SSD چیست و چگونه کار می کند؛ راهکارهایی برای افزایش طول عمر و استفاده بهینه

هارد دیسک های سنتی سال ها است که یکی از بهترین گزینه ها برای ذخیره سازی در حجم بالا و با قیمت پایین هستند. با این حال جای هیچ شکی باقی نیست که آینده از آن حافظه های SSD (سر واژه عبارت دیسک های حالت جامد) است. در این مطلب قصد داریم بررسی کنیم که SSD چیست و چگونه کار می کند. همچنین راهکارهایی برای افزایش دوام و بهبود کارایی آن را مطرح می کنیم.

SSD چیست

بیایید ابتدا جزئیات هارد دیسک های سنتی را با هم بررسی کنیم. پلاتر اصلی ترین جزء در هارد دیسک ها است. این قطعه که به شکل صفحات گِرد است، به طور معمول از آلومینیوم یا شیشه ساخته شده که لایه ای نازک از فلز روی آن را پوشانده. این لایه فلزی می تواند خاصیت آهن ربایی به خود بگیرد.

اطلاعات توسط هد ها روی صفحات گرد نوشته می شوند، به این صورت که پوشش فلزی روی آنها خاصیت مغناطیسی یا غیر مغناطیسی به خود می گیرند. به این ترتیب اطلاعات به صورت بیت های 0 یا 1 روی سطح پلاتر ذخیره می شوند. هنگامی که داده ها روی بخش های پلاتر مجدداً نوشته می شوند، همین فرایند تکرارا می شود و تنها لازم است روی برشی از پلاتر فرایند مغناطیسی یا غیر مغناطیسی شدن آن تکرار شود.

اما در SSD ها همه چیز متفاوت است. در این حافظه های ذخیره سازی، اطلاعات روی چیپ های حافظه ویژه ذخیره می شوند. در مورد این تجهیزات ذخیره سازی باید سه نکته مهم را در نظر داشته باشید:

• در SSD ها فرایند نوشتن به این صورت است که ابتدا باید اطلاعات قبلی روی سلول حافظه پاک شود و سپس اطلاعات جدید روی آنها نوشته شود. به همین دلیل فرایند نوشتن روی این فضای ذخیره سازی به عنوان «چرخه برنامه/پاک کردن» (P/E cycles) شناخته می شود.
• تعداد این چرخه محدود است. به عبارتی هر چرخه نوشتن روی سلول های حافظه کمی از عمر آن را کاهش می دهد و به پایان عمر سلول نزدیک تر می شویم. این اتفاق مشابه این است که روی یک تکه کاغذ با مداد بنویسید و با پاک کن آن را پاک کنید و این فرایند را بارها و بارها تکرار کنید تا اینکه کاغذ پاره شود.
• در SSDها سلول های حافظه، صفحات را تشکیل می دهند و صفحات بلوک های حافظه را. در هر لحظه می توان روی یک صفحه اطلاعات را نوشت. ولی در هر لحظه تنها یک بار می توان هر بلوک را پاک کرد. حالا تصور کنید که می خواهید یک فایل وُرد که روی SSD بوده را ویرایش و ذخیره کنید. تنها یک صفحه از صدها صفحه این فایل را ویرایش کرده اید، ولی هنگام ذخیره باید ابتدا تمام صفحات فایل روی یک فضای دیگر در SSD کپی شده و سپس تمام بلوک مربوط به فایل قبلی پاک شده و در نهایت تمام فایل در مکان مرتبط نوشته شود. این فرایند «تشدید نوشتن» (Write Amplification) نام دارد که موجب می شود تعداد نوشتن افزایش یابد و به این ترتیب چرخه P/E آن افزایش پیدا کند.

تمام این اتفاقات موجب می شود که SSD سرعت نوشتن و خواندنی متفاوت از یکدیگر داشته باشد. همچنین برای اینکه سرعت نوشتن همواره در حد بهینه ای باقی بماند، نیاز است فضاهایی که به واسطه تشدید داده پر شده اند، همواره خالی شوند.

برخی از SSD ها از قابلیتی به نام «Over Provisioning» بهره می برند تا به این واسطه فضای خالی اضافه ای را در نظر بگیرند. این فضا توسط کاربر قابل دسترسی نیست و تنها به منظور تسهیل در عملیات نوشتن به کار می رود. آن دسته از حافظه های SSD که فاقد این فضا هستند، سرعت نوشتنشان به مرور زمان کاهش می یابد.

مزایا و معایب SSD در مقابل هارد دیسک

هزینه: SSD قیمت بالاتری نسبت به هارد دیسک دارد. (برتری با هارد دیسک)

مصرف انرژی: مصرف انرژی SSD بهینه تر است. این موضوع در لپتاپ ها اهمیت بیشتری دارد. (برتری با SSD)

ظرفیت: به طور معمول هارد دیسک ها ظرفیت بیشتری (و البته با قیمت کمتر) را ارائه می دهند. (برتری با هارد دیسک)

زمان بوت شدن سیستم عامل: SSD ها در این زمینه بسیار سریعتر هستند. این موضوع می تواند در مواردی از جمله زمان بوت شدن سیستم عامل و نیز برای گیمرها مفید باشد. (برتری با SSD)

نویز و لرزش: SSD ها بر خلاف هارد دیسک ها هیچ قطعه مکانیکی متحرکی ندارند و هیچ نویز و لرزشی تولید نمی کنند. (برتری با SSD)

دمای تولید شده: معمولاً هارد دیسک ها دمای بیشتری تولید می کنند. (برتری با SSD)

میزان خطا: این میزان در SSD ها کمتر است. (برتری با SSD)

سرعت خواندن و نوشتن: در SSD ها به میزان زیادی بالاتر است. (برتری با SSD)

تأثیر مخرب امواج مغناطیسی: میدان های مغناطیسی قوی و با فاصله کم می تواند اطلاعات هارد دیسک ها را با خطا مواجه کرده یا حتی پاک کند، در حالی که SSD ها تقریباً چنین مشکلی ندارند. (برتری با SSD)

مقاومت در برابر ضربه و لرزش: SSD بسیار مقاوم تر است. (برتری با SSD)

در ادامه به فرسودگی، یکی از نقاط ضعف اصلی SSDها می پردازیم.

سطح فرسودگی

بسیاری از SSDهای امروزی از فناوری هایی برای افزایش میزان بهره وری فرایند نوشتن بهره می برند تا به این ترتیب میزان فرسودگی سلول ها را کاهش دهند. در این بین مهمترین فناوری، الگوریتم های «wear-leveling» است که به واسطه آن اطمینان حاصل می شود که تمامی چیپ های حافظه استفاده می شوند.

به عبارت دیگر به واسطه این الگوریتم ها تمامی سلول ها [تقریباً] به یک اندازه استفاده می شوند.

به واسطه این فناوری حافظه های SSD که ظرفیت بیشتری دارند، دوام طولانی تری هم دارند، زیرا روی تک تک سلول ها میزان نوشتن کمتری انجام می شود.

اگر قصد خرید SSD داریم چگونه از دوام آن در طولانی مدت مطلع شویم؟

بسیاری از سازندگان SSDها تحت عنوان «TBW» (ترا بایت نوشتن) اطلاعاتی در این باره را در اختیار کاربران قرار می دهند. به عنوان مثال کمپانی «کروشال» در مشخصات مدل 750 گیگابایتی «Crucial MX300» عدد 220 ترا بایت را برای TBW اعلام می کند. این عدد نشان می دهد که این حافظه ذخیره سازی می تواند تا 220 ترابایت نوشتن داده را تا پیش از اینکه به شرایط غیر قابل اعتماد برسد، تحمل کند.

به عبارتی اگر در هر روز 50 گیگابایت داده در آن نوشته شود، در حدود 12 سال طول می کشد تا فرسوده شود. همان گونه که پیشتر نیز گفته شد، SSD هایی که حجم بالاتری دارند، دوام بالاتری را نیز ارائه می دهند.

البته معمولاً میزان نوشتن در هر روز برای یک کاربر عادی بسیار کمتر از این میزان است. همچنین باید اشاره کرد که تماشای فیلم ها یا تصاویر، خواندن یک فایل PDF یا مواردی از این قبیل به میزان نوشته شدن روی SSD نمی افزاید، زیرا در واقع در حین فعالیت هایی از این دست عمل خواندن انجام می شود و نه نوشتن. ولی دانلود فایل ها، کپی کردن آهنگ ها یا پشتیبانی گرفتن از گوشی همراه در رده عملیاتی به حساب می آیند که نیاز به خواندن دارند و عمر SSD را کاهش می دهند.

چگونه دوام SSD را افزایش دهیم؟

نکته کلیدی در افزایش عمر SSDها، کاهش میزان نوشته شدن روی آنها است. به این منظور تا حد امکان از نوشتن بی مورد، از قبیل کپی کردن فایل ها، دانلود و ... روی SSD ها خودداری کنید. در ادامه به روش هایی خواهیم پرداخت که به واسطه آنها می توان میزان دوام این حافظه های ذخیره سازی را افزایش داد.

سیستم عامل خود را ارتقا دهید

سیستم عامل های مدرن به گونه ای طراحی شده اند که از SSDها پشتیبانی کنند. اکنون آخرین نسخه ویندوز 10 (به روز رسانی 1803) و MacOS های سیرا از این حافظه های ذخیره سازی به خوبی پشتیبانی می کنند.

عدم استفاده بیش از حد از بنچمارک ها

بسیاری از ما علاقه داریم که سرعت SSD جدیدی که خریده ایم را با کپی کردن فایل ها یا استفاده از نرم افزازهای ویژه بنچمارک بسنجیم. ولی باید بدانید که این کار تنها میزان چرخه P/E را افزایش داده و منجر به استهلاک بی مورد SSD می شود.

عدم استفاده از Hibernation

گزینه «Hibernation» در سیستم عامل ها را با «Sleep» اشتباه نگیرید. در حالت Hibernation تمامی آن اطلاعاتی که روی حافظه رم کامپیوتر قرار دارند روی فضای ذخیره سازی (از جمله SSD) کپی می شوند و پس از آن کامپیوتر خاموش می شود. هنگامی که کامپیوتر مجدداً روشن شود، اطلاعات مذکور مجدداً روی رم کپی شده و فعالیت ها از همان جای قبلی ادامه پیدا می کند. پس از این موضوع اطلاعاتی که روی فضای ذخیره سازی نگه داشته شده بودند، حذف می شوند.

هر بار که Hibernation انجام می شود، چندین گیگابایت از فضای ذخیره سازی مورد استفاده قرار می گیرد. به این ترتیب میزان عملیات نوشتن فراوانی روی آن انجام می شود. به عنوان مثال کامپیوتری که رمی 4 گیگابایت رم دارد، در هنگام استفاده از فرایند مورد بحث نیاز به 4 گیگابایت فضای ذخیره سازی دارد. بنابراین پیشنهاد می شود تا حد امکان از Hibernation  استفاده نکید.

برای غیر فعال کردن این قابلیت در ویندوز 10 می توانید به طریق زیر عمل کنید:

• روی منوی استارت کلیک راست کنید (یا می توانید با فشردن کلید Windows و X منو را باز کنید)
• روی گزینه «(Windows Powershell (Admin» کلیک کنید
• در پنجره «User Account Control» روی گزینه «yes» کلیک کنید
• هنگامی که پنجره «Powershell» باز شد، تایپ کنید: powercfg -h off
• سپس کلید «Enter» را بفشارید.

برای روشن کردن مجدد این قابلیت مراحل را تکرار کنید و در قسمت آخر وارد کنید: powercfg -h

همچنین توجه داشته باشید از آنجایی که حافظه های SSD سرعتی بالاتر از هارد دیسک ها دارند، می توانید فعالیت های خود را ذخیره کرده و کامپیوتر را خاموش نمایید. کامپیوترهای بهره مند از این فضای ذخیره سازی با سرعت بالاتری وارد محیط سیستم عامل می شوند و به این ترتیب زمان تان چندان هدر نمی رود و احتمالاً نیازی به استفاده از قابلیت Hibernation نخواهید داشت.

AHCI و دستورات مرتبط با TRIM

«رابط کنترل کننده میزبان پیشرفته» یا «AHCI» به سیستم عامل اجازه می دهد به فضای ذخیره سازی دسترسی، سریع تری داشته باشد و از برخی قابلیت های پیشرفته بهره ببرد.

یکی از این قابلیت ها دستور «TRIM» است که به سیستم عامل هایی که از آن پشتیبانی می کنند این امکان را می دهد که دریابند کدام بلوک های داده SSD، دیگر در حال استفاده نیستند و می توانند پاک شوند. این قابلیت موجب می شود که درایو با سرعت بالاتری کار کند و تأثیر تشدید نوشتن را کاهش می یابد و در نهایت سرعت بالاتر و عمر طولانی تر را برای SSD به ارمغان می آورد.

به طور پیش فرض دو قابلیت AHCI و TRIM فعال هستند ولی می توانید AHCI را در بایوس کامپیوتر خود بررسی کنید. این موضوع بسته به مدل در هر کامپیوتری متفاوت است ولی راه حلی کلی آن به این ترتیب است:

هنگامی که کامپیوتر روشن می کنید کلید «F2» یا «Delete» را بفشارید. به دنبال بخش «Storage» بگردید و مقدار «Configure SATA as» را به «AHCI» تغییر دهید. البته توجه داشته باشید که اگر از قبل سیستم عامل را نصب کرده اید، با این تغییر ممکن است دیگر سیستم عامل بالا نیاید. در این صورت این مقدار را به میزان قبلی باز گردانید. همچنین اگر از تنظیمات RAID استفاده می کنید باید گزینه RAID را انتخاب کنید.

برای بررسی فعال بودن TRIM نیز می توانید به روش زیر عمل کنید:

• روی منوی استارت کلیک راست کنید (می توانید با فشردن کلید Windows و X منو را باز کنید)
• روی گزینه «(Windows Powershell (Admin» کلیک کنید
• در پنجره «User Account Control» روی گزینه «yes» کلیک کنید
• هنگامی که پنجره «Powershell» باز شد، تایپ کنید:
• fsutil behavior query DisableDeleteNotify

اگر نتیجه به صورت DisableDeleteNotify = 0 بود یعنی TRIM فعال است. در غیر این صورت می توانید به روش زیر آن را فعال کیند:

• در پنجره  «Powershell» تایپ کنید:
• fsutil behavior set disabledeletenotify 0

اگر کامپیوتر مبتنی بر سیستم عامل مک خریده اید که از ابتدا SSD روی آن نصب بوده، TRIM به طور پیش فرض فعال است.

غیر فعال کردن Superfetch

Superfetch فناوری است که اولین بار در ویندوز ویستا معرفی شد و قابلیتی است که بر اساس آن به ویندوز اجازه داده می شود به گونه بهینه تری حافظه سیستم را مدیریت کرده و داده ها و اپلیکیشن هایی که مکرراً مورد استفاده قرار می گیرند را از قبل در حافظه قرار دهد.

با این حال این قابلیت نیاز دارد که اطلاعات به طور منظم روی فضای ذخیره سازی نوشته شود. به این ترتیب عمر SSD را کاهش می دهد، البته اگر هارد دیسک دارید، Superfetch می تواند مفید باشد.

برای غیر فعال کردن آن در ویندوز می توانید به روش زیر عمل کنید:

• Powershell را به روشی که در بالا توضیح داده شد اجرا کنید
• دستور services.msc را وارد کنید
• در پنجره «Services» از لیست سمت راست به دنبال Superfetch بگردید و برای غیر فعال کردن روی آن دو بار کلیک کرده و از بخش «Service status» آن «stop» را انتخاب کنید. همچنین گزینه «startup type» را روی «Disabled» قرار دهید.
• در نهایت روی «Apply» و «OK» کلیک کنید.

Page File یا حافظه مجازی

در سیستم عامل هایی از جمله ویندوز 10 حافظه مجازی می تواند در کنار حافظه رم کامپیوتر عمل کند. به عبارت دیگر حافظه مجازی در کنار حافظه اصلی به عنوان فضای ذخیره برای رم عمل می کند و از فضای ذخیره سازی (هارد دیسک یا SSD) برای این منظور بهره می برد.

فضای این حافظه به طور پویا تغییر می کند و به این ترتیب مکرراً روی فضای ذخیره سازی عمل نوشتن را انجام می دهد که این عمل برای SSDها خوشایند نیست. اگر کامپیوترتان 8 گیگابایت یا بیشتر رم دارد و برنامه های خاص و پیشرفته ای را روی آن اجرا نمی کنید، احتمالاً می توانید این قابلیت را به کلی خاموش کنید.

با این حال پیشنهاد می شود که یک مقدار مشخص را برای آن در نظر بگیرید یا آن را به درایو یک هارد دیسک (در صورتی که روی کامپیوتر هارد دیسک دارید) انتقال دهید.
برای تغییر تنظیمات Page File روی ویندوز 10 به طریق زیر عمل کنید:

• روی کلید استارت در گوشه سمت چپ کلیک راست کنید
• گزینه «System» را انتخاب کنید (پس از این مرحله در برخی از نسخه های ویندوز 10 از جمله به روز رسانی 1803 باید ازسمت راست صفحه گزینه «System info» را انتخاب کنید
• در پنجره باز شده از بخش سمت چپ «Advanced System Settings» را انتخاب کنید)
• به سربرگ «Advanced» بروید
• روی اولین «Settings» (در بخش Performance) کلیک کنید
• به سر برگ «Advanced» رفته و روی «Change» کلیک کنید
• تیک گزینه «Automatically mange paging file size for all drives» را بردارید
• روی «Custom size» کلیک کرده و میزان اولیه و حداکثر میزان مورد نیاز را وارد کنید. برای این منظور می توانید از راهنمایی که در پایین همین پنجره اعلام شده استفاده کنید. «Minimum allowed» شامل حداقل میزان اجازه داده شده است، «Recommended» مقدار پیشنهادی است و «Currently allocated» میزانی است که اکنون به حافظه مجازی تخصیص داده شده است.
• در نهایت روی کلید «OK» کلیک کرده و کامپیوتر خود را ری استارت نمایید
• البته می توانید با انتخاب «No page file» و سپس کلیک بر کلید «Set» هیچ حافظه مجازی را در نظر تخصیص ندهید که البته پیشنهاد نمی شود.

علاوه بر این می توانید فضای تخصیص داده شده به حافظه مجازی را به درایوی به غیر از درایو SSD منتقل کنید. از این گزینه تنها در کامپیوترهایی می توایند بهره ببرید که دارای هارد دیسک جدااگانه هستند. به این منظور از بخش «Drive» درایوی را انتخاب کنید که مربوط به یک هارد دیسک است و البته باید میزان تخصیص داده شده به درایو مرتبط با SSD را نیز روی «No page file» تنظیم کنید.

فولدرهای پر استفاده را به درایو دیگری منتقل کنید

می توانید فولدرهای مرتبط با «Downloads» ،«Documents» ،«Pictures » و مواردی از این قبیل را به مسیر دیگری در هارد دیسک (در صورتی که کامپیوترتان به هارد دیسک نیز مجهز باشد) انتقال دهید. همچنین می توانید مسیرهای فولدر پیش فرض برخی از نرم افزار ها را از داخل تنظیماتشان به مسیر متفاوتی (در هارد دیسک) تغییر دهید.

نگران حافظه SSD خود نباشید

در نهایت با روش هایی که در این مطلب گفته شد، می توانید کارایی مناسب و عمر بیشتر SSD خود را تضمین کنید. البته باید گفت که حتی اگر از SSD خود مشابه با یک هارد دیسک بهره ببرید، باز هم این قطعه برای سال ها کار خواهد کرد. همچنین بسیاری از کامپیوترهایی که به طور پیش فرض از SSD بهره می برند، دارای نرم افزارهایی هستند که کارکرد آن را بهینه می کنند.