لنتحدث عن الهارد SSD وهو اختصار solid-state drives دعنا أولا نتعرف على اهم مكون وفيه وهو شيب الناند فلاش Chip NAND Flash الذى يتم تخزين الداتا عليه وهو بديل الأقراص Plattersفي الهارد العادى.ويوجد أيضا ( شيب الناند ) في الموبايل وفى التابلت كشيب ميمورى للتخزين.
SSD بالطبع اسرع من الهارد ديسك العادي بمراحل . و قد يأتي في شكل هارد SATA أو ك PCI EXPRESS أو على شكل كارت له سوكت خاص على اللوحة الرئيسية في الجهاز أو كهارد SAS .
وهو اسرع من الهارد العادى لسببين
1- ان الناند بما انه شيب وليس بلاتر (قرص) فالكتابة فيه مباشره بتكون LBA إنما الهارد بنظام الأقراص فالكتابة فيه CHS والبورده بتحول الداتا من والى الهارد ل LBA
2- الانترفيس بتاع الهارد يعنى هو باتا ولا ساتا 1 ولا 2 ولا 3 وطبعا سرعاتهم معروفه
PATA: 133 MB/s
SATA‐I: 125 MB/s
SATA‐II: 250 MB/s
SATA‐III: 500 MB/s
* الهارد SSDبيجى ساتا 2 أو 3 . أو ك PCI EXPRESS بسرعه 500 MB/s للممر الواحد فلو هو كارت 16x اضرب بقى ال 500 ميجا *16
*شيب الناند فلاش هو نفسه اللي موجود في الفلاشات العادية ولكن داخل الهارد SSD يتم التعامل معه وتسجيل الداتا عليه بطريقه مختلفة . وهنا حتى الآن عائلتان أساسيان هما SLC و MLC
كما ان هناك جيل جديد اسرع من Chip NAND Flash يسمى NOR flash وهو اسرع من الناند ولكن اغلى سعرا جدا ها نتكلم أولا عن NAND ثم عن NOR
— NAND Flash Ship —
قواعد عمل الناند
قواعد وبروتكولات عمل الناند عموما من قراءه وكتابه وترتيب تضعها منظمه تسمى ONFI
منظمه ONFI
دي المنظمة اللي حطت قواعد وبروتوكولات وأسلوب عمل الناند والقراءة والكتابة عليه . وكذلك طريقه عنونه تسجيل الملفات على شيبات الناند بأنواعها وطريق عمل ارجل هذه الشيبات حسب أنواعها (اشكالها) TSOP-48, WSOP-48, LGA-52, BGA-63 . كذلك الأوامر القياسية للتعامل معها كعمل فورمات وعمل فيرم وير الخ
كيف يتم تسجيل الداتا على الناند فلاش
اولا الفلاش شيب أيا كان نوعها وهى موجوده داخل إيه هي مجموعه ترانزستورات زي ما بالصورة نفس فكره عمل الترانزستورNPN.هنا اشاره كهربيه تدخل لتسجل على طبقه من السيلكون كما بالصوره
مكونات الهارد SSD
شيبات الناند فلاش في الهارد SSD بتكون مصفوفه مع بعض برتيب ويتحكم فيها كونترولر Controller هو المسئول عن الكتابة والقراءة من هذه الشيبات قد يوجد مع الناند DRAM وهو مثل الكاش في الهاردات العادية . وقد يكون مدرج في الكونترولر
الأن عندنا 4 مكونات أساسيه في الهارد SSD
1- كونترولر
2- شيبات الناند منظمه في مصفوفات متوازية parallel
3- الكاش أو ال DRAM التي تساعد الكونترولر
4- Eprom بمثابه بايوس للإعداد الهارد وقد لا يوجد ويكون مدمج مع الكونترولر
5- سوكت التوصيل ك ساتا SATA أو مينى ساتا صغير Mini SATA لتوصيل الهارد
أولا الكونترولر
الكونترولر هو برسسور الهارد
وهو المسئول عن القراءة من مصفوفه شيبات الناند والكتابة عليها وهو في الهارد SSD أنواع مختلفة تختلف تماما في النوع والتركيب عن الكونترولر الموجود في الهارد العادي . والكونترولر مش هو نوع الهارد يعنى توشيبا كهارد SSD مثلا تستخدم كونترولر JMicron . كل كونترولر له طريقته في التعامل مع شيبات الناند تختلف عن باقي الأنواع . وكل كونترولر له مزاياه وعيوبه
اشهر أنواعه
1- Indilinx
2- JMicron
3- Intel
4- Marvell
5- Samsung
6- Seagate
7- Sandforce
لاحظ حاجه . انه نوع الكونترولر في الهارد SSD في رأيي الشخصي اهم من اسم الشركة المصنعة للهارد سواء كنج ستون أو انتل أو ويسترن أو سامسونج .
كونترولر مثلا Sandforce عيوبه كتيره جدا رغم انه سريع ممكن تلاقيه في هارد انتل أو كنج ستون وهكذا .
فقبل ما تشترى هارد زي ما بتهتم باسم الشركة المصنعة اهتم برضه بأنك تعرف الكونترولر اللي فيه إيه
مكونات الكونترولر
1- micro controller اللي هو بروسسور الهارد نفسه اللي بيعالج كل العمليات اللي بتتم على الهارد
2- Buffer وهو بمثابه كاش لتسريع عمليات الميكرو بروسيسور
3- Error check & correction وده جزء مهم جدا في الناند عموما بقوم بعمليه تصحيح الأخطاء أثناء القراءة والكتابة ويسمى اختصارا ب ECC . وهذا العيب عموما هو كابوس كل أنواع شيبات الناند .
4- flash interface modules ويرمز لها اختصارا ب FIM ودى مجموعه من الموديولات التي تمثل Firmware الخاص بالهارد أو نظام تشغيله وتسمى الموديولات في الهاردات SSD ب FIM
ثانيا الناند شيب
عندنا عائلتين أساسيتين من شيبات الناند هما SLC و MLC
ومن عائله MLC يوجد منها TLC و EMLC و MLC
عائلة SLC
هو أول جيل من الشيبات اللي اتعمل بيها الهاردات SSD . قويه في التحمل . سرعتها حوالى (10k, 20k, P/E cycles) أو اكتر . وطبعا غاليه السعر
فنياََ : الشيبات دي شبيات مستوى واحد single-level cell ومها جاء الاسم SLC . يعنى طريقه تخزين البيانات في خلايا الناند أحاديه المستوى اللي هو 0 أو 1 .
لذلك هي أبطأ عن ما سيلى من الأنواع وكم الداتا المخزن اقل .وكذلك مستويات الجهد في كل خليه اقل. كل ده يحكمه الفولت طبعا اللي داخل للشيب
فعمني single-level cell أنها ها تسجل 1bit فالمرة الواحدة يعنى بكتب إما 0 أو 1 في المرة الواحدة بالخلية . المحصلة هنا 2 فولت فقط.
ده مش معناه انه بطئ لان الهارد فيه ملايين الخلايا . على فكره ده بيدي الهارد استقرار اكثر من كل الأنواع اللي اسرع منه
اللي ها نعرضها لان الأنواع الأسرع تتطلب دقه كهربيه اعلى ووقت تدقيق ECC اكتر. رغم إنها تخزن داتا اكتر . يعنى هنا حجم الهارد كسعه بيكون اقل لكن استقرار اكبر
عائلة MLC
MLC
وهى اختصار Multi‐Level Cell ومن الاسم فهي شيبات متعددة المستوى في القراءة والكتابة. يعنى عندنا الأن مستوين للقراءة والكتابة .
كل مستوى ب 2 فولت كأنه single-level cell
EMLC
هي اختصار Enterprise Multi‐Level Cell هي نفس MLC ولكن بزياده قليله في المساحة بنفس مستويات القراءة والكتابة 2bit مع بعض التحسينات
TLC
تعبر من نفس عائله MLC وهى اختصار Triple Level Cell .تتعامل مع الخلايا ب 3 BIT يعنى 3 مستويات زي ما في الصورة
الأن كل ما تزيد مستويات الخلايا كل ما تزيد المساحة بالتأكيد اللي هيه السعه التخزينية للهارد . وكمان بتقل التكلفة لان نفس الشيب الواحد الموجود بيتكتب عليه كأنه 3 فبتوفر في عدد الشيبات . ولكن برضه بتزيد المشاكل خصوصا مع موضوع زياده نقاط القراءة readpoint في SLC يوجد نقطه وفى MLC يوجد 3 أما في TLC يوجد 7 نقاط .
هذا يزيد احتماليه الأخطاء لأنك كده بتدى الخلية فولت مستمر لو انت تتعامل مع المستوى الأول يعطى الشيب كلها ولو الثاني أو الثالث كلها برضه .
ده يقلل العمر الافتراضي لتشيبات الناند وكذلك يزيد العبء على الكونترولر .
كذلك الحرارة الناتجة بتكون كبيره ولذلك بتلاقي الهاردات ال SSD في غلاف من المعدن وغالبا من الألمونيوم لتشتيت الحراره.
عشان مشاكل ال TLC اتجهت شركه سامسونج لإنتاج تقنيه جديده اسمها لشيبات جديده وهى V nand أو تسمى 3D NAND لأنها بتستخدم الترانزستورات الجديدة الل 3D اللى أنتجتها شركه INTEL
شوف الفيديو ده عن V-NAND
— NOR FLASH —
NOR كفلاشات بيكون نوعين Serial NOR و Parallel NOR . Serial بيجى ك كشيب بيوس مثلا في اللابات والموبايل والتابلت أو روم في الهارد ديسك . أما Parallel فهو في الهادرات وفلاشات التخزين الداخلية في الموبايلات
ال NOR بتفرق إيه عن NAND ؟
في ان NOR أولا عمره أطول كشيب . أداءه اعلى . الوصول العشوائي للبيانات المسجلة فيه اعلى . استهلاكه للبور اقل .
وبرضه مشاكله كتيره
الهارد SSHD
الهارد SSD كمساحه صغير مقارنه بالهاردات العادية اللي مساحاتها وصلت ل 10 جيجا .
فكانت الفكرة أزاي استفيد بسرعه ال SSD ومساحه الهارد العادي . يعنى نضرب الاتنين في الخلاط يطلع لنا هارد خليط من الاثنين يسمى Hybrid drive ويرمز له اختصارا ب SSHD
كيف يتم الخلط
يتم ذلك بإضافة دائرة ناند كامله (كونترولر ناند + شيب ناند + كاش أو بفر ) جميعهم مدمج داخل البورده PCB الخاصة بالهارد العادي
بكده بتاخد سرعه الناند و مساحه الهارد العادى
ولكن بتصعبها جدا عند محاوله الإصلاح أو استرجاع الداتا عند تلف الهارد لان عطل اى حاجه سواء بدايره SSD أو بالهارد العادى كأن الاتنين بقو عطالين
لاحظ شىء مهم : ان ال SSD هنا في الهارد Hybrid مش دوره مساحه يعنى انت لا تستفيد بمساحته هو كاش فقط لتسريع الهارد العادى
الصورة لبورده هارد Hybrid أو SHDD
كما بالصورة الكلام بالبنى خاص بدائرة SSD والكلام بالأصفر خاص بمكونات بورده الهارد العادية
المصادر
http://www.whd.global/downloads/2014/hStag3a6.pdf
https://books.google.com.eg/books?id=8LS3egzcBG4C&redir_esc=y
http://research.microsoft.com/pubs/63596/usenix-08-ssd.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive
http://www.onfi.org/~/media/ONFI/specs/ONFI_3_0_Gold.pdf
https://www.ece.umd.edu/~blj/papers/thesis-PhD-cagdas–SSD.pdf
http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/minisite/SSD/global/html/ssd850evo/overview.html
http://www.wdc.com/WDProducts/SSD/whitepapers/en/NAND_Evolution_0812.pdf
http://storage.toshiba.com/techdocs/ToshibaSDDCorpBackgrounder.pdf
تعليق وحيد