Твердотельный жесткий диск - Программирование, компьютеры и кибернетика курсовая работа

Архитектура и функционирование твердотельных накопителей. Устройство SSD-накопителей, характеристика интерфейсов для их подключения, принципы работы и внутренняя структура, основные элементы. Устройство NAND-памяти и использование в ней нанотехнологий.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Главной задачей контроллера является обеспечение операций чтения / записи, и управление структурой размещения данных. Основываясь на матрице размещения блоков, в какие ячейки уже проводилась запись, а в какие еще нет, контроллер должен оптимизировать скорость записи и обеспечить максимально длительный срок службы SSD-диска. Вследствие особенностей построения NAND-памяти, работать с ее каждой ячейкой отдельно нельзя. Ячейки объединены в страницы объемом по 4 Кбайта, и записать информацию можно только полностью заняв страницу. Стирать данные можно по блокам, которые равны 512 Кбайт. Все эти ограничения накладывают определенные обязанности на правильный интеллектуальный алгоритм работы контроллера. Поэтому, правильно настроенные и оптимизированные алгоритмы контролера могут существенно повысить производительность и долговечность работы SSD-диска.
В контроллер входят следующие основные элементы:
Processor - как правило 16 или 32 разрядный микроконтроллер. Выполняет инструкции микропрограммы, отвечает за перемешивание и выравнивание данных на Flash, диагностику SMART, кеширование, безопасность.
Error Correction (ECC) - блок контроля и коррекции ошибок ECC.
Flash Controller - включает адресацию, шину данных и контроль управления микросхемами Flash памяти.
DRAM Controller - адресация, шина данных и управление DDR/DDR2/SDRAM кэш памятью.
I/O interface - отвечает за интерфейс передачи данных на внешние интерфейсы SATA, USB или SAS.
Controller Memory - состоит из ROM памяти и буфера. Память используется процессором для выполнения микропрограммы и как буфер для временного хранения данных. При отсутствии внешней микросхемы RAM памяти выступает в роли единственного буфера данных SSD.
На данный момент в SSD применяются следующие модели контроллеров:
Практически все показатели SSD накопителя зависят от управляющего контроллёра. Он включает в себя микропроцессор, который управляет всеми процессами памяти с помощью специальной прошивки; и моста между сигналами чипов памяти и шины компьютера (SATA3, USB).
Функции современного SSD контроллёра:
· Возможность S.M.A.R.T мониторинга.
· Пометка и запись о нерабочих блоках для добавления их в чёрный список.
Все контроллёры памяти нацелены на параллельно подключенную NAND память. Так как шина памяти одного чипа очень мала (максимум 16 бит), используются шины многих чипов подключенных параллельно. К тому же, отдельно взятый чип отнюдь не обладает отличными характеристиками, а наоборот. Например высокую задержку ввода-вывода. Когда чипы памяти параллельно объединены, эти задержки скрываются, распределяясь между ними. Да и шина растёт пропорционально каждому добавленному чипу, вплоть до максимальной пропускной способности контроллёра.
Многие контроллёры, умеют использовать SATA 6 Гбит/c, что в купе с контроллёрами поддерживающими скорость обмена данными 500 мб/c, даёт ощутимый прирост производительности в чтении / записи и полное раскрытие потенциала SSD накопителя.
В SSD накопителях применяется кэш память в виде энергозависимой DRAM микросхемы, наподобие как в жёстких дисках.
Но в твёрдотельных накопителях она несёт ещё одну важную функцию. Часть прошивки и самые часто изменяющиеся данные находятся в ней, сокращая износ энергозависимой NAND памяти. В некоторых контроллёрах, не предусмотрено использование кеш памяти, но тем не менее они достигают высоких показателей в скорости.
Для чтения блока данных в винчестере сначала нужно вычислить, где он находится, потом переместить блок магнитных головок на нужную дорожку, подождать пока нужный сектор окажется под головкой и произвести считывание. Причем хаотические запросы к разным областям жесткого диска еще больше сказываются на времени доступа. При таких запросах HDD вынуждены постоянно «гонять» головки по всей поверхности «блинов» и даже переупорядочивание очереди команд спасает не всегда. А в SSD все просто - вычисляем адрес нужного блока и сразу же получаем к нему доступ на чтение / запись. Никаких механических операций - всё время уходит на трансляцию адреса и передачу блока. Чем быстрее флэш-память, контроллер и внешний интерфейс, тем быстрее доступ к данным.
А вот при изменении / стирании данных в SSD накопителе не так все просто. Микросхемы NAND флэш-памяти оптимизированы для секторного выполнения операций. Флеш-память пишется блоками по 4 Кб, а стирается по 512 Кб. При модификации нескольких байт внутри некоторого блока контроллер выполняет следующую последовательность действий:
- считывает блок, содержащий модифицируемый блок во внутренний буфер/кеш;
- выполняет стирание блока в микросхеме флэш-памяти;
- вычисляет новое местоположение блока в соответствии с требованиями алгоритма перемешивания;
Но как только вы записали информацию, она не может быть перезаписана до тех пор, пока не будет очищена. Проблема заключается в том, что минимальный размер записываемой информации не может быть меньше 4 Кб, а стереть данные можно минимум блоками по 512 Кб. Для этого контроллер группирует и переносит данные для освобождения целого блока.
Вот тут и сказывается оптимизация ОС для работы с HDD. При удалении файлов операционная система не производит физическую очистку секторов на диске, а только помечает файлы как удаленные, и знает, что занятое ими место можно заново использовать. Работе самого накопителя это никак не мешает и разработчиков интерфейсов этот вопрос раньше не волновал. Если такой метод удаления помогает повысить производительность при работе с HDD, то при использовании SSD становится проблемой. В SSD, как и в традиционных жестких дисках, данные все еще хранятся на диске после того, как они были удалены операционной системой. Но дело в том, что твердотельный накопитель не знает, какие из хранящихся данных являются полезными, а какие уже не нужны и вынужден все занятые блоки обрабатывать по длинному алгоритму.
Прочитать, модифицировать и снова записать на место, после очистки затронутых операцией ячеек памяти, которые с точки зрения ОС уже удалены. Следовательно, чем больше блоков на SSD содержит полезные данные, тем чаще приходится прибегать к процедуре чтение>модификация>очистка>запись, вместо прямой записи. Вот здесь пользователи SSD сталкиваются с тем, что быстродействие диска заметно снижается по мере их заполнения файлами. Накопителю просто не хватает заранее стёртых блоков. Максимум производительности демонстрируют чистые накопители, а вот в ходе их эксплуатации реальная скорость понемногу начинает снижаться.
Раньше в интерфейсе ATA просто не было команд для физической очистки блоков данных после удаления файлов на уровне ОС. Для HDD они просто не требовались, но появление SSD заставило пересмотреть отношение к данному вопросу. В результате в спецификации ATA появилась новая команда DATA SET MANAGEMENT, более известная как Trim. Она позволяет OC на уровне драйвера собирать сведения об удаленных файлах и передавать их контроллеру накопителя.
В периоды простоя, SSD самостоятельно осуществляет очистку и дефрагментацию блоков отмеченных как удаленные в ОС. Контроллер перемещает данные так, чтобы получить больше предварительно стертых ячеек памяти, освобождая место для последующей записи. Это дает возможность сократить задержки, возникающие в ходе работы.
Но для реализации Trim необходима поддержка этой команды прошивкой накопителя и установленным в ОС драйвером. На данный момент только самые последние модели SSD «понимают» TRIM, а для старых накопителей нужно прошить контроллер для включения поддержки этой команды. Среди операционных систем команду Trim поддерживают: Windows 7, Windows Server 2008 R2, Linux 2.6.33, FreeBSD 9.0. Для остальных ОС необходимо инсталлировать дополнительные драйвера и утилиты.
Например, для SSD от Intel существует специальная утилита SSD Toolbox, которая может выполнять процедуру синхронизации с ОС по расписанию. Кроме оптимизации, утилита позволяет выполнять диагностику SSD и просматривать SMART-данные всех накопителей компьютера. С помощью SMART, можно оценить текущую степень износа SSD - параметр E9 отражает оставшееся количество циклов очистки NAND-ячеек в процентах от нормативного значения. Когда величина, уменьшаясь от 100, дойдет до 1, можно ожидать скорое появление «битых» блоков.
История развития твердотельных накопителей - компьютерных немеханических запоминающих устройств на основе микросхем памяти. Архитектура, функционирование и преимущества NAND и RAM SSD. Microsoft Windows и компьютеры данной платформы, Mac OS X и Macintosh. презентация [1,7 M], добавлен 25.02.2015
Технические характеристики накопителей на жестких магнитных дисках и их устройство. Питание и охлаждение накопителей. Неисправности аппаратной и программной частей. Программы для проведения диагностики поверхности накопителя, его головок и электроники. курсовая работа [483,6 K], добавлен 19.05.2013
Накопитель на жёстких магнитных дисках - энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство (винчестер), его назначение и функции. Устройство жесткого диска, хранение данных и параметры. Физический и логический объем накопителей. презентация [1,4 M], добавлен 10.08.2013
Внутреннее устройство большинства дисковых накопителей. Форматирование жесткого магнитного диска (винчестера). Физическая архитектура и логическая структура дисковых накопителей. Функции файловой системы. Физические и логические параметры жестких дисков. реферат [825,7 K], добавлен 19.02.2011
Магнитные накопители как важнейшая среда хранения информации в ЭВМ. Виды, конструкция и функционирование магнитных накопителей. Магнитные носители: гибкий магнитный диск, флэш-память, супердискета. Компакт-диски и универсальные цифровые диски, их форматы. реферат [40,8 K], добавлен 23.04.2011
Общее понятие про системный блок. Строение системного блока: материнская плата, отсеки для накопителей, блок питания. Компоненты, установленные на материнской плате. Этапы работы центрального процессора. Запоминающее устройство, видеокарта, жесткий диск. презентация [1,2 M], добавлен 15.04.2011
Интересные факты из истории развития устройства винчестера, жесткого диска и персональных компьютеров. Революция в технологии записи и хранения информации. Главные преимущества и недостатки твердотельных накопителей по сравнению с жёсткими дисками. контрольная работа [34,4 K], добавлен 22.12.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Твердотельный жесткий диск курсовая работа. Программирование, компьютеры и кибернетика.
Реферат: Сравнительный анализ эффективности инвестиционных проектов с учетом риска
Проектирование Гостиницы Курсовая Работа
Сочинение 9 3 Совесть
Курсовая работа по теме Формы сопротивления тоталитаризму в России. Антисталинский протест 20-50-х гг.
Кандидатские Диссертации По Германским Языкам
Реферат: Гигиена физической культуры - предмет, задачи и методы. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Архимандрит Ианнуарий (Ивлиев)
Диссертация На Медицинскую Тему
Договор пожизненного содержания с иждивением
Реферат На Тему Режимы
Курсовая работа по теме Визначення раціональних параметрів перевезення вантажів
Реферат На Тему Доходный Подход К Оценке Недвижимости
Контрольная работа по теме Виды трудовых коллективов и их особенности
Курсовая работа по теме Политические и правовые учения в Европе в начале XX в.
Свадьба В Казахстане Эссе
Сочинение На Тему Что Такое Обломовщина
Прикладное программирование, 1 семестр
Курсовая Работа На Тему Бизнес-План Кафе
Реферат по теме История возникновения и развития библиографии
Курсовая работа по теме Права акционеров и их защита
Хронический пиелонефрит, стадия ремиссии - Медицина история болезни
Участники уголовного судопроизводства - Государство и право курсовая работа
Критерии учебно-методического комплекса по истории - Педагогика курсовая работа