انواع حافظه های فلش در حافظه های SSD

حافظه ی فلش در SSD ها باعث تشکیل ساختار ذخیره سازی این قطعه می شوند، حافظه ی اس اس دی برای ذخیره سازی اطلاعات بر ساختار هایی به نام سلول ذخیره ساز اطلاعات متکی است، تشکیل این ساختار ها تا حد بسیار زیادی به نوع حافظه ی فلش به کار رفته در این قطعه بستگی دارد.

بررسی انواع حافظه های فلش تشکیل دهنده ی سلول های حافظه در SSD

انواع حافظه های فلش در حافظه ی SSD

موضوعات مورد بررسی در این مطلب:

1- مقایسه ی حافظه های SSD و HDD

2- بررسی سلول ذخیره ساز اطلاعات کامپیوتری

3- کاربرد حافظه های فلش و انواع آن در ذخیره ی اطلاعات

4- بررسی احتمال بروز خطا در ذخیره سازی اطلاعات و تأثیرات آن

انواع حافظه های فلش در حافظه ی SSD

الف) هارد مکانیکال

مرسوم ترین درایو های ذخیره سازی اطلاعات در کامپیوتر ها، هارد های مکانیکال و حافظه های SSD هستند، برای ذخیره سازی یا بازخوانی اطلاعات در هارد ها (اینترنال – اکستنرال) از دیسک های چرخان و خوانشگر مکانیکی استفاده می شود.

هارد ها، در سرعت ها و ظرفیت های ذخیره سازی تنوعی در بازار وجود دارند، به طور کلی هر چه سرعت چرخش دیسک های داخلی این نوع حافظه بیشتر باشد، سرعت عملکرد یعنی نوشتن و خواندن اطلاعات در آن نیز بیشتر خواهد بود.

برای پیدا کردن محل ذخیره سازی داده های مورد نظر در هارد، دیسک های متحرک باید بچرخند تا خوانشگر که شبیه به یک سوزن گرامافون است در محل درست قرار گرفته و اطلاعات را ذخیره سازی یا بازخوانی کند.

ذخیره سازی اطلاعات در هارد نسبت به حافظه های SSD هزینه ی کمتری دارد اما نیازمند انرژی الکتریکی بیشتر و دارای سرعت کمتری است، دلیل این تفاوت ها ذخیره ی اطلاعات به صورت مکانیکی – الکتریکی در این نوع حافظه ی ذخیره سازی اطلاعات است که باعث استقامت کمتر آن در نگهداری داده ها نیز شده است.

ب) حافظه ی SSD

فرآیند نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه های SSD کاملاً با این فرآیند در هارد های مکانیکال متفاوت است، حافظه های SSD برای ذخیره سازی اطلاعات از سیستمی به نام حافظه ی فلش کمک می گیرند، به این صورت که پیکربندی حافظه های اس اس دی به صورت غیر متحرک و ثابت است، اطلاعات به صورت الکترونیکی در بخش های تعیین شده ای ذخیره سازی می شوند، خوانش اطلاعات نیز از همان بخش های ثابت و در نتیجه با سرعت بسیار بالاتر صورت می گیرد، این نوع ذخیره سازی با سرعت بیشتر، مصرف انرژی کمتر و استقامت بیشتر در ذخیره سازی اطلاعات در مقایسه با هارد ها انجام می شود.

ذخیره سازی اطلاعات کامپیوتری بر روی دیسک های چرخان هارد های مکانیکال در مقایسه با حافظه های جامد، ثابت و طبقه بندی شده ی فلش در حافظه های SSD نیازمند طی کردن زمان و صرف انرژی بیشتری است.

در مقایسه ی سرعت حافظه های SSD سری M.2 با درگاه های NVME و درگاه SATA در بالاترین رتبه و هارد های مکانیکال در پایین ترین رتبه قرار می گیرند، SSD های 2.5 اینچی با درگاه SATA در اغلب مواقع سرعتی مابین این دو نوع حافظه ی ذخیره ساز دارند.

سلول ذخیره ساز اطلاعات

در بررسی تخصصی و دقیق تر، مشاهده می شود که ذخیره سازی اطلاعات در حافظه های SSD در بخش های ذخیره ساز بسیار کوچکی به نام سلول حافظه انجام می شود، این سلول های حافظه در اس اس دی های مختلف با توجه به نوع حافظه ی فلش به کار رفته در آنها در ویژگی های مختلفی برخوردار اند.

برای مثال این نوع سلول های ذخیره ساز می توانند بازه های ظرفیتی متفاوتی از داده ها (در حد یک تا چند بیت) را در سطوح مختلفی از خود با سرعت های مختلفی ذخیره سازی و یا بازخوانی کنند.

انواع حافظه های فلش

معروف ترین انواع حافظه های فلش که تشکیل سلول های حافظه وابسته به آنهاست در 6 نوع زیر دسته بندی می شوند که هر یک دارای خصوصیات متفاوتی است.

SLC – eMLC – MLC – TLC – QLC – PLC

اولین حرف در نامگذاری هر یک از حافظه های فلش که به صورت حرف بزرگ انگلیسی نوشته می شود، نشان دهنده ی تعداد سطوح ذخیره سازی اطلاعات در هر یک از سلول های آن نوع حافظه است.

دومین حرف بزرگ انگلیسی در نامگذاری حافظه های فلش یعنی L حرف اول کلمه ی Level به معنی سطح و سومین حرف بزرگ به کار رفته در آن یعنی C نشان دهنده ی کلمه ی Cell به معنی سلول است، هر یک از این حافظه های فلش با دارای بودن تعداد سطوح و ظرفیت های ذخیره سازی متفاوت برتری و تفاوت هایی بر سایرین دارند.

هر چه تعداد سطوح ذخیره سازی اطلاعات در سلول های حافظه بیشتر باشد، طبیعتاً ظرفیت ذخیره سازی آن سلول بیشتر خواهد بود، اما این ذخیره سازی اطلاعات در سطوح مختلف باعث کاهش سرعت عملکرد این سلول های حافظه می شود.

در مقایسه ی انواع حافظه های فلش که تشکیل دهنده ی سلول های ذخیره سازی هستند، باید ویژگی هایی مانند تعداد سطوح ذخیره سازی، ظرفیت ذخیره سازی هر سلول، استقامت نگهداری داده ها، تعداد چرخه های خواندن و نوشتن در طول عمر حافظه و هزینه را مورد بررسی قرار داد.

بررسی حافظه فلش SLC

حافظه ی فلش نوع SLC، دارای یک سطح ذخیره سازی اطلاعات در هر سلول بوده و توانایی انجام 90 تا 100 هزار چرخه ی خواندن و نوشتن اطلاعات را در طول عمر خود داشته و در هر سلول ذخیره ساز خود 1 بیت داده را ذخیره سازی می کند، این ظرفیت کمترین مقدار ذخیره سازی بین انواع مختلف سلول های حافظه می باشد.

این نوع حافظه ی فلش، سریع ترین نوع حافظه، دارای بیشترین میزان استقامت و به طور طبیعی گران ترین هزینه است، حافظه های SSD های دارای این نوع حافظه فلش برای فعالیت های صنعتی – شرکتی مورد استفاده قرار می گیرند.

بررسی حافظه فلش eMLC

حافظه های فلش eMLC به گونه ای بهینه شده ی حافظه های فلش MLC هستند به طوری که شباهت هایی به حافظه های SLC دارند، سلول های این نوع حافظه از چندین سطح برای ذخیره سازی اطلاعات استفاده کرده و در طول عمر خود توانایی انجام 20 تا 30 هزار چرخه کامل نوشتن و خواندن اطلاعات را دارد، هر سلول حافظه ی eMLC مقدار 2 بیت داده را در خود ذخیره سازی می کند و از نظر سرعت، استقامت و هزینه در رده ی پایین تر از حافظه ی نوع SLC و بالاتر از MLC قرار دارد، زمینه ی استفاده از اس اس دی های دارای این نوع حافظه ی فلش همانند حافظه های SLC اغلب در صنعت و مصارف شرکتی است.

بررسی حافظه فلش MLC

این نوع حافظه ی فلش از چند سطح برای ذخیره سازی اطلاعت در سلول های حافظه ی خود استفاده کرده و در هر سلول 2 بیت داده را ذخیره سازی می کند، توانایی گذراندن 8 تا 10 هزار چرخه ی نوشتن و خواندن اطلاعات را در طول عمر خود داشته و در مقایسه ی سرعت، استقامت و هزینه، این نوع حافظه ی فلش پس از حافظه های eMLC در و جایگاه سوم قرار می گیرد.

زمینه های اصلی استفاده از اس اس دی های دارای این نوع حافظه ی فلش در فعالیت های گیمینگ و کاربری های خانگی استفاده می شوند.

بررسی حافظه فلش TLC

هر کدام از سلول های حافظه فلش نوع TLC با بهره گیری از سه سطح ذخیره سازی اطلاعات، توانایی ذخیره سازی 3 بیت داده و انجام 3 تا 5 هزار چرخه ی مفید نوشتن و خواندن را در طول عمر خود دارند که نشان دهنده ی طول عمر حافظه ی اس اس دی پس از ذخیره سازی و بازخوانی اطلاعات در مراحل مختلف است.

حافظه های SSD دارای این نوع حافظه ی فلش از نظر سرعت، استقامت و هزینه پس از حافظه های MLC قرار می گیرند، زمینه ی استفاده از این نوع حافظه ها برای مصرف کنندگان عادی و کاربری های روزمره می باشد.

بررسی حافظه فلش QLC و PLC

دو نوع حافظه ی فلش QLC و PLC که کمتر مرسوم هستند، به ترتیب از 4 و 5 سطح برای ذخیره سازی اطلاعات در سلول های حافظه خود استفاده می کنند، در این دو نوع حافظه همانند سایر حافظه های فلش با افزایش تعداد سطوح ذخیره سازی اطلاعات و در نتیجه ی آن افزایش ظرفیت سلول های حافظه، احتمالاً سرعت استقامت و هزینه ی ساخت SSD های دارای این حافظه ها کاهش یابد.

برای این دو نوع حافظه به جز انواعی از حافظه های QLC که در مصارف اندک و در طرح های آزمایشگاهی کاربرد دارند، برای سایر انواع این دو نوع حافظه ی فلش در حال حاظر کارایی خاصی معرفی نشده است.

بروز خطا در ذخیره سازی

در حافظه های SSD و سیستم های کامپیوتری بخش هایی وجود دارد تا خطا های رخ داده را اصلاح می کنند، این خطا ها اغلب در فرایند نوشتن اطلاعات بر روی سلول ها اتفاق می افتد.

اما همچنان احتمال بروز خطا می تواند مخرب باشد، احتمال بروز خطا با تعداد سطوح و ظرفیت ذخیره سازی سلول ها رابطه ی مستقیم دارد، در حافظه های SLC و PLC که به ترتیب دارای کمترین و بیشترین ظرفیت و سطوح ذخیره سازی اطلاعات هستند، کمترین و بیشترین احتمال بروز خطا وجود دارد.