Share This
Связаться со мной
Крути в низ
Categories
//💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Познакомимся со структурой и механизмом работы жесткого и твердотельного диска. В конце статьи определим оптимальные параметры накопителя для домашнего ПК. Обсудить

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 9af94f1 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

1. Жесткий диск (HDD)

1.1. Устройство жесткого диска

Жесткий диск содержит один или несколько физических дисков, которые вращаются со скоростью от 5400 до 15 000 оборотов в минуту (Рис. 1).

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 52a7bc6 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 1. Запуск HDD с четырнадцатью дисками

Сервопривод приводит в движение коромысло. Сервопривод состоит из двух постоянных магнитов и катушки между ними. При подаче тока через катушку создается магнитное поле. Это поле взаимодействует с постоянными магнитами и сдвигает коромысло в сторону. Интенсивность, длительность и полярность тока определяют, насколько быстро, как далеко и в какую сторону смещается коромысло (Рис. 2).

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat d4b39ff - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 2. Устройство жесткого диска (HDD)

Коромысло перемещается до 50 раз в секунду (Рис. 3). На его конце расположены головки, которые считывают и записывают информацию.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat efd5869 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 3. Работа коромысла жесткого диска

В результате вращения диска создается воздушный поток, который удерживает головку на расстоянии около 10 нм от поверхности диска (толщина волоса – 70 000 нм). Когда компьютер выключен или диск еще не разогнался, головки находятся в «парковочной зоне» (Рис. 4).

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 741332d - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 4. Парковочная зона головок жесткого диска

Данные хранятся в дорожках на поверхности диска. Каждая дорожка разделена на секторы. Секторы образуют кластер. Ориентируясь на карту дорожек и секторов, контроллер записывает и считывает информацию.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 82aff13 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 5. Структура жесткого диска: 1 – дорожка, 2 – сектор дорожки, 3 – геометрический сектор, 4 – кластер

Логическая плата управляет всеми описанными процессами: скоростью вращения дисков, чтением и записью информации, позиционированием коромысла.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 50d3a75 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 6. Логическая плата жесткого диска

1.2. Запись информации

Запись информации реализуется следующим образом. На поверхность диска нанесен ферромагнитный слой, состоящий из доменов – областей с сонаправленными магнитными моментами атомов (Рис. 7). Пишущая часть головки изменяет направление вектора намагниченности доменов в одно из состояний – логический 0 или 1 (один бит).

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat e495b5e - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 7. Домены жесткого диска (HDD)

Перемагничивание домена перезаписывает информацию (Рис. 8).

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 4f38877 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 8. Перезапись данных на жестком диске

При записи на несколько дисков, информация записывается на обеих сторонах каждого диска (Рис. 9).

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 8e2fba9 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 9. Фактически диск состоит из множества дисков, запись на которых производится с обеих сторон. Источник: Animagraffs (англ.)

1.3. Чтение информации

Считывающая часть головки работает на эффекте туннельного магнетосопротивления. Головка состоит из двух магнитов и слоя диэлектрика между ними. Магнитное поле домена на магнитном диске влияет на туннелирование электронов и соответствующий ток в считывающей части магнитной головки.

1.4. Параметры жесткого диска

1.4.1. Метод записи

Существует два способа записи данных: CMR – метод перпендикулярной записи и SMR – метод черепичной записи. У SMR объем диска больше на 20%, но скорость записи и перезаписи ниже по сравнению с CMR.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat b1e7163 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 10. Методы записи информации на жесткий диск: CMR (слева) и SMR

1.4.2. Форм-фактор

У HDD два форм-фактора: 2.5 и 3.5 дюйма. Габариты выбираются в зависимости от назначения – ноутбук или настольный ПК.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 14c4843 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 11. Форм-факторы HDD: 2.5″ (наверху) и 3.5″

1.4.3. Исполнение

При внутреннем исполнении диск помещается внутрь корпуса компьютера. Внешние HDD предназначены для временного подключения в качестве съемных носителей.

1.4.4. Интерфейс подключения

Чаще всего встречается интерфейс SATA III с пропускной способностью до 6 Гбит/с. Он обратно совместим с SATA II (3 Гбит/с) и SATA I (1.5 Гбит/с). Внешние диски подключаются по USB 2 и 3, USB Thunderbolt.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat c5eb966 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 12. Интерфейс SATA III

1.4.5. Кэш-память

Кэш-память хранит часто запрашиваемые данные и достигает 512 Мб (больше – лучше).

Можно ли установить HDD вертикально?

Все внутренние жесткие диски Seagate и Maxtor можно установить и боком, и вверх ногами. Если они не перемещаются при использовании и достаточно охлаждаются, направление установки не имеет значения. Ответ на сайте компании Seagate.

2. Твердотельный накопитель (SSD)

SSD-накопитель (англ. solid-state drive) – твердотельное запоминающее устройство с использованием флэш-памяти. SSD, в отличие от HDD, не содержит механические компоненты, не шумит, быстро считывает и записывает.

Информация записывается в ячейки. Память различается способом соединения ячеек в массив:

  • NOR – двумерная матрица. Применяется в микропроцессорах.
  • NAND – трехмерный массив. Используется в картах памяти, SSD-накопителях.

Рассмотрим работу архитектуры NAND, так как она почти целиком занимает потребительскую нишу SSD-накопителей для повседневной работы.

2.1. Принцип работы NAND

Бит информации хранится в транзисторах с плавающим затвором (floating gate). При подаче положительного напряжения на управляющий затвор (control gate), электроны преодолевают изолирующий слой оксида и попадают в плавающий затвор. Отрицательно заряженный плавающий затвор препятствует движению заряженных частиц от истока (source) к стоку (drain) – транзистор «закрывается», получаем логическую единицу (Рис. 13).

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 351eca2 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 13. Запись данных в ячейку SSD накопителя. Источник: Hyperstone (англ.)

При подаче на управляющий затвор отрицательного потенциала, электроны его покидают – получаем «открытый» транзистор и логический ноль (Рис. 14).

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 61d2568 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 14. Удаление данных из ячейки SSD накопителя. Источник: Hyperstone (англ.)

Ограниченное количество циклов перезаписи связано с деформацией слоя оксида после нескольких лет работы.

2.2. Типы ячеек

Выделяют следующие типы ячеек:

  • SLC (single-level cell) – один бит на ячейку;
  • MLC (multi-level cell) – два бита на ячейку;
  • TLC (triple-level cell) – три бита на ячейку;

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 2fdde3b - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 15. Количество бит в ячейках SLC, MLC и TLC

  • 3D MLC NAND, 3D TLC NAND, 3D QLC NAND – приставка 3D означает, что ячейки памяти размещены не планарно, а добавлено третье измерение. Получается многоэтажная структура (Рис. 16);
  • 3D XPoint – разработка компаний Intel и Micron, в которой ячейки памяти считываются и записываются с помощью селектора без использования транзистора.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 0f1c6f0 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 16. Планарная и трехмерная архитектура NAND памяти

2.3. Параметр IOPS

IOPS (англ. input/output operations per second) – количество операций ввода-вывода, выполняемых накопителем за одну секунду. Для HDD этот параметр не превышает 200 IOPS и зависит от скорости работы механики и интерфейса. В SDD – также от скорости интерфейса и от алгоритма драйвера. В твердотельных накопителях значение IOPS достигает полумиллиона.

2.4. Форм-фактор и размер

  • 2.5 дюйма SATA;
  • M.2;
  • mSATA;
  • PCI-Express (через плату расширения).

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat febf9a8 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 17. Форм-факторы твердотельных накопителей (SSD)

На смену интерфейсу SATA пришел более быстрый NVMe (Non-Volatile Memory Express), который использует шину PCI-Express: скорость возросла в 3-7 раз.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat 22e7494 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 18. Сравнение скорости чтения и записи HDD, SSD и NVMe SSD накопителей в программе CrystalDiskInfo. Источник: Хабр Q&A

Накопители в форм-факторе M.2 выпускаются в четырех размерах для ноутбуков и настольных компьютеров: 22×42, 22×60, 22×80 и 22×110 мм.

2.5. Параметр TBW

TBW (англ. total bytes written) – максимальный объем информации, который записывается на диск. Оценивается в терабайтах. После превышения TBW корректная работа накопителя не гарантируется.

3. Выбираем накопитель

3.1. Где использовать HDD и SSD

  • HDD – для бэкапов и создания RAID-массивов;
  • SSD – во всех остальных случаях.

3.2. Какой HDD выбрать

  • скорость вращение шпинделя – от 5400 до 7200 об/мин;
  • интерфейс SATA III;
  • кэш-память – максимальное значение;
  • CMR или SMR выбираются исходя из задачи.

3.3. Какой SSD выбрать

Диск, на котором запускается ОС и рабочие программы:

  • формат M.2;
  • тип ячеек 3D NAND;
  • IOPS – чем больше, тем лучше;
  • поддержка NVMe.

Диск для хранения:

  • разъем SATA III;
  • тип ячеек – MLC, TLC или 3D NAND.

4. Классификация дисков Western Digital и Seagate

4.1. Диски Western Digital

  • WD Blue – обычный диск для повседневных задач;
  • WD Red – увеличенный объем диска, для систем NAS;
  • WD Black – наличие двухъядерного процессора и динамического кэширования повышает быстродействие в сравнение с другими дисками;
  • WD Purple и WD Gold – для систем видеонаблюдения и работы 24/7.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat a719768 - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 19. Диски Western Digital Blue, Red, Black и Purple

4.2. Диски Seagate

  • Barracuda Compute – ежедневные задачи;
  • Firecuda Gaming – быстрые диски для геймеров;
  • SkyHawk Surveillance – видеонаблюдение;
  • Ironwolf NAS – для систем NAS.

hdd ili ssd kak rabotajut i chto vybrat a62df4b - 💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать

Рис. 20. Диски Seagate Firecuda Gaming, Ironwolf NAS, SkyHawk Surveillance и Barracuda Compute ***

Мы познакомились с двумя дополняющими друг друга типами накопителей: HDD и SSD. Узнали об их устройстве, принципе работы и параметрах, на которые нужно обратить внимание перед покупкой. Надеемся, полученная информация вам пригодится. Если есть вопросы, задавайте в комментариях.

  • 0 views
  • 0 Comment

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Свежие комментарии

    Рубрики

    About Author 01.

    Roman Spiridonov
    Roman Spiridonov

    Привет ! Мне 38 лет, я работаю в области информационных технологий более 4 лет. Тут собрано самое интересное.

    Our Instagram 04.

    Categories 05.

    © Speccy 2020 / All rights reserved

    Связаться со мной
    Close