مقدمه
هارددیسک‌ها در دهه 1950 اختراع شدند. در ابتدا آنها دیسک‌های بزرگی به ضخامت 20 اینچ بودند و فقط چند مگابایتي از اطلاعات را مي‌توانستند ذخیره کنند. در ابتدا نام آنها "دیسک‌های ثابت " (Fixed Disks) یا وینچسترز (یک اسم رمز که قبلاً برای یک محصول محبوب IBM استفاده می‌شده است) بود. بعدها برای تشخیص آنها از فلاپی دیسک (ديسک نرم)، نام‌ هارددیسک بر روی آنها گذاشته شد.

با گذشت زمان و بالا رفتن حجم اطلاعات مورد نیاز کاربران، کم کم نیاز به دیسک‌هایی با سرعت انتقال بیشتر و مصرف انرژی کمتر احساس شد که این مسئله در مورد دستگاه‌های قابل حمل، مثل نوت‌بوک‌ها و نِت‌بوک‌ها، بیشتر احساس می‌شود. بنابراین شرکت‌های سازندۀ‌ هارددیسک، به فکر ساخت دیسک‌هایی با سرعت انتقال بسیار بالا و مصرف انرژی کمتر افتادند و توانستند دیسک‌هایی را با الهام از تکنولوژی بکار گرفته شده در Flash درايوها بسازند که هم سرعت بیشتری دارد و هم انرژی کمتری مصرف می‌کند. اين ديسک‌ها همان SSD‌ها هستند.

چون داده‌‍‌ها به جای حالت مغناطیسی (یعنی ذخیره شدن بر روی دیسک‌های فلزی بنام پلاتر) به شکل الکتریکی ذخیره می‌شوند (بر روی چیپ‌های الکترونیکی) لذا SSD‌ها سریع‌تر از‌هارددیسک‌های معمولی عمل مي‌کنند. این سرعت بیشتر مي‌تواند 2 دلیل مهم داشته باشد:

1- نیازی به تبدیل اطلاعات مغناطیسی به اطلاعات الکتریکی نیست.
2- هیچ قطعۀ مکانیکی وجود ندارد، بنابراین داده‌ها به سهولت در دسترس هستند در حالی که در ‌هارددیسک‌ها، مدت زمانی جهت رسیدن هِد ‌هارددیسک به جایی که اطلاعات ذخیره شده است  (Seek Time)نیاز است. بنابراین مي‌توان ادعا کرد که سرعت SSD‌ها نزدیک به سرعت حافظه‌های Flash است. همچنین به دلیل عدم وجود قطعه مکانیکی در SSD‌ها، این نوع از حافظه‌ها کاملاً بی‌صدا بوده و حرارت کمتری در مقایسه با HDD‌ ها تولید مي‌کنند.

نکته: هرگاه در ساخت یک SSD، از حافظه‌های SRAM یا DRAM (بجای حافظه‌های Flash) استفاده شده باشد، به آن RAM Drive گفته مي‌شود.

یکی از نکات مهم درمورد SSD‌ها این است که از آنجايی که داده‌ها در چیپ‌های حافظه ذخیره می‌شوند، SSD یک دیسک نیست. بنابراین اصطلاح
"دیسک‌های SSD "، اشتباه است و باید از اصطلاح " واحد ssdا" (SSD Unit) استفاده نمود.
بطور کلی واحدهای SSD، در 3 نوع 3.5، 2.5 و 1.8 اینچی ساخته شده‌اند زیرا حداقل باید هم اندازۀ دیسک‌های مورد استفاده در نوت‌بوک‌ها و نِت‌بوک‌ها باشند. از نظر نوع واسط (اينترفيس) نیز واحدهای SSD با هر 2 نوع واسط ATA و SATA سازگار هستند.

نکته: ماهنامه رايانه خبر در مقاله "mushkin SSD 60GB" در شماره 52 به تفصيل به بررسي و تست يک SSD 60 گيگابايتي و مقايسه آن با يک‌هاردديسک 320 گيگابايتي پرداخته است.

1ـ Flash Memory
منظور از این بخش، همان جایی است که داده ذخیره مي‌شود. این بخش نیز از نوع حافظه‌های مورد استفاده به عنوان فلش درایو، کارت‌های حافظه برای دوربین‌های دیجیتال و ... است.
بطور کلی SSD‌ها، به دلیل نوع تکنولوژی ساختشان و همچنین استفاده زیاد از این نوع حافظه‌ها، گران هستند.

حافظه‌های Flash، مي‌توانند تحت 2 تکنولوژی مختلف ساخته شوند : NAND و NOR
نوع مورد استفاده در اکثر دستگاه‌ها، NAND است. بنابراین تکنولوژی مورد استفاده در اکثر فلش درايوهای فعلی، NAND است.
دو شرکت Intel و Micron که سرمایه گذاری مشترکی را در سال  2006تحت نام
IM Flash Technologies، آغاز کرده اند، در تاریخ 1 فوریۀ امسال 2010، موفق به ساخت تکنولوژی 25 نانومتری برای حافظه‌های NAND شدند. بکارگیری این تکنولوژی در ساخت SSD‌ها مي‌تواند انقلاب بزرگی به حساب آید. از مزیت‌های تکنولوژی NAND، مي‌توان به موارد زیر اشاره کرد :
بهینه بودن هزینۀ ساخت، افزایش قابلیت اعتماد، چگالی بیشتر برای داده‌ها (افزایش ظرفیت )، کاهش سایز حافظه‌ها و ...

تکنولوژی NOR، این امکان را مي‌دهد تا بتوان از روي آن برنامه‌ها را اجرا کرد (شبيه کاري که رم در سيستم‌هاي دسکتاپ انجام ‌مي‌دهد)  و اساساً در ساخت رم‌‌هاي تلفن‌های همراه مورد استفاده قرار مي‌گیرد.

از سوی دیگر، حافظه‌های Flash از نظر نوع چگالی حافظه، در 2 گروه قرار مي‌گیرند :
• (SLC (Single Level Cell : در چیپ‌های SLC، هر مدار ذخیره سازی داخلِ چیپ، تنها یک بیت از اطلاعات را ذخیره می‌کند.
• (MLC ( Multiple Level Cell : در چیپ‌های MLC، هر مدار ذخیره سازی، بیش از یک بیت از اطلاعات را ذخیره مي‌کند.

به همین دلیل چیپ‌های MLC، ارزان‌تر از چیپ‌های SLC هستند. زیرا یک چیپ MLC مي‌تواند حجم بیشتری از اطلاعات را در خود نگه دارد. بنابراین، واحدهای SSD ارزان‌تر، از چیپ‌های MLC استفاده کرده‌اند. در حالیکه واحدهای گران‌تر، از چیپ‌های SLC، استفاده نموده‌اند.
از آنجايیکه بیت‌های دادۀ داخل چیپ‌ها به یکدیگر نزدیک هستند، چیپ‌های MLC، نرخ تولید خطای بیشتری دارند. نکته مهم اینکه این خطا‌ها، برای کاربر قابل مشاهده نیستند، زیرا چیپ کنترلر، با استفاده از مکانیزم تصحیح خطا، خطا‌های مذکور را تشخیص داده و بطور خودکار آنها را برطرف مي‌کند. ولی به هر حال تشخیص و تصحیح خطا زمان مي‌برد (هرچند این زمان اندک باشد). بنابراین مي‌توانیم به این نتیجه رسيد که :
" چیپ‌های MLC، کندتر از چیپ‌های SLC هستند"

عیب دیگر چیپ‌های MLC، این است که از عمر کوتاه‌تری نسبت به چیپ‌های SLC برخوردار هستند(در واقع، حافظه‌های Flash دارای تعداد دفعات محدودی برای انجام عملیات نوشتن و پاک کردن هستند).

معمولاً چیپ‌های SLC، قبل از آنکه غیر قابل اعتماد شوند،  اجازۀ 100 هزار سیکل نوشتن و پاک کردن را به ما مي‌دهند. در حالیکه چیپ‌های MLC، دارای تعدادی محدودی سیکل نوشتن و پاک کردن هستند، یعنی حدود 10 هزار سیکل. بنابراین برخی از چیپ‌های ارزان قیمت عمر کوتاه‌تری دارند).

ولی ممکن است این سوال پیش بیاید که طول عمر یک واحد SSD در نهایت چقدر است ؟
در پاسخ به این سوال باید گفت که این مسئله به تعداد دفعات سیکل‌های نوشتن و پاک کردن، که توسط کاربر انجام مي‌شود بستگی دارد. برای مثال، اگر تصورکنیم که کاربر بطور میانگین هر روز حدود 50گيگابايت عملیات نوشتن انجام مي‌دهد، طول عمر یک واحد SSD با حجم 64GB،که دارای چیپ‌های MLC باشد، حدود 35 سال است. با توجه به رابطۀ زیر :

در حالی که همین وضعیت برای یک SSD حاوی چیپ‌های SLC، حدود 350 سال است:

بنابراین، با توجه به نکات ذکر شده، مي‌توانیم به این نتیجه برسیم که برای مصارف حرفه‌اي (محیط‌های Enterprise مثل سرورها) که حجم عملیات بالا است بهتر است از واحدهای SSD که حاوی چیپ‌های SLC هستند استفاده کنیم. در حالیکه واحدهای SSD که حاوی چیپ‌های MLC هستند در رده مصارف عمومي(Consumer) قرار مي‌گیرند.
جدول 1 تفاوت نیازها در محیط‌های Enterprise و Consumer را نشان مي‌دهد:

جدول 1: تفاوت نیازها در محیط‌های Enterprise و Consumer

از یک دیدگاه کلی متوسط زمان بدون عیب کار کردن
(MTBF (Mean Time Between Failures، برای SSD‌ها بین 1.5 میلیون تا 3 میلیون ساعت است در حالیکه این فاکتور برای HDD‌ها بین 300 هزار تا 1 میلیون ساعت است.

2ـ Buffer Memory :
یکی از نکات قابل توجه در مورد واحدهای SSD این است که این نوع از حافظه‌ها نیز دارای مقدار اندکی حافظه DRAM، به عنوان حافظه‌ای موقت جهت انجام عملیات Cache هستند (همانند مفهوم کش برای‌هارددیسک‌ها). در واقع بخشی از داده‌ها در حین انجام عملیات واحد SSD، در این حافظه موقت قرار مي‌گیرند. بنابراین از این حافظه موقت به عنوان یک بافر استفاده مي‌شود.
معمولاً از SDRAM جهت بالا بردن سرعت ارتباطات بین کنترلر و واسط SATA استفاده مي‌شود.

3ـ Controller :
بخش مرکزی یک SSD، واحد کنترلر است که سرعت واحد SSD  را تعیین مي‌کند.
شرکت‌های اندکی قادر به تولید این نوع چیپ‌ها هستند. برخی از مهمترین آنها عبارتند از: Intel، Samsung، Jmicron، OCZ و ...
بخش کنترلر، آرایۀ حافظه Flash را، به مفهومي ‌به نام کانال (Channel)، سازماندهی مي‌کند که هرکدام از کانال‌ها بطور مجزا قابل دسترسی هستند. بنابراین یک کنترلر با 10 کانال احتمالاً سریع تر از یک کنترلر با 8 کانال است. در اینجا از کلمۀ " احتمالاً "، استفاده کردیم، زیرا کارایی به فاکتورهای دیگری نیز بستگی دارد.
چیپ کنترلر،(SOC (System On a Chip نیز نامیده مي‌شود.

مزایای واحدهای SSD :
1- سرعت Start Up بیشتر برای سیستم، به دلیل عدم وجود قطعه مکانیکی . در HDD‌ وجود پلاتر‌ها و بازوهای حرکتی و موتور اصلی گردانندۀ پلاترها علاوه برکاهش سرعت، مشکلاتی مثل مصرف انرژی بیشتر، نويز  و ... را به همراه دارد.  شرکت Fujitsu، نشان داد که با استفاده از واحد SSD بجای HDD، سرعت بوت در ویندوز ايکس‌پي در حدود 20 درصد فزایش یافته است.
2- سرعت دسترسی تصادفی بیشتر به دلیل عدم وجود هد خواندن/ نوشتن.
3- تاخیر زمانی کمتر نسبت به‌‌ هارددیسک‌ها و عدم جود فاکتور Seek Time .
4- پراکندگی کمتر برای داده‌ها بر روی واحدهای حافظه .
5- بی‌صدا کار کردن واحد‌های SSD .
6- مصرف انرژی فوق العاده کمتر نسبت به‌هارددیسک‌ها .
7- قابلیت اعتماد بسیار بالا ( اطمینان از عدم از بین رفتن داده‌ها در اثر ضربات و تکان‌های احتمالی به واحد حافظه) .
8- تحمل بازۀ حرارتی بیشتر .
9- داشتن اندازۀ کوچک و باریک و وزن کمتر .
10- داشتن عمری بسیار طولانی‌تر نسبت به ‌هارددیسک‌ها .
11- استفاده از فضای ذخیره سازی نزدیک به 100 درصد (امکان بکارگیری قدرت بیشتر جهت فشرده سازی داده‌ها، در مقایسه با‌هارددیسک‌ها).

معایب واحدهای SSD :
1- گران‌تر بودن واحدهای SSD نسبت به HDD‌ها. به ازای هر گیگابایت (برای مثال اکنون، هر گیگابایت فضای واحدهای SSD چیزی حدود 3500 تومان است در حالیکه این مقدار برای ‌هارددیسک‌های 3.5 اینچی، چیزی حدود 250 تومان است).
2- کمتر بودن حجم واحدهای SSD فعلی، نسبت به ‌هارددیسک‌های موجود در بازار .
3- کارایی مربوط به عملیات نوشتن، به میزان قابل توجهی به بلاک‌های آزاد و قابل برنامه ریزی بستگی دارد.
4- واحدهای SSD مبتنی بر واسط SATA، دارای سرعت نوشتن کمتری هستند. بنابراین بهتر است از واحدهای SSD مبتنی بر واسط‌های PCIe مدرن و پرسرعت امروزی، استفاده کرد.
5- امکان انجام عملیات یکپارچه سازی (Defragmentation)، بر روی واحدهای SSD مبتنی بر Flash وجود ندارد. بدان معنا که سیستم عامل قادر به کنترل مکان فیزیکی و واقعی سکتورهای درايو نیست. برخی از SSD‌ها، هنگامي‌که در حالت بیکاری
(Idle) به سر مي‌برند، بطور خودکار، فضای خالی خود را فشرده سازی مي‌کنند. ولی این مسئله، تنها سرعت عملیات نوشتن را بهبود مي‌بخشد و تاثیری در سرعت خواندن داده‌های پراکنده شده (Fragmented) ندارد.

سخن پاياني
در نهایت، به دلیل وجود مزایای زیاد استفاده از SSD‌ها، در سال 2008 برای اولین بار SSD‌ها بر روی نت‌بوک‌ها قرار گرفتند، و در سال 2009 برای اولین بار بر روی نوت‌بوک‌ها مورد استفاده قرار گرفتند. کمپانی‌های فوجيتسو، دل و اپل از پیشگامان بکارگیری این نوع حافظه‌ها در نوت‌بوک‌ها بودند. بنابراین با ورود SSD‌ها و فراگیر شدن و به تبع آن، کاهش قیمت، باید شاهد از میان رفتن HDD‌ها و جایگزینی SSD‌ها باشیم.

منابع :