و روش ذخیره‌سازی داده خلاصه می‌شود. در ادامه با انواع فناوری اس اس دی آشنا می‌شوید.

حافظه‌های NOR Flash 

در ابتدای این بخش از مطلب فناوری تولید SSD به سراغ حافظه‌های NOR Flash می‌رویم که توسط توشیبا در سال 1988 معرفی شد و از اوایل دهه 1990 به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. حافظه‌های NOR Flash از تعداد زیادی سلول ذخیره‌سازی تشکیل شده است. این حافظه‌ها از ترانزیستورهای FGMOS بهره می‌برد که توانایی ذخیره سازی یک بیت داده شامل 0 یا 1 را دارد و این کار را با به دام انداختن یک الکترون درون خودش انجام می‌دهد.

انواع فناوری ساخت حافظه های SSD
ترانزیستور‌ها، عاملی تعیین‌کننده در کیفیت ساخت حافظه SSD

این سلول‌ها در حافظه فلش NOR به صورت موازی کنار هم قرار گرفته و مستقیم به کنترلگر حافظه متصل می‌شوند که به همین دلیل می‌توان به سرعت مقادیر آنها را خواند. از این حافظه‌ها در تجهیزات پزشکی و گوشی‌های هوشمند قدیمی و فلش یو اس بی مورد استفاده قرار می‌گرفت.

حافظه NOR Flash می‌تواند حجم عظیمی از داده‌ها را ذخیره کند اما استفاده از این نوع حافظه زیاد مقرون به صرفه نیست. همچنین زمان نوشتن اطلاعات روی این حافظه‌ها هم در مقایسه با NAND بسیار کند است اما سرعت خواندن بسیار بالایی دارد.

حافظه فلش NOR هم انواع و اقسامی دارد که می‌توان به Serial NOR و Parallel NOR اشاره کرد. شرکت‌هایی مانند Micron و GigaDevice از مهم‌ترین سازندگان حافظه NOR Flash به حساب می‌آیند. در ادامه مطلب تکنولوژی ساخت SSD به سراغ حافظه NAND Flash می‌رویم.

حافظه‌های NAND Flash

حافظه‌های NAND Flash یکی از انواع دیگر حافظه‌های Flash بوده که پس از قطع برق نیز قادر به حفظ و نگهداری اطلاعات به صورت دائمی‌اند. این نوع از حافظه اولین بار در سال ۱۹۸۹ توسط شرکت توشیبا معرفی شد و در عصر حاضر به شکل گسترده‌ای در گوشی‌های موبایل، دوربین‌های دیجیتال، USB Drive‌ها و از همه آشنا‌تر SSD که حتماً تا به حال بار‌ها و بار‌ها از آن‌ها استفاده کرده‌اید، به کار می‌رود.

در همین رابطه بخوانید:

- راهنمای خرید و بهترین SSD های پیشنهادی در بازار ایران

حافظه‌های NAND Flash هم از ترانزیستورهای FGMOS بهره می‌برند اما نحوه سیم‌کشی و اتصال سلول‌های حافظه با فلش NOR متفاوت است. در این حافظه‌ها چندین ترانزیستور به صورت سری به هم متصل شده و سپس انتها و ابتدای این سلول‌ها در قالب یک بلوک به کنترلگر حافظه متصل می‌شوند. این روش موجب کاهش حجم سیم‌کشی و افزایش تعداد سلول‌های حافظه می‌شود.

بر خلاف فلش NOR، خواندن اطلاعات در NAND Flash به صورت بلوکی انجام می‌شود که در نتیجه آن حجم زیادی از اطلاعات را می‌توان در لحظه منتقل کرده و روی حافظه نوشت. تولیدکنندگان سعی می‌کنند با کوچک کردن اندازه ترانزیستورها یا سلول‌ها حجم این حافظه‌ها را افزایش دهند.

در انتهای این بخش از مطلب فناوری تولید SSD جالب است بدانید که در حال حاضر شرکت‌های Samsung با 31.4 درصد، Kioxia با 20.6 درصد، SK Hynix با 18.5 درصد، Western Digital با 12.6 درصد و Micron با 12.3 درصد بیشترین سهم از بازار حافظه‌های NAND Flash را در اختیار دارند.

دیاگرام حافظه‌های 3D NAND Flash
دیاگرام حافظه‌های 3D NAND Flash

حافظه‌های V-NAND Flash یا 3D NAND

در این بخش از مطلب انواع فناوری اس اس دی باید گفت که حافظه‌های V-NAND Flash یا همان 3D NAND را می‌توان نوعی از حافظه NAND Flash دانست که نحوه چیدمان سلول‌های حافظه آن متفاوت است. در واقع هنگام ساخت سلول‌های NAND روی ویفر سیلیکونی، دو روش را می‌توان برای چیدمان آن در نظر گرفت.

در روش اول سلول‌های حافظه در کنار هم روی یک صفحه قرار گرفته و در روش دوم این سلول‌ها روی هم قرار می‌گیرند که در این صورت می‌توان تعداد زیادی سلول حافظه را در یک مساحت کم در کنار هم قرار داد.

3D NAND اولین بار توسط توشیبا در سال 2007 معرفی و در سال 2013 توسط سامسونگ به صورت تجاری تولید شد. به تدریج با گذشت زمان تعداد لایه‌های روی هم قرار گرفته افزایش یافت و اکنون می‌توان حافظه‌های 3D NAND با 128 لایه و بیشتر را در بازار مشاهده کرد. 

البته نوع ذخیره‌سازی داده‌ها در حافظه‌های 3D NAND با تغییراتی همراه شده و نحوه اتصال سلول‌های حافظه و سیم‌کشی آنها نیز متحول گردیده است. فلش V-NAND عملیات خواندن و نوشتن را تا دو برابر سریعتر از NAND معمولی انجام داده و عمر آنها نیز تا 10 برابر بیشتر شده و این در حالی است که مصرف انرژی تا 50 درصد کاهش یافته است.

اکنون که انواع حافظه را شناختیم وقت آن رسیده که به موضوع اصلی مقاله تکنولوژی ساخت SSD، یعنی معرفی انواع سلول‌های حافظه‌های NAND یا V-NAND بپردازیم. همراه شهر سخت افزار باشید.

معرفی انواع سلول‌های حافظه NAND

همانطور که گفته شده حافظه‌های NAND داده‌ها را در آرایه‌ای از سلول‌ها ذخیره می‌کنند که هر یک متشکل از تعدادی ترانزیستور از نوع Floating Gate هستند. انواع مختلفی از NAND در بازار وجود دارد. به زبان ساده، چیزی که این مدل‌ها را از هم جدا می کند، تعداد بیت‌هایی است که می توان در هر سلول ذخیره کرد.

این سلول‌ها بسته به مقدار داده‌ای که می‌توانند ذخیره کنند به انواع SLC و MLC و TLC و QLC و PLC تقسیم بندی می‌شوند. البته مورد آخری هنوز در حال توسعه بوده و هنوز به صورت تجاری و گسترده عرضه نشده است. در ادامه با انواع سلول‌های حافظه NAND آشنا می‌شویم.

مقایسه انواع فناوری اس اس دی در زمینه سلول‌های حافظه
مقایسه انواع فناوری اس اس دی در زمینه سلول‌های حافظه

سلول‌های حافظه SLC؛ دوام بالا اما گران و کم‌ظرفیت

SLC مخفف عبارت Single Level Cell بوده که در آن هر سلول حافظه تنها قادر به نگه داری یک بیت داده است و از آنجا که هر بیت تنها دو مقدار ۰ و ۱ را می‌پذیرد این مقادیر می‌توانند ۰ و یا ۱ باشند. دوام این سلول‌ها به 100 هزار چرخه نوشتن و پاک کردن می‌رسد.

این نوع از حافظه‌ها به دلیل محدودیت ذکر شده دارای ظرفیت ذخیره سازی پایینی هستند اما ویژگی‌هایی دیگری چون طول عمر، سرعت بالا و همچنین مصرف کمتر به این نوع از حافظه برتری می‌بخشد.

تکنولوژی NAND و حافظه‌های SSD
مقایسه دو فناوری تولید SSD

سلول‌های حافظه MLC؛ ارزان با دوام کمتر

در ادامه این بخش از مطلب تکنولوژی ساخت SSD باید بگوییم که MLC مخفف عبارت Multi Level Cell بوده که می‌تواند بیش از یک بیت را در هر سلول حافظه ذخیره کند. یک سلول MLC دارای سطوح شارژ مختلفی بوده و مقادیر نیز با توجه به مقدار شارژ ذخیره شده در هر سلول مشخص می‌شود.

به طور مثال ذخیره ۲ بیت به ازای هر سلول در نتیجه چهار حالت ۰۰، ۰۱، ۱۰، ۱۱ پدیدار می‌شود. البته استفاده از حافظه‌هایی با ظرفیت بیش از ۲ بیت به ازای هر سلول به دلیل افت چشمگیر کارایی و طول عمر حافظه، در SSD‌ها رایج نیست و تنها در قطعات ارزان قیمتی چون USB Drive‌ها یافت می‌شود.

حافظه‌های نوع MLC نسبت به SLC دارای قدمت کمتری بوده و تنها مزیت آن‌ها قیمت پایین‌تر در حجم‌های یکسان بوده که علت آن هم تراکم بیشتر داده به ازای هر سلول است، هرچند که این مورد در ‌‌نهایت باعث کاهش سرعت و طول عمر این نوع از حافظه نیز می‌شود. دوام این نوع از سلول حافظه هم حداکثر به 10 هزار چرخه نوشتن و پاک کردن می‌رسد. همچنین سلول‌های eMLC یک نوع گران‌تر از MLC است که برای استفاده تجاری بهینه شده و طول عمر بیشتر داشته و از MLC های معمولی قابل اعتمادتر است.

در همین رابطه بخوانید:

- حافظه اس اس دی (SSD) چیست؟ مقایسه انواع SSD

سلول‌های حافظه TLC؛ ارزان‌تر و با ظرفیت‌های بسیار بالا

سلول‌های TLC یا همان triple-level cell سه بیت داده را درون خود ذخیره می‌کند. افزودن بیت‌های بیشتر باعث کاهش هزینه ساخت و افزایش ظرفیت می‌شود. اما این قابلیت تأثیر منفی بر عملکرد و دوام سلول های TLC دارد. دوام این سلول‌ها حداکثر به 3000 چرخه نوشتن و پاک کردن می‌رسد.

توشیبا در سال 2009 سلول های TLC را معرفی کرد و اکنون بسیاری از SSDهای فعلی از TLC استفاده می‌کنند زیرا ارزان‌ترین گزینه است. در هر سلول را با 8 حالت ولتاژ وجود دارد که هرکدام نماینده یک کد باینری سه رقمی است.

سامسونگ در سال 2013 اولین حافظه‌های 3D NAND را معرفی کرد که از سلول‌های TLC بهره برده و 128 گیگابایت ظرفیت داشتند. این رقم در سال 2015 به 256 گیگابایت و در سال 2017 به 512 گیگابایت رسید.

سلول‌های حافظه QLC

سلول‌های حافظه QLC؛ خیلی ارزان‌تر با ظرفیت‌های بسیار بیشتر

QLC مخفف Quad-level cell بوده و به سلول‌هایی اشاره دارد که 4 بیت اطلاعات را درون خود ذخیره می‌کند. توشیبا و SanDisk در سال 2009 تراشه‌های حافظه فلش NAND را با سلول‌های QLC معرفی کردند که 4 بیت در هر سلول ذخیره می‌کرد و 64 گیگابایت ظرفیت داشت.

سلول‌های QLC دارای 16 سطح یا حالت ذخیره‌سازی انرژی بوده که نشان‌دهنده 16 حالت مختلف ترکیب یک عدد باینری چهار رقمی است. توشیبا در سال 2017 اولین حافظه‌های 3D NAND مجهز به سلول‌های QLC را معرفی کرد که قابلیت ذخیره‌سازی 768 گیگابایت داده را داشتند. همچنین سامسونگ در سال 2020 اولین SSD مجهز به سلول‌های QLC با ظرفیت 8 ترابایت را عرضه کرد.

ویژگی‌ها و محدودیت‌های حافظه‌های NAND

یکی از مهم‌ترین محدودیت‌های حافظه‌های NAND تعداد دفعاتی است که می‌توان اطلاعات آن را پاک کرد و مجدداً اطلاعات جدیدی بر روی آن نوشت. این ویژگی به اصطلاح Program/Erase cycles یا P/E cycles نامیده می‌شود و بعد از اینکه تعداد چرخه‌های نوشتن و پاک کردن سلول حافظه به اتمام برسد، آن سلول‌ فرسوده شده و دیگر تضمینی برای عملکرد صحیح آن‌ها نیست.

همانطور که در مطلب انواع فناوری اس اس دی گفته شد این مقدار برای حافظه‌های نوع SLC بین ۵۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ بوده و برای نوع MLC بین 5۰۰۰ تا 10۰۰۰ متغیر است. در سلول‌های TLC این مقدار به 1000 تا 3000 می‌رسد. متاسفانه با کوچک‌تر شدن تکنولوژی ساخت SSD و افزایش تراکم ترانزیستور در واحد سطح این مقدار کمتر هم می‌شود.

البته نگران نباشید چون آزمایشات نشان داده‌اند که یک SSD مبتنی بر حافظه TLC تحت استفاده شدید هم تا چندین سال بدون مشکل خواهد بود. همچنین حافظه‌های NAND محدودیت دیگری هم دارند و نمی‌توان اطلاعات را به صورت بیت به بیت پاک کرد و حذف کردن اطلاعات به صورت بلاکی از سلول‌های حافظه امکان‌پذیر است.

در نظر داشته باشید که معمولاً هنگام پاک شدن یک فایل از روی هارد دیسک‌ یا SSD‌، آدرس سلول‌های حافظه حاوی آن فایل درون تراشه کنترلگر درایو ذخیره‌سازی حذف شده و در عمل سلول‌های حافظه مستقیماً پاک نمی‌شوند تا زمانی‌که شما بخواهید مجدداً روی‌‌ همان سلول‌ها اطلاعات جدیدی را ذخیره کنید.

در این حالت هارد دیسک می‌تواند به صورت مستقیم و بدون نیاز به هیچ گونه عملیات اضافه‌ای داده‌های جدید را بر روی داده‌های قبلی بازنویسی کند. اما SSD‌ها در این بخش به مشکل بزرگی برخورد می‌کنند. بر خلاف دیسک‌های سخت حافظه‌های فلش قابلیت بازنویسی مستقیم را ندارند و پیش از نوشتن داده‌های جدید نیاز به پاک شدن دارند.

در واقع باید ابتدا کل بلاک حاوی سلول‌های غیر معتبر (همان‌هایی که به اصطلاح قبلاً پاک شده‌اند) خوانده شده اطلاعات معتبر آن بر روی بلاک آزاد دیگری کپی شود تا بدین ترتیب صفحات حاوی اطلاعات نامعتبر آزاد شوند و بتوان اطلاعات جدید را بر روی آن‌ها نوشت.

این فرآیند Garbage Collection نامیده می‌شود که در واقع به احیای صفحات حاوی داده‌های نامعتبر می‌پردازد. علاوه بر این بلاک اولیه نیز به طور کامل پاک شده و برای استفاده‌های بعدی تجدید می‌شود. در ادامه مطلب فناوری تولید SSD برای فهم بهتر این موضوع به تصویر و مثال زیر توجه کنید:

تکنولوژی ساخت حافظه‌های ماندگار
مقایسه نحوه نوشتن داده‌ها در انواع فناوری ساخت حافظه های SSD

در ابتدا صفحات A تا D که حاوی اطلاعات معتبر هستند بر روی بلاک X نوشته شده‌اند. (تصویر اول از سمت چپ) بعد از گذشت زمان اطلاعات جدیدی نیز در قالب صفحات E تا H بر روی بلاک X نوشته می‌شوند.

همچنین با انجام تغییراتی بر روی محتوای صفحات A تا D (مثلا ویرایش یک فایل Word) داده‌های جایگزین تحت نام‌های A´ تا D´ بر روی‌‌ همان بلاک X ذخیره می‌شوند و محتوای صفحات A تا D دیگر معتبر نیست و باید در اولین فرصت تخلیه شوند که این امر ممکن نیست مگر آنکه کل بلاک X پاک شود. (تصویر دوم از سمت چپ)

در ‌‌نهایت برای استفاده مجدد از صفحات A تا D کل صفحات معتبر از روی بلاک X خوانده شده و بر روی بلاک Y نوشته می‌شود تا در آخر بتوان هم بلاک X را تخلیه کرد و هم صفحات A تا D را مجددا آماده دریافت اطلاعات جدید کرد.

این عملیات‌های اضافی نوشتن با عبارت Write Amplification شناخته شده که در ‌‌نهایت هم سرعت نوشتن را کاهش چشمگیری می‌دهد و هم از طول عمر سلول‌های حافظه می‌کاهد. وجود این پدیده‌ ناخوشایند در حافظه‌های NAND، مهندسان را به حل این مشکل واداشت که در ادامه مطلب تکنولوژی ساخت SSD با مهم‌ترین ترفندها به صورت خلاصه آشنا می‌شویم:

دستور TRIM: این دستور از ویندوز 7 و MAC OS X به قبل پشتیبانی نمی‌شود. نحوه عملکرد آن هم بدین صورت است که هم‌زمان با پاک کردن یک داده توسط کاربر، دستور TRIM به کنترلر SSD ارسال شده تا صفحات مورد نظر فوراً غیر معتبر شناخته شده و عملیات احیای آنها (Garbage Collection) انجام شود تا مانند تصویر زیر در آینده عملیات نوشتن با حداکثر سرعت انجام می‌شود. 

تکنولوژی‌های حافظه‌های SSD

Wear Leveling: این مورد الگوریتمی است که به کمک آن کنترلر SSD تا آنجا که ممکن است نوشتن داده‌ها را روی بلاک‌های مختلف به صورت مساوی پخش می‌کند تا تمامی بلاک‌ها به صورت مساوی پاک و مجدداً نوشته شود. در غیر اینصورت بلاک‌هایی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، زود‌تر از سایرین به پایان چرخه عمر خود رسیده و ایجاد مشکل می‌کنند.

Over Provisioning: معمولاً سازندگان حافظه SSD مقداری از حافظه NAND به کار رفته در محصولات خود را به انجام عملیات پشت پرده‌ مانند Wear Leveling و Garbage Collection اختصاص می‌دهند. این فضا که از دید کاربر مخفی بوده که نهایتا باعث کاهش Write Amplification و افزایش طول عمر سلول‌های حافظه می‌شود.

کنترلر SSD و مکانیزم ارتباطی آن با حافظه‌های NAND

تا اینجای مطلب انواع فناوری اس اس دی، با حافظه‌های NAND و ویژگی‌های آن آشنا شدیم که یکی از اصلی‌ترین بخش‌های فناوری تولید SSD است. در این قسمت نوبت به معرفی کنترلر می‌رسد که یکی دیگر از مهم‌ترین اجزای SSD محسوب می‌شود.

تصویر اجزای یک SSD ساتا
تصویر اجزای یک SSD ساتا

کنترلر را می‌توان تراشه‌ای دانست که وظیفه اجرای دستورات Firmware را بر عهده دارد که شامل مدیریت و کنترل حافظه‌های NAND و اجرای دستورات ورودی و خروجی بوده و در نتیجه اهمیت بسیار زیادی در عملکرد یک SSD ایفا می‌کند.

اجزا و وظایف کنترلر SSD

در حال حاضر شرکت‌های مختلفی در ساخت تراشه کنترلر فعالیت دارند که می‌توان به Silicon Motion و Samsung و Phison و Marvell اشاره کرد. از جمله مهم‌ترین وظایف یک کنترلر می‌توان به انجام و مدیریت عملیاتی مهمی چون Wear Leveling و Garbage Collection اشاره کرد.

همچنین تصحیح خطاهای احتمالی به وجود آمده در داده‌ها، مدیریت و اجرای دستورات ورودی و خروجی، انجام عملیات رمز گذاری بر روی داده‌ها بر ارتقای سطح امنیت اطلاعات و تشخیص نوع حافظه‌های NAND و نوع رابط ورودی و خروجی نیز از وظایف کنترلر محسوب می‌شود.

دیاگرام اجزای یک کنترلر SSD
دیاگرام اجزای یک تراشه کنترلر SSD

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، تراشه کنترلر SSD اجزای مختلفی شامل بخش ارتباط با حافظه‌های NAND، کنترلر ارتباط با سیستم یا لپ‌تاپ، بخش تصحیح خطا، بخش ارتباط با حافظه DRAM (معمولاً SSDهای مرغوب از حافظه کش پرسرعت DRAM برای بهبود عملکردشان بهره می‌برند)، بخش‌های مدیریت عملیات Wear Leveling و Garbage Collection (در قسمت‌های قبلی توضیح داده شد) و بخش‌های دیگر است.

تکنولوژی‌های حافظه‌های SSD در خواندن و نوشتن اطلاعات

در تمام SSD‌ها یک کنترلر از طریق تعدادی کانال ارتباطی به طور همزمان به چندین چیپ حافظه NAND متصل است که همین ویژگی کلیدی سرعت بالای SSD را در انجام عملیات خواندن و نوشتن رقم می‌زند.

در این قسمت از مطلب تکنولوژی ساخت SSD باید به این نکته توجه داشت که هر چیپ حافظه NAND به تنهایی دارای سرعت خواندن و نوشتن پایینی است ولی این مشکل زمانی که به طور مثال از ۸ و یا ۱۶ چیپ به طور همزمان برای خواندن و نوشتن یک یا چند داده استفاده می‌شود به طور کامل برطرف می‌شود. اجازه دهید با چند تصویر و مثال ساده این عملکرد را توضیح دهیم:

سناریوی اول: در این بخش از مطلب فناوری تولید SSD، مطابق تصویر فرض کنید می‌خواهید دو داده هریک با حجم ۶۴ کیلوبایت را روی SSD بنویسید. بر فرض مثال در اینجا ۴ چیپ حافظه NAND هر یک با حجم ۳۲ کیلوبایت (متشکل از ۸ صفحه ۴ کیلوبایتی) در اختیار داریم که از طریق ۴ کاناله جداگانه به کنترلر متصل شده‌اند.

نوع حافظه‌های NAND
نوشتن داده‌ها در تکنولوژی NAND و حافظه‌های SSD

در اینجا هر داده ۶۴ کیلوبایتی به دلیل حجم زیاد قابلیت تقسیم به ۴ قسمت را داشته و توسط کنترلر به طور همزمان بر روی ۴ چیپ حافظه نوشته می‌شود، بدین ترتیب اگر تصور کنیم که هر چیپ به تنهایی دارای حداکثر سرعتی معادل ۴۰ مگابایت بر ثانیه است می‌توان انتظار داشت در این حالت داده‌ها با حداکثر سرعت ۱۶۰ مگابایت بر ثانیه نوشته شوند. این حالت بیشتر در نوشتن و خواندن فایل‌های حجیم نمود بیشتری دارد.

سناریوی دوم: در تصویر زیر این بار تنها یک داده ۴ کیلوبایتی در انتظار نوشته شدن است که به دلیل حجم کم دیگر نمی‌توان آن را به ۴ قسمت تقسیم کرد و به طور همزمان بر روی چیپ‌های حافظه نوشت. در این قسمت از مطلب انواع فناوری اس اس دی باید گفت که این داده تنها بر روی یکی از چیپ‌ها با سرعت پایین نوشته می‌شود.

نحوه نوشتن روی SSD

سناریوی سوم: در تصویر دیگر این‌بار ۴ دستور ورودی هر یک با حجم ۴ کیلوبایت به طور همزمان در صف نوشتن قرار گرفته‌اند که اینبار کنترلر می‌تواند به جای اینکه این دستورات را پشت سرهم اجرا کند، هر ۴ دستور را به طور همزمان بر روی چیپ‌های حافظه بنویسد که باز هم شاهد افزایش چشمگیر کارایی خواهیم بود.

نوشتن داده ۴ کیلوبایتی روی اس اس دی

دو سناریوی آخر در استفاده‌های معمولی زیاد اتفاق می‌افتد و کنترلر SSD همواره سعی می‌کند تا با جمع آوری چندین دستورالعمل کم حجم آن‌ها را به طور همزمان اجرا کند تا شاهد افت کارایی نباشیم. توجه داشته باشید که در هر سه سناریوی بالا هنگام خواندن داده‌ها هم حالتی مشابه رخ می‌دهد.

نکته‌ای که می‌توان از توضیح بالا استنباط کرد این است که به صورت تئوری با افزایش تعداد چیپ‌های حافظه و تعداد کانال‌ها امکان موازی سازی بیشتر عملیات خواندن و نوشتن و به دنبال آن افزایش سرعت فراهم می‌شود. به همین علت معمولاً SSD‌های با حجم‌های بالا از سرعت بیشتری برخوردارند.

جمع‌بندی و پاسخ به سوالات پرتکرار

در مطلب فوق اطلاعات جامعی از تکنولوژی ساخت SSD را در اختیارتان قرار داده و برای شما از انواع فناوری اس اس دی گفتیم. اگر مایلید تا بدانید که ساز و کار حافظه SSD به چه صورت است، حتماً مطلب بالا را به دقت بخوانید. 

در آخر امیدواریم SSD‌ها از امروز برای شما کاملاً آشنا و ملموس باشند و با اشراف به معایب و مزایای آن‌ها بتوانید انتخاب درستی داشته باشید. همچنین پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی با تکنولوژی ساخت SSD و مباحث آن در عمل، به بررسی SSD‌های مختلف که در شهر سخت افزار منتشر شده، توجه فرمایید.

حافظه SSD چگونه کار می‌کند؟

حافظه SSD مملو از تراشه‌های NAND بوده که از سلول‌هایی شامل تعداد زیادی ترانزیستور برای نگه داشتن شارژ الکترونیکی استفاده می‌کنند. این ترانزیستورها بسته به نوع آنها از یک تا چهار بیت اطلاعات را درون خود ذخیره می‌کنند.

مزایا و معایب SSD کدامند؟

مزایای SSD شامل سرعت بالا، اندازه کوچک‌تر، وزن کم، صدا و مصرف انرژی کمتر بوده اما قیمت آن‌ها نسبت به هارددیسک‌ها بالاتر است و به مرور سرعت نوع ارزان این حافظه‌های ذخیره‌سازی کاهش پیدا کرده و طول عمر آنها نیز کمتر از HDD است.

نظر خود را اضافه کنید.

ارسال نظر بدون عضویت در سایت

0

نظرات (19)

بارگذاری بیشتر ...

ورود به شهرسخت‌افزار

ثبت نام در شهر سخت افزار
ورود به شهر سخت افزار

ثبت نام در شهر سخت افزار

نام و نام خانوادگی(*)
لطفا نام خود را وارد کنید

ایمیل(*)
لطفا ایمیل خود را به درستی وارد کنید

رمز عبور(*)
لطفا رمز عبور خود را وارد کنید

شماره موبایل
Invalid Input

جزو کدام دسته از اشخاص هستید؟(*)

لطفا یکی از موارد را انتخاب کنید