Bài tiểu luận môn kiến trúc máy tính Đề tài tìm hiểu về ổ Đĩa ssd

CHUONG 1: QUA TRINH HINH THANH VA PHAT TRIEN CUA O DIA SSD 1.1 Giới thiệu về ô cứng SSD Các nước trên thế giới cảng ngày càng hiện đại, song song với mảng công nghệ thì cũng ngày càng c

TRUONG DAI HOC GTVT TP HCM KHOA: CONG NGHE THONG TIN

OF TRANSPORT HOCHIMINH CITY

BAI TIEU LUAN MON KIEN TRUC MAY TINH

DE TAI: TIM HIEU VE O DIA SSD

GIANG VIEN: PHAN THI HONG NHUNG SINH VIÊN: TRẢN VAN NGOC_054205010482 CAO TIEN TRINH_079205021106 NGUYEN PHAM HUYEN TRAN _ 089305023533 NGUYEN MINH TUAN_ 083205007576

Nhom 8 Lớp: DL2301B

MUC LUC CHƯƠNG 1: QUA TRINH HINH THANH VA PHAT TRIEN CUA O DIA SSD 1.1 Giới thiệu ô cứng SSD 5 S1 ST 2112112112111 2121 12121122211 re 1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của SSD - 2 5c S212 xe CHUONG 2: CAU TAO VA NGUYEN LY HOAT DONG CUA Ô ĐĨA §SD 2.1 Cau tao va chute nang cia 6 cing SSD icceccccccccessesecseseesesessesseseessesesseen 2.2_ Nguyên lý hoạt động 2 2 120112211211 12111111111111110111 0111111011111 k 1kg 2.3 Ưu điểm, nhược điểm của ô đĩa SSD CS Sn 21211211 151511511 1111811152 2s CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA Ö ĐĨA SS$D - 2S 2211121121125 Hee 3.1 Ứng dụng và sử đụng SSD 5à 2T 2E 1.211 1211121122121 re

EM oi nh an 3.4 Một số loại ổ cứng S5D thường sặp hiện nay - 2c 22222212212 2zxcsey

TAI LIEU THAM KHẢO 5 2 S112 21515111121211552121115 112111212125 rsrrre PHAN CHIA CÔNG VIỆC n n 2n 11212111 1121212121212E 11122 nn Hee

1 Nguyễn Minh Tuấn

1.1 Phụ rách chương Ì i12 2 2211 1211211121 111111111111 1011 10 11111111211 1921 kg

2 Trần Văn Ngọc

2.1 Phụ trách phần 2 1, 2.2 - 2S 11121121121121111111 1111212111221 21 are 2.2 Kếtluận 5s- 1 212221221211211221221121121221221121211122111221222122 na

3 Nguyễn Phạm Huyền Trân

3.1 Phụ trách phần 2.3, 3 Í - + se 2 191111211211212121111 21 122211122121 re

4 Cao Tiến Trinh

LNG II 60 ÏNXV//((4-4ẦÝỶ

CHUONG 1: QUA TRINH HINH THANH VA PHAT TRIEN CUA O DIA

SSD

1.1 Giới thiệu về ô cứng SSD Các nước trên thế giới cảng ngày càng hiện đại, song song với mảng công nghệ thì cũng ngày càng có nhiều dữ liệu cần được lưu trữ và xử lý bên trong một thiết bị có tên là ô cứng Do nhu cầu ngày càng tăng của con người số lượng đữ liệu ngày càng lớn nên việc sử dụng ô cứng cũng cần xem xét về tốc độ xử lí, giá thành

và khả năng lưu trữ Trước đây thì con người chúng ta sử dụng lưu trữ dữ liệu trong

ỗ cứng có tên là cứng truyền thống (HDD), có khả năng lưu trữ lớn lên đến hàng

TB Nhưng với nhu cầu ngảy cảng tăng thì HDD không còn được ưa dụng hơn và

sự ra đời của SSD là một giải pháp, chi phí để sở hữu SSD không quá cao nhưng nó mang lại cho chúng ta hiệu suất tốt hơn cứng truyền thống (HDD) rất nhiều như tốc

độ có thê lên hang tram mb/s hay tham chi hang GB/s Tuy nhién SSD con c6 nhiéu lỗi hơn so voi 6 cimg truyén théng, nhung trong tuong lai với công nghệ ngảy cảng phổ biến thì SSD là một lựa chọn có thể thay thế hầu hết các loại ỗ cứng truyền thống (HDD) về tốc độ xử lý, SSD được tạo dựa trên công nghệ “Flash” củng với kích thước nhỏ gọn

1.2 Lịch sử hình thành và sự phát triển của SSD

ke Hiện nay thi cái tên 6 cứng SSD, SSD flash đã không còn quá xa lạ, nào là tốc độ xử lí nhanh, tốc độ đọc nhanh, dung lượng lớn nhưng hầu hết chúng ta vẫn chưa hiểu rõ hết về lịch sử hình thành và phát triển của ô cứng “Solid State Drive” hay tên gọi tắt la SSD (Solid State Drive) Thi Solid State Drive (SSD) la gi? Solid State Drive hay con duoc go la SSD để chỉ về thiết bị lưu trữ và mã hóa dữ liệu 35D được ra đời và sự hình thành của SSD:

- Vào những năm của thập kỷ 1990 SSD lần đâu tiên được ra đời với dung lượng nhỏ, không quả lớn và chị phí cao, việc sở hữu là khó đôi với nhiều người và vào thời gian này thì cũng có quá

nhiều người biết về SSD Việc ra đời của SSD (Solid State Drive)

đã đánh dấu một bước ngoặc quan trọng trong ngành công nghiệp bán dẫn về tốc độ xử lí mà nó mang lai Bén trong SSD cé so hữu công nghệ IC và lập trình IC dựa trên transisor do công ty Texas Instruments va Robert Noyce cua công ty Fairchild Semiconductor phát triển Vào thời gian này thì SSD chưa thật sự phát triển do chi phí sở hữu còn cao và chưa được phô biến rộng rãi

- _ Vào thập ký 2000: SSD tiếp tục phát triển với dung lượng được tăng lên, tốc độ đọc được cải thiện và gia thành hợp lí hơn, làm cho việc sở hữu trở nên đễ dàng và được phô biến rộng rãi Và SSD đã trở thành một sự lựa chọn ăn ý đối với một số ứng dụng

cần tốc độ xử lý nhanh và chính xác

- _ Hiện nay thì SDD vẫn đang và tiếp tục phát triển mạnh mẽ với sự xuất hiện của NAND 3D, giao dign PCle NVMe, va nhiéu cai tién khác nhau Trong quá trình phát triển này, nhiều công ty lớn như intel, samsung, mircrom va toshiba déu dong vai tro quan trong trong việc phát triển và sản xuất SSD, cho nên không một ai là

“người phát minh, sáng tạo” ra SSD mà đó là thành quả của một tô chức, kết quả của sự hợp tác tạo nên SSD đang tiếp tục được phát triển và mang về nhiều thành tựu trong ngành công nghiệp đữ liệu như thiết kế ngày càng nhỏ gọn, tốc độ xử lý ngày càng tăng và giá thành ngày càng phù hợp sẽ là một lợi thế mang SSD với tay người dùng

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA Ó ĐĨA SSD 2.1 Cấu tạo của ô cứng SSD

Về cơ bản thì SSD được tạo bởi nhiều con chip điện tử và bảng mạch Một SSD bao gồm bộ điều khiến (a control), một bộ lưu trữ (a storage) gồm FLASH chip, DRAM chip và bộ nhớ cache

Spindle

R/W Head Actuator Arm

Actustor Axis

Shock resistant up to 360g/2ms Shock resistant up to 1500g/0.5ms

2.1.1 NAND cua SSD (NAND Flash of Solid State Drive)

Bộ nhớ Flash, được sử dụng để lưu trữ đữ liệu trong SSD, được phân loại thành SLC, MLC va TLC

SLC: S nghĩa là một (single) Vì vậy, mỗi đơn vị SLC chỉ lưu trữ 1bit

dữ liệu Mô hình lưu trữ này có độ ôn định, tốc độ đọc và ghi nhanh, không có lỗi vả tuôi thọ cao Nên nó cũng là mô hình đắt nhất

MLC: M la viét tat cua da (multi) Noi chung, MLC co nghia 1a hai

Nên mỗi đơn vi lu trit MLC chứa 2bït dữ liệu

TLC: T là ba Có thê hiểu mỗi đơn vị lưu trữ TUC chứa 3bit dữ liệu

Vì vậy, mỗi ô lưu trữ đữ liệu của TLC NAND Flash phải nén 3bït dữ

ligu (Vi MLC la viết tắt của nhiều bít, bao gồm cả 3 bít, nên một số nhà cung cấp, chẳng hạn như SamSung, SSD EVO của họ sử dụng hạt

TLC duoc gọt là “3Bit MLUC.”)

Pay |} Fa) Me) || SRS Ms]

I ¬ ^-“ ov 7

®- j S ot J o- j

1

Kee | ee cee iS

Ta coi bộ nhớ lưu trữ là một bãi đỗ xe không lồ, trong đó mỗi đơn vị lưu trữ là một

chỗ đỗ xe và một chút dữ liệu là một chiếc ô tô

SLC NAND Flash: Chỗ đỗ xe độc quyền (1 bít), xe này có thể thoải mái ra vào mà không gặp lỗi gì, tốc độ cũng rất nhanh, do tần suất sử dụng chỗ đỗ xe không nhiều nên tuổi thọ rất cao nhưng chi phí lại rất đắt (tiêu biểu là SLC msata drives)

MLC NAND Flash: Một chỗ đậu xe chiếm 2 bít Việc ra vào của hai chiếc ô tô này phải được quản trị viên lên lịch Hiệu suất thấp hơn một chút nên nó sẽ chậm hơn Tần suất sử dụng chỗ đỗ xe tăng gap doi nên tuổi thọ sử dụng sẽ thấp hơn

TLC NAND Flash: một chỗ đỗ xe chiếm tận 3 bit Việc lên lịch ra vào

xe phức tạp hơn, hiệu quả thấp hơn nên tốc độ sẽ chậm và lại dễ xảy

ra lối, tuôi thọ ngan.,

Mặc dù ta nói các hat TLC có tuôi thọ ngắn, nhưng nó cũng liên quan đến

SLC và MLC Sau nhiều lần thử nghiệm, các hạt TLC không gặp vấn đề gì khi sử

dụng bình thường trong hơn 5 năm SSD sử dụng hạt TLC cũng là loại phô biến nhất, chủ yếu là do giá thành rẻ, dễ tiếp cận với người dùng phổ thông nên phô biến nhất

2.1.2 Chip diéu khién (The controller Chip)

Nếu ví không gian lưu trữ là bãi đỗ xe lớn thì bộ điều khiến chính là “Người quản

lý” bãi đỗ xe lớn này(administrator) Người này có trách nhiệm chỉ đạo từng xe ra vào cho d6 xe của mình một cách chính xác và hợp lí

Đối với những bãi đỗ xe như bãi đỗ xe TUC với ba chiếc xe chen chúc trong một chỗ thì người quản lý phải làm việc rất nhiều Vì vậy những “administrator” phải có phần cứng tốt (hardware) và phần mém tuyét voi (firmware)

Nếu người quản lý không tốt thì đến một lúc nào đó người này không quản lý được bãi đỗ xe nữa thì bãi đỗ xe này cũng không hoạt động được nữa

Một số thương hiệu sản xuất Chip điều khiển tốt có thể kế đến như SandForce, SamSung, Intel, Toshiba, Marvell, Trong những năm gần đây một số thương hiệu

ở Đài Loan như SMI hay Phison cũng đang có những sự tiến bộ đáng kế trong việc sản xuất chip điều khiến

2.1.3 Cache

Khi bạn có nhiều đữ liệu cần lưu trữ, tức là có nhiều ô tô vào bãi cùng lúc thì

“admin” điều khiển sẽ bị choáng ngợp Lúc này thì CPU yêu cầu ta phải làm việc nhanh hơn không được dé CPU doi

Lúc này thì bộ nhớ đệm (cache) sẽ cho ta những bãi đỗ xe tạm thời để xếp vào trước khi vào bãi đỗ xe của mình Lúc nay thi CPU cũng sẽ vui vẻ thực hiện công việc của mình, ta sẽ cảm nhận được tốc độ máy tính “nhanh” và “mượt mà” Tuy nhiên, nhược điểm của bộ nhớ đệm là nêu ô cứng không được bảo vệ khi mat điện, dữ liệu (chiếc xe) sẽ biến mắt (Thông thường nhà sản xuất sẽ có biện pháp bảo vệ nguồn điện, ta không cần quá lo lắng về vấn đề này)

2.1.4 Công nghệ 3D NAND stack (3D NAND stack technology)

Đây là công nghệ mới và nó chỉ mới phô biến gần đây Đề dễ hình dung thì ta vẫn vi

đến bãi đỗ xe

The 3D stack có thể hiểu là nhiều tầng xếp chồng lên nhau Ví như bãi đỗ xe nhiều tầng đang dần thịnh hành ngày nay Từ đó chỗ đỗ xe sẽ ít đông đúc hơn và có hiệu

suất tốt hơn Còn đối với nhà sản xuất sẽ giúp cho nhà sản xuất tiết kiệm chỉ phí

hơn

2.1.5 Đầu kết nối, Bus, Giao thức (Interface, bus, protocol)

Sự phát triển nhanh chóng của SSD hiện nay nên Interface, Protocol ngày cảng nhiều loại và công nghệ cũ bị thay thế công nghệ mới dưới đây là một số hiểu biết mà ta có thê xem qua

2.1.5.1 Interface (Đầu kết nỗi)

Có rất nhiều Interface hiện nay Cac Interface phổ biến có trên thị

trường có thê kế đến như SATA, mSATA, M.2 hay PCI-E

ct SATA MSATA

Không chỉ khác nhau về ngoại hình chúng cũng khác nhau về hiệu suất

2.1.5.2 Bus Bus là thứ ta không thể nhìn thay va chỉ có thể hình dung dễ hiểu

nó như là “Đường cao tốc” truyền đữ liệu Có hai loại bus đó là bus SATA va bus PCI-E

PCIE x4 ( FAST )

Speed more than 1500MB/s

PCI-E BUS (Highway direct) | PCIE x2 (SLOW)

Speed can be 1000MB/s

SATA BUS Speed

BUS (Urban Road) —

SATA ( te ) Not more than GBOOMB/S

Có thể ví du như nay, nếu ta sử dụng bus PCI-E ta có thé truyén dir

»

liệu đi trên một “đường cao tốc” thắng không cong vẹo trong khi đó ta với việc sử dụng bus SATA thì đường đi tương đối vòng vẻo

PCI-E có nhiều loai, PCI-E x 1, PCI-E x 2, PCI-E x 4 PCI-E x 8, PCI-

Ex 16 Số cảng lớn thì tốc độ cảng nhanh Hiện nay thì các loại 6 cung SSD hầu như đều là x2 hoặc x4 và tốc độ của những loại này tối

đa là 3000 MB/s hay có thể hơn

2.1.5.3 Giao thức (Protocol) PCI-E x4 Highway

= hoon - se ——

Ác NVME without Protoco

4 ‘o © WI ( }

Speed 1500MB/S

Speed 3000MB/S

Như héi nay vi du thi ta noi PCI-E x 4 la một đường cao tốc bằng

phang dé di Nhưng trong thực thế tốc độ của mỗi “ô tô” là khác nhau

Xe 4 bánh thường không thể có tốc độ nhanh bằng những chiếc xe thé thao SSD sử dụng giao thức NVME cứ như là những chiếc siêu xe chạy trên con đường được thiết kế riêng cho nó Trong PCI-E x 4, những ô cứng không hỗ trợ NVME chỉ có thể chạy với tốc độ 1500MB/s trong, khi nếu nó được hỗ trợ NVME thì có thể chạy đến

tốc độ 3000MIB/s

2.2 Nguyên lí hoạt động của SSD

Những gì khi nói ở phần trên đã nói rõ cầu tạo chức năng cũng như nguyên

lí của SSD, nhưng sau đây là phần tóm tắt những ý chính cho phần nguyên lí

cua SSD:

55D sử dụng bộ nhớ flash NAND làm nơi lưu trữ đữ liệu thay vì sử dụng các đĩa quay và đầu đọc/ghi cơ học như trong ô cứng cơ học truyền thống (HDD) Bộ nhớ flash NAND được chía thành các ô nhớ

để lưu trữ thông tin, và dữ liệu được lưu trữ dudi dang trang thai điện

(ON/OFF), biéu thị các bít thông tín

10

Bộ điều khiến (Controller) là tri tué cua SSD, quản lý các hoạt động

ghi và đọc dữ liệu, quản lý bộ nhớ, và điều chỉnh hiệu suất để đảm

bảo sự ôn định của ô đĩa

Khi dữ liệu được phi hoặc đọc từ 55D, bộ điều khiển quản lý cách dữ

liệu được lưu trữ trong các ô nhớ flash NAND Nó phân phối đữ liệu

vào các ô nhớ trông va sử dụng các thuật toán điêu chỉnh đê tôi ưu hóa hiệu suât và tuôi thọ cua 6 dia

2.3 Ưu điểm, nhược điểm của 6 dia SSD

2.3.1 Ưu điểm:

Tốc độ và hiệu suất làm việc của máy tính được cải thiện rõ rệt và

phần mềm rất hiếm khi gặp tình trang bi giat, lag, do,

Tốc độ khởi động vào máy tính cực nhanh

Mọi thao tác xử lý ví dụ như sử dụng phần mềm, đọc, ghi va truy xuất đữ liệu đều nhanh hơn ô cứng HDD rat nhiều

Ô cứng SSD có khả năng chống sốc, không gây tiếng ồn khi hoạt động và đặc biệt là không bị nóng như ô HDD Điều này là cực kỳ quan trọng bởi vì nó ảnh hướng trực tiếp tới độ bền của ô cứng và còn liên quan đến các thiết bị/ linh kiện khác

Tính bảo mật cao, đặc biệt là chíp điều khiến

Tiêu thụ ít điện năng hơn so với 6 cung HDD Kế ra cho có chứ thực ra nó cũng chả đáng là bao nhiêu, nhưng điều này đồng nghĩa với việc ô cứng của bạn sẽ mát hơn so với khi sử dụng 6 cứng HDD

2.3.2 Nhược điểm:

Mặc dù ô cứng SSD (Solid State Drive) có nhiều ưu điểm vượt trội so với

ỗ cứng HDD (Hard Disk Drive), nhưng nó cũng có một số nhược điểm: SSD vẫn đắt hơn so với HDD, dẫn đến việc lưu trữ lớn với SSD có thể tốn kém hơn nhiều so với HDD

11