Твердотельный накопитель (SSD)
Твердотельный накопитель (англ. Solid-State Drive, SSD) — компьютерное энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство
на основе микросхем памяти, альтернатива жёстким дискам (HDD).
Основные компоненты
Печатная плата (PCB)
Основа, на которой размещены все электронные компоненты.
Контроллер (NAND Controller)
«Мозг» SSD, управляющий чтением, записью, распределением данных и взаимодействием с системой.
Чипы флэш-памяти (NAND Flash)
Основное место хранения информации, состоящее из миллионов ячеек-транзисторов, хранящих данные в виде заряда (0 или 1).
Кэш-память (DRAM Cache)
Небольшой объем быстрой оперативной памяти для временного хранения часто используемых данных, ускоряющий доступ к ним и снижающий износ NAND-памяти (присутствует не во всех моделях).
Хост-интерфейс (Host Interface)
Разъем и протокол для соединения с материнской платой (например, SATA или M.2 (PCIe/NVMe)), обеспечивающий передачу данных.
Интересный факт: Первый SSD был представлен еще в 1976 году компанией Dataram (модель Bulk Core), имел объем всего 256 КБ (8 планок по 256 КБ) и стоил около 9700 долларов, но не получил массового распространения из-за высокой цены и энергозависимости.
Как записываються данные в твердотельный накопитель?
Каждая ячейка памяти — это полевой МОП-транзистор с плавающим затвором,
в котором хранится отрицательный заряд. Его отличие от обычного МОП-транзистора заключается в наличии плавающего затвора — проводника в слое диэлектрика.
При создании разности потенциалов между стоком и истоком и наличии положительного потенциала на затворе от истока к стоку потечет ток. Однако, при наличии достаточно большой разности потенциалов некоторые электроны «пробивают» слой диэлектрика и оказываются в плавающем затворе. Это явление называется туннельный эффект.
Отрицательно заряженный плавающий затвор создает электрическое поле, мешающее протеканию тока от истока к стоку. Более того, наличие электронов в плавающем затворе увеличивает пороговое напряжение, при котором открывается транзистор.
При каждой «записи» в плавающий затвор транзистора слой диэлектрика незначительно повреждается, что накладывает ограничение на количество циклов перезаписи каждой ячейки.
Изменение порогового напряжения позволяет «программировать» транзисторы. Транзисторы с зарядом в плавающем затворе не откроются при подаче на затвор напряжения больше порогового напряжения для
транзистора без электронов, но меньше порогового напряжения для транзистора с электронами. Назовем такое значение напряжением чтения.
Схема транзистора с плавающим затвором
Каждая ячейка памяти — это полевой МОП-транзистор с плавающим затвором, в котором хранится отрицательный заряд. Его отличие от обычного МОП-транзистора заключается в наличии плавающего затвора — проводника в слое диэлектрика.
- Исток: область, из которой основные носители заряда (электроны) поступают в канал.
- Затвор управления: слой поликремния поверх плавающего затвора, отделенный от него тонким диэлектриком.
- Плавающий затвор: область поликремния, окруженную со всех сторон диэлектриком, т. е. он электрически не связан с другими электродами и его потенциал "плавает".
- Диэлектрик: материалы, практически не проводящие электрический ток из-за отсутствия свободных зарядов (электронов) в их структуре, обладающие высоким сопротивлением.
- Сток: Область, в которую уходят электроны; между стоком и истоком находится канал проводимости