Общеизвестно, что твердотельные накопители «быстрее», чем механические жесткие диски. Но вопрос в том, почему твердотельные накопители быстрее механических жестких дисков? Правда в том, что оба привода используют совершенно разные принципы работы. Это основной фактор разницы в скорости между ними.
Принцип работы механического жесткого диска
Внутренняя структура механического жесткого диска состоит из нескольких компонентов. Он имеет двигатель, магнитный диск, магнитную головку и магнитную головку. Когда механический жесткий диск работает, магнитная головка подвешивается на несколько нанометров над поверхностью диска. На поверхности диска много мелких решеток. Кроме того, в малых решетках имеется много мелких магнитных частиц.
Магнитные частицы на этих дисках имеют определенную полярность. Когда полярность магнитных частиц направлена вниз, она записывается как 0. Когда полярность магнитных частиц направлена вверх, она записывается как 1. Таким образом, магнитная головка может считывать магнитные частицы. Он делает это, определяя полярность магнитных частиц. Магнитная головка также может использовать свое изменяющееся магнитное поле для изменения полярности магнитных частиц на диске. Таким образом, данные на диск можно записывать и перезаписывать.
Диск имеет несколько секторов и дорожек. Это позволяет точно определять положение данных на поверхности диска. Данные хранятся в седьмом секторе пятой дорожки диска.
Голова сначала будет качаться над пятой дорожкой, а затем ждать, пока перевернется седьмой сектор. Данные можно прочитать только тогда, когда под магнитной головкой повернется седьмой сектор.
Это принцип работы механических жестких дисков. Именно потому, что механические жесткие диски используют магнитные полюса для хранения данных, механические жесткие диски часто называют магнитными дисками.
Принцип работы твердотельных накопителей
Принцип работы твердотельных накопителей (SSD) полностью отличается от принципа работы механических жестких дисков. Твердотельные накопители используют чисто электронную структуру. Основной блок для хранения данных на твердотельном жестком диске называется транзистором с плавающим затвором. Базовая структура включает слой с плавающим затвором для хранения электронов, управляющий электрод G, подложку P, электрод истока D и электрод стока S.
Мы считаем количество электронов в слое с плавающим затвором как 0 выше определенного значения и 1 ниже определенного значения.
Гизчина Новости недели
Ввод данных
При записи данных возникает необходимость подачи высокого напряжения на управляющий электрод G. Таким образом, электроны могут пройти через туннельный слой и попасть в слой с плавающим затвором. Из-за наличия изолирующего слоя электроны больше не могут двигаться вперед и поэтому остаются в слое с плавающим затвором. Когда мы удалим напряжение, эти электроны все равно останутся в слое с плавающим затвором. Поскольку туннельный слой по сути является изолятором, он может улавливать электроны, чтобы хранить немного данных.
Как долго эти электроны могут «ловить» — это количество лет, в течение которых твердотельный накопитель может хранить данные. Как правило, новый твердотельный накопитель может хранить данные в течение 10 лет. Потому что с течением времени происходят сплошные электронные «джейлбрейки». Когда количество «побег из тюрьмы» электронов достигает определенного числа, сохраненные нами данные автоматически удаляются.
Удалить данные
Когда мы стираем данные на SSD, мы фактически высвобождаем эти электроны. Это означает подачу высокого напряжения на подложку, чтобы электроны вытекали наружу и информация стиралась. Благодаря приведенному выше описанию мы понимаем процесс записи и стирания данных.
Чтение данных
Принцип считывания данных также очень прост. Когда в слое с плавающим затвором нет электронов (сохраненные данные равны 1), мы подаем низкое напряжение на каскад управления, из-за низкого напряжения электроны могут притягиваться только в положение, близкое к туннельному слою. Однако он не может пройти туннельный слой, поэтому сток электрода может включиться для формирования тока.
Если он обнаруживает ток, это означает, что он не хранит электроны, а считанные данные равны 1. Когда в слое с плавающим затвором есть электроны (сохраненные данные равны 0). Также подаем низкое напряжение на управляющий электрод. Поскольку электроны в слое с плавающим затвором отталкивают эти электроны, электроны не могут притягиваться к положению, близкому к туннельному слою. Сток истока не будет проводить, и ток не будет течь.
Если он не обнаруживает ток, это означает, что слой с плавающим затвором хранит определенное количество электронов, а считанные данные равны 0. Бесчисленные транзисторы с плавающим затвором могут складываться вместе для хранения большого количества нулей и единиц. Они похожи на книжные полки в библиотеке и хранят неограниченное количество данных 0101.
Механические жесткие диски против твердотельных накопителей
По сравнению с механической структурой механического жесткого диска чисто электронная структура твердотельного жесткого диска имеет очень заметные преимущества с точки зрения скорости доступа. Прежде чем механический жесткий диск прочитает данные, ему необходимо повернуть магнитную головку в верхнюю часть соответствующей дорожки, а затем дождаться переворота соответствующего сектора. Хотя большинство современных механических жестких дисков имеют скорость 7200 об/мин или 5400 об/мин, что кажется очень быстрым, эти две операции по-прежнему вызывают задержку около десяти миллисекунд.
Эта задержка действительно незначительна для человека, но она оказывает значительное влияние на память и ЦП компьютера. Весь процесс твердотельных накопителей представляет собой электронное взаимодействие. Таким образом, скорость электронных сигналов намного превышает механическую структуру плеч магнитных головок и магнитных дисков.
Если ваши данные хаотично разбросаны по всем углам диска, механическому жесткому диску нужно пройти многократные поиски и адреса, и много раз дождаться, пока сектора повернутся к низу магнитной головки. Поэтому, когда механический жесткий диск читает разрозненные файлы, производительность очень слабая и медленная. То есть производительность случайного чтения и записи низкая.
Разобравшись с принципом работы твердотельных накопителей, вы сможете понять, почему твердотельные накопители имеют ограничение на количество операций стирания и записи. Это связано с тем, что в процессе стирания и записи электроны многократно входят и выходят из туннельного слоя. В конечном итоге это приводит к повреждению туннельного слоя.
