Báo Cáo Thiết Kế Hệ Thống VlSI - Đề Tài - Tìm Hiểu Công Nghệ Ổ Lưu Trữ Solid State Driver (Ssd) Và So Sánh Với Công Nghệ Chế Tạo Ổ Cứng Hdd

Ngày nay, với sự xuất hiện của máy vi tính, đặc biệt là ổ đĩa cứng, các tài liệu đó đã được lưu trữ, sắp xếp tổ chức khoa học, thật dễ dàng sử dụng.. Để lưu trữ tạm thời, họ đã phát triể

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA KỸ THUÂT ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THIẾT KẾ HỆ THỐNG VLSI

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ Ổ LƯU TRỮ SOLID STATE DRIVER (SSD)

VÀ SO SÁNH VỚI CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO Ổ CỨNG HDD

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA Ổ ĐĨA SSD 4

2.4 Nguyên lý hoạt động của SSD 12

2.5 Ưu điểm, nhược điểm của ổ đĩa SSD 13

CHƯƠNG III: SO SÁNH SSD VÀ HDD 13

3.1 Giới thiệu về sự khác nhau giữa SSD và HDD 13

3.2 Tìm hiểu về sự khác nhau giữa SSD và HDD 14

CHƯƠNG IV: MỘT SỐ ĐIỀU CẦN BIẾT KHI DỬ DỤNG SSD VÀ KHI MUA SSD 20

4.1 Các lưu ý khi dùng SSD 20

4.1.1 Những sai lầm gây tổn hại ổ SSD 20

4.1.2 Các dấu hiệu SSD bị hỏng 22

4.2 Các lưu ý khi mua ổ cứng SSD 24

4.2.1 Các hãng SSD nổi tiếng hiện nay 24

4.2.2 Cần quan tâm các yếu tố nào khi mua SSD 24

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại bùng nổ công nghệ thông tin và truyền thông hiện nay, vai trò của chiếc máy vi tính là cực kì quan trọng Trong số các linh kiện cấu thành lên máy vi tính, chúng ta không thể không nhắc tới Ổ đĩa cứng Ỏ đĩa cứng là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu của máy vi tính Từ xưa, ước muốn con người đã

là làm sao bảo quản được các tài liệu quý giả dưới sự tác động của thời gian Ngày nay, với sự xuất hiện của máy vi tính, đặc biệt là ổ đĩa cứng, các tài liệu đó

đã được lưu trữ, sắp xếp tổ chức khoa học, thật dễ dàng sử dụng Từ khi ra đời chiếc ổ cứng đầu tiên trên thế giới (1955) cho tới nay (2011), công nghệ lưu trữ cũng như công nghệ sản xuất ổ đĩa cứng đã phát triển rất mạnh mẽ Vì vậy nhóm

em xin chọn đề tài tiểu luận “ Tìm hiểu về ở cứng SSD và so sánh ổ cứng SSD với ổ cứng HDD ” để có những hiểu biết rõ ràng về ổ cứng và cụ thể là ổ cứng SSD Và nếu bạn tò mò rằng không biết SSD là gì chọn mua có thật sự tốt

không, liệu rằng người tư vấn có nói quá về hiệu năng thực tế của sản phẩm hay không? vì vậy sau đây là những kiến thúc cơ bản giúp bạn hiểu về ổ cứng SSD

từ đó chọn lựa chuẩn hơn mà không bị lùa gà, từ đó hiệu năng PC của bạn sẽ đạt

ở mức tốt hơn Hãy cùng nhóm mình tìm hiểu trong bài viết này nhé

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA Ổ ĐĨA SSD

1.1 Khái niệm ổ cứng SSD

Trước khi mua chiếc ổ cứng này, nhiều người chưa thực sự hiểu về chúng

mà chỉ nghe truyền miệng đó là chiếc ổ cứng chất lượng và bền lâu Vậy ổ SSD thực chất là gì?

SSD (Soid State Drive) là ổ đĩa thể rắn với chức năng tương tự như HHD

Ổ đĩa SSD sử dụng các bộ nhớ bán dẫn như SRAM, DRAM hay FLASH để lưu trữ thay vì cơ học như HDD truyền thống Đồng thời, ổ cứng còn được cấu tạo bởi bộ điều khiển flash và chip nhớ flash NAND Vì vậy các dữ liệu được lưu trữ trên các con Chip bộ nhớ flash kết hợp với nhau và giữ lại dữ liệu ngay cả lúc ổ không được cung cấp điện

Ổ cứng SSD, ngày càng phổ biến trong máy tính có hệ số dạng nhỏ như máy tính xách tay và netbook; nhưng SSD cũng được sử dụng trong không gian máy tính để bàn và doanh nghiệp bởi những người muốn tận dụng tốc độ của SSD để đạt được hiệu suất tối đa

Mặc dù ổ cứng thể rắn có một số lợi ích, bao gồm tốc độ, tuổi thọ và thực

tế không phát ra tiếng ồn, nhưng chúng không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất vì ổ cứng vẫn chiếm ưu thế cả về dung lượng và giá thành Hướng dẫn về SSD của StorageReview.com sẽ giúp hiểu rõ về ngành công nghiệp SSD bằng cách đề cập đến các chủ đề khác nhau, từ các thành phần của SSD và tại sao chúng lại quan trọng, đến thảo luận về cách tốt nhất để sử dụng SSD trong các tình huống như chơi game và tính toán hiệu năng

1.2 Lịch sử hình thành SSD

SSD ra đời vào những năm 1950 khi các kỹ sư đang làm việc để nâng cao

hệ thống lưu trữ Hai công nghệ, Bộ lưu trữ chỉ đọc bằng tụ điện tích điện

(CCROS) và Bộ nhớ lõi, được phát triển cùng thời gian và đóng vai trò là nền tảng cho SSD mà chúng ta biết ngày nay

IBM bắt đầu vào những năm 1920 với trọng tâm là “Máy doanh nghiệp” Vào thời đó, điều này có nghĩa là máy cơ khí, và chính xác hơn - máy có động

cơ hỗ trợ Đây là cách máy đánh chữ điện, máy tính lặp, máy in và máy phân loại ra đời Những tiến bộ này đã cách mạng hóa mạnh mẽ hoạt động kinh doanh

ở Mỹ và trên toàn thế giới, đặc biệt là trong lĩnh vực ngân hàng

Điều quan trọng là phải hiểu di sản này vì nó liên quan đến nguồn gốc của Ổ cứng thể rắn (SSD) IBM đã có một cách tiếp cận kỹ thuật rất máy móc

để giải quyết vấn đề Trước tiên, họ xem xét cách giải quyết vấn đề với một

“máy móc” cơ khí, sau đó xem xét cáchlàm cho máy móc đó hoạt động tốt hơn

và nhanh hơn bằng cách bổ sung các động cơ lấy từ hệ thống dây chuyền lắp ráp của nhà máy và các ống điện tử từ ngành phát thanh và truyền hình

Họ đã sử dụng các giải pháp máy cơ/điện lai và tạo ra một thị trường máy kinh doanh cho phép công ty phát triển nhanh chóng trong suốt những năm 1940

Tuy nhiên, chẳng bao lâu sau, họ thấy rằng máy móc của họ cần phải linh hoạt hơn Họ có thể làm tốt một số việc, chẳng hạn như một chuỗi dài các phép cộng hoặc phép trừ đơn lẻ, nhưng chỉ có vậy thôi Họ không thể cộng, trừ, nhân, chia hoặc so sánh trong bất kỳ tổ hợp mong muốn cụ thể nào Sau đó, IBM nhận

ra rằng họ cần làm cho máy móc của mình có thể lập trình được và đây sẽ là bước đột phá lớn tiếp theo

Song song với điều này là yêu

cầu về trí nhớ – cả tạm thời và vĩnh

viễn Giải pháp đơn giản nhất là tận

dụng thứ mà họ đã sử dụng từ lâu –

giấy Họ nhanh chóng nghĩ ra cách sử

dụng thẻ giấy đục lỗ và băng giấy đục

lỗ để lưu trữ đầu vào và đầu ra, cùng

với việc sử dụng máy in mực để xuất

kết quả

Để lưu trữ tạm thời, họ đã phát

triển các mảng bộ nhớ từ các hàng và cột của các tụ điện riêng biệt được hàn vàocác bảng và ghép nối với máy tính lặp dựa trên ống Các phương pháp bộ nhớ giấy này đã được sử dụng trên nhiều hệ thống kỹ thuật số ban đầu từ cuối nhữngnăm 1940 cho đến đầu những năm 1980

Tuy nhiên, có một nhược điểm rõ ràng đối với phương pháp ghi nhớ trên giấy này Chương trình phần mềm và dữliệu ban đầu phải được tải vào máy mỗi khi bạn muốn thực thi nó Không có đủ RAM cục bộ để chứa tất cả các chương trình hoặc bất kỳ dữ liệu đầu ra nào Trong nhiều thập kỷ, các lập trình viên

và người vận hành sẽ phải nạp một chồng thẻ đục lỗ hoặc cuộn băng giấy vào máy, thực hiện chương trình và nhận kết quả bằng cách nhận bản in Nếu có bất kỳ lỗi nào, quy trình sẽ cần phải được lặp lại Không cần nói rằng nó không phải là một quá trình rất hiệu quả

Vì những thiếu sót này, IBM cần phát triển các giải pháp thay thế bộ nhớ mới Các phương pháp chính đã bén rễ dựa trên từ tính Từ giữa những năm

1800, người ta đã biết rằng một số vật liệu ferit trái đất có thể được từ hóa và khử từ bằng cách sử dụng nam châm điện Sau nhiều nỗ lực, IBM đã khai thác phương pháp này và phát triển một loạt hệ thống “tương đương với giấy” thông minh - thẻ dải từ, băng từ và đĩa từ Thật thú vị, đây vẫn là những chiếc máy ống

cơ học, có động cơ hỗ trợ, được sử dụng “ở ngoại vi” của cỗ máy kinh doanh chính Ban đầu, nam châm điện là một đầu cố định cho tất cả các thiết bị này Sau này, các đầu trên đĩa được làm cho có thể di chuyển được như ngày nay

Những phương pháp này đã cải thiện đáng kể tính linh hoạt, tốc độ và khảnăng lập trình của các máy kinh doanh Ngoài ra, IBM đã phát triển các cách tích hợp băng từ và bộ nhớ đĩa từ để không chỉ cung cấp bộ nhớ cố định cho đầuvào và đầu ra của chương trình mà còn cung cấp một cách để bổ sung RAM điệndung cục bộ Đây là một tiến bộ đáng kể và thiết lập tiêu chuẩn về cách sử dụng đĩa trong các hệ thống trong nhiều năm tới

Với sự tiến bộ này, lần đầu tiên các hệ thống máy tính có thể giữ lại các chương trình phần mềm khi máy đã tắt nguồn hoàn toàn và có thể lưu trữ vĩnh viễn các kết quả của chương trình mà hoàn toàn không cần sử dụng đến giấy Chẳng mấy chốc, giấy đã bị loại bỏ cho mọi thứ khác ngoài báo cáo Giờ đây, trọng tâm có thể là tăng cường hệ thống máy tính và đặc biệt là bộ nhớ cố định cục bộ của nó

Vào giữa những năm 1950, khi bóng bán dẫn đang nổi lên từ nghiên cứu của IBM, IBM đã phát triển bộ nhớ không bay hơi trạng thái rắn số lượng lớn đầu tiên của họ có tên là Cửa hàng chỉ đọc tụ điện tích điện (CCROS) Đây là ổ SSD thực sự đầu tiên và là tiền thân của các thiết bị bộ nhớ EPROMS,

EEPROMS, UVPROMS, NVPROMS và FLASH ngày nay

Gần như cùng lúc đó, một phương pháp truyền động thể rắn khác được phát triển bằng từ tính Cái này được gọi là Bộ nhớ lõi và nó hoạt động bằng cách từ hóa một dãy các lõi ferit nhỏ riêng lẻ ở cực này hay cực kia Những lõi này phải được xâu lại với nhau bằng dây đồng dưới kính hiển

vi bằng một bàn tay vững chắc

Công nghệ bộ nhớ lõi đã tiến bộ đáng

kể thông qua việc NASA sử dụng rộng rãi cho các chương trình không gian ban đầu dotính ổn định môi trường và tĩnh vượt trội của nó Nó miễn nhiễm với bức xạ vốn là mối quan tâm chính khi sử dụng trong không gian Tất cả bộ nhớ được sử dụng trong các máy tính của sứ mệnh Apollo đều dựa trên bộ nhớ lõi của IBM

Bộ nhớ lõi cũng được sử dụng cho đến năm 1990 trên hầu hết các hệ thống phòng thủ quan trọng do độ tin cậy và độ bền dữ liệu của nó Sau khoảng năm 1990, công nghệ bộ nhớ không bay hơi dựa trên điện dung đã phát triển đếnmức nó có thể giữ lại dữ liệu được lưu trữ hầu như vô thời hạn phù hợp với lợi thế mà bộ nhớ Lõi mang lại từ lâu

SSD ngày nay cung cấp dung lượng lưu trữ và tốc độ cao hơn theo cấp số nhân, đồng thời tiếp tục phát triển khi những tiến bộ về bộ nhớ, bộ điều khiển vàcác thành phần cốt lõi khác xuất hiện trên thị trường

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO, CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA SS

2.1 Cấu tạo của ổ cứng SSD

SSD được xây dựng lên từ nhiều chip nhớ flash NOR và bộ nhớ NAND flash SSD được làm hoàn toàn bằng linh kiện điện tử và không có bộ phận chuyển động vật lý như trong ổ đĩa cứng Những con chip flash sẽ được lắp cố định trên một bo mạch chủ khoảng từ 10-60 NAND của hệ thống Trên card PCI

hoặc cũng có thể là lắp vào trong một chiếc hộp có hình dạng và kích thước giống như ổ cứng nhưng nhỏ hơn.

Hình 1: Cấu tạo của ổ cứng SSD

Các chip nhớ flash NOR sẽ được gắn và hàn chết trên bảng mạch Tương ứng với đó sẽ có từ 10 đến 60 NAND Flash được gắn bên trên Những chipset trên ổ cứng SSD trông tương tự như chipset bên trong ổ HDD Tuy nhiên nó hoàn toànkhác nhau về chủng loại cũng như tốc độ ghi Ssd có tốc độ nhanh hơn rất nhiều

Đó là lý do khiến SSD có giá thành đắt hơn loại ổ cứng hay thẻ nhớ khác Vì thếchi phí để cứu dữ liệu ổ cứng cũng là đắt đỏ hơn Ổ cứng SSD chứa bộ điều khiển vi mô, bộ đệm, hiệu chỉnh và mô-đun giao diện flash

2.2 Kiến trúc SSD

Mặc dù bộ nhớ FLASH là nền tảng của Ổ đĩa thể rắn (SSD) và ổ đĩa dựa trên FLASH (Ổ đĩa USB), nhưng trước khi dữ liệu đến bộ nhớ FLASH, có một số thành phần SSD khác mà dữ liệu phải đi qua Các chức năng ổ đĩa lõi trong SSDbao gồm định địa chỉ FLASH, kiểm soát, xử lý lỗi và chia tỷ lệ

Một sự kết hợp của các phương pháp tiếp cận phần cứng, phần sụn và phần mềmđược sử dụng cho từng chức năng quản lý ổ đĩa này, với sự đánh đổi do nhà thiết kế hệ thống thực hiện để thiết lập sự kết hợp lý tưởng cho từng ổ đĩa flash

 Giới hạn và mục tiêu vật lý

 Bao bì (yếu tố hình thức, PWB và các gói thành phần có sẵn)

 Sử dụng và tiêu hao năng lượng

 Cân nặng

 Chia tỷ lệ (thêm các bộ phận, sử dụng các bộ phận dày đặc hơn, thêm các mô hình con)

 Giá

 Cung cấp cơ sở cạnh tranh

 Cung cấp theo quy mô cạnh tranh

 Giao diện hệ thống

 Đã sửa lỗi (một và chỉ một giao diện hệ thống đích)

 Có sẵn với các giao diện khác nhau (tức là: SATA và SAS)

 Có sẵn với nhiều giao diện (tức là: 1394/Firewire và USB)

Khi một tập hợp các yêu cầu được thiết lập cho một SSD riêng lẻ, kiến trúc sư

hệ thống có thể khám phá nhiều cách tiếp cận khác nhau để đạt được các yêu cầu Đây là một quy trình lặp đi lặp lại trong đó các giải pháp khác nhau được tạo ra, mô phỏng, thử nghiệm và so sánh với một Thiết kế hệ thống cuối cùng được chọn để triển khai

Thiết kế hệ thống cuối cùng này xác định những phần nào của từng chức năng quản lý (xác định địa chỉ, điều khiển, xử lý lỗi và chia tỷ lệ) sẽ được cung cấp bởi phần cứng, phần sụn và phần mềm – cả ở cấp độ cung cấp sản phẩm và trìnhđiều khiển phần mềm tại máy chủ mức độ

Hình 1 minh họa một cái nhìn chung về thành phần hệ thống kiến trúc chung được liên kết với bất kỳ hệ thống SDD nào

Hình 1

Hình 2 minh họa cách triển khai tương đương đơn giản nhất mà hầu hết mọi người đều quen thuộc; – một ổ USB Trong trường hợp của ổ USB, tối đa hai chip FLASH đơn giản được kết hợp với một chip điều khiển duy nhất để tạo thành một ổ SSD Bộ điều khiển sử dụng phần sụn cho nhiều chức năng thay vì phần cứng chuyên dụng (và nhanh hơn) Trong trường hợp ổ đĩa ngón tay cái, chi phí là tiêu chí quan trọng nhất nên nhiều chức năng hơn được thực hiện trong phần mềm trong bộ điều khiển và trong trình điều khiển máy chủ, thay vì trong phần cứng

-Tốc độ: là ưu điểm lớn nhất của SSD Ổ cứng SSD chỉ mất vài giây để hoạt động máy tính Tốc độ đọc và ghi dữ liệu, khởi chạy ứng dụng, chơi game,

sử dụng đồ họa đề được cải thiện rõ ràng Hay còn gọi là ổ cứng Siêu tốc

-Độ bền và chống sốc tốt: Cấu tạo vật lý của ổ cứng SSD bao gồm các con chip nhớ được gắn chắc chắn trên bo mạch nên ổn định hơn Mặc khác, ổ cứng SSD cũng nhẹ hơn ổ cứng truyền thống

-Bớt ồn, ít tỏa nhiệt: Nhờ vào cấu tạo vật lý của ổ cứng SSD không có phần chuyển động nên không có tiếng ồn phát ra từ ổ cứng khi máy tính hoạt động Ngoài ra, nhiệt độ tỏa ra của ổ cứng SSD rất ít

-Tiết kiệm điện năng: Các ổ cứng truyền thống cần điện để quay đĩa nhưng SSD chỉ có các bảng mạch trong nên không cần nhiều điện năng Ổ cứng SSD còn giúp laptop kéo thời gian sử dụng và tuổi thọ của pin laptop.

-An toàn dữ liệu: Nếu laptop bị va chạm mạnh có tác động lên ổ cứng, thì hầu hết những ổ cứng truyền thống sẽ bị mất dữ liệu nhưng SSD thì không Thêm một ưu điểm nữa là, ổ cứng SSD không bị nhiễm từ tính nên phần dữ liệu trong máy luôn được an toàn

2.4 Nguyên lý hoạt động của SSD

Để thực hiện chức năng gửi, nhận dữ liệu nhanh chóng, ổ cứng SSD dùng một tấm có chứa nhiều ô điện (cell) Các tấm này được phân thành những phần nhỏ gọi là “trang” (page) “Trang” chính là nơi mà dữ liệu được lưu trữ (từ 2KB – 16KB) Các trang gộp lại với nhau để tạo thành nhiều khối (block) Ngoài ra,

vì được thiết kế không có bộ phận chuyển động, nên ổ cứng SSD còn có tên gọi khác là ổ cứng thể rắn

SSD có khả năng ghi dữ liệu vào một trang trống trong khối bất kỳ Do

đó, người dùng ổ SSD không thể ghi đè trực tiếp dữ liệu lên từng trang riêng lẻ

Đối với chức năng xóa dữ liệu, SSD thực hiện bằng cách xác định chính xác những dữ liệu nào được đánh dấu không sử dụng Tiếp đến, nó chuyển các

dữ liệu này vào một khối riêng Sau đó, nó tiến hành loại bỏ toàn bộ khối Đồng thời, ngay lập tức nó cũng xác định lại các dữ liệu của bộ nhớ để trả lại khối, còncác trang không sử dụng thì để trống

2.5 Ưu điểm, nhược điểm của ổ đĩa SSD

* Ưu điểm:

- Thời gian truy xuất dữ liệu cực nhanh.

- Giảm thiểu thời gian khởi động hệ điều hành, mở máy, nâng cao năng suất làm việc của máy tính

- Nạp chạy các phần mềm nhanh chóng

- Bảo vệ dữ liệu cực tốt, khả năng chống sốc cao, hoạt động ổn định, giảm tỷ lệ

hư hỏng và an toàn cho dữ liệu

- Hoạt động không tiếng ồn, tản nhiệt hiệu quả, mát và tiết kiệm năng lượng

- Băng thông truyền tải dữ liệu lớn, giúp tăng khả năng làm việc của máy tính

- Chống sốc, va đập cực tốt

* Nhược điểm:

- Giá thành khá cao so với ổ HDD cùng dung lượng

- SSD có số lượng ghi hữu hạn, vì mỗi lần ghi hoặc xóa dữ liệu thì điện trở trongcủa mỗi ô sẽ tăng nhẹ làm tăng điện áp cần thiết để ghi vào ô và đến một lúc nào

đó sẽ mất hoàn toàn khả năng ghi dữ liệu

CHƯƠNG III: So sánh SSD và HDD

3.1 Giới thiệu về sự khác nhau giữa SSD và HDD

Ổ cứng là thiết bị lưu trữ truyền thống có đĩa quay để đọc và ghi dữ

liệu SSD sử dụng công nghệ mới hơn lưu trữ dữ liệu trên chip bộ nhớ có thể truy cập ngay lập tức SSD nhanh hơn, êm hơn, nhỏ hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn và bền hơn Ổ cứng HDD rẻ hơn, có nhiều dung lượng lưu trữ hơn và giúp khôi phục dữ liệu dễ dàng hơn nếu bị hỏng

Sự khác biệt chính giữa ổ đĩa thể rắn (SSD) và ổ đĩa cứng (HDD) là cách

dữ liệu được lưu trữ và truy cập Ổ HDD sử dụng đĩa quay cơ học và đầu

đọc/ghi chuyển động để truy cập dữ liệu, trong khi ổ SSD sử dụng chip bộ nhớ Nếu giá cả không phải là vấn đề, thì SSD là một lựa chọn tốt hơn - đặc biệt

là khi SSD hiện đại cũng đáng tin cậy như HDD

Cho đến cuối những năm 2000, khi bạn mua một ổ đĩa cứng hoặc máy tính cá nhân mới, các lựa chọn lưu trữ đĩa cứng của bạn bị giới hạn về kích thước và tốc độ - có thể là 5.400 hoặc 7.200 vòng quay mỗi phút Ngày nay, khi mua một chiếc PC mới, bạn có hai lựa chọn rất khác nhau: bạn có thể mua một chiếc có ổ SSD hoặc một chiếc có ổ cứng HDD