حافظه فلش NAND نوعی فناوری ذخیره سازی غیر فرار است که برای نگهداری داده ها نیازی به برق ندارد. به دلیل هزینه کمتر، استقامت بهبود یافته و عملکرد خواندن/نوشتن بهتر در مقایسه با NOR flash12، معمولاً در درایوهای حالت جامد (SSD) استفاده می‌شود.

حافظه فلش NAND بلوک های داده را ذخیره می کند، برخلاف بایت های داده مانند NOR flash2. این به فلش NAND اجازه می دهد تا داده های بیشتری را در همان ناحیه فیزیکی سیلیکون ذخیره کند، تراکم تراشه ها را افزایش داده و هزینه های تولید را کاهش می دهد.

انواع مختلفی از حافظه فلش NAND وجود دارد، از جمله سلول های تک سطحی (SLC)، سلول های چند سطحی (MLC)، سلول های سه سطحی (TLC)، سلول های چهار سطحی (QLC) و سلول های پنج سطحی (PLC). . تفاوت بین هر نوع تعداد بیت هایی است که هر سلول می تواند ذخیره کند۱۳.

به عنوان مثال، SLC یک بیت را در هر سلول ذخیره می کند، MLC دو بیت را در هر سلول ذخیره می کند، و به همین ترتیب۳. هر بیت اضافه شده با یک جریمه عملکرد، استقامت و قابلیت اطمینان همراه است. بنابراین، انواع مختلف NAND سطوح متفاوتی از عملکرد و ویژگی‌های استقامتی را در محدوده قیمتی ارائه می‌دهند.

علاوه بر این انواع، فناوری ۳D NAND نیز وجود دارد. بر خلاف فناوری دو بعدی مسطح که سلول ها به صورت افقی روی هم چیده می شوند، NAND سه بعدی با استفاده از چندین لایه به صورت عمودی انباشته می شود. این لایه‌های اضافه شده، تراکم، مصرف انرژی کمتر، استقامت و عملکرد را افزایش می‌دهند و هزینه کلی هر گیگابایت ۱۳ را کاهش می‌دهند.

تفاوت بین SLC، MLC و TLC NAND در SSD چیست؟

SLC، MLC و TLC انواع حافظه های فلش NAND هستند که در درایوهای حالت جامد (SSD) استفاده می شوند و از نظر تعداد بیت های داده ای که در هر سلول ذخیره می کنند، هزینه، ظرفیت و استقامت متفاوت هستند.

سلول تک سطحی (SLC): SLC NAND تنها ۱ بیت اطلاعات را در هر سلول ذخیره می کند. این بهترین عملکرد و بالاترین استقامت را با ۱۰۰۰۰۰ چرخه پاک کردن برنامه (P/E) ارائه می دهد، بنابراین نسبت به سایر انواع NAND دوام بیشتری خواهد داشت. با این حال، چگالی داده کم آن، SLC را به گران‌ترین نوع NAND تبدیل می‌کند و بنابراین معمولاً در محصولات مصرفی استفاده نمی‌شود. معمولاً برای سرورها و سایر برنامه های صنعتی که نیاز به سرعت و استقامت دارند استفاده می شود.

سلول چند سطحی (MLC): MLC NAND چندین بیت را در هر سلول ذخیره می کند که معمولاً معادل ۲ بیت در هر سلول است. MLC چگالی داده بالاتری نسبت به SLC دارد بنابراین می توان آن را در ظرفیت های بزرگتر تولید کرد. MLC ترکیب خوبی از قیمت، عملکرد و استقامت دارد. با این حال، MLC نسبت به خطاهای داده با چرخه های ۱۰۰۰۰ P/E حساس تر است و بنابراین در مقایسه با SLC1 استقامت کمتری دارد. MLC معمولاً در محصولات مصرفی یافت می شود که در آن استقامت از اهمیت کمتری برخوردار است.

سلول سه سطحی (TLC): TLC NAND 3 بیت را در هر سلول ذخیره می کند. با افزودن بیت های بیشتر در هر سلول، این باعث کاهش هزینه و افزایش ظرفیت می شود. با این حال، این تأثیر منفی بر عملکرد و استقامت دارد، تنها با ۳۰۰۰ چرخه P/E1. بسیاری از محصولات مصرفی از TLC استفاده می کنند زیرا ارزان ترین گزینه است.

هر نوع حافظه فلش NAND مزایا و معایب خاص خود را از نظر هزینه، عملکرد، ظرفیت ذخیره سازی و دوام دارد.

نوع NAND چگونه بر عملکرد و طول عمر یک SSD تأثیر می گذارد؟

نوع حافظه فلش NAND مورد استفاده در یک SSD می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد و طول عمر آن تأثیر بگذارد:

سلول تک سطحی (SLC): حافظه فلش SLC NAND یک بیت داده را در هر سلول ذخیره می کند. این بالاترین استقامت را ارائه می دهد، به طوری که هر سلول قادر به تحمل حدود ۱۰۰۰۰۰ چرخه نوشتن است. SLC همچنین سریع ترین سرعت انتقال داده را فراهم می کند. با این حال، از آنجایی که حافظه کمتری در هر سلول ذخیره می‌کند، حافظه SLC گران‌تر است و معمولاً در درجه سازمانی یافت می‌شود

SSD ها

سلول چند سطحی (MLC): حافظه فلش MLC NAND دو بیت داده را در هر سلول ذخیره می کند، که امکان تراکم ذخیره سازی بالاتر و هزینه کمتر نسبت به SLC را فراهم می کند. با این حال، این به قیمت استقامت کمتر (حدود ۱۰۰۰۰ چرخه نوشتن در هر سلول) و سرعت انتقال داده پایین تر است.

سلول سه سطحی (TLC): حافظه فلش TLC NAND سه بیت داده را در هر سلول ذخیره می کند. این باعث افزایش تراکم ذخیره سازی و کاهش هزینه حتی بیشتر از MLC می شود، اما همچنین باعث کاهش بیشتر استقامت (حدود ۳۰۰۰ تا ۵۰۰۰ چرخه نوشتن در هر سلول) و کاهش سرعت انتقال داده می شود.

سلول چهار سطحی (QLC): حافظه فلش QLC NAND چهار بیت داده را در هر سلول ذخیره می کند. حتی تراکم ذخیره سازی بالاتر و هزینه کمتری نسبت به TLC ارائه می دهد، اما کمترین استقامت (حدود ۱۰۰۰ چرخه نوشتن در هر سلول) و سرعت انتقال داده کندتر را دارد.

به طور خلاصه، در حالی که SLC NAND بالاترین عملکرد و طول عمر را ارائه می دهد، همچنین گران ترین است. از سوی دیگر، TLC و QLC NAND ظرفیت ذخیره سازی بالاتر و هزینه کمتری را ارائه می دهند، اما عملکرد کمتر و طول عمر کمتری دارند.

بشقاب در هارد دیسک چیست؟

بشقاب در هارد دیسک (HDD) دیسک مغناطیسی دایره‌ای است که داده‌های دیجیتال روی آن ذخیره می‌شود. ماهیت سفت و سخت پلاترها همان چیزی است که نام آنها را می دهد (برخلاف مواد انعطاف پذیری که برای ساخت فلاپی دیسک استفاده می شود)۱.

بشقاب ها معمولاً با استفاده از بستر آلومینیومی، شیشه ای یا سرامیکی ساخته می شوند. یک پوشش نازک در هر دو طرف زیرلایه رسوب می‌کند، که عمدتاً توسط فرآیند رسوب‌گذاری خلاء به نام کندوپاش مگنترون۱. این پوشش دارای ساختار لایه ای پیچیده ای است که از آلیاژهای مختلف فلزی (عمدتاً غیر مغناطیسی) به عنوان لایه های زیرین تشکیل شده است.

سطح مغناطیسی هر بشقاب به نواحی مغناطیسی کوچکی به اندازه زیر میکرومتر تقسیم می‌شود که هر کدام برای نشان دادن یک واحد باینری از اطلاعات استفاده می‌شوند. یک ناحیه مغناطیسی معمولی در یک صفحه دیسک سخت (تا سال ۲۰۰۶) حدود ۲۰۰ تا ۲۵۰ نانومتر عرض (در جهت شعاعی صفحه) دارد و در حدود ۲۵ تا ۳۰ نانومتر در جهت پایین (جهت محیطی روی صفحه) امتداد دارد. Platter)، مربوط به حدود ۱۰۰ میلیارد بیت در هر اینچ مربع از سطح دیسک ۱.

هنگامی که کامپیوتر روشن می شود، این صفحات شروع به چرخش با تعداد دور در دقیقه (دور در دقیقه) می کنند. همانطور که صفحات دیسک در حال چرخش هستند، هد خواندن/نوشتن به اطلاعات یکی از صفحات دیسک دسترسی پیدا می کند. برای کمک به ذخیره و بازیابی داده‌ها از پلاتر، داده‌ها در مسیرها، بخش‌ها و استوانه‌ها در هر صفحه ذخیره می‌شوند.

چگونه تعداد صفحات بر عملکرد و ظرفیت ذخیره سازی یک هارد دیسک تاثیر می گذارد؟

تعداد صفحات در هارد دیسک (HDD) می تواند بر عملکرد و ظرفیت ذخیره سازی آن تأثیر بگذارد:

۱. **ظرفیت ذخیره سازی**: ظرفیت ذخیره سازی یک هارد دیسک مستقیماً با تعداد صفحات آن ۴ مرتبط است. هر بشقاب فضای اضافی برای ذخیره سازی داده ها فراهم می کند. بنابراین، هارد دیسک‌های با صفحات بیشتر می‌توانند داده‌های بیشتری را ذخیره کنند⁴.

۲. ** عملکرد **: تأثیر عملکرد تعداد صفحات در یک HDD کمی پیچیده تر است. صفحات بیشتر به طور بالقوه می توانند عملکرد را افزایش دهند زیرا داده ها را می توان همزمان از چندین پلاتر خواند یا روی آن نوشت¹. با این حال، داشتن صفحات بیشتر می‌تواند وزن مجموعه دیسک را نیز افزایش دهد، که می‌تواند زمان حرکت هدهای خواندن/نوشتن را کاهش دهد و در نتیجه به طور بالقوه عملکرد را کاهش دهد².

۳. **قابلیت اطمینان**: بشقاب های بیشتر به طور بالقوه می تواند منجر به خطر بالاتر خرابی شود، فقط به این دلیل که اجزای بیشتری وجود دارند که ممکن است خراب شوند². با این حال، عوامل دیگری مانند کیفیت ساخت درایو و شرایط عملکرد آن نیز می توانند به طور قابل توجهی بر قابلیت اطمینان² تأثیر بگذارند.

۴. **تراکم آرئال**: چگالی مساحتی، یا مقدار داده ای که می توان در یک ناحیه فیزیکی معین روی یک بشقاب ذخیره کرد، هم در ظرفیت و هم در عملکرد۵ نقش دارد. درایوهای با تراکم منطقه‌ای بالاتر می‌توانند داده‌های بیشتری را ذخیره کنند و اغلب عملکرد بهتری دارند، زیرا هدهای خواندن/نوشتن برای دسترسی به داده‌ها نیازی به حرکت چندان دور ندارند.

به طور خلاصه، در حالی که افزایش تعداد صفحات در هارد دیسک می تواند ظرفیت ذخیره سازی آن را افزایش دهد، تأثیر آن بر عملکرد و قابلیت اطمینان بسته به عوامل دیگری مانند طراحی درایو و شرایط عملکرد می تواند متفاوت باشد.

(۱) چند بشقاب و هد در هارد دیسک وجود دارد؟ – توصیه های حکیم. https://sage-advices.com/how-many-platters-and-heads-are-in-a-hard-drive/.

(۲) آیا ظرفیت ذخیره سازی بر عملکرد هارد دیسک تأثیر می گذارد؟ https://superuser.com/questions/21486/does-storage-capacity-affect-hard-drive-performance.

(۳) آیا تعداد بیشتر هارد دیسک خطر ابتلا به …. https://superuser.com/questions/820078/does-a-greater-number-of-hard-disk-platter-increase-the -ریسک شکست

(۴) چگالی منطقه ای هارد دیسک چیست؟ – Datarecovery.com. https://datarecovery.com/rd/hard-drive-areal-density/.

(۵) سازندگان HDD سرعت توسعه درایوهای با ظرفیت بالاتر: دیسک های بیشتر …. https://www.tomshardware.com/news/hdd-makers-speed-up-development-of-highercapacity-drives-more- دیسک هامر-ممر.

RPM در رابطه با HDD چیست؟

RPM مخفف عبارت Revolutions Per Minut است

e و میزان چرخش دیسک داخل هارد دیسک (HDD) در یک دقیقه است. این یک معیار مهم برای هارد دیسک‌ها است، زیرا مستقیماً بر سرعت انتقال داده و زمان دسترسی درایو تأثیر می‌گذارد. مقادیر RPM بالاتر معمولاً منجر به بازیابی و ذخیره سازی سریعتر داده می شود.

به عنوان مثال، هارد دیسک ها از ۳۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰ RPM2 می چرخند. سرعت چرخش صفحات می تواند بر عملکرد درایو تأثیر بگذارد. RPM بالاتر معمولاً به این معنی است که درایو داده ها را سریعتر از آنهایی که سرعت چرخش کمتری دارند می خواند و می نویسد.

با این حال، مهم است که توجه داشته باشید که RPM عاملی برای درایوهای حالت جامد (SSD) نیست زیرا آنها هیچ بخش متحرکی ندارند.

RPM چگونه بر عملکرد یک هارد دیسک تأثیر می گذارد؟

RPM (دور در دقیقه) یک هارد دیسک (HDD) به طور قابل توجهی بر عملکرد آن در دو زمینه کلیدی تأثیر می گذارد:

۱. سرعت انتقال داده: سرعتی که می توان داده ها را از روی دیسک خواند یا نوشت، مستقیماً با RPM مرتبط است. RPM بالاتر به این معنی است که هدهای خواندن/نوشتن می توانند در همان زمان به داده های بیشتری دسترسی داشته باشند و در نتیجه سرعت انتقال داده ها سریعتر است.

۲. زمان دسترسی: مدت زمانی است که طول می کشد تا هدهای خواندن/نوشتن به بخشی از دیسک که داده ها در آن ذخیره می شود برسند. RPM بالاتر این زمان را کاهش می دهد، زیرا قسمت مورد نظر از دیسک بیشتر می آید.

با این حال، مهم است که توجه داشته باشید که RPM بالاتر همچنین می تواند منجر به افزایش تولید گرما و مصرف برق شود. بنابراین، در حالی که RPM بالاتر به طور کلی منجر به عملکرد بهتر می شود، اطمینان از خنک کننده و منبع تغذیه کافی نیز مهم است.

حافظه کش در هارد دیسک چیست؟

حافظه کش در هارد دیسک (HDD) که اغلب به عنوان بافر دیسک شناخته می شود، به عنوان یک فضای حافظه موقت عمل می کند در حالی که هارد دیسک داده ها را می خواند و در حافظه دائمی روی صفحات می نویسد. این یک ویژگی است که بر سرعت و عملکرد هارد دیسک شما تأثیر می گذارد.

هارد دیسک داده‌هایی را در حافظه پنهان خود نگه می‌دارد که شما یا برنامه‌هایتان اغلب و اخیراً از آن‌ها استفاده می‌کنید، و نیازی به بیرون کشیدن آن‌ها از صفحات هر بار که به داده‌ها نیاز است را از بین می‌برد. این عمل باعث افزایش سرعت عملکرد درایو می شود.

هنگامی که یک کاربر یا یک برنامه اطلاعاتی را درخواست می کند، هارد دیسک آن داده ها و داده های اطراف آن را از بشقاب می خواند و همه آنها را در بافر ۱ ذخیره می کند. از آنجایی که احتمال مشابهی داده های اطراف وجود دارد، درایو فرض می کند که کاربر یا پردازش نیز به زودی داده های اطراف را درخواست خواهد کرد.

سرعت رابط ورودی/خروجی دیسک به کامپیوتر تقریباً هرگز با سرعت انتقال بیت ها به و از صفحه دیسک سخت مطابقت ندارد. از بافر دیسک استفاده می شود تا هم رابط ورودی/خروجی و هم هد خواندن/نوشتن دیسک بتوانند با سرعت کامل کار کنند.

به طور خلاصه، حافظه نهان در هارد دیسک ها به عنوان یک بافر بین پردازنده کامپیوتر شما و هارد دیسک عمل می کند و داده هایی را که اغلب به آنها دسترسی دارید ذخیره می کند تا عملکرد کلی سیستم را بهبود بخشد.

اندازه کش چگونه بر عملکرد یک هارد دیسک تاثیر می گذارد؟

اندازه حافظه پنهان یک هارد دیسک (HDD) می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد آن تأثیر بگذارد:

۱. **سرعت خواندن/نوشتن**: حافظه پنهان بزرگتر می تواند سرعت خواندن و نوشتن هارد دیسک را بهبود بخشد. حافظه پنهان داده‌هایی را که اغلب یا اخیراً به آن‌ها دسترسی پیدا می‌کند، ذخیره می‌کند، و نیازی به بازیابی آن‌ها از صفحات هر بار که به آن نیاز است را از بین می‌برد. این می تواند عملکرد درایو را افزایش دهد².

۲. **کارایی انتقال داده**: هارد دیسک اغلب نه تنها داده های درخواستی، بلکه داده های اطراف را نیز از پلاتر می خواند و همه آنها را در حافظه پنهان² ذخیره می کند. این اقدام پیش‌بینی می‌تواند درخواست‌های داده مرتبط بعدی را سریع‌تر کند².

۳. **زمان بارگذاری**: برای مثال در بازی، یک حافظه پنهان بزرگتر می تواند زمان بارگذاری نقشه ها، سطوح و صحنه های برش را کاهش دهد.

۴. **عملکرد گرافیک**: یک کش بزرگتر همچنین می تواند پتانسیل گرافیکی بازی ها را افزایش دهد.

۵. **کاهش تاخیر**: در بازی های جهان باز، حافظه پنهان بزرگتر می تواند تاخیر عمومی و کندی سرعت را هنگام جابجایی یا بارگذاری اشیا در بازی شما کاهش دهد³.

با این حال، توجه به این نکته مهم است که اگرچه یک کش بزرگتر می تواند عملکرد را بهبود بخشد، این تنها عاملی نیست که بر عملکرد HDD تأثیر می گذارد. عوامل دیگری مانند RPM درایو و چگالی سطحی صفحات نیز نقش مهمی دارند.

(۱) حافظه پنهان HDD چقدر اهمیت دارد – دستگاه های ذخیره سازی – نکات فنی Linus. https://linustechtips.com/topic/872433-how-much-does-hdd-cache-matter/.

(۲) کش هارد دیسک چیست و چه کاری انجام می دهد؟ – آلفر. https://www.alphr.com/what-is-hard-drive-cache/.

(۳) اهمیت کش درایو هارد در بازی – راهنمای کامپیوتر. https://www.pcguide.com/hdd/guide/hard-drive-cache/.

رمزگذاری دیسک چیست و چگونه روی SSD و HDD کار می کند؟

رمزگذاری دیسک روشی برای تبدیل اطلاعات وارد شده در یک دستگاه دیجیتال به بلوک هایی از داده های بی معنی است¹. هرچه فرآیند رمزگذاری پیچیده تر باشد، داده های رمزگذاری شده ناخوانا و غیرقابل رمزگشایی تر است. برعکس، رمزگشایی داده‌های رمزگذاری شده را به شکل اصلی خود تغییر می‌دهد و دوباره قابل خواندن می‌شود¹. اطلاعات رمزگذاری شده اغلب به عنوان متن رمزی نامیده می شود در حالی که غیر رمزگذاری شده به عنوان متن ساده¹ نامیده می شود.

در در زمینه SSD ها و HDD ها، رمزگذاری دیسک را می توان به دو روش انجام داد: مبتنی بر نرم افزار و مبتنی بر سخت افزار¹۳:

۱. **رمزگذاری نرم افزار**: رمزگذاری نرم افزار از انواع برنامه های نرم افزاری برای رمزگذاری داده ها در حجم منطقی استفاده می کند. هنگامی که یک درایو برای اولین بار رمزگذاری می شود، یک کلید منحصر به فرد ایجاد و در حافظه کامپیوتر ذخیره می شود. کلید با یک کلمه عبور کاربر رمزگذاری شده است. وقتی کاربر عبارت عبور را وارد می‌کند، قفل کلید را باز می‌کند و به داده‌های رمزگذاری نشده در درایو¹ دسترسی می‌دهد. یک کپی از کلید نیز در درایو¹ نوشته می شود. رمزگذاری نرم افزار به عنوان واسطه بین داده های خواندن/نوشتن برنامه در دستگاه عمل می کند. هنگامی که داده ها در درایو نوشته می شوند، قبل از اینکه به صورت فیزیکی به دیسک متعهد شوند، با استفاده از کلید رمزگذاری می شوند. وقتی داده ها از درایو خوانده می شوند، قبل از ارائه به برنامه با استفاده از همان کلید رمزگشایی می شوند.

۲. **رمزگذاری سخت‌افزار**: درایوهای رمزگذاری خودکار (SED) از رمزگذاری مبتنی بر سخت‌افزار استفاده می‌کنند که رویکردی جامع‌تر برای رمزگذاری داده‌های کاربر دارد¹. SED ها دارای یک تراشه رمزگذاری AES هستند که داده ها را قبل از نوشتن رمزگذاری می کند و قبل از خواندن مستقیم از رسانه NAND¹ آن را رمزگشایی می کند. رمزگذاری سخت افزار بین سیستم عامل نصب شده روی درایو و BIOS سیستم قرار می گیرد. هنگامی که درایو برای اولین بار رمزگذاری می شود، یک کلید رمزگذاری ایجاد شده و روی NAND flash¹ ذخیره می شود. هنگامی که سیستم برای اولین بار بوت می شود، یک بایوس سفارشی بارگیری می شود و از یک عبارت عبور کاربر درخواست می کند¹.

در هر دو مورد، اگر رمزگذاری کامل دیسک (FDE) را قبل از ذخیره فایل‌ها (رمزگذاری شده یا نه) در درایو فعال کرده باشید، فایل‌های شما باید زمانی که روی درایو، SSD یا HDD² نوشته می‌شوند توسط FDE محافظت شوند.

(۱) رمزگذاری SSD چیست و چگونه کار می کند؟ – فناوری کینگستون https://www.kingston.com/en/blog/data-security/how-ssd-encryption-works.

(۲) اهمیت امنیت SSD و رمزگذاری داده ها. https://insights.samsung.com/2021/06/10/the-importance-of-ssd-security-and-data-encryption/.

(۳) رمزگذاری روی SSD و HDD چگونه کار می کند؟ آیا تفاوتی وجود دارد …. https://www.reddit.com/r/privacy/comments/m73a0c/how_does_encryption_work_on_ssds_and_hdds_is/.