أقراص الحالة الصلبة SSD

لو سألت أي من المهتمين بالحاسب هذه الأيام عن أكثر الأشياء المثيرة للانتباه والتي يريد اقتنائها لجاءتك الاجابة فوراً وهي امتلاك أحد هذه الأجهزة الجديدة بدائل القرص الصلب التقليدي والتي يطلق عليها "أقراص الحالة الصلبة" (SSD).

الشيء الذي لا جدال فيه أن الأقراص الصلبة التقليدية الحالية هي من أبطأ مكونات الحاسبات الحديثة والتي تمنع الكثيرين من الاستمتاع بمكونات الحاسب الحديثة فائقة الأداء، فهناك هوة كبيرة بين معالجات الحاسب والذاكرة من جهة وأجهزة التخزين من جهة أخرى، ونحن لا ننكر أن الأقراص الصلبة تطورت كثيراً في خلال العشر سنوات الأخيرة.

ولكن بمقارنتها مع تطور المعالجات والذاكرة فهي لم تحقق شيئاً !! فمثلاً المعالجات الحديثة لها زمن استجابة (زمن الوصول للبيانات) يقدر بـ 1 نانو ثانية بينما الذاكرة تستجيب في حوالي 30 الى 90 نانو ثانية أما أسرع الأقراص الصلبة فلها زمن استجابة يقدر بحوالي 9,000,000 نانو ثانية (9 ميللي ثانية) !!

ولذلك وفي سبيل ايجاد وسط تخزين سريع يُعالج جزء من هذه المشكلة تم تقديمأقراص الحالة الصلبة(SSD) التي تستخدم ذاكرة فلاش (Flash Memory) (غالباً) لتخزين البيانات، وهي أسرع كثيراً من الأقراص الصلبة وخصوصاً في زمن الوصول للبيانات، ولكن السرعة ليست هي الميزة الوحيدةلأقراص الحالة الصلبة، فهي كذلك لا تحتوي على أي أجزاء ميكانيكية وبالتالي فهي هادئة في عملها ولا تصدر أي ضوضاء وتستهلك طاقة أقل كثيراً من الأقراص الصلبة التقليدية، كما أنها أكثر تحملاً للصدمات. وبما أن هذه الأجهزة تُعتبر تقنية جديدة على مستخدمي الحواسيب المكتبية فلابد لنا أن نتعرف على بعض من أهم خصائها ومكوناتها وهذا ما سنناقشه في هذا الموضوع.

1- تعريف "Solid State Drives"

لا تستغرب اذا سمعت أحدهم يُطلق على هذه الأجهزة أسماءً أخرى مثل "السواقة الجامدة" أو "المحرك الضوئي" أو غيرها من الأسماء، فهناك اختلاف على تعريب اسم هذه الأجهزة حالياً، فهي ليست أقراصاً بالمعنى الحرفي لكلمة "أقراص"، ولا تحتوي على أي اسطوانات أو أقراص داخلية، وهي "جامدة" أو في "الحالة الصلبة" لأنها تعتمد على أشباه الموصلات (الترانزستورات) لعملها ولتخزين البيانات، ولكن للتسهيل على القارئ ولتقريب المُسمى الى الأقراص الصلبة التقليدية، نُطلق عليها "أقراص الحالة الصلبة".

2- قرص الحالة الصلبة  SSD من الداخل

بعكس الأقراص الصلبة التقليدية التي تتكون داخلياً من اسطوانات تدور ورؤوس تُحلق فوقها لتقرأ وتكتب البيانات منها واليها مغناطيسياً وكل ذلك يتم بحركة ميكانيكية دقيقة عن طريق جزء الكتروني يتحكم بالقرص،أقراص الحالة الصلبةهي أجهزة الكترونية بالكامل ولا تحتوي على أي أجزاء ميكانيكية، فهي تتكون من لوحة الكترونية ويتواجد عليها عدة مكونات الكترونية أخرى أهمها: ذاكرة فلاش (NAND Flash Memory) لتخزين البيانات، والمتحكم (Controller) وهو المعالج والعقل المدبر لهذه الأجهزة، وذاكرة كاش (Cache Memory) لتسريع كتابة وقراءة البيانات.

استخدام مكونات الكترونية يؤدي الى تفوقأقراص الحالة الصلبةفي الأداء واستهلاك الطاقة والضوضاء والحرارة والتأثر بالصدمات عن الأقراص الصلبة الميكانيكية التقليدية.

3- ذاكرة فلاش (NAND Flash Memory)

ذاكرة فلاش هي وسط التخزين الأكثر انتشاراً التي تستخدمهأقراص الحالة الصلبةلحفظ البيانات، وهي عبارة عن ملايين من الترانزستورات الصغيرة (خلايا الذاكرة) مجمعة على هيئة شرائح (Die)، وتعمل ذاكرة فلاش عن طريق تعريض الترانزستور لفولط معين لمحاولة إدخال الكترون واحد أو أكثر اليه لتتم عملية برمجة الخلية وتخزين البيانات، وعملية ادخال أو اخراج الالكترونات (كتابة/مسح) تستهلك خلايا الذاكرة، وبالتالي فذاكرة فلاش لها عمر افتراضي مُحدد يُقاس بعدد مرات كتابة/مسح البيانات اليها ومنها. وذاكرة فلاش يتم تطويرها باستمرار وخصوصاً من حيث الحجم (دقة التصنيع) فالمنتشر منها حالياً مُصنّع بدقة 32 نانومتر والجديد يأتي بدقة 25 نانومتر وكلما صغرت دقة التصنيع صغر حجم الترانزستورات وزادت الكثافة التخزينية مما يؤدي لتقليل التكلفة على الشركات وخفض الأسعار للمستهلك ولكن في نفس الوقت تصبح خلايا الذاكرة أقل تحملاً ويقل عدد مرات كتابة/مسح البيانات وبذلك يقل عمرها الافتراضي، كما أن معدل الأخطاء أثناء الكتابة أو القراءة سيكون مرتفعاً.

{ddtoc_break title=نظره أكثر عمقاً&heading=تعريف بأقراص الحاله الصلبه}

4- المتحكم (SSD Controller)

المتحكم هو العقل المدبرلأقراص الحالة الصلبةوهو العامل الأكبر الذي يُحدد ويحافظ على أدائها، فهو يقوم بتنظيم عمليات القراءة والكتابة ويستطيع توزيع عمليات الكتابة بشكل عادل على جميع خلايا ذاكرة فلاش ليطيل عمرها، ويقوم في نفس الوقت بمعالجة أي أخطاء قد تتم أثناء القراءة أو الكتابة، وهو الرابط بين القرص من جهة وجهاز الحاسب من الجهة الأخرى. ومن المعروف أن الأقراص التي تأتي بنفس المتحكم والسعة والـFirmware تكون غالباً متماثلة في الأداء حتى لو كانت من شركات مختلفة. ومن أشهر وأفضل المتحكمات الحالية متحكمات انتل وMarvell وSandForce وغالبية المتحكمات تُستخدم في الكثير منأقراص الحالة الصلبةومن شركات عديدة.

5- العمر الافتراضي لأقراص الحالة الصلبة SSD:

عندما نتحدث عن العمر الافتراضيلأقراص الحالة الصلبةنتجه مباشرة لذاكرة فلاش لأنها هي وسط التخزين والأكثر استخداماً بالقرص وكذلك لأن لها عدد مرات مُحدد من الكتابة/المسح وبعد ذلك تتلف ولا يمكن الكتابة عليها مرة أخرى، والى الان لا يوجد معيار متفق عليه بين الشركات يُحدد كمية البيانات التي يمكن كتابتها على هذه الأقراص قبل أن تتلف، ولكن هناك جهود لعمل ذلك وسيكون عبارة عن كمية محددة من البيانات تحددها الشركة المُصنعة للقرص والتي يمكن كتابتها على القرص قبل أن يتلف (Total Bytes Written (TBW)). وحتى يصبح هذا المعيار حقيقة فإن ذاكرة فلاش فيأقراص الحالة الصلبةالحالية وخصوصاً تلك التي تأتي بمتحكمات متفوقة تستطيع العمل (في استهلاك بيئة الأجهزة المكتبية) وحتى 5 سنوات وأكثر وبدون مشاكل، ومع الوضع بالاعتبار المشاكل الأخرى التي قد تحدث من المكونات الالكترونية الأخرى التي يتكون منها قرص الحالة الصلبة.

6- أداء أقراص الحالة الصلبة SSD:

أقراص الحالة الصلبةهي خطوة على الطريق الصحيح لمعالجة بطء وسائط التخزين الحالية، فالسرعة في معالجة وتخزين البيانات أصبحت مطلوبة أكثر من أي وقت مضى، ولعل أحد أسباب ذلك هو التطور الكبير للمعالجات والذاكرة والتي وصلت الى سرعات كبيرة زادت من الهوة بينها وبين وسائط التخزين الحالية وجعلت الاستفادة من المعالجات الحالية أقل من المتوقع منها.

والعامل الحاسم الذي يجعل جميعأقراص الحالة الصلبةأفضل من الأقراص الصلبة التقليدية في الأداء هو زمن الوصول للبيانات فهي تنتقل داخلأقراص الحالة الصلبةالكترونياً، مما يجعل عملية الوصول للبيانات وتشغيل البرامج يكاد يكون لحظياً، أما الأقراص الصلبة فهي بطيئة لأنها تعتمد على مكونات ميكانيكية تستهلك بعضاً من الوقت لجلب أو كتابة البيانات.

ومن الواجب أن تعرف أن سرعة القراءةلأقراص الحالة الصلبةدائماً أعلى من سرعة الكتابة لأنه كما ذكرنا عملية الكتابة تؤدي الى ادخال الكترونات لداخل خلايا الذاكرة ولأنه دائما عملية الكتابة تنطوي على مسح وتعديل لبعض البيانات قبل كتابة البيانات الجديدة (في قيود تفرضها معمارية ذاكرة فلاش نفسها) وهذه العمليات تستغرق وقتاً، أما عملية القراءة فلا تحتاج لذلك ولا ينطوي عليها ادخال أو اخراج أي الكترونات من أو الى خلايا ذاكرة فلاش.

الأمر الاخر الواجب معرفته أنه كلما زادت مساحةقرص الحالة الصلبةزاد أدائه، وذلك لأن المتحكم له القدرة على تقسيم شرائح ذاكرة فلاش الى مجموعات أو قنوات (Channels) ويستطيع الكتابة عليها (العملية الأهم) أو القراءة منها بشكل متوازي وفي نفس الوقت مما يعطي دفعة كبيرة في الأداء ولذلك مساحة صغيرة = عدد قنوات أقل = أداء أقل.

كذلك دعم القرص للأمر TRIM وGarbage Collection مهم جداً للحفاظ على استقرار أداءقرص الحالة الصلبةعندما يمتلئ بالبيانات. (للاستزادة في المعلومات عن هذا الأمر يمكنك الاطلاع على الموضوع المثبت عنأقراص الحالة الصلبةفي قسم وسائط التخزين بمنتدى عرب هاردوير عن أقراص الحالة الصلبة).

7- نظام التشغيل وضبط الأداء مع أقراص الحالة الصلبة SSD:

لابد لنظام التشغيل أن يكون مهيأً للتعامل معقرص الحالة الصلبةوخصوصاً دعمه للنقاط التالية:

• أن يقوم بتقسيم وتهيئة القرص (للاستخدام أول مرة) بشكل صحيح يراعي فيه محاذاة القطاعات حتى لا يحدث انخفاض في الأداء.

• يحاول بقدر الامكان أن يقلل من الكتابة الى القرص حتى يحافظ على ذاكرة فلاش وبالتالي القرص أطول فترة ممكنة.

• أن يدعم ارسال الأمر TRIM الى القرص حتى لا يحدث بطء في الأداء حينما يمتلئ القرص بالبيانات.

الأنظمة التي تتعرف علىأقراص الحالة الصلبةوتتعامل معها بشكل صحيح هي ويندوز 7 وما بعده والنسخ الحديثة من نظام لينكس (2.6.33) و Mac OS X Snow Leopard. ولمزيد من المعلومات عن طريقة ضبط أداء ويندوز 7 معأقراص الحالة الصلبةليعمل على أكمل وجه قم بزيارة الموضوع المثبت بقسم وسائط التخزين بمنتدى عرب هاردوير عنأقراص الحالة الصلبة.

8- حجم  أقراص الحالة الصلبة (SSD) وطريقة التوصيل بالحاسب

تأتيأقراص الحالة الصلبةبقياسات مختلفة ولكن المنتشر منها هو 2.5 بوصة و 1.8 بوصة وهذه هي نفس الأحجام المنتشرة في أجهزة الحاسب المحمولة لأن معظم هذه الأقراص موجه أساساً لهذه الفئة وذلك لسببين: الأول أنأقراص الحالة الصلبةتستهلك طاقة أقل من الأقراص الصلبة كما أنها تُنتج حرارة أقل، والثاني أنها أقل تأثرا بالصدمات لأنها لا تحتوي على أجزاء ميكانيكية. ويتم توصيل هذه الأجهزة غالباً عن طريق واجهة التوصيل التسلسلية (SATA)، ولكن نظراً للمرونة التي توفرها مكوناتأقراص الحالة الصلبةفإننا نجد أقراص حالة صلبة مثلاً على شكل بطاقة يتم تركيبها في شق PCI-Express[ راجع تلك المراجعه (مراجعة القرص OCZ RevoDrive X2 240GB .. القرص الذي وضع تعريفاً جديداً لمعنى السرعة) ]

أو حتى في شق ذاكرة الحاسب  (SATADIMM)[ راجع تلك المراجعه (مراجعة لقرص الحالة الصلبة OCZ Vertex II SSD 80GB SATA II) ]!! 

وغيرها، ولكن تظل الأقراص بقياس 2.5 بوصة وواجهة التوصيل التسلسلية (SATA) هي الأكثر انتشاراً.

9- سعر أقراص الحالة الصلبة SSD

نأتي أخيراً لأهم وأكبر عيوبأقراص الحالة الصلبةوبحساب بسيط نستطيع أن نقول أن ثمن الجيجابايت الواحدة من الأقراص الصلبة التقليدية بلغ حوالي 0.04 دولار بينما فيأقراص الحالة الصلبةيقدر بحوالي 1.8 الى 2.5 دولار، وبذلك يتضح فارق السعر الكبير والذي يحد كثيراً من انتشار هذه الأقراص، والسبب الرئيسي لذلك هو ارتفاع أسعار ذاكرة فلاش التي يتكون منهاقرص الحالة الصلبة، ولكن الأسعار تنخفض بشكل تدريجي، ولهذا السبب فإن الكثيرين حالياً يستخدمون أقراصاً للحالة الصلبة صغيرة المساحة (الى حد ما منخفضة الثمن) مثلاً 40 أو 60 أو 120 جيجابايت لتثبيت نظام التشغيل والاستفادة والاستمتاع بالأداء، واستخدام أقراص صلبة كبيرة المساحة (رخيصة الثمن) كأقراص ثانوية لتخزين البيانات.

__________

arabhardware