هارد SSD چیست و چگونه کار می‌کند

در این مقاله قصد داریم که به پاسخ سوال :«SSD چیست و چگونه کار می کند؟» بپردازیم. در ادامه به بررسی تفاوت میان هارد SSD و HDD خواهیم پرداخت و در انتها بخش کوچکی از مبحث هارد های SAS را مطرح کرده و تفاوت آن را با SSD شرح خواهیم داد. اگر علاقه دارید اطلاعات بیشتری در رابطه با اصول و مبانی دواپس DevOps کسب کنید به دیگر مقالات ما رجوع کنید. همچنین به منظور خرید سرور ابری به پنل کاربری ابر آراز مراجعه کنید.

SSDها نوع نسبتا جدید و بسیار سریعی از حافظه هستند که نسبت به هارد دیسک‌ها دارای سرعت و امنیت انتقال داده‌ی بالاتری هستند. اما، این حافظه‌ها معایبی از جمله قیمت بالا و کند شدن به مرور زمان دارند. با ما باشید تا با هم به بررسی نحوه‌ی عملکرد این حافظه‌ها بپردازیم.

درایوهای حالت جامد نوعی از حافظه‌ی سریع و قابل‌حمل بوده که در پی تصاحب جایگاه هارد دیسک‌ها هستند. این حافظه‌ها انواع مختلفی دارند که همگی بر پایه سلول فلش ناند هستند. همیشه شاهد بحث و گفت‌وگو بین دوستداران تکنولوژی در مورد مزایا و معایب انواع ساختارهای NAND از جمله NAND مسطح در مقابل NAND عمودی یا MLC یا سلول چند لایه(Multi Level Cell) در مقابل TLC یا سلول سه لایه(Triple Level Cell) بوده‌ایم. برای آشنایی بیشتر با SSDها، چند سؤال در مورد حافظه‌های ذخیره‌سازی می‌پرسیم و سپس به تک تک آن‌ها جواب می‌دهیم. SSDها با حافظه‌های مبتنی بر دیسک چرخان متفاوت هستند. بنابراین پیش از آشنا شدن با SSD ها، لازم است که ابتدا با هارد دیسک‌ها آشنا شویم.

هارد دیسک چیست و چگونه کار می‌کند؟

یک هارد دیسک(Hard Disc Drive)، اطلاعات را روی دیسک‌های مغناطیسی چرخان ذخیره می‌کند. این دیسک‌های مغناطیسی را پلاتر (Platter) می‌نامند. در درون هر هارد دیسک یک بازوی فعال‌کننده نیز وجود دارد که سرهای مخصوص خواندن و نوشتن اطلاعات روی آن سوار هستند تا به همه‌جای دیسک دسترسی داشته باشند. بازوی مورد نظر، هنگام نیاز به خواندن یا نوشتن اطلاعات، این سرهای مخصوص خواندن و نوشتن را در مکان مناسب روی دیسک مغناطیسی قرار می‌دهد تا اطلاعات خوانده یا نوشته شوند.

برای خواندن یا نوشتن اطلاعات یا اجرای یک برنامه‌ی خاص، سرهای درایو باید اطلاعات را از روی دیسک استخراج کرده یا روی آن بنویسند. ازآنجا که این دیسک دائم در حال چرخش است، مدت زمانی طول می‌کشد تا سرها دقیقا روی نقطه‌ی مورد نظر قرار گرفته و عملیات استخراج یا نوشتن داده را آغاز کنند. ممکن است که برای استخراج داده، نیاز باشد که اطلاعات از چندین جای مختلف دیسک خوانده شوند. در این صورت دیسک باید چندین بار چرخیده و هربار یکی از نقاط مورد نظر را در مقابل سرهای مخصوص قرار دهد تا اطلاعات خوانده یا نوشته شوند. اگر درایوی در حالت خواب (Sleep) یا حالت انرژی کم (Low Power Mode) باشد، از آغاز به حرکت آن تا رسیدنش به حداکثر سرعت برای انتقال داده، چند ثانیه طول می‌کشد.

از ابتدا معلوم بود که هارد دیسک‌ها توانایی آن را ندارند که با سرعت پردازنده‌ها کار کرده و پا به پای آن‌ها جلو بیایند. تأخیر در هارد دیسک‌ها با میلی ثانیه سنجیده می‌شود؛ درحالی‌که در پردازنده‌ها، تأخیر در حد چند نانو ثانیه است. بنابراین تأخیر هارد دیسک‌ها چند میلیون برابر پردازنده‌ها است! برای یک هارد معمولی حدود ۱۰ الی ۱۵ میلی ثانیه زمان نیاز است تا اطلاعات را روی دیسک یافته و شروع به خواندن آن‌ها کند. با این حال صنعت هارد دیسک تمام تلاش خود را کرده است تا سرعت این محصولات را بالا ببرد.

تاریخچه SSD

اساس کار SSD ها به دهه 1950 باز میگردد، جایی که از دو تکنولوژی مشابه استفاده میشد. حافظه هسته مغناطیسی (Magnetic Core Memory) و ذخیره سازی فقط خواندنی صفحه خازنی (CCROS). این حافظه های جانبی در زمان کامپیوترهای لامپی بوجود آمدند اما با ظهور حافظه های استوانه ای که ارزانتر بودند، تولید آنها متوقف شد.

در دهه 1970 و 1980 SSD ها به عنوان حافظه ابرکامپیوترهای اولیه IBM و چند شرکت دیگر استفاده شدند. در آن زمان قیمت فوق العاده زیاد SSD استفاده از آنها را بسیار کم کرده بود. پس از تلاش های متعدد شرکتها برای تولید حافظه نیمه هادی مقرون به صرفه با قابلیت نگهداری طولانی مدت از اطلاعات و حجم قابل قبول، سر انجام در اواخر دهه 1980 شرکت StorageTek اولین نوع SSD مدرن را ارائه کرد.

در سال 1995 SSD های مبتنی بر حافظه فلش عرضه شدند که به علت مقاومت در برابر ضربات شدید، لرزش و تغییرات دما در صنایع نظامی و فضایی مورد استفاده قرار گرفتند. در سال 2009 شرکت Micron Technology از اولین SSD با قابلیت اتصال از طریق SATA 6GB/ رونمایی کرد.

هارد SSD چیست؟

امروزه با افزایش تعداد هاستینگ ها هر کدام در پی کسب و ارائه راهکارهایی به جهت جذب مشتری می باشند و تبلیغات بر سر قدرت و کارایی سرورها یکی از مباحث مهم است. مدتی است هاستینگ ها در تبلیغات خود مدام از واژه هارد پرسرعت SSD استفاده می کنند. اما، اکثرا تعریف واضح و روشنی از این ارائه نمی‌دهند که اصلا SSD چیست و چرا به خودی خود این فناوری نسبتا جدید یک پارامتر مهم برای تبلیغات به حساب می آید.

SSD مخفف کلمات Solid-State Disk به معنی دیسک حالت جامد می‌باشد و منظور از جامد این است که هیچ قطعه ی متحرکی در آن قرار ندارد. فناوری اینگونه دیسک ها شبیه به فناوری فلش مموری می باشد.
Solid State (حالت جامد) یک اصطلاح است که اشاره به مدارات الکترونیکی دارد که به طور کامل از مواد نیمه هادی ساخته شده اند. تقریبا تمام قطعات الکترونیکی که امروزه از آنها استفاده میکنیم از نیمه هادی ها و تراشه ها ساخته شده اند. دیسک های SSD ساختاری بسیار شبیه به حافظه های Flash دارند و بدیهی است که اطلاعات ذخیره شده در آنها را تا زمانی که از روی آنها پاک نکرده ایم از بین نمیروند.

دیسک های SSD نیز مانند هارد دیسک های HDD از نوع اینترنال و همچنین اکسترنال پشتیبانی میکنند. بسیاری از دیسک های SSD در ظاهر شبیه به هارد دیسک های HDD هستند، این نوع طراحی به دیسک های SSD امکان میدهد تا مانند هارد دیسک های HDD در کامپیوتر های رومیزی Desktop و همچنین لپتاپ ها قرار بگیرند و از لحاظ حمل و استفاده از آنها مشکلی نداشته باشند.

در تعریف دیسک سخت یا همان HDD ، همگی می دانیم که شامل تعدادی قطعه به صورت مکانیکی می باشد. در واقع، این قطعات به صورت مکانیکی عمل می کنند. اما در حافظه ای مانند فلش چنین اجزایی وجود ندارد.
در واقع هارد SSD فاقد اجزای مکانیکی قابل حرکت می باشند و این یک مزیت به حساب می‌آید. مزیتی که امروزه موجب روی آوردن اکثر کاربران به استفاده از اینگونه هاردها شده است. از تولید کنندگاه لپ تاپ تا سرورها و…

SSD ها چگونه کار می‌کنند؟

هنری فورد، پس از فروختن صدها هزار اتومبیل در آمریکا، در جواب سؤال فردی که از او علت وارد شدنش به عرصه‌ی اتومبیل سازی را پرسید گفت: «اگر از مردم می‌پرسیدم که چه چیزی می‌خواهند، آن‌ها جواب می‌دادند: اسب‌های سریع‌تر!»
حال پس از گذشت ۱۰۰ سال انسان‌های امروزی هم به سریع‌ترین‌ منتقل کننده‌ها احتیاج دارند. البته منتقل‌کننده‌ی داده‌ها و اطلاعات، نه افراد!

SSD یا درایو حالت جامد (Solid State Drive) را به این دلیل با این نام می‌شناسند که برخلاف هارد دیسک‌ها، سازوکار آن مبتنی بر چرخش اجسام و حرکت اجرای داخلیش نیست. در SSDها، اطلاعات به‌جای دیسک چرخان، در دریایی از فلش ناند ذخیره می‌شوند. ناند خود از اجزایی ساخته شده است که ترانزیستورهای گیت شناور نامیده می‌شوند. برخلاف ترانزیستورهای استفاه شده در ساخت DRAM یا رم پویا (Dynamic Random Access Memory) که باید هر ثانیه چندین بار رفرش شوند، فلش ناند به گونه‌ای طراحی شده است که حتی اگر منبع انرژی در دسترسش نباشد باز هم بتواند حالت شارژ یا دشارژ خود را حفظ کند. همین امر موجب شده است که ناند را در دسته‌ی حافظه‌های غیر فرار دسته‌بندی کنند.

اجزای SSD

اجزاء اصلی یک SSD، کنترلر و حافظه ذخیره اطلاعات هستند.

1.کنترلر :

کنترلر وظیفه برقرار ارتباط بین حافظه داخل SSD با کامپیوتر میزبان را دارد. یکی از شاخص ترین فاکتورهای SSD نوع کنترلر استفاده شده در آن است. کنترلر میتواند همچنین اعمال کشف و تصحیح خطا (ECC) و رمزنگاری اطلاعات را نیز انجام دهد. کنترلر های Intel ، Micron و SandForce از تکنولوژی خاص خود استفاده میکنند و سرعت بیشتری نستب به کنترلر های دیگر ارائه میدهند.

2.حافظه :

بیشتر تولیدکنندگان SSD ازNon-Volatile NAND Flash Memory در ساختار SSD خود استفاده میکنند زیرا نسبت به DRAM قیمت کمتری دارد و بدون نیاز به منبع تغذیه، اطلاعات را نگهداری میکند. این نوع حافظه سرعت کمتری نسبت به DRAM دارد و به همین دلیل SSD های اولیه سرعت کمتری نسبت به هارد دیسکهای معمولی داشتند. مشکل سرعت در سال 2009 با استفاده از کنترلر های بهتر برطرف گردیده است. SSD های مبنی بر DRAM دارای سرعت بسیار بالا هستند اما برای نگهداری اطلاعات به منبع الکتریکی مانند باتری یا آداپتور نیاز دارند و معمولا در سرور ها مورد استفاده قرار میگیرند.

3. Cache یا بافر :

معمولا SSD مانند هارد دیسک معمولی از یک حافظه کوچک DRAM به عنوان Cache استفاده میکند.

مزایای SSD

از مزایای هارد SSD می توان به:

1 – بالا بودن سرعت خواندن/نوشتن اطلاعات؛ این مزیت باعث شده است که نه تنها هاستینگ ها بلکه امروزه رایانه های شخصی هم به سمت و سوی استفاده از هارد SSD حرکت کنند.

2- کاهش مصرف برق و به تبعیت از آن کاهش مصرف باتری لپ تاپ

3 – بالا بودن مقاومت هاردهای SSD در مقابل ضربه؛ به جهت استفاده از فناوری های به کار رفته Flash در SSD دیگر خبری از اجزای متحرک نبوده و حساسیت بیش از حد به ضربات فیزیکی وجود ندارد.

4 – بی سر و صدا بودن و تولید گرمای بسیار کمتر نسبت به مدل قبلی اشاره کرد.

حتی اگر موارد 2 ، 3 و 4 چندان قابل اهمیت نباشند مورد 1 را می توان خود به تنهایی از برجسته ترین مزایای اینگونه هارد دانست. درواقع، همین بالا بودن سرعت خواندن / نوشتن برای هاستینگ ها و کاربرانشان دارای اهمیت می باشد.

SSD بلافاصله اقدام به خواندن و نوشتن داده میکند و برخلاف هارد دیسک نیازی به زمان برای چرخش دیسک ندارد در حالی که هارد دیسک نیاز به زمانی در حدود 2 ثانیه برای دسترسی واقعی به درایو دارد. SSD با سرعتی در حدود دو برابر هارد دیسک اقدام به نوشتن و خواندن اطلاعات میکند. این بدین معنیست که کامپیوتر شما زودتر بوت میشود و بازی ها و نرم افزارهای شما زودتر لود میشوند.

SSD نیازی به Defragment شدن ندارد. یعنی بر خلاف هارد دیسک که پس از مدتی استفاده کند می‌شود، تغییری در سرعت SSD بوجود نمی‌آید. SSD بسیار کمتر در معرض خراب شدن در اثر سقوط و ضربه است زیرا قطعه متحرک ندارد. میدانهای مغناطیسی قوی میتوانند به اطلاعات هارد دیسک آسیب برسانند. اما SSD در برابر میدان مغناطیسی آسیب نمیبیند.

از نظر مصرف انرژی هارد دیسک در حدود 3 تا 4 برابر انرژی بیشتری نسبت به SSD مشابه خود مصرف میکند. یعنی در صورت استفاده از SSD به جای هارد دیسک در نوت بوک، باتری نوت بوک شما دیرتر خالی خواهد شد.

هارد دیسک در حدود 3 برابر بیشتر از SSD گرما تولید میکند.

مقایسه‌ی HDD و SDD

هارد دیسک چرخش سنتی (HDD) که ذخیره ساز های اولیه و غیر فرار کامپیوتر ها بودند. یعنی داده هایی که روی آنها ذخیره می شد حتی زمانی که سیستم خاموش هم باشد داده ها از بین نمی رفت. این به خاطر پوششش مغناطیسی در بالی پلاتراست. این پوشش های مغناطیسی که روی آن کشیده شده، وقتی شما می خواهید از اطلاعات ذخیره شده خود استفاده کنید یک بازوی مکانیکی روی دیسک در حال چرخش قرار می گیرد و اطلاعات شما برای شما به نمایش در می آید.

هارد SSD نیز کاری مشابه، به HDD انجام می دهد یعنی داده ها روی خود ذخیره می کند. حتی زمانی که کامپیوتر خاموش هم باشد از آنها حفاظت می کند ولی در آن قطعه حرکتی وجود ندارد. این هارد مانند فلش مموری می ماند. داده ها در تراشه های حافظه فلش قرار می گیرد.

این هارد را می توانید به طور دائم در کیس خود قرار بدهید ویا آن را در لپ تاب خود نصب کنید. تراشه SSD نسبت به حافظه های USB و هارد های HDD سرعت بیشتری دارد و گران تر نیز هستند. یکی از دلایل بالا بودن سرعت این هارد ها نسبت به هارد های HDD این است که این هارد ها به دلیل نداشتن قطعه متحرک زمان تاخیر بسیار کمتری نسبت به هارد های معمولی دارند.

در راستای تفاوت SSD و HDD بایستی گفت هم چنین نوشتن داده ها نیز روی دیسک های سخت سنتی از روندی بسیار مشابه هارد SSD برخوردار است. در دیسک های سخت جامد هیچ حرکت و یا حتی هیچ چرخشی در کار نیست، این در حالی است که داده ها در بلوک های ویژه ای ذخیره می گردند . هر تایمی که رایانه به اطلاعات ویژه ای احتیاج داشته باشد، هارد SSD به سرعت این توانایی را دارد که آن داده ها را یافته و در اختیار قرار دهد. در واقع، کارایی زیاد هارد SSD به سبب همین مسیر مستقیم و بدون واسطه‌ ای که در دسترسی به داده ها دارد، است. این امر به نوبه ی خود یکی از اصلی‌ترین مزایای هارد SSD در مقایسه با هارد دیسک سنتی به حساب می‌آید.

هارد SAS چیست؟

هارد SAS در واقع، ورژن توسعه یافته‌ی هارد SATA به حساب می‌آید. SAS مخفف Serial Attached SCSI است. سرعت انتقال در این قبیل هارد‌ ها حدودا ۷۶۸ مگابایت است که در مقایسه با هارد دیسک های SATA بسیار سریع تر است. چرخش صفحه های هارد SAS در هر دقیقه از فاکتور های اصلی تعیین کننده‌ی سرعت آن محسوب می شود.

این هارد توسعه یافته هارد SATA است و SAS مخفف Serial Attached SCSI می باشد. سرعت انتقال در این نوع هارد تقریبا ۷۶۸ مگابایت می رسد که نسبت به هر یک از هارد دیسک های SATA سریعتر است و چرخش دیسک های این هارد در هر دقیقه از عوامل اساسی تعیین کننده سرعت آن میباشد.

به همین خاطر به طور مثال سرعت چرخش هارد ساتا بین ۵۴۰۰ تا ۷۲۰۰ RPM است در حالی که در هارد SAS تعداد چرهش دیسک ها ۷۲۰۰ تا ۱۵۰۰۰ RPM می باشد. RPM یعنی REVOLUTION PER MINUTE منتهی این هاردها از نظر فضا نسبت به انواع قبلی کمتر و گران هستند و نیاز به پاور قدرتمندی برای اجراء دارد. به همین خاطر غالبا در سرورها مورد استفاده واقع می شود و خیلی کم کاربری عادی هم استفاده می کند. این نوع هارد از Hot plugging پشتیبانی می کند که امکان جدا کردن هارد از سیستم در اثناء کار وجود دارد مثل اینکه فلش وصل باشد بدون اینکه اطلاعات موجود روی آن از دست برود.

مقایسه ی SDD و SAS

هاردهای SATA و SAS از منظر نقاط تفاوت با هارد SSD، از بخش چرخانی روی صفحه ی ذخیره سازی برخوردار هستند. معمولا هر چقدر سرعت چرخش روی این صفحه‌ها بیشتر باشد، به همین ترتیب سرعت خواندن و هم چنین نوشتن داده ‌ها نیز بالاتر خواهد رفت. انواع مختلف رایج در بازار این هارد‌‌ها از سرعت ۹۰۰ دور در دقیقه یا ۷.۲ برخوردار هستند. هم اکنون با در نظر گرفتن نیاز روز افزون جهان به سرعت بالا، انواع مختلف دیگری با سرعت‌های بسیار زیاد ۱۰۰۰۰ دور در دقیقه و یا ۱۵۰۰۰ دور در دقیقه نیز مورد بهره گیری قرار گرفته اند.