گجت نیوز آخرین اخبار تکنولوژی، علم و خودرو 
چرا حافظه های SSD (درایوهای حالت جامد) در مقایسه با هارد دیسک های مکانیکی، سریع‌تر هستند و آیا در بلندمدت می‌توان به دوام آنها اطمینان کرد؟
امروزه تقریبا همه ما می‌دانیم که حافظه های SSD عملکردی سریع‌تر از هارد دیسک‌های مکانیکی را ارائه می‌دهند. اما سوال اینجاست که چرا درایوهای حالت جامد سرعت بالاتری دارند؟ به طور کلی می‌توان گفت که هر دو درایو از اصول کاری کاملا متفاوتی استفاده میکنند که یک عامل تعیین‌کننده در تفاوت سرعت میان این دو است.
نحوه کارکرد هارد دیسک مکانیکی
ساختار داخلی یک هارد دیسک مکانیکی از چند جزء تشکیل شده است. این نوع حافظه دارای یک موتور، یک دیسک مغناطیسی، یک بازوی مغناطیسی و یک سر مغناطیسی است. هنگامی‌که هارد دیسک مکانیکی شروع به کار می‌کند، سر مغناطیسی چند نانومتر بالاتر از سطح دیسک معلق می‌شود. شبکه‌های کوچک متعددی نیز روی سطح دیسک وجود دارند. علاوه بر این، بسیاری از ذرات مغناطیسی کوچک در شبکه‌های کوچک قرار دارند.
هر یک از ذرات مغناطیسی روی این دیسک‌ها، قطبیت خاص خود را دارند. هنگامی‌که قطبیت ذرات مغناطیسی رو به پایین باشد، 0 ثبت می‌شود و در حالتی‌که به سمت بالا باشد به صورت 1 ثبت می‌شوند. بنابراین، سر مغناطیسی میتواند با شناسایی قطبیت ذرات مغناطیسی، آنها را بخواند. سر مغناطیسی هم‌چنان میتواند از میدان مغناطیسی متغیر خود برای تغییر قطبیت ذرات مغناطیسی روی دیسک استفاده کند. بنابراین، داده‌های روی دیسک را می‌توان نوشت و هم‌چنین بازنویسی کرد.
دیسک دارای چندین بخش (Sector) و ترک (Track) است که امکان مکان‌یابی دقیق موقعیت دادهها را از این طریق بر روی سطح دیسک فراهم می‌کند. دادهها در بخش هفتم از ترک پنجم دیسک ذخیره می‌شوند. سر مغناطیسی، ابتدا روی مسیر پنجم می‌چرخد و سپس منتظر می‌ماند تا سکتور هفتم بازگردد. دادهها تنها زمانی قابل خواندن هستند که بخش هفتم زیر سر مغناطیسی بچرخد. این نحوه کارکرد دیسک‌های سخت مکانیکی است. دقیقا به این علت که هارد دیسک های مکانیکی از قطب‌های مغناطیسی برای ذخیره دادهها استفاده میکنند، به همین جهت، این نوع از حافظه‌های ذخیره‌سازی، اغلب دیسک‌های مغناطیسی نامیده می‌شوند.
نحوه کارکرد حافظه های SSD
نحوه کار حافظه های SSD یا درایوهای حالت جامد، با هارد دیسک های مکانیکی کاملا متفاوت است. این دسته از حافظه‌های ذخیره‌سازی، از ساختاری کاملا الکترونیکی برخوردار هستند. واحد اصلی ذخیره‌سازی دادهها در حافظه‌های اس‌اس‌دی، تزانزیستور دروازه شناور نامیده می‌شوند. ساختار اصلی شامل یک لایه دروازه شناور برای ذخیره الکترون‌ها، یک الکترود کنترل G، یک زیرلایه P، یک الکترود منبع D و الکترود تخلیه S است. تعداد الکترون‌های لایه دروازه شناور را 0 بالای یک مقدار مشخص و 1 زیر یک مقدار معین می‌شماریم.
ورود اطلاعات
هنگام نوشتن دادهها، نیاز به اعمال ولتاژ بالا به الکترود کنترل G وجود دارد. بنابراین، الکترون‌ها می‌توانند از لایه تونل عبور کرده و وارد لایه دروازه شناور شوند. به دلیل وجود لایه عایق، الکترون‌ها دیگر نمی‌توانند به جلو حرکت کرده و بنابراین در لایه دروازه شناور حفظ می‌شوند. وقتی ولتاژ را حذف می‌کنیم، این الکترون‌ها هم‌چنان در لایه دروازه شناور باقی می‌مانند.
از آنجاکه لایه تونل اساسا یک عایق محسوب می‌شود، میتواند الکترون‌ها را به دام انداخته تا از این طریق بتواند هر بیت داده را ذخیره کند. مدت زمانی‌که این الکترون‌ها می‌توانند به دام بیفتند، تعداد سال‌هایی است که حافظه های SSD قادر به ذخیره دادهها هستند. به طور کلی، یک درایو حالت جامد جدید میتواند دادهها را به مدت 10 سال ذخیره کند. زیرا با گذشت زمان، جیلبریک‌های الکترونیکی مداومی رخ خواهند داد. وقتی تعداد الکترون‌های جیلبریک به تعداد مشخصی برسند، داده‌هایی که ذخیره می‌کنیم، به طور خودکار حذف خواهند شد.
پاک‌سازی دادهها در حافظه های SSD
هنگامی‌که ما داده‌های موجود در یک حافظه SSD را پاک می‌کنیم، در واقع این الکترون‌ها را آزاد می‌کنیم. این به معنای اعمال ولتاژ بالا بر روی بستر است تا الکترون‌ها به بیرون جریان پیدا کرده و اطلاعات پاک شوند. از طریق توضیحات فوق، فرآیند نوشتن و پاک کردن دادهها قابل درک هستند.
خواندن دادهها
درک نحوه خواندن دادهها در حافظه‌های SSD بسیار ساده است. هنگامی‌که هیچ الکترونیکی در لایه دروازه شناور وجود نداشته باشد (داده‌های ذخیره شده 1 است)، ولتاژ پایینی را به مرحله کنترل می‌دهیم، به دلیل ولتاژ پایین، الکترون‌ها فقط می‌توانند به موقعیت نزدیک به لایه تونل جذب شوند. با این حال، نمی‌توانند از لایه تونل عبور کرده و بنابراین تخلیه الکترودها میتواند جریان داشته باشد.
اگر جریان تشخیص داده شود، به این معنا است وقتی الکترون‌ها در لایه دروازه شناور قرار دارند (داده‌های ذخیره شده 0 است)، الکترون‌ها را ذخیره نمی‌کند و داده‌های خوانده شده 1 است. هم‌چنین در این فرآیند ولتاژ پایین به الکترود منتقل می‌شود. از آنجاکه الکترون‌های لایه دروازه شناور، این الکترون‌ها را دفع میکنند، بنابراین آنها نمی‌توانند به موقعیت نزدیک به لایه تونل جذب شوند. بنابراین، تخلیه منبع هدایت نخواهد شد و جریانی شکل نمی‌گیرد.
اما اگر جریان را تشخیص ندهد، بدین معناست که لایه دروازه شناور، مقدار مشخصی از الکترون را ذخیره می‌کند و داده‌های خوانده شده 0 است. در این حالت، تعداد بی‌شماری از ترانزیستورهای دروازه شناور می‌توانند برای ذخیره تعداد زیادی 0 و 1 در کنار یکدیگر قرار بگیرند. آنها شبیه قفسه‌های کتاب در یک کتابخانه عمل کرده و داده‌های 0101 را به صورت نامحدود ذخیره میکنند.
هارد دیسک های مکانیکی در برابر حافظه های SSD
در مقایسه با ساختار مکانیکی هارد دیسک‌های مغناطیسی، ساختار الکترونیکی خالص درایوهای حالت جامد، مزایای بسیار برجسته‌ای را از نظر سرعت دسترسی ارائه می‌دهد. قبل از اینکه هارد دیسک مکانیکی اقدام به خواندن دادهها بکند، باید بازوی مغناطیسی را به بالای مسیر مربوطه چرخانده و سپس منتظر بماند تا بخش مربوطه برگردد. اگرچه سرعت هاردهای مکانیکی فعلی 7200 دور در دقیقه یا 5400 دور در دقیقه هستند که بسیار سریع به نظر می‌رسند، اما این دو عملکرد هم‌چنان باعث ایجاد تاخیری در حدود ده میلی‌ثانیه می‌شوند.
این تاخیر با اینکه در ظاهر بسیار ناچیز است، اما تاثیر قابل توجهی بر حافظه رایانه و عملکرد پردازنده دارد. از سوی دیگر، کل فرآیند حافظه های SSD بر مبنای تعامل الکترونیکی است. بنابراین سرعت سیگنال‌های الکترونیکی بسیار بیشتر از ساختار مکانیکی بازوهای مغناطیسی و دیسک‌های مغناطیسی است.
اگر داده‌های شما به طور تصادفی در گوشه و کنار دیسک پراکنده شده‌اند، هارد دیسک‌های مکانیکی باید چندین جستجو و مسیر را طی کنند و منتظر بمانند تا بخش‌ها چندین بار به پایین سر مغناطیسی بچرخند. بنابراین، زمانی‌که هارد دیسک مکانیکی بخواهد فایل‌های پراکنده را بخواند، عملکردی بسیار ضعیف و کند را ارائه می‌دهد. بدین ترتیب، عملکرد خواندن و نوشتن تصادفی کند خواهد بود.
پس از درک کارکرد درایوهای حالت جامد، اکنون می‌توان دریافت که چرا حافظه های SSD در تعداد پاک کردن و نوشتن داده، دارای محدودیت هستند. دلیل اصلی این است که طی فرآیند پاک کردن و نوشتن، الکترون‌ها به طور مکرر وارد لایه تونل شده و از آن خارج می‌شوند. این فرآیند در نهایت منجر به آسیب به لایه تونل خواهد شد.