HDD, SSD, NVMe - в чем разница и какой выбрать?
Базовая информация о дисках
Что такое дисковый накопитель и для чего он нужен?
Дисковод - один из основных компонентов компьютера и один из двух, отвечающих за хранение данных. На диске хранится постоянная информация, например, программное обеспечение (включая данные операционной системы) или документы пользователя. Второй компонент, отвечающий за хранение данных, - это ОЗУ, и, в отличие от диска, он содержит временные данные, такие как отредактированный, несохраненный проект или системные процессы. Однако, хотя данные, хранящиеся в ОЗУ, теряются при отключении питания, данные, хранящиеся на диске, остаются доступными даже при выключении компьютера.
Диск может показаться необходимым для вашего компьютера, но на самом деле его наличие не обязательно для работы машины. Существуют операционные системы, которые можно запускать со съемных носителей, таких как диски или флэш-накопители. Для самых простых будет достаточно архаичных дискет. Тем не менее, большинство пользователей компьютеров будут использовать стандартные системы, установленные на дисках.
Раньше, когда жесткие диски не были доступны для маленьких компьютеров или были слишком дорогими для большинства пользователей, дискеты были основным носителем информации. Вот почему до сих пор имена дисков Windows начинаются с C: вместо A: - первые две буквы были зарезервированы для дисководов гибких дисков, как они были введены ранее. Хотя сегодня они больше не используются, этот стандарт по-прежнему сохраняется для обеспечения совместимости со старым программным обеспечением.
Типы жестких дисков
В современных компьютерах используются два типа дисков: HDD и SSD, описанные ниже. У каждого из них есть свои плюсы, минусы и приложения. В случае с последними следует также выделить накопители NVMe - они подключаются непосредственно к материнской плате и в несколько раз быстрее остальных.
HDD
HDD - этот жесткий диск - наряду с SSD является одним из двух типов накопителей, используемых в современных компьютерах. Долгое время они были основным способом хранения данных для большинства пользователей.
Основным компонентом жесткого диска является пластина с полыми дорожками, на которых хранятся двоичные данные - нули и единицы. Для операций записи и чтения используются специальные головки, они либо читают магнитную запись на диске, либо перезаписывают ее. Во время работы диска они перемещаются вверх и вниз, в то время как опорный диск вращается со скоростью тысячи оборотов в минуту - чем больше оборотов в минуту, тем быстрее жесткий диск. Современные диски вращаются со скоростью 7200 оборотов в минуту, более медленные - 5400. «Рекордсмены», описанные в более позднем разделе, достигают около 15 тысяч оборотов.
К сожалению, наличие движущихся частей является наибольшим недостатком жестких дисков: время доступа к данным у них намного больше, чем у SSD. Это также делает жесткие диски очень уязвимыми для механических повреждений, таких как удары или вибрация. При работе жесткий диск сильно встряхивается, поэтому головка может удариться о вращающийся диск, и, хотя это может не вызвать большого повреждения, но такой удар также может разрушить весь диск. С другой стороны, если жесткий диск был выключен должным образом, головка будет находиться не над пластиной, а рядом с ней, поэтому вероятность повреждения становиться намного ниже.
Ранние жесткие диски были шумными, издавали характерные шумы, особенно во время интенсивных операций, таких как запись больших объемов данных. Сегодняшние жесткие диски практически не слышны.
Раньше для жестких дисков требовалось много кабелей и внешний контроллер. Контроллеры, интегрированные в диски, появились вместе с дебютом интерфейса ATA. Со временем интерфейс ATA претерпел изменения и позже был заменен более эффективным и компактным SATA - Serial ATA, который до сих пор используется жесткими дисками и некоторыми твердотельными накопителями.
Раннее хранение данных и история HDD
Магнитные формы хранения данных использовались еще до изобретения жестких дисков. Например, компьютер UNIVAC 1, разработанный в начале 1950-х годов, хранит данные на магнитной ленте. Первые жесткие диски появились несколько лет спустя, в 1956 году, когда был представлен IBM 305 RAMAC. Жесткий диск этой машины состоял из 50 пластин, каждая диаметром 61 сантиметр, и мог хранить только около 5 мегабайт данных.
Помимо пластин, на этих дисках было несколько механизмов и головок. Они занимали много места - им требовалось больше места, чем всему современному компьютеру, поскольку они хранились в «шкафах».
Первые «компактные» дисководы диаметром 5,25 дюйма появились в 80-х годах. Наряду с меньшим размером пришла и меньшая емкость - они едва могли хранить столько данных, сколько накопитель REMAC, хотя он был на два десятилетия старше.
Однако компактные жесткие диски быстро «догнали», а затем «переросли» своих более крупных предшественников - всего десять лет спустя самые большие диски могли хранить около гигабайта данных. Сегодня жесткие диски обычно имеют емкость от 1 до 6 ТБ, а на данный момент «рекордсмены» могут хранить почти 20 терабайт данных. Предполагается, что к 2025 году они достигнут рубежа в 100 ТБ дискового пространства.
Стоит ли использовать HDD?
По мере развития и изменения технологии роль «основного» диска - диска, содержащего операционную систему и наиболее важные программы, - была взята на себя гораздо более быстрыми твердотельными накопителями, описанными ниже. Несмотря на это, у HDD есть преимущество в другом аспекте - соотношении цены и качества: за меньшие деньги вы можете купить накопитель с гораздо большим дисковым пространством. По этой причине HDD диски чаще всего используются для хранения и архивирования огромных объемов данных, таких как документы, фильмы или проекты. Другое их преимущество - долговечность: эти диски часто превышают заявленный производителем срок службы. Некоторые ретро-энтузиасты владеют компьютерами, которым уже несколько десятков лет, с такими же старыми жесткими дисками, которые все еще работают, хотя их низкая емкость и низкая скорость чтения/записи делают их бесполезными по современным стандартам.
При этом следует помнить, что эти накопители чрезвычайно чувствительны к любым физическим повреждениям, особенно при записи и чтении данных, когда головка находится близко к пластине. По этой причине жесткие диски не следует использовать в ноутбуках, которые особенно уязвимы к ударам и падениям. В то время как в более новых ноутбуках установлены SSD-накопители (а в более дорогих - NVM), многие старые по-прежнему оснащены жесткими дисками. В этом случае лучшим решением будет заменить старый диск на устойчивый SSD, который не только безопаснее, но и значительно ускоряет работу компьютера.
SSD
SSD это твердотельный накопитель. Это название связано с отсутствием движущихся частей, что отличает этот тип накопителя от HDD, и с использованием транзисторов вместо электронных ламп. Раньше SSD использовали тот же интерфейс, что и HDD - SATA. Сегодня более быстрые используют слот M.2, а самые быстрые обмениваются данными по протоколу NVMe.
SSD-накопители появились на потребительском рынке относительно недавно - массовый рынок они вышли в последнее десятилетие. Сначала они воспринимались скорее как технологическая диковинка: несмотря на свои многочисленные преимущества, они были намного дороже, но менее емкие, чем жесткие диски. Однако через несколько лет благодаря техническому прогрессу они получили больше места, а их стоимость значительно снизилась, что сделало их доступными для домашних пользователей. Как упоминалось ранее, в отличие от HDD, твердотельные накопители не имеют движущихся частей, что делает их достаточно устойчивыми к физическим повреждениям, а также полностью бесшумными. Они основаны на взаимодействующих микросхемах полупроводниковой памяти, которые, в свою очередь, могут быть разделены на ячейки хранения двоичных данных. Накопитель имеет два основных набора микросхем памяти, которые работают вместе, по-видимому, в RAID 0.
Вы можете узнать больше о RAID здесь.
В зависимости от того, сколько данных может хранить одна ячейка памяти SSD, она будет отнесена к одному из следующих типов:
SLC - одноуровневая ячейка - одноуровневая ячейка - может хранить только один бит, значение 0 или 1;
MLC - многоуровневая ячейка, множественная, отражающая, что она может хранить более одного бита - она может хранить два бита, значения от 0 до 3;
TLC - трехуровневая ячейка - одна ячейка может хранить три бита или значения от 0 до 7;
QLC - четырехуровневая ячейка - может хранить четыре бита с возможными значениями от 0 до 16;
ПЛК - ячейка пента-уровня - может быть сохранено до пяти битов, что означает диапазон значений от 0 до 31. Твердотельные накопители типа ПЛК еще не доступны на массовом рынке.
Продолжительность жизни ячейки обратно пропорциональна ее емкости: ячейки, которые содержат меньше битов, служат дольше, чем их ёмкие собратья, а также быстрее их. При этом твердотельные накопители SLC и MLC значительно дороже, чем TLC.
Большинство пользователей выбирают между приводом QLC, TLC и MLC. Первые два имеют более низкую цену и больше места для хранения, в то время как MLC имеет лучшую производительность и долговечность. Приводы SLC - самая дорогая, но и самая эффективная альтернатива. В основном они используются в промышленности из-за своей термостойкости - они остаются работоспособными в диапазоне от -40 до +85 градусов Цельсия, что намного больше, чем жесткие диски.
Однако из-за технологического барьера это не относится к MLC, TLC и другим многоуровневым накопителям ячеек.
Также стоит знать, что контроллеры SSD содержат алгоритмы, которые распределяют файлы, записанные на диск, таким образом, чтобы все ячейки работали равномерно - другими словами, они обеспечивают одинаковое состояние всех ячеек. Это оптимизирует и продлевает срок службы привода.
С другой стороны, твердотельные накопители часто показывают в ходе испытаний более длительный срок службы, чем заявляет производитель. Хотя факт, что они перестанут функционировать после того, как будет записан определенный объем данных, высококачественные диски могут прослужить даже дюжину лет или даже больше, если они не используются широко. Теоретически это позволило бы им пережить большую часть других частей компьютера.
Важным событием в истории накопителей этого типа является тест, проведенный Techreport.com в период с 2013 по 2015 год, который включал непрерывную запись данных на диски, чтобы определить, сколько может быть записано между ними, когда они перестанут функционировать. Первым умершим диском был TLC, но еще до того, как он вышел из строя, он записал около 800 ТБ данных - намного больше, чем заявлено. Три самых надежных записали 2,5 ПБ (или 2 500 ТБ) данных каждый. С такой выносливостью при нормальном использовании диск может работать до 2–3 десятилетий.
У твердотельных накопителей есть и другие преимущества, не связанные напрямую с их производительностью: они работают при более низких температурах, чем жесткие диски, а также имеют меньшее энергопотребление, чем они, - другими словами, они более экологичны.
Восстановить данные с поврежденного SSD намного сложнее, чем с жесткого диска, поэтому хранить на них важные данные не рекомендуется, по крайней мере, без резервной копии.
Термины, связанные с SSD
Если вы планируете купить твердотельный накопитель, полезно знать и понимать следующие термины:
TBW - общее количество записанных байтов - сообщает, сколько данных может быть записано на диск, или, другими словами, его долговечность. Для некоторых твердотельных накопителей TBW не заявлено, и их производители гарантируют эффективность в течение определенного времени, независимо от того, насколько интенсивно они работают. Стоит подчеркнуть, что запись объема данных, указанного TBW, не означает немедленного отказа диска - возможно, что он будет работать еще долго после того, как «исчерпал лимит».
Кэш - у некоторых дисков есть собственная временная память (DRAM, динамическая RAM) для оптимизации и повышения их производительности. Однако диски с DRAM дороже.
NAND и 3D NAND - NAND - это память, которую используют твердотельные накопители. 3D NAND, с другой стороны, является типом памяти этой памяти, которая также является слоистой. На момент внедрения это решение столкнулось с техническими проблемами, но в долгосрочной перспективе оно будет способствовать увеличению объема данных на твердотельных накопителях и уменьшению их размера.
История SSD
До того, как были представлены твердотельные накопители в их нынешнем виде, продавались диски на базе DRAM. Они предлагались в качестве замены жестких дисков, но на самом деле они не были SSD а коммуникация производилась через интерфейс памяти.
Одним из первых - если не первым - накопителей на базе твердотельной технологии был StorageTek STC 4305, выпущенный в 1978 году, который предлагался в качестве замены одного из жестких дисков, предлагаемых IBM. Его хвалили за более высокую скорость, чем у конкурента, при том, что он стоил вдвое дешевле.
В 1980 году сотрудник Toshiba Фуджио Масуока разработал флэш-память (которая является основой технологии SSD), которую компания внедрила в 1987 году. Потенциал этой памяти был также признан SanDisk, выпустившим первый диск такого типа в 1991 году.
Еще одним важным продуктом в истории твердотельных накопителей является FFD (Fast Flash Disk), выпущенный компанией M-System в 1995 году. Как и современные твердотельные накопители, он мог выдерживать экстремальные температуры намного лучше, чем диски с пластинами, и был устойчив к ударам, встряскам и падениям. При этом он был менее емким и намного дороже жестких дисков, тем не менее, нашел применение в армии, летной и космической промышленности. Они используются, также, в бортовых самописцах (таких как бортовые диктофоны или CVR), широко известных как черные ящики.
В течение следующего десятилетия эта технология развивалась параллельно с технологией жестких дисков, которая, в свою очередь, становилась все быстрее и быстрее с появлением интерфейса SATA и его последующих версий. При этом память NAND стала и дешевле, и вместительнее. Первые потребительские SSD появились в 2010/2011 годах, но поначалу они были слишком дороги для обычного пользователя. Однако со временем цены падали, и диски становились все лучше и лучше, пока, наконец, не стали основным компонентом современного компьютера.
Сегодня пионеры SSD стремятся достичь все более высокой скорости записи / чтения и большей емкости. По мере развития 3D NAND эти диски будут уменьшаться в размерах и увеличиваться в емкости.
Самый большой SSD, описанный ниже ExaDrive от Nimbus Data, смог превзойти самые большие жесткие диски. В 2019 году Gigabyte представила накопитель со скоростью чтения и записи около 15 ГБ в секунду. Samsung, с другой стороны, представила диск, который автоматически передает данные из поврежденных секторов, благодаря чему он может нормально работать, несмотря на повреждения, хотя и обладает меньшей емкостью.
Стоит ли использовать SSD?
Для большинства пользователей SSD будет основным (и часто единственным) дисковым накопителем компьютера - благодаря своей скорости они оставляют HDD далеко позади. Если накопитель не предназначен для хранения важных данных - тогда SSD будет правильным выбором для вас.
При использовании SSD имейте в виду, что восстановить данные после сбоя труднее, чем в случае с HDD, поэтому сделайте резервные копии важных данных, которые вы храните на нем. Вы можете хранить резервную копию на внешних дисках или в облаке.
Диски NVMe
NVM являются частью семейства SSD. Они отличаются тем, как они взаимодействуют с компьютером - они не используют разъем SATA, который с увеличением скорости SSD стал для них слишком медленным, а вместо этого подключаются напрямую к материнской плате. Это позволяет им достигать гораздо более высоких скоростей чтения и записи, чем диски, использующие интерфейс SATA.
Какой диск использовать в ноутбуке или ПК?
Выше описаны различия и способы использования жестких дисков и твердотельных накопителей. В этом разделе мы ответим на вопрос, какой привод лучше всего подходит для вас.
Один из основных вопросов, который следует учитывать, - это необходимое место для хранения. Сегодня большинству домашних пользователей необходимо хранить несколько сотен гигабайт данных - операционная система, несколько программ и личные документы. Геймерам нужно больше - современные игры могут занимать десятки и даже сотни гигабайт. Кроме того, поскольку этим играм требуется быстрый доступ к данным, геймеры обычно выбирают более быстрые SSD. Ситуация аналогична с теми пользователями, которые создают графику, модели или архитектурные проекты на компьютере - продвинутым программам, например программам для редактирования графики, таким как 3ds Max или Sony Vegas, нужен быстрый доступ и большой объем места для хранения.
Какой жесткий диск использовать в серверной?
Серверу с простым веб-сайтом не нужно много места на диске, достаточно нескольких гигабайт. Более продвинутые серверы, на которых, например, размещаются облачные сервисы или многопользовательские игры, такие как Minecraft или CS:GO, имеют гораздо более высокие потребности, требующие терабайтов дискового пространства и многое другое. Некоторые серверы имеют в общей сложности десятки терабайт дискового пространства (обычно они используют жесткие диски), которые чаще всего используются в качестве сетевых дисков.
Для майнинга криптовалюты дисковое пространство не имеет такого значения, как чистая вычислительная мощность компьютера. Вначале, на этапе синхронизации, данные могут храниться на SSD для более быстрого доступа, а затем перемещаться на HDD; Исключением является чиа, космическая валюта, которой требуются терабайты пространства. Для этой валюты настоятельно рекомендуются жесткие диски, поскольку они имеют большую емкость по более низкой цене.
Как ухаживать за своим жестким диском?
Чтобы диск прослужил долго, за ним нужно правильно ухаживать. Следует отметить, что обслуживание жесткого диска полностью отличается от обслуживания SSD.
Жесткие диски следует хранить в стабильной среде, чтобы они не подвергались ударам, которые могут привести к физическим повреждениям. Этот тип диска также следует регулярно очищать от ненужных данных и дефрагментировать, то есть файлы, разбросанные по диску, должны быть организованы. Жесткие диски могут иметь механические поломки, например, выход из строя головки. Ремонт такого диска может произвести специалист при соблюдении надлежащих условий (домашние методы ремонта, скорее всего, приведут к его разрушению).
Это не относится к твердотельным накопителям: дефрагментация вредна для твердотельных дисков и не должна выполняться. Из-за их конструкции запись в них данных изнашивает их, поэтому подобная организация только сокращает срок их службы. Вместо этого срок его службы можно продлить, ограничив объем записываемых в него данных - на жесткий диск можно поместить файлы большего размера, для которых не требуется быстрое время доступа (например, мультимедийные файлы, загруженные из Интернета). В Windows дефрагментация часто включается автоматически, даже на SSD. Поэтому мы рекомендуем вам проверить этот параметр и, если он включен, отключить его.
Почему мой диск менее емкий, чем заявлено производителем?
Это вызвано тем фактом, что люди используют десятичную систему счисления, а компьютеры - двоичную систему. Мега-, гигабайты, терабайты и т. Д. - это байты, умноженные на тысячи, миллионы и миллиарды, то есть умноженные на 10, которые легко использовать для человека. Компьютеры же используют цифру 2 и ее степень; единицы, основанные на этих значениях, называются меби-, гигабайтами и тебибайтами. Это можно записать на следующем примере:
1 кибибайт = 1024 байта,
1 килобайт = 1000 байт,
Последовательное умножение этих чисел дает следующие значения:
1 тебибайт = 1024 ГиБ = 1099 511 627 776 байт,
1 терабайт = 1000 ГБ = 1000000000000 байт.
Производители указывают стоимость в гигабайтах и терабайтах; компьютеры, с другой стороны, вычисляют эти значения, используя двоичную систему.
Как эти значения переводятся в емкость диска? Потому что:
1 ГиБ = 1,074 ГБ
1 ГБ = 0,931 ГБ
мы можем легко преобразовать указанный размер из гигабайт в гигабайты. Поэтому, например, диск продается как 512 ГБ, размер будет 476,84 ГБ; накопитель на 1000 ГБ вместит 931 ГиБ и так далее.
RAID
Просматривая информацию о дисковых накопителях или о предложениях сетевых услуг, Вы наверняка сталкивались с термином “RAID-массив”. RAID состоит из двух или более подключенных дисков, которые могут совместно использовать задачи для повышения производительности или копирования содержащихся данных для безопасности в зависимости от типа массива. Вы можете узнать больше о RAID- массивах здесь.
Дисковая файловая система
На каждом диске файлы храняться в соответствии с определенным методом, называемым файловой системой. Хотя операционная система может сама выбрать файловую систему по умолчанию, обычно пользователи могут выбрать е вручную.
Windows в основном использует файловую систему NTFS, иногда внешние диски меньшего размера его предшественника - FAT32, который был разработан для более старых систем. В системах Linux используется множество файловых систем, например, XFS, BTRFS и семейство ext.
Стоит отметить, что большинство дистрибутивов Linux имеют встроенную поддержку дисков, использующих NTFS, в то время как Windows, дополнительных программ для чтения разделов Linux.
Сравнение
Самые быстрые HDD диски
В случае жесткого диска скорость можно понимать двояко: как скорость записи/чтения файла и как количество оборотов минуту. В то время как наиболее распространенными являются диски с пластинами, вращающимися со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту, рекордсмены в этой категории вращают даже со скоростью 15 000 в минуту. Такие диски производятся Seagate (так называемый Savvio 15K), Dell или IBM.
Самый быстрый накопитель с точки зрения чтения и записи данных - Mach.2 от Seagate. По заявлению производителя, скорость передачи данных составляет 524 Мбайт в секунду.
Самые быстрые SSD
Самым быстрым из семейства твердотельных накопителей, безусловно, является NVMe. Рекордсменами 2021 года являются такие накопители, как Samsung 980 Pro, WD Black SN850 или Sabrent Rocket 4 Plus, которые считывают данные со скоростью около 7000 МБ в секунду и записывают 5000 МБ в секунду.
Самые большие HDD дискиа
В настоящее время самые вместительные жесткие диски на рынке могут хранить около 18 ТБ данных - такие модели, например, предлагают Western Digital и Seagate. Последний, однако, объявил о выпуске накопителя на 20 ТБ. Стоит помнить, что такие большие диски не самые быстрые и вместо этого используются для архивирования - обычные пользователи будут довольны дисками меньшего размера.
Самые большие SSD диски
Как это ни удивительно, существуют твердотельные накопители, способные хранить десятки терабайт - у рекордсмена есть место на диске 100 ТБ! Это приводы ExaDrive от NimbusData. Однако для большинства пользователей он останется техническим диковинкой, так как его цена составляет 40 тысяч долларов.
Самые большие потребительские твердотельные накопители имеют около 8 ТБ дискового пространства.
Забавный факт: самый долгий срок службы дисков
Из-за относительно недолгого присутствия на рынке твердотельных накопителей, SSD дисков с длительным сроком службы пока нет. Однако в случае с жесткими дисками некоторые диски продолжают работать через 20-30 лет с момента первого запуска (конечно, их эффективность несравнимо хуже, чем у их современных аналогов).
Интересным случаем является сервер Netware, описанный пользователем Axatax на форуме arstechnica.com: запущен в 1996 году, работал без перерыва в течение 16 с половиной лет, или 6030 дней, пока не был окончательно сломан в 2013 году. было два винчестера по 800 Мб каждый - вместе они проработали более 144 тысяч часов!
Диски на серверах Mevspace
Серверы, предлагаемые Mevspace, используют как SSD, так и HDD. Самый быстрый из них, NVM, обладает объемом от нескольких сотен гигабайт. С другой стороны, самые вместительные конфигурации содержат до десятка многотерабайтных жестких дисков (например, 12 x 6 ТБ), что делает их идеальными для серверов резервного копирования или хранения.
Итог
У обоих типов накопителей есть свои плюсы, минусы и области применения. Твердотельные накопители несравнимо более эффективны, чем диски, в то время как последние дешевле, но предлагают гораздо больше места для хранения. Таким образом, вы должны самостоятельно выбрать привод, учитывая ваши потребностей.
Большинству домашних пользователей подойдет SSD; Исключение составляют те, кто, например, хранит такие данные, как семейные фотографии или видео - им потребуется большое дисковое пространство на жестком диске. Напротив, геймеры и те, кому нужно быстрое время отклика, оценят скорость SSD. Самый дорогой вариант, сочетающий использование SSD в качестве системного диска и жесткого диска в качестве хранилища, безусловно, удовлетворит потребности как базовых, так и более продвинутых пользователей.