Как у компьютеров, так и у ноутбуков есть два основных типа постоянных накопителей: SSD и HDD. Каждый из них имеет множество параметров, по которым можно оценить производительность запоминающего устройства. Но это еще не все, ведь параметры влияют и на стоимость диска.
Но что вообще значат эти две аббревиатуры? Какое устройство лучше выбрать для работы своего компьютера или лэптопа? Разберемся далее.
Жесткий диск (HDD)
Принцип работы
Жесткий диск (HDD, англ. – «Hard Disk Drive») – запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Структурно такой накопитель состоит из алюминиевой пластины (иногда стеклянной или керамической), а также вращающейся считывающей головки.
На пластину наносится тонкий слой ферромагнетика толщиной несколько микрометров, разбивающий ее на множество дорожек, кластеров и секторов. При подключении питания с определенной скоростью начинает вращаться шпиндель, к которому прикреплена рабочая поверхность (пластина или, собственно, диск). Головка приводится в движение электроприводом, постоянно считывая различные данные.
Если углубиться в механизм работы чуть дальше, то можно описать и процесс записи данных на диск следующим образом:
При подаче переменного тока шпиндель пластины вращается и имеет вектор намагниченности доменов (т.е. расположение секторов, дорожек и кластеров на диске в определенном порядке). Далее на катушку головки также подается ток, впоследствии которого на ней образуется переменное магнитное поле, которое воздействует на ферромагнетик и изменяет его структуру. Примерно так происходит запись новых данных на диск.
Кстати, количество пластин в HDD определяет емкость такого накопителя. Чем их больше, тем больший объем памяти он может вместить. Следовательно, и считывающих головок должно быть больше (две для одного диска, так как он читается с двух сторон).
Характеристики жестких дисков
С технической точки зрения каждый HDD-накопитель можно охарактеризовать по нескольким критериям:
- Объем памяти. Чаще всего в домашнем использовании встречаются диски с емкостью в 512 Гб или 1 Тб. Естественно, чем больше памяти предлагает HDD, тем выше его стоимость.
- Форм-фактор. Проще говоря, это размер жесткого диска. Наиболее распространены LFF и SFF HDD, диагональ которых составляет 3.5″ и 2.5″ соответственно. Первый вариант используется в настольных компьютерах, второй – в ноутбуках.
- Частота вращения. Этот параметр отображает то, насколько быстро шпиндель вращает пластины. Проще говоря, это показатель скорости, ведь от него напрямую зависит количество информации, которую диск успеет записать/прочитать. Опять же, в «домашнем секторе» чаще встречаются HDD с частотой вращения 5400 или 7200 оборотов в минуту. Серверные решения предлагают уже 10000 об/мин и более.
- Объем буфера. У любой операционной системы есть те файлы, которыми она пользуется чаще всего. Логично, чтобы доступ к ним осуществлялся быстрее, чем поиск затерявшегося небольшого документа где-то в глубинах вашего жесткого диска. У HDD есть отдельный блок кэш-памяти, где и хранятся часто используемые файлы, что должно ускорять работу системы. Обычно объем такого буфера равняется 32, 64, 128 Мб и более.
- Уровень шума. Понятно, что любое устройство, в составе которого есть движущиеся компоненты (в случае HDD это, как минимум, считывающие головки и пластины), будет шуметь. При выборе жесткого диска это не менее важный фактор, ведь некоторые накопители такого типа без преувеличения могут раздражать во время работы.
Кроме того, современные жесткие диски могут похвастаться поддержкой различных технологий. К ним можно отнести, например, Native Command Queuing (NCQ), которая повышает эффективность операций чтения/записи.
Плюсы и минусы
Самое время поговорить о преимуществах и недостатках жестких дисков в сравнении с SSD.
Плюсы:
- Низкая цена.
- Надежность и долговечность.
- Легко восстановить удаленную информацию.
- Вмещают огромный объем памяти (до 10 Тб).
- Выдерживают больше циклов перезаписи.
Минусы:
- Очень низкая скорость чтения/записи (особенно при работе с мелкими файлами).
- Шумят.
- Высокое энергопотребление.
Твердотельный накопитель (SSD)
Принцип работы
Твердотельный накопитель (SSD, англ. – «Solid-State Drive») – запоминающее устройство, работающее на основе энергонезависимой флэш-памяти типа NAND. В отличие от жесткого диска оно не содержит движущихся механических компонентов. Структурно в SSD-накопителе можно выделить четыре элемента: NAND-чипы (flash-memory), DRAM-память (cache), контроллер и печатную плату. Рассмотрим их отдельно.
- NAND-чипы – это основное место для хранения данных.
- DRAM-память – аналог быстрой кэш-памяти в HDD.
- Контроллер – выступает посредником между накопителями и другими компонентами компьютера.
- Печатная плата – нужна для соединения всех модулей.
Можно предположить, что если в жестком диске для поиска информации считывающей головке приходилось бы «бегать» по всей пластине, то в SSD все данные доступны практически мгновенно. На самом деле здесь есть свой нюанс – пропускная способность интерфейса. Проще говоря, сам по себе твердотельный накопитель может быть в сотни раз быстрее HDD, но «разъем», по которому он подключается имеет ограничение на скорость передачи данных.
Сегодня используется два вида интерфейсов: SATA и NVMe. Первый имеет максимальную пропускную способность в 600 МБ/c, поэтому весь свой потенциал такой SSD реализовать не сможет, упираясь в потолок. В свою очередь специализированный под твердотельные накопители стандарт NVMe, первая рабочая версия которого дебютировала в 2011 году, смог снять это ограничение.
Таким образом, если мы берем два SSD-диска с SATA-интерфейсом и NVM Express, последний будет работать гораздо быстрее. К примеру, пропускная способность твердотельного накопителя формата M.2 SATA не превышает 600 МБ/с (3 Гбит/с для SATA II и 6 Гбит/c для SATA III), тогда как у M.2 NVMe (PCIe) этот показатель составляет уже почти 4000 МБ/с, обеспечивая практически 6-кратный прирост.
Типы флэш-памяти
Фактически, NAND-чипы состоят из транзисторов, которые включаются при подаче на них напряжения. В зависимости от величины заряда они «запоминают» различные состояния. Например, на транзистор подается напряжение X, что равно состоянию «0». При определенном напряжении Y, отличном от X, значение определенной ячейки памяти будет равняться уже «1». В зависимости от того, сколько состояний может запомнить ячейка, выделяют несколько типов NAND-памяти:
- SLC (Single-Level Cell) – ячейка памяти, в которой хранится информация объемом всего в 1 бит. Это наиболее быстрый и помехоустойчивый тип NAND-чипов, так как вероятность ошибиться между состояниями минимальная, ведь их всего два: «0» и «1» при соответствующих напряжениях. Кроме того, ресурс циклов перезаписи у SLC максимален, энергопотребление ниже, но выше стоимость.
- MLC (Multi-Level Cell) – ячейка памяти, запоминающая 2 бита информации. Здесь с помощью транзисторов распознается уже 4 логических состояния (появляется 2 разряда вместо 1): «00», «01», «10» и «11». Ниже производительность и меньший ресурс работы.
- TLC (Triple-Level Cell) – тип NAND, где память ячейки ограничивается уже 3 битами. Нетрудно догадаться, что состояний здесь 23. Возрастает вероятность ошибки при чтении данных (так как приходится различать гораздо больше значений напряжения), ниже производительность, меньшая долговечность, но большая емкость и доступная цена.
- QLC (Quad-Level Cell) – ячейка памяти, запоминающая 4 бита информации (от «0000» до «1111», т.е. 16 состояний). SSD с данным типом NAND-чипов являются самыми дешевыми (по стоимости хранения 1 Гб), но еще менее производительными и износостойкими.
Характеристики твердотельных накопителей
Главными параметрами при выборе SSD можно назвать следующие:
- Объем памяти. Так сложилось, что практически любой твердотельный накопитель будет гораздо дороже жесткого диска аналогичной емкости (если мы рассматриваем один сектор применения). Если вы рассчитываете ограничиться единственным SSD в своем устройстве, а вопрос денег стоит остро, над объемом придется хорошо подумать.
- Форм-фактор. SSD-накопители отличаются по габаритам и размерам посадочных отверстий. Существуют модели с маркировкой «2242», «2280» и др. В данном случае первые две цифры – ширина диска, последние две – его длина. Существуют и другие форм-факторы, поэтому перед покупкой обязательно проверьте SSD какого формата поддерживает ваш ноутбук/компьютер.
- Интерфейс. У современных твердотельных накопителей выделяют три основных протокола подключения: ATA, NVMe и SCSI. Для каждого из них есть отдельный интерфейс: SATA, PCIe и SAS. Первые два обычно используются в домашних целях, тогда как последний применяется в серверных массивах. SSD на основе SATA, как правило, более дешевые, но менее производительные. В свою очередь SSD на базе PCIe более дорогие и быстрые.
- Тип флэш-памяти. Как мы уже выяснили, в основном выделяют четыре типа NAND-чипов: SLC, MLC, TLC и QLC. Однако, у каждого из них есть еще и другие маркировки: «3D-NAND», «V-NAND» и прочие, но это уже тема отдельной статьи. Впрочем, если бюджет позволяет, стоит брать SLC/MLC память. Иначе, можно обратить внимание на QLC, а золотой серединой здесь будет SSD с типом памяти TLC.
Плюсы и минусы
Теперь разберемся с основными преимуществами и недостатками SSD-накопителей.
Плюсы:
- Бесшумная работа.
- Огромная скорость чтения/записи данных (более быстрая загрузка ОС и т.п.).
- Меньшее энергопотребление.
- Не содержат механических элементов и лучше выдерживают падения.
- Более устойчивы к экстремальным температурным условиям.
Минусы:
- Дорогие.
- Меньший ресурс перезаписи памяти.
- Восстановить данные при удалении гораздо сложнее (иногда почти невозможно).
Итог: что выбрать?
Итак, что мы имеем в сухом остатке? Жесткие диски – более надежные и «народные» во многих планах накопители. Они гораздо дешевле в сравнении с SSD, могут иметь больший объем памяти и отличаются огромным ресурсом перезаписи. Такие хранилища могут служить верой и правдой до 10 лет. Кроме того, они проще и в использовании. Например, практически любой, случайно удаленный файл с HDD, при особых манипуляциях можно восстановить. Впрочем, некоторые сочтут это за недостаток.
С другой стороны, твердотельные накопители, привлекающие скоростью работы, которая может достигать и 30-кратной разницы, обойдутся гораздо дороже. Зато SSD-диски не раздражают монотонным потрескиванием во время работы и потребляют меньше энергии.
Что из этого можно вынести?
- Если вам нужен надежный объемный носитель, который не придется менять ближайшие годы, а скорость работы не является решающим фактором, выбирайте HDD. Жесткий диск можно использовать как большой сундук для фотографий, видео и прочих файлов.
- Если вы не готовы мириться с долгим запуском приложений и продолжительной загрузкой ОС, обязательно выбирайте ноутбук с SSD или прикупите твердотельник для компьютера. Для работы системы и некоторых часто используемых вами программ в целом может быть достаточно и 256 Гб. А если позволяет бюджет, то покупка SSD на 512 Гб или даже 1 Тб явно не будет бессмысленной. Впрочем, все зависит от конкретного сценария использования.
