Blog

Dysk twardy to jeden z podstawowych elementów peceta. Od działania dysku zależy praca całego komputera.  Chyba żaden inny podzespół nie ma tak dużego wpływu na sprawność i wydajność. Dyski HDD oparte o starą technologię magnetyczną i wirujących talerzy, powoli odchodzą do lamusa. Ich historia sięga lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku.  Idea zapisu magnetycznego powoli dochodzi do ściany, którą są ograniczenia techniczne. Owszem dyski HDD będą jeszcze wykorzystywane ze względu na swoje atuty - przystępną cenę i dużą pojemność, jednak w miarę spadku cen SSDków będą powoli wypierane.

W porównaniu do skomplikowania dysków talerzowych, SSD wygląda nieskomplikowanie. A jednak

Dysk SSD to jednak nie tylko kilka wlutowanych kości flash na płytce drukowanej ale cały podsystem, który ma na pokładzie procesor, pamięć RAM oraz system operacyjny (firmware). Można go określić jako  urządzenie przechowywania informacji z zaawansowanym kontrolerem, buforem, ramem i rezerwą pamięci.

Dyski SSD zapisują dane w nieulotnych komórkach chipów Flash. Innymi słowy w odróżnieniu od pamięci RAM po odłączeniu zasilania, pamięć flash nie traci danych. W tradycyjnych pamięciach RAM do przechowywania danych służy tranzystor z kondensatorem. Wymaga on jednak nieprzerwanego zasilania. Natomiast w komórkach pamięci flash zastosowano dwa tranzystory. Jeden jest bramką pływającą – floating gate, a drugi pełni rolę bramki sterującej control gate. Bramka pływająca jest w stanie zmagazynować ładunek elektryczny nawet po odłączeniu zasilania. Przetrzymywane we floating gate ładunki elektryczne wywierają wpływ poprzez pole elektryczne na control gate. Zmienia się więc jej przewodność. Wystarczy zatem zmierzyć ta przewodność by odróżnić naładowaną bramkę od nienaładowanej. Podczas kasowania takiej bramki procesy te zostają odwrócone, a ładunek z bramki sterującej usunięty poprzez podanie wysokiego napięcia kasującego. Oto opis działania jednej komórki chipu pamięci flash. W jednym chipie takich komórek mogą być miliardy.

Dwa rodzaje pamięci

Najprościej można powiedzieć, że w każdej pamięci flash komórki są zorganizowane w wierszach - zwanymi liniami słowa i kolumnach – zwanymi liniami bitu. Pamięci flash można podzielić na dwa podstawowe rodzaje, które różnią się strukturą logiczną oraz sposobem zapisu i odczytu danych:

- NOR – ma możliwość zapisywania i odczytywania pojedynczych komórek. Najprościej rzecz ujmując -  doprowadzając napięcie do linii słowa danej komórki, zależnie od jej ładunku pojawi się napięcie na właściwej linii bitu. Stosując prosty operator logiczny NOR można ustalić konkretną wartość w danej komórce. Jest to niewątpliwa przewaga tych pamięci nad pamięciami NAND. Wadą są niestety wysokie koszty produkcji i skomplikowana struktura wymagająca adresacji każdej komórki. Pamięci te doskonale sprawdzają się w prostych układach pamięci.

- NAND – to połączenie bramek logicznych NOT i AND -  w tych pamięciach występuje odwołanie do całych bloków, które mogą być w rozmiarze 512 - 4096 bajtów.. W pamięciach tego typu komórki pamięci łączone są w kolumnach szeregowo linią bitu.  Natomiast wiersze są łączone poziomymi liniami słowa (wiersz za wierszem), łącząc się bezpośrednio z każdą komórką. Odczyt danych następuje całymi wierszami. Nie da się odczytać pojedynczej komórki. Cały wiersz nazywany jest stroną. W przypadku odczytu z takiej pamięci wynikiem zwróconym są całe strony.

Najpopularniejsze rodzaje pamięci NAND:

Obecnie w dyskach SSD najczęściej stosuje się pamięci NAND typu MLC , TLC lub SLC. Generalnie chodzi o zwiększenie gęstości zapisu, czyli liczby bitów na jedną komórkę pamięci. Standardowa komórka jednopoziomowa jest w stanie przetrzymać jeden bit informacji. Stąd jej nazwa Single Level Cell.  Producenci chipów pamięci wpadli na pomysł zastosowania różnych poziomów napięcia przyłożonego do bramki pływającej w celu ustalenia różnych poziomów naładowania. Takie komórki nazywane są z angielskiego Muti Level Cell . W pamięciach typu Triple Level Cell natomiast, w pojedynczej komórce pamięci przechowywane są trzy bity danych. Pamięci tego typu stosowane są najczęściej w budżetowych dyskach SSD ze względu na najniższe prędkości operacji zapisu i odczytu oraz ze względu na najmniejszą trwałość. Pamięci w technologii MLC są swoistym kompromisem między tanią i nietrwałą pamięcią TLC, a niezawodną i szybką pamięcią SLC. W tym miejscu należy zwrócić uwagę na ilość błędów związanych z operacjami na pamięciach. W SLC możliwość wystąpienia błędów jest minimalna. Ze względu na jednopoziomowość zapisu, gdzie przypada tylko jeden bit na komórkę pamięci.

Idąc jeszcze dalej, Producenci dysków opracowali nowy rodzaj pamięci, w którym zastosowali technologię 3D NAND. Czemu? Otóż po krótce mówiąc, chodzi o to, że tradycyjne układy 2D NAND zbliżyły się do granicy gęstości upakowania komórek w chipach. Czyli nie da się upakować więcej danych przy zachowaniu rozmiarów chipów.

Producenci wpadli więc na pomysł, by budować wzwyż. Tak, w dużym skrócie działa 3D NAND. Piętrowy blok pomieści więcej mieszkańców, niż parterowy domek. Dlatego właśnie układ Pamięci 3D NAND ma do dyspozycji znacznie większą ilość komórek niż układ 2D. Wszystko to właśnie z powodu warstwowego rozmieszczenia komórek. Obecne technologie pozwalają na uzyskanie 32 warstw na powierzchni 1x1 mm. Technologia jest jednak cały czas rozwijana, a producenci tacy jak Samsung czy Intel zapowiadają, ze niedługo warstwy będą szły w setki. Technologia 3D NAND pozwoliła na zwiększenie pojemności dysków i znaczne ograniczenie kosztów oraz zużycia energii przez dyski SSD. Jest ona bardzo rozwojowa, więc wytwórcy dysków mocno w nią inwestują.

Kontroler

Do niezakłóconej pracy dysku potrzebne jest urządzenie sterujące dystrybucją danych. Każdorazowo, kiedy dysk otrzymuje polecenie od systemu operacyjnego jakiejkolwiek operacji na danych, jest ono przetwarzane przez kontroler i jego oprogramowanie po czym  rozkładane na różne strony pamięci. Oprócz tego odpowiada ona za uszeregowanie i zbuforowanie danych przed zapisem i odczytem. Wszystko to ma na celu, przede wszystkim, zrównoważenie zużycia komórek pamięci, ale również optymalizacji i zabezpieczenia procesów przebiegających w dysku SSD. Kontroler jest zatem głównym elementem całego podsystemu SSD. Natomiast jego oprogramowanie firmware odpowiada za algorytmy zaimplementowane w układzie logicznym kontrolera. Oprogramowanie to jest niezbędne do uruchomienia dysku i jego prawidłowej pracy. Jakakolwiek jego awaria, może doprowadzić do braku dostępu do danych i dysku SSD.

Odzyskiwanie

Proces odzyskiwania danych z dysków SSD jest niezwykle złożony, ponieważ każdy Producent wprowadza swoje algorytmy zapisu, szyfrowanie i wiele innych czynników mających wpływ na to, jak zapisane są informacje w pamięciach NAND. Niezwykle ważne jest rozpoznanie algorytmów kontrolera, żeby móc wykopiować użyteczne dane z dysku SSD. Nie jest to proste zadanie, gdyż zapis i odczyta danych nie przebiega w sposób uporządkowany, ale jest determinowany przez firmware kontrolera, który dzieli dane na kawałki i przyporządkowuje sobie tylko znanej alokacji w komórkach pamięci.

Objawy uszkodzonego dysku SSD

Najczęstsze z  nich to:

- dysk zgłasza się z niewłaściwą pojemnością – problem najczęściej jest związany z uszkodzeniem oprogramowania wewnętrznego dysku ( firmware)

- dysk nie jest widoczny w system bios – problemem może być uszkodzenie kontrolera, firmware, chipów pamięci bądź uszkodzenie elektryczne

- zamrażanie ekranu, zacięcia systemu – Wskazuje na zużycie komórek pamięci chipów NAND. Wtedy czasy dostępów do nich są wydłużone. Jeżeli kontroler natrafia na taką komórkę ma problem z jej odczytaniem.

- na dysku widać dane, ale nie można z nich skorzystać – uszkodzenie firmware, bądź uszkodzenie logiczne systemu plików

- ekrany błędów – kontroler komputera ma problemy odczytem danych systemowych z dysku

- wolna praca systemu lub brak możliwości jego uruchomienia – komputer nie może odczytać plików potrzebnych do właściwej inicjalizacji windows

- dysk zgłasza się jako pusty.  – błąd firmware lub kontrolera

Więcej informacji na https://www.alldatarecovery.pl/uslugi/odzyskiwanie-danych-z-ssd