Kako rade SSD diskovi?

SSD tehnologija je zaista nevjerojatna i ona će se vremenom samo poboljšavati. No, za one od nas koji nisu toliko upoznati sa trendovima u računalnom hardveru, što su SSD-ovi? Kako SSD radi? Zašto bi trebali kupiti SSD?

Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća se dešavao veliki napredak u području računalnog hardvera. Dok se računalna tehnologija stalno poboljšava i razvija, rijetko imamo trenutke u kojimo jednostavno sjednemo i divimo se: “wow, ovo je nevjerojatno.” Prošlo je dosta vremena od kada smo osjetili tako nešto, ali je uvođenje solid-state (SSD) tehnologije od nas uspjelo dobiti takvu reakciju.

Rijetko ćete naići na nadogradnju za računalo koja može drastično izmijeniti vaše desktop iskustvo. Možete kupiti novi monitor, ili nadograditi vaše grafičku kartu, ili instalirati više RAM-a – ali na kraju, opće iskustvo je isto ili slično. Ali kada prijeđete na SSD disk, odjednom sve postaje brzo.

Pregled računalne memorije

Ako želite znati zašto bi vas trebala zanimati SSD tehnologija, onda morate razumjeti osnovne stvari iz arhitekture računala.

Radi jednostavnosti, možemo reći da je arhitektura računalne memorije podijeljena u tri dijela: cache memorija, RAM memorija i tvrdi disk. Svaki od tih dijelova ima ključnu ulogu koja određuje način na koji oni funkcioniraju.

Cache memorija je unutarnja memorijska jedinica, koja se uglavnom nalazi ugrađena u procesoru ili se nalazi u posebnom čipu blizu procesora. Dok vaše računalo radi, koristi cache kao svojevrsno mjesto za izradu svih svojih proračuna i postupaka ili drugim rječima iz cache memorije procesor dobiva upute za svoj rad. Budući da je cache jako bitan, električni putevi do cache-a su najkraći, zato sei najčešće ugrađuje direktno u CPU, što znači da je pristup podacima gotovo trenutan.

Treba napomenuti da cash memorija ugrađena u procesoru je brža od cash memorije na matičnoj ploči, ali i ova nam amtičnoj ploči je još uvijek barem dva put brža od RAM memorije. Osim toga što je brža, Cash memorija je i dosta skuplja od RAM memorije.

RAM memorija ili Random Access Memory, je mjesto gdje vaše računalo pohranjuje informacije koje se odnose na aktivne programe i procese na vašem računalu. Ona je aktivna dok je računalo upaljeno, čim se računalo ugasi i ona se isprazni u cijelosti. Kao što smo već spomenuli, pristup ovoj memoriji je sporiji od pristupa cache-u ali ne drastično.

Vezani članak: Koliko RAM memorije zaista trebate?

Hard disk je mjesto gdje je sve ostalo trajno pohranjeno. On pohranjuje sve vaše programe, konfiguracijske datoteke, dokumente, glazbene datoteke, filmske datoteke i još mnogo toga. Kada želite pristupiti nekoj datoteci ili pokrenuti neki program, računalo treba da ga učita sa tvrdog diska u RAM memoriju.

Zašto trebamo znati ove razlike? Zato što postoji velika razlika u brzini. Dok cache i memorija rade brzinama u nanosekundama, tvrdi disk radi brzinom u milisekundama, uglavnom zato što mora dovesti igle za čitanje na pravo mjesto prije nego što može pročitati podatke.

Vezani članak: SSD disk najisplativije ubrzanje računala

Ovo znači da prije nego što računalo može bilo što učiniti, ono mora pričekati hard disk. Znači da je hard disk u biti usko grlo u računalu, bez obzira koliko je sve ostalo brzo, možete raditi onoliko brzo koliko je brz hard disk. Ovdje u priču dolazi SSD disk. SSD može iskorijeniti to usko grlo i poboljšati ga do 10 puta i učinkovito skratiti vrijeme čekanja pri korištenju računala.

SSD diskovi: kako funkcioniraju?

SSD disk koristi tip memorije pod nazivom “flash memorija”, koji je sličan RAM-u. Međutim, za razliku od RAM-a, koji se briše kada se računalo isključi, podaci u SSD disku ostaju memorirani čak i nakon isključivanja.

Ako ikada budete otvorili tipičan hard disk, vidjeti ćete hrpu magnetskih ploča na osi sa iglom za čitanje, sličnom kao kod starih gramofona sa vinil pločama. Prije nego što igla može čitati ili pisati na ploču, mora doći na pravo mjesto.

SSD-ovi, sa druge strane, koriste mrežu električnih stanica za brzo slanje i primanje podataka. Ova mreža je razdvojena na dijelove pod nazivom “stranica”, a na te stranice se pohranjuju podaci. Stranice su zajedno spojene i formiraju “blokove”.

Zašto je potrebno znati ovo? Zato što SSD-ovi mogu pisati samo na prazne stranice u bloku. Kod tvrdog diska, podaci mogu biti napisani na bilo koje mjesto na ploči u bilo kojem trenutku, a to znači da se podaci mogu lako prepisati. SSD-ovi ne mogu izravno prepisati podatke. Umjesto toga, SSD prvo mora naći praznu stranicu u bloku, a zatim pisati na nju.

Vezani članak: SSD PCIe ili SATA koji odabrati?

Pa onda kako SSD kontrolira brisanje podataka? Kada je dovoljno stranica u bloku označeno kao neiskorištene, SSD će uzeti cijeli sadržaj tog bloka, staviti ga u memoriju, a obrisati cijeli blok. Onda će uzeti prethodno kopirani sadržaj i ispisati ga na tom bloku bez neiskorištenih stranica.

Sve ovo znači da SSD-ovi postaju sporiji tijekom vremena. Kako, pitate se?

Kada imate nov SSD, on je u potpunosti ispunjen blokovima punim praznih stranica. Kada učitate nove podataka na SSD, on odmah može pisati na te prazne stranice velikim brzinama. Međutim, dok ga koristite, ponestaće vam praznih stranica i ostati ćete sa nasumičnim rasutim stranicama koje se više ne koriste.

Budući da SSD ne može izravno prepisati podatke, svaki put kada želite pisati nove podatke od tog trenutka, disk će trebati da:

• Pronađe blok sa dovoljno stranica označenih kao neiskorištene,
• Snimi koje stranice u tom bloku su i dalje potrebne,
• Resetira svaku stranicu u tom bloku na praznu,
• Prepiše potrebne stranice na svježe resetirani blok,
• Zatim ispuni preostale stranice novim podacima.

Dakle, u biti, nakon što ste prošli kroz sve prazne stranice novog SSD-a, disk će morati proći kroz ovaj proces, kad god želi pisati nove podatke. Dakle, usporavanje SSD-a se pojačava tijekom vremena.

Nedostatci SSD diskova

Jedan veliki problem SSD-ova je svojstven za samu flash memoriju: može izdržati samo određen broj pisanja prije nego što se pokvari. Postoji mnogo znanstvenih stvari koje objašnjavanju zašto se to događa, ali dovoljno je reći da dok se koristi SSD, električni naboji unutar stanica se moraju povremeno resetirati.

Nažalost, električni otpor se lagano povećava sa svakim resetiranjem, što povećava napon koji je potreban za pisanje na stanicu. Na kraju, potrebni napon postaje toliko visok da određene stanice postaju beskorisne. Dakle, postoji konačan broj zapisivanja.

No, na kraju, SSD nudi nešto što tradicionalni HDD nikada nije uspio postići, a to su munjevite brzine. SSD je fleš tehnologija iza koje se nalazi mnogo složenih operacija, i iako ova tehnologija dolazi sa nizom vlastitih nedostataka, još uvijek nudi mnogo bolje performanse u konačnici od predhodne tehnologije hard diskova.

Nadamo se da sada imate malo bolje razumijevanje o radu SSD diskova. Zanimljivo je kako tehnologija napreduje i usvaja nova rješenja, bez obzira što i ta nova rješenja donose nove probleme, koji se tokom vremena i upotrebe razvijaju i “bruse” u hodu, u svrhu neutažive gladi za boljim i bržim performansama kao krajnjim ciljem.

Piše: A.P.