Народ, всем привет. Современные компьютеры стали заметно быстрее, причем не только за счёт новых процессоров или увеличенного объёма оперативной памяти, но и благодаря переходу с жёстких дисков (HDD) на твердотельные накопители (SSD). Даже если вы просто замените в своем стареньком компьютере HDD на SSD (если есть такая возможность и совместимость), то сразу заметите резкий прирост скорости загрузки системы и приложений, даже если остальная начинка останется прежней. Но почему так происходит? А все из-за принципиальных различий внутреннего устройства HDD и SSD, и это интересно узнать даже просто с точки зрения расширения кругозора.
Как работает HDD
HDD, или жёсткий диск, это накопитель на магнитных пластинах. Его устройство напоминает старый граммофон, внутри корпуса вращается один или несколько металлических дисков (пластин), покрытых ферромагнитным слоем. Над каждой пластиной находится считывающая головка, которая двигается вперёд-назад по радиусу диска. Запись и чтение данных происходит путём изменения или считывания магнитной полярности участков поверхности.
И дело тут в том, что работа HDD как раз зависит от механики. Чтобы прочитать определённый файл, диск должен физически прокрутиться, а головка переместиться к нужной дорожке. Этот процесс, хоть и отлаженный, неизбежно требует времени и основные задержки в HDD это время поиска, задержка вращения и скорость передачи данных с поверхности диска.
В среднем HDD может обеспечить скорость чтения/записи в диапазоне от 80 до 160 МБ/с, в зависимости от модели и оборотов дисков (обычно 5400 или 7200 об/мин). Механическая природа делает такие накопители чувствительными к ударам, изнашиваемыми со временем и относительно медленными при работе с множеством мелких файлов.
Как работает SSD
SSD, твердотельный накопитель, устроен совершенно иначе. Внутри него нет движущихся частей. Все данные хранятся в микросхемах флеш-памяти (обычно NAND), а доступ к информации осуществляется при помощи встроенного контроллера, управляющего чтением, записью и перемещением данных внутри чипов. Если выделить основные компоненты, то это:
- контроллер, своего рода "мозг" накопителя. Он решает, как распределять данные между ячейками памяти, управляет кэшированием, сжатием, шифрованием и выравниванием износа.
- память NAND, основное хранилище данных. Существует несколько типов: SLC, MLC, TLC, QLC, различающихся по количеству битов, хранимых в одной ячейке (один, два, три и четыре соответственно). Чем больше битов в ячейке, тем выше плотность хранения, но ниже скорость и долговечность.
- DRAM или HMB-кэш, он же буфер быстрой памяти, который ускоряет операции за счёт временного хранения данных.
Если Вам нравятся наши статьи, и вы хотите отблагодарить автора (на развитие канала), нам будет очень приятно!
По итогу, в отличие от HDD, SSD не нужно физически перемещаться к данным, доступ осуществляется практически мгновенно, с задержками в микросекундах. Это даёт резкий прирост в скорости, особенно при работе с множеством мелких файлов. И по факту SSD гораздо быстрее по многим показателям:
- Скорость доступа к данным. Так как HDD тратит время на вращение диска и позиционирование головки, это может занять от 5 до 15 миллисекунд. У SSD доступ к данным происходит почти мгновенно, задержки составляют 0.05–0.1 мс. Это значит, что SSD может читать тысячи файлов за то время, пока HDD только "доберётся" до одного.
- Скорость передачи данных. У обычного HDD около 100 МБ/с, а у SATA SSD это 500–550 МБ/с (ограничение интерфейса SATA III). У NVMe SSD на базе PCIe 3.0 — 1500–3500 МБ/с, а SSD с PCIe 4.0 или 5.0 могут достигать 7000–14 000 МБ/с. Разница на лицо.
- Производительность. HDD справляется с 100–200 операций ввода-вывода в секунду, а вот SSD с десятками и сотнями тысяч. Это особенно важно при запуске операционной системы, программ или игр, где нужны одновременные обращения к множеству небольших файлов.
- Надёжность и устойчивость к вибрациям. Поскольку SSD не содержит движущихся частей, он устойчив к ударам и вибрациям. HDD же может выйти из строя от падения, особенно во время работы, когда головка может повредить пластину.
- Энергопотребление и тепло, ну тоже не маловажный фактор, ведь SSD потребляет меньше энергии, особенно в режиме покоя, что делает его идеальным для ноутбуков, планшетов и других мобильных устройств.
Почему SSD даёт такое преимущество?
Суть в том, что SSD работает как микросхемный массив памяти. Нет задержек, связанных с физикой вращающихся объектов, контроллер SSD может одновременно обращаться к нескольким блокам памяти, параллелить операции, выстраивать очередь команд. Это позволяет обрабатывать огромные объёмы данных очень быстро.
Кроме того, архитектура флеш-памяти допускает сложные алгоритмы оптимизации. Например, многие SSD заранее распределяют данные по ячейкам для минимизации износа и ускорения доступа. А использование кэш-памяти (в том числе DRAM или псевдо-SLC-буфера) помогает сгладить падения производительности при больших нагрузках.
Конечно, есть и недостаток - ограниченное количество циклов перезаписи для каждой ячейки. Однако современные контроллеры с резервом памяти делают этот фактор почти незаметным в обычном использовании, и большинство SSD могут прослужить 5–10 лет даже при активной работе.
Кстати, у нас есть и другой канал, FIT FOR FUN, про фитнес, бодибилдинг, правильное питание, похудение и ЗОЖ в целом. Кому интересно, ждем вас в гости!
