Что такое накопитель hdd и ssd
💽 HDD или SSD? Как работают и что выбрать
Miroslav Kungurov
1. Жесткий диск (HDD)
1.1. Устройство жесткого диска
Жесткий диск содержит один или несколько физических дисков, которые вращаются со скоростью от 5400 до 15 000 оборотов в минуту (Рис. 1).
Рис. 1. Запуск HDD с четырнадцатью дисками
Рис. 2. Устройство жесткого диска (HDD)
Коромысло перемещается до 50 раз в секунду (Рис. 3). На его конце расположены головки, которые считывают и записывают информацию.
Рис. 3. Работа коромысла жесткого диска
В результате вращения диска создается воздушный поток, который удерживает головку на расстоянии около 10 нм от поверхности диска (толщина волоса – 70 000 нм). Когда компьютер выключен или диск еще не разогнался, головки находятся в «парковочной зоне» (Рис. 4).
Рис. 4. Парковочная зона головок жесткого диска
Рис. 5. Структура жесткого диска: 1 – дорожка, 2 – сектор дорожки, 3 – геометрический сектор, 4 – кластер
Логическая плата управляет всеми описанными процессами: скоростью вращения дисков, чтением и записью информации, позиционированием коромысла.
Рис. 6. Логическая плата жесткого диска
1.2. Запись информации
Запись информации реализуется следующим образом. На поверхность диска нанесен ферромагнитный слой, состоящий из доменов – областей с сонаправленными магнитными моментами атомов (Рис. 7). Пишущая часть головки изменяет направление вектора намагниченности доменов в одно из состояний – логический 0 или 1 (один бит).
Рис. 7. Домены жесткого диска (HDD)
Перемагничивание домена перезаписывает информацию (Рис. 8).
Рис. 8. Перезапись данных на жестком диске
При записи на несколько дисков, информация записывается на обеих сторонах каждого диска (Рис. 9).
Рис. 9. Фактически диск состоит из множества дисков, запись на которых производится с обеих сторон. Источник: Animagraffs (англ.)
1.3. Чтение информации
1.4. Параметры жесткого диска
1.4.1. Метод записи
Существует два способа записи данных: CMR – метод перпендикулярной записи и SMR – метод черепичной записи. У SMR объем диска больше на 20%, но скорость записи и перезаписи ниже по сравнению с CMR.
Рис. 10. Методы записи информации на жесткий диск: CMR (слева) и SMR
1.4.2. Форм-фактор
Рис. 11. Форм-факторы HDD: 2.5″ (наверху) и 3.5″
1.4.3. Исполнение
При внутреннем исполнении диск помещается внутрь корпуса компьютера. Внешние HDD предназначены для временного подключения в качестве съемных носителей.
1.4.4. Интерфейс подключения
Чаще всего встречается интерфейс SATA III с пропускной способностью до 6 Гбит/с. Он обратно совместим с SATA II (3 Гбит/с) и SATA I (1.5 Гбит/с). Внешние диски подключаются по USB 2 и 3, USB Thunderbolt.
Рис. 12. Интерфейс SATA III
1.4.5. Кэш-память
Кэш-память хранит часто запрашиваемые данные и достигает 512 Мб (больше – лучше).
Можно ли установить HDD вертикально?
Ответ на сайте компании Seagate.
2. Твердотельный накопитель (SSD)
SSD-накопитель (англ. solid-state drive) – твердотельное запоминающее устройство с использованием флэш-памяти. SSD, в отличие от HDD, не содержит механические компоненты, не шумит, быстро считывает и записывает.
Информация записывается в ячейки. Память различается способом соединения ячеек в массив:
Рассмотрим работу архитектуры NAND, так как она почти целиком занимает потребительскую нишу SSD-накопителей для повседневной работы.
2.1. Принцип работы NAND
Бит информации хранится в транзисторах с плавающим затвором (floating gate). При подаче положительного напряжения на управляющий затвор (control gate), электроны преодолевают изолирующий слой оксида и попадают в плавающий затвор. Отрицательно заряженный плавающий затвор препятствует движению заряженных частиц от истока (source) к стоку (drain) – транзистор «закрывается», получаем логическую единицу (Рис. 13).
Рис. 13. Запись данных в ячейку SSD накопителя. Источник: Hyperstone (англ.)
Рис. 14. Удаление данных из ячейки SSD накопителя. Источник: Hyperstone (англ.)
Ограниченное количество циклов перезаписи связано с деформацией слоя оксида после нескольких лет работы.
2.2. Типы ячеек
Выделяют следующие типы ячеек:
2.3. Параметр IOPS
IOPS (англ. input/output operations per second) – количество операций ввода-вывода, выполняемых накопителем за одну секунду. Для HDD этот параметр не превышает 200 IOPS и зависит от скорости работы механики и интерфейса. В SDD – также от скорости интерфейса и от алгоритма драйвера. В твердотельных накопителях значение IOPS достигает полумиллиона.
2.4. Форм-фактор и размер
На смену интерфейсу SATA пришел более быстрый NVMe (Non-Volatile Memory Express), который использует шину PCI-Express: скорость возросла в 3-7 раз.
Рис. 18. Сравнение скорости чтения и записи HDD, SSD и NVMe SSD накопителей в программе CrystalDiskInfo. Источник: Хабр Q&A
Накопители в форм-факторе M.2 выпускаются в четырех размерах для ноутбуков и настольных компьютеров: 22×42, 22×60, 22×80 и 22×110 мм.
2.5. Параметр TBW
TBW (англ. total bytes written) – максимальный объем информации, который записывается на диск. Оценивается в терабайтах. После превышения TBW корректная работа накопителя не гарантируется.
3. Выбираем накопитель
3.1. Где использовать HDD и SSD
3.2. Какой HDD выбрать
3.3. Какой SSD выбрать
Диск, на котором запускается ОС и рабочие программы:
4. Классификация дисков Western Digital и Seagate
4.1. Диски Western Digital
4.2. Диски Seagate
Мы познакомились с двумя дополняющими друг друга типами накопителей: HDD и SSD. Узнали об их устройстве, принципе работы и параметрах, на которые нужно обратить внимание перед покупкой. Надеемся, полученная информация вам пригодится. Если есть вопросы, задавайте в комментариях.
Какой накопитель лучше: SSD или HDD – в чем разница
В современных компьютерах используются два типа накопителей:
Более быстрыми и продвинутыми являются SSD, но пока что «харды» тоже остаются актуальными по ряду причин. В этой статье мы рассмотрим принципы работы обоих типов накопителей, их преимущества и недостатки. Также расскажем, на что обращать внимание при покупке.
Твердотельные SSD-накопители: как работают и какие бывают
SSD – немеханические запоминающие устройства, многократно превосходящие по скорости традиционные HDD. Для хранения информации в них используется скоростная флеш-память, а контроль и доступ к этим данным обеспечивает контроллер. Данные содержатся в NAND-памяти, состоящей из ячеек транзисторов с плавающим затвором. Такая конструкция позволяет сохранять заряженное состояние при отключении накопителя от сети. Благодаря этому при выключении компьютера все данные на нем сохраняются.
Здесь мы подошли к первому важному пункту, видам памяти. Пролистывая каталоги интернет-магазинов в поисках подходящего SSD диска, вы могли видеть устройства с четырьмя типами памяти:
Если резюмировать, то всё просто. Для дорогих ПК и ноутбуков выбираем MLC. Дорого, быстро, надолго. В профессиональной деятельности и играх не разочарует. TLC то же самое, но немного дешевле и похуже в плане долговечности. Хороший вариант для ПК средней стоимости. Если вы не записываете регулярно большие объемы данных, особенной разницы не заметите. QLC лучше вообще не брать, если начистоту. Разве что для небольшого апгрейда старенького ноутбука или ПК – в этом случае попросту нет смысла покупать что-нибудь дорогое и качественное.
Вам может быть интересно
Что такое 3D NAND
Важный нюанс касательно типа памяти – в магазинах встречаются SSD диски с пометкой TLC NAND, MLC NAND или QLC NAND. У памяти NAND конструкция массива трехмерная, то есть на матрице транзисторы установлены в несколько слоев. Таким образом достигается увеличенная плотности компоновки. Максимальный объем памяти возрастает, а скорость чтения/записи остается прежней.
Накопители с TLC 3D NAND памятью почти не уступают MLC, но стоят дешевле и представлены моделями емкостью от 1 до 4 терабайт, чего достаточно для большинства людей в 2020 году.
Форм-факторы и разъемы SSD
В плане форм-факторов и интерфейсов подключения встречаются такие варианты:
Существуют также проприетарные SSD диски с интерфейсом Thunderbolt – они разрабатываются партнерами Apple эксклюзивно для макбуков, Mac Pro и других «яблочных» устройств. По скорости сильно уступают топовым решениям для настольных ПК, но стоят дороже, потому что это проприетарные накопители, нацеленные на профессиональное использование.
Как работают HDD диски
Жесткие диски тоже относятся к классу запоминающих устройств, но имеют кардинально иной принцип работы, напоминающий старые магнитофоны. Есть рабочая поверхность диска, и есть считывающая головка, соединенная с основной конструкцией вращающимся валом. Намагниченные головки движутся движутся по пластинам, записывая и считывая информацию. Это сильное упрощение, но для формирования общей картины о принципах работы HDD достаточно.
Как мы видим, отличия HDD от SSD существенны. Принцип работы первых основан на механических явлениях, а вторые относятся к категории немеханических ЗУ. В них попросту нет подвижных деталей.
Вам может быть интересно
Сравнение SSD и HDD: что лучше
Твердотельные накопители по всем параметрам превосходят традиционные жесткие диски:
Но всё это не означает, что старые добрые «харды» больше не актуальны. На практике их разумно использовать для хранения больших объемов данных, с которыми человек работает не так часто: фотографий, семейных видео, старых архивов, рабочей документации и т.д. В этом случае переплачивать нет смысла. Просто посмотрите, за сколько можно взять HDD на 2 ТБ, и сравните с аналогичными по емкости SSD 2 ТБ. Разница колоссальна.
Кроме того, жесткие диски менее чувствительны к электростатическому разряду и перепадам напряжения, а это может быть решающим фактором для многих людей в отдаленных населенных пунктах, где с электричеством бывают проблемы.
Вам может быть интересно
Что такое гибридные накопители
Отдельно стоит упомянуть так называемые гибридные SSHD, совмещающие в себе оба типа накопителей. Такие устройства актуальны для установки в ноутбуки с единственным слотом под установку накопителя. Внутри SSHD расположены вращающиеся пластины и NAND-память, которыми управляет контроллер. Прошивка автоматически определяет, какую информацию лучше размещать во флеш-памяти, а какую на магнитном носителе.
За универсальность подобного решения приходится платить:
Как показывает практика, гораздо лучше выбрать либо полноценный SSD, либо старый добрый HDD, потому что гибриды не столь гибкие и ограничивают возможности пользователя в плане менеджмента данных.
Какой диск лучше для ПК и ноутбука
Под установку Windows и основного программного обеспечения однозначно лучше SSD. Как мы уже сказали, SSD в 10-15 раз быстрее HDD, и это сказывается на работе системы:
Всё загружается быстрее, от какого-нибудь Adobe Premiere до установленных игр. Если у вас старенький ноутбук или ПК, и вы хотите хоть как-нибудь ускорить его работу, однозначно выбирайте SSD. Разница будет колоссальной. Для ноутбуков можно подобрать форм-фактор 2.5″, так как его будет проще всего установить. Для ПК рекомендуем M.2 или PCI Express, так как в этом случае скорость чтения/записи будет заметно выше.
Вам может быть интересно
Как выбрать HDD для хранения данных
Если бюджет ограничен, но для работы и хранения личных данных требуется много места, имеет смысл подобрать HDD. При выборе обращайте внимание на такие характеристики:
Со скоростью вращения есть нюанс – чем выше этот показатель, тем лучше скоростные показатели, однако уровень шума существенно возрастает во время работы. Если тишина важнее скорости, лучше присмотреть HDD на 5400 об/мин.
Мы постарались максимально подробно расписать все нюансы, касающиеся отличий SSD и HDD. Надеемся, материал был полезен.
При сборке нового домашнего ПК перед пользователем возникает вопрос, какой в него установить накопитель? В прежние времена, когда не было альтернативы HDD, задумывались только о скорости вращения шпинделя и объеме самого жесткого диска.
Появление твердотельных накопителей, их разнообразие, как по форм-фактору, так и по скоростным показателям, делает этот выбор непростым. Технология относительно новая, совершенствуется стремительно; модели, выпущенные с разницей в год, могут значительно отличаться по функциональности и надежности.
Варианты
При необходимости хранения больших объемов данных в пару к SSD можно добавить жесткий диск, как внутренний, так и внешний. Внешний в этой роли предпочтительнее и стоит он ненамного дороже внутреннего.
Также не стоит забывать о традиционном варианте – установке одного жесткого диска на 1 ТБ. Скорости современных моделей вполне достаточно и цена за объем самая выгодная.
Жесткий диск, или HDD (Hard Disk Drive), основан на принципе записи информации за счет намагничивания участков поверхности специальных дисков. Таких дисков, или пластин, в корпусе HDD может быть несколько штук, крепятся они к вращающемуся шпинделю. Вдоль пластин перемещаются магнитные головки и считывают информацию.
Вся механика находится в изолированном прямоугольном корпусе формата 3,5” или 2,5”. Снаружи корпуса закреплена плата с управляющей электроникой и разъемами подключения.
Современные модели HDD демонстрируют скорости чтения/записи на уровне 200 Мб/с. Для увеличения скоростных показателей возможно объединение нескольких жестких дисков в RAID-массивы.
Возможно, вам встречалась аббревиатура SSHD – гибридный жесткий диск с небольшим объемом флэш-памяти. Это незначительно увеличивает скорость работы, а вот прибавка в стоимости приличная. С распространением и удешевлением SSD такие диски не получили большого распространения и применения.
У жестких дисков имеются свои достоинства и недостатки. Что их выгодно отличает от SSD? Низкая стоимость за терабайт, HDD объемом в 1 ТБ сравним по стоимости с SSD на 240 ГБ. Объемы жестких дисков могут достигать 10 ТБ, твердотельные накопители даже в 1 ТБ мало распространены из-за высокой стоимости. У HDD нет ограничений по циклам перезаписи, только механический ресурс.
Основной недостаток жесткого диска – это его хрупкость, механические воздействия, особенно во время работы, могут запросто вывести из строя. В отличии от SSD ниже скорость, больше вес и габариты, возможно наличие шума и вибраций.
Твердотельный накопитель или SSD (solid-state drive) –это энергонезависимое запоминающее устройство на основе флэш-памяти типа NAND.
Микросхемы памяти основываются на четырех технологиях, отличающихся по плотности хранения данных:
Дальнейшим развитием технологии стало появление многослойной 3D NAND памяти, что позволило увеличить объем, повысить скорость, увеличить срок службы за счет понижения напряжения.
Компанией SanDisk данная технология была доработана и получила название 3D NAND BiCS (Bit Cost Scalable) – на сегодня это лучшее предложение по цене и качеству.
Также на HDD имеется возможность восстановления удаленных файлов даже после форматирования, спустя достаточно длительное время. На SSD все сектора стираются практически сразу после удаления файлов.
Интерфейс и форм-фактор SSD
В отличии от жестких дисков, представленных в двух форм-факторах (3,5” и 2,5”), твердотельные накопители прошли ряд изменений и из-за этого выпускаются в большем разнообразии стандартов. Но в последний год на рынке можно встретить в основном два прижившихся основных формата: 2,5″ SATA SSD и M.2 SSD размера 2280.
2,5” SATA SSD
mSATA
Практически не встречается в настоящее время. Это такой компактный вариант SATA SSD с идентичными характеристиками. Устанавливался в ноутбуки и компактные компьютеры.
M.2 SSD
Далее различие может быть в ключах: В, М, М+В. Первый вариант можно встретить очень редко, с ключом М они не совместимы. Гибридный вариант ключа чаще встречается на SATA SSD.
С PCI-E все намного интереснее. Данный интерфейс может обеспечить скорость от 500 Мб/с на линию для PCI-E 2.0 и до 985 Мб/с на одну линию PCI-E 3.0. Слот с четырьмя линиями PCI-E 3.0 при установке соответствующего накопителя может выдавать до 4 Гб/с – это уже впечатляюще.
Обзор и тестирование накопителя WD Black NVMe SSD объемом 250 ГБ
Для подключения твердотельных накопителей по шине PCI Express был разработан специальный логический интерфейс NVM Express, заменивший устаревший AHCI. Практически все современные материнские платы поддерживают данный интерфейс, и установка накопителей NVMe (PCI-E 3.0 ×4) будет наиболее выгодным вариантом.
PCI-E Add-in Card (AIC)
Еще один вариант реализации накопителя – в виде карты расширения в свободный слот PCI-Express. Обычно собираются на основе памяти SLC, демонстрируют высокие скорости, но и стоят относительно дорого, например, Intel Optane 900P 480GB стоит 45-60 тысяч рублей.
Некий симбиоз между 2,5” накопителем и шиной PCI-Express. С виду обычный SSD накопитель, но подключается к специальному интерфейсу U.2, встречается такой на материнских платах нечасто, в основном в топовых моделях. На сегодня данный вид накопителя актуален преимущественно для серверов.
Совместимость
Современные корпуса и салазки для HDD имеют посадочные места для 2,5” накопителей, в старых корпусах для их установки понадобятся специальные салазки-переходники, которые, скорее всего, придется покупать отдельно; уже давно производители SSD не добавляют их в комплект.
В случае выбора M.2 SSD ограничивающих моментов намного больше. Не на всех материнских платах имеется соответствующий разъем, бюджетные варианты и устаревшие модели им не оснащены. Но и в этом случае установка такого накопителя возможна через плату расширения для слота PCI-E.
Тоже и с поддержкой NVMe накопителей, не все материнки поддерживают данный интерфейс, все еще встречаются варианты слота М.2 с поддержкой только SATA интерфейса. Этот момент необходимо учитывать.
И в последнюю очередь проверьте совместимость накопителя с вашей материнской платой по его длине и ключу.
Нюансы выбора
Кроме выбора по объему и цене, у жестких дисков нужно обратить внимание на ряд параметров.
Также HDD отличаются по позиционированию: для ПК, NAS, серверные и для систем видеонаблюдения. В принципе любые диски с интерфейсом SATA можно поставить в ПК, но специализированные будут стоить немного дороже.
У компании WD предусмотрена даже цветовая дифференциация дисков.
Обратите внимание, что HDD формата 2,5” хоть традиционно и устанавливаются в ноутбуки, но их можно поставить и в ПК, если цена будет меньше, то почему бы и нет.
При наличии в сборке SSD накопителя, вместо внутреннего HDD можно приобрести внешний вариант с подключением через USB 3.0. В скорости вы при этом не теряете, подключать можете по необходимости и легко пользоваться файлами на любом ПК или ноутбуке.
Большое влияние на выбор, а также и на его цену, оказывает используемый контроллер.
Одинаковые по характеристикам накопители в зависимости от контроллера будут отличаться по своим возможностям – требуется ли для работы микросхема буферной памяти или нет; имеется поддержка PCI-E или только SATA; количество ядер, каналов, технологии коррекции ошибок, отработка команды TRIM и т.д.
Все это будет влиять на скоростные характеристики. Как правило, производитель указывает максимальные скорости, достигнутые в идеальных условиях. Как они изменяются при заполнении накопителя более 50%, на сколько просядет скорость записи после заполнения буфера или после удаления большого объема файлов – в этом различия накопителей разных моделей.
В бюджетных накопителях можно встретить контроллеры JMicron, предназначенные для шины SATA. JMF670H – одноядерный процессор, работает только с памятью MLC, для него требуется отдельная микросхема буферной памяти.
Новичок в бюджетном секторе – компания Realtek. Контроллеры серии RTS57xx еще редки на рынке и статистики о их производительности и надежности пока нет.
Обзор и тест NVMe SSD накопителя ADATA XPG GAMMIX S11 Pro 512GB
У компании Marvell модельный ряд контроллеров более разнообразен. 88SS10хх и 88SS11хх поддерживают как SATA, так и PCI-E интерфейсы. Самые современные модели 88SS132х поддерживают PCIe Gen4. Данный производитель отметился высоким качеством и надежностью, накопители на данных контроллерах можно брать без сомнений, они подразумевают высокий уровень производительности.
Phison – данные контроллеры хорошо известны пользователям и широко распространены. Хоть и относится к бюджетным, но достаточно надежный и проверенный производитель.
Ранее очень известные контроллеры SandForce, уже не выпускаются. Компанию купила Seagate выпускает собственные контроллеры для своего производства.
Компания Toshiba, купившая бренд OCZ, выпускает собственные контроллеры на основе модификаций от Marvell, Phison или SandForce. Самостоятельно выпускает накопители под брендом Toshiba или OCZ- добротные и надежные решения.
Обзор и тестирование SSD-накопителя Toshiba TR200 емкостью 240 ГБ
Также модификацией сторонних контроллеров занимается компания Intel.
Ну и самый предпочтительный на сегодня вариант SSD накопителей, может считаться эталонным, к которому стремятся прочие производители – Samsung. Собственные контроллеры – Polaris и Phoenix, самостоятельное производство, быстродействующие и надежные. Если бюджет позволяет, то на них стоит обратить внимание в первую очередь.
Также следует обращать внимание на такой параметр, как максимальный нагрев чипов, обычно производители в характеристиках указывают максимальную температуру эксплуатации. При перегреве возможно падение производительности, так называемый троттлинг. Узнать об этом можно только по результатам тестов в независимых обзорах.
Многие производители оснащают свои накопители формата М.2 радиаторами для отвода тепла, также радиаторы для данного слота могут присутствовать на материнских платах.
В обзорах обращаем внимание на минимальные скорости при линейной записи. В бюджетных накопителях она может просаживаться после заполнения буфера до пропускной способности памяти 100-200 Мб/сек, что соответствует скоростям HDD. На скрине ниже мы видим как 1600 превращается в 200 Мб/сек.
Обзор и тестирование накопителя Goodram PX500 NVMe PCIe Gen 3 ×4 на 512 ГБ
Заключение
Подведем итог, на каком все же варианте нам остановиться? Все как всегда зависит от поставленных задач. При сборке бюджетного офисного ПК предпочтительнее вместо HDD установить SSD 2,5” на 120 или 240 ГБ. Этот же вариант подходит для апгрейда ПК. При сборке игрового ПК предпочтительнее гибридный вариант – SSD М.2 (если материнка поддерживает) для ОС, программ и пары игр, а также HDD для хранения файлов, дистрибутивов и т.д.
Выбор HDD самый простой – ориентируемся на объем и цену. По обзорам выбираем самый тихий вариант. С SSD выбор будет сложнее. При поддержке со стороны материнской платы лучше брать формата М.2 с интерфейсом NVMe PCIe, как наиболее скоростной вариант. Ориентируемся на контроллер, в зависимости от бюджета берем проверенные варианты, описанные выше.
Чего точно не стоит делать, так это игнорировать новые технологии и ограничиваться приобретением только HDD как единственного накопителя в системе.
SSD, благодаря своим скоростным характеристикам идеально подходят для установки ОС, программ и игр. HDD незаменимы для хранения больших объемов информации, для резервного копирования данных. На сегодня эти две технологии не являются конкурентами, как многие могут предположить, а гармонично дополняют друг друга, нивелируя взаимные недостатки.