Solidny dysk

Podstawowa konstrukcja dysków twardych HDD (Hard Disk Drive) nie zmieniła się od czasu pierwszego „twardziela”, czyli od 1980 roku. Wykorzystuje się w nich jeden lub kilka wirujących talerzy, wykonanych ze szkła pokrytego warstwą materiału ferromagnetycznego, oraz zespół głowic zapisująco-odczytujących. Głowice są umieszczone na ruchomych ramionach, dzięki którym mogą dotrzeć do wybranego sektora z danymi zapisanymi na powierzchni talerzy. Nad pozycjonowaniem głowicy czuwają silniki krokowe oraz elektronika sterująca (budowę dysków twardych opisywaliśmy w PC Formacie 8/2006, artykuł znajduje się na CD).

Mechaniczna konstrukcja to najpoważniejsza wada dysków twardych. Mechaniczne elementy są bardziej zawodne niż elektroniczne. Ograniczają też szybkość odczytu i zapisu danych – nie można zwiększyć znacząco szybkości ruchu głowic i prędkości obrotowej talerzy, nie powodując przy tym błędów w pozycjonowaniu głowic i błędów odczytu czy zapisu informacji. W praktyce dysk twardy jest jednym z wolniejszych podzespołów komputera i często staje się wąskim gardłem przy dostarczaniu danych dla procesora – wydłuża czas wczytywania się programów i startu systemu operacyjnego.

Dyski twarde są też podatne na wstrząsy. Wprawdzie dokumentacja napędów montowanych w note- bookach podaje, że wytrzymają przeciążenia rzędu 1000 G (gdy waga wzrasta 1000 razy) w czasie spoczynku i 325 G w trakcie pracy (np. napędy z serii Hitachi TravelStar), jednak w praktyce upadek notebooka kończy się zwykle uszkodzeniem dysku lub pojawieniem się na nim błędnych, uszkodzonych sektorów. Dysk taki raczej „nie przeżyje” wybuchu pocisku w jego pobliżu czy wyniesienia na orbitę na pokładzie rakiety kosmicznej.

To właśnie potrzeby przemysłu kosmicznego i wojskowości zainicjowały stworzenie nowego rodzaju napędu – trwalszego, bardziej niezawodnego i odporniejszego na wstrząsy niż normalne HDD. Z kolei użytkownikom serwerów zależało na wprowadzeniu napędu znacznie szybszego niż dyski HDD.

W połowie lat 90. ubiegłego wieku amerykańskie firmy BiTMICRO Networks i MemTech opracowały dyski SSD (Solid State Drive, Solid State Disk). Do ich budowy użyły pamięci DRAM (pisaliśmy o nich w PCF 8/2007, artykuł jest na naszym CD). Były to dyski bardzo szybkie, odporne na wstrząsy i niezawierające żadnych elementów mechanicznych. Pierwsze modele napędów SSD oprócz modułów DRAM wykorzystywały specjalne jednostki zasilające z wbudowanymi akumulatorami. Ich zadaniem było podtrzymywanie zawartości pamięci po wyłączeniu zasilania komputera (zasada działania pamięci DRAM jest taka, że jej zawartość zmienia się dynamicznie i jest bezpowrotnie tracona, gdy zostanie wyłączone napięcie zasilające). Konieczność instalowania akumulatorów ograniczała jednak możliwości miniaturyzacji takich napędów.

Problem ten rozwiązały pamięci flash , które do zapamiętania i ciągłego przechowywania informacji nie potrzebują dodatkowego zasilania. Są na tyle szybkie, że można je było zastosować w dyskach SSD zamiast pamięci DRAM. Co więcej, dyski SSD wykorzystujące pamięci flash zużywają znacznie mniej energii niż napędy SSD z modułami DRAM i przede wszystkim są bardziej oszczędne niż tradycyjne dyski twarde. Ponadto są całkowicie bezgłośne i wydzielają minimalną ilość ciepła! Mogą też pracować w większym zakresie temperatur niż zwykłe dyski twarde (patrz tabelka „Porównanie parametrów dysków SSD i tradycyjnych HDD”).

Pierwszy dysk twardy wykorzystujący pamięci flash pojawił się w styczniu 1999 roku. Opracowała go firma BiTMICRO Networks. Od tego czasu, wraz z rozwojem pamięci flash, rośnie pojemność dysków SSD, zmniejszają się ich wymiary (obecnie produkowane są napędy 1,8-, 2,5- oraz 3,5-calowe), wzrasta też szybkość zapisu i odczytu informacji.

Współczesne dyski SSD, niezależnie od producenta, mają podobną budowę. Stosowane w zwykłych dyskach talerze i głowice zostały zastąpione elektronicznym blokiem wielu pamięci flash. Od liczby użytych kości pamięci oraz od ich jednostkowej pojemności zależy pojemność dysku SSD, a szybkość jego działania od prędkości pamięci flash. W niektórych modelach SSD do zwiększenia szybkości pracy stosuje się dodatkowo – podobnie jak w tradycyjnych dyskach – bufor , zwykle w postaci 16- lub 32-kilobajtowych modułów bardzo szybkiej pamięci statycznej SRAM (z nich jest też zbudowana pamięć cache procesorów).

Kolejnym elementem dysku SSD jest jego elektronika sterująca. Jest znacznie prostsza niż w tradycyjnych dyskach, bo nie musi sterować żadnymi mechanicznymi elementami (prędkością obrotową talerzy czy ruchem głowic). Jest to zwykły kontroler pamięci adresujący komórki pamięci flash, z których mają być odczytane lub w których mają być zapisane dane.

Elektronika sterująca pracą dysku SSD „tłumaczy” też strukturę obszarów pamięci dysku SSD na informacje zrozumiałe dla kontrolera dysku twardego znajdującego się na płycie głównej. Ten ostatni posługuje się sposobem adresowania typowym dla tradycyjnych dysków – dzieli dysk na cylindry, głowice i sektory. Układy dysku SSD natychmiast przeliczają wszystkie te dane na wewnętrzną strukturę adresowania SSD. Dzięki temu płyta główna, system operacyjny i dowolny program widzą dysk SSD tak, jak każdy inny tradycyjny dysk twardy. Gwarantuje to pełną zgodność z dotychczasowymi konstrukcjami komputerów i dysków twardych. Dysk SSD można podłączyć do dowolnego, nawet starego, komputera i będzie on w nim poprawnie działał. Jest zresztą zamknięty w takiej samej – pod względem wymiarów – obudowie jak tradycyjny dysk twardy i umieszcza się go w kieszeniach przeznaczonych na HDD.

Ostatnim elementem dysku SSD jest jego interfejs. Służy on do bezpośredniej komunikacji SSD z kontrolerem dysku twardego na płycie głównej. W zależności od modelu w dyskach SSD do desktopów i notebooków montowane są interfejsy Serial ATA, Serial ATA II, Ultra ATA 100/133, a w dyskach SSD przeznaczonych do serwerów – interfejsy SCSI, SAS (Serial Attached SCSI) bądź FibreChannel. Pozwala to użytkownikowi dobrać dysk SSD do swoich potrzeb.

W Polsce nie można kupić dysków SSD tak po prostu w sklepach. Są sprowadzane jedynie na zamówienie. Powodem są ich wysokie ceny. Przykładowo napędy SSD firmy SanDisk o pojemności 32 GB, formatu 1,8” kosztują ok. 600 dolarów; 3,5--calowy szybki dysk firmy Mtron o pojemności 64 GB – 1200 euro. Najbardziej pojemny obecnie na świecie model SSD – Zeus IOPS 512 GB firmy STEC, który według producenta jest ponad 200 razy szybszy od najszybszych modeli dysków tradycyjnych – kosztuje, 15 tys. dolarów.

Ceny dysków SSD dość szybko maleją. Ich producenci przewidują, że napędy SSD o dużej pojemności (512–1024 GB) w 2012 roku będą kosztować od 600 do 800 dolarów. Z kolei małe dyski 64–128 GB – takie, jakie montuje się w notebookach – w przyszłym roku powinny kosztować 400–600 dol., a za mniej więcej dwa lata – ok. 200 dol. Spadek cen przełoży się na szersze zastosowanie dysków SSD, przede wszystkim w notebookach – firma analityczna iSupply przewiduje, że do końca 2009 r. dyski SSD będą wykorzystywane w 12 proc. nowych komputerów przenośnych. Obecnie montują je w swoich notebookach Samsung, Toshiba, Lenovo, ale tylko na zamówienie, także indywidualnych użytkowników. Wszystkie notebooki polowe dla Pentagonu są standardowo wyposażone w dyski SSD firmy SuperTalent; notebooki HP dla NASA wykorzystują dyski SSD Transcenda lub Apacera, natomiast laptopy Toshiby dla Europejskiej Agencji Kosmicznej – swoje dyski SSD.

• iSuplay przewiduje, że do końca 2009 r. dyski SSD znajdą się w około 12 proc. wszystkich notebooków, 35 proc. laptopów będzie miało zainstalowane dyski hybrydowe (połączenie tradycyjnych dysków i pamięci flash).
• Gartner swoje prognozy podaje w sztukach. Zakłada, że w tym roku dyski SSD będą wykorzystywane w blisko 4 mln sztuk komputerów przenośnych, w 2008 roku będzie je miało 10 mln notebooków, a w 2009 – ok. 17 mln.

• Pracuje bezszelestnie
• Zużywa znacznie mniej energii
• Komputer z SSD przy operacjach dyskowych jest 50 – 100 razy szybszy niż komputer z HDD – system operacyjny i programy uruchamiają się natychmiast