Jak działa dysk SSD?

0
186

Magazynowanie danych w przypadku dysków SSD odbywa się dzięki pamięci typy flash. Jest to ten sam rodzaj pamięci, który znajduje się wewnątrz urządzeń mobilnych jak smartfony czy tablety, ten sam, który wykorzystują pendrive’y. Pamięci tego rodzaju fizycznie zbudowane są z tranzystorów polowych MOSFET. Tranzystory tworzą komórki, które odpowiedzialne są za przechowywanie danych. Komórki zbudowane są z dwóch bramek: pływającej i sterującej. Zadaniem bramki pływającej jest gromadzenie ładunku, sterująca odczytuje, kasuje i zapisuje jego logiczną wartość (0 lub 1).

W dyskach SSD występują pamięci flash w odmianie NAND, która pozwala na znaczną oszczędność miejsca i krótsze czasy dostępu do przechowywanych informacji. Cechują ją także niższe koszty produkcji w przeliczeniu na jednostkę pojemności nośnika oraz większa trwałość. Pamięć NAND posiada jednak pewne ograniczenie, jakim jest brak bezpośredniego dostępu do komórek pamięci – realizowane zadania muszą odbywać się równocześnie dla całego rzędu komórek – tzw. strony. Jako pamięć o dostępie sekwencyjnym, nie sprawdza się ona w innych zastosowaniach poza pamięcią masową.

Strona pamięci jest najmniejszą jednostką rozpoznawaną przez sterownik. Strony zorganizowane są w bloki, a każdy blok zazwyczaj składa się z 32, 64 lub 128 stron. Ułożenie komórek pamięci flash w strony i bloki pozwala niejako odzwierciedlić organizację pamięci na klasycznym dysku HDD, ponieważ system operacyjny komputera, zaprojektowany z myślą o dyskach magnetycznych, nadal będzie posługiwał się pojęciami klastrów i sektorów, których nie ma na dysku SSD.

Naładowanie komórki pamięci jest tożsame z zapisem logicznego „0”, brak ładunku odpowiada „1”. Pamięć flash NAND może wykonywać trzy rodzaje operacji: zapisu, odczytu oraz kasowania danych. Aby komórka mogła zostać ponownie zapisana musi przejść przez proces kasowania zawartości, co nie występuje w przypadku klasycznych dysków HDD. Pamięci flash zapisują jedynie zera i tylko na poziomie całej strony – dane można usunąć przywracając „1” wyłącznie w całym bloku, ponieważ związane jest to z wysokim napięciem uwalnianym podczas tego procesu, które mogłoby doprowadzić do uszkodzenia naładowanych sąsiednich komórek i utratę zapisanych w nich bitów informacji. Gdy wszystkie strony w danym bloku zostaną przeznaczone do skasowania, cały blok zapisany zostaje jedynkami. Strony takie mogą być grupowane w bloki specjalne, przeznaczone do usunięcia, bez konieczności oczekiwania na wyczerpanie zapasu stron w danym bloku – proces taki nosi nazwę garbage collection i znacznie usprawnia obsługę komórek pamięci, przyspieszając w ten sposób działanie dysku SSD.

W przypadku tego rodzaju pamięci proces kasowania zawartości komórki wpływa na ich stopniowe zużycie – każda komórka pamięci ma przypisany pewien limit cykli zapisu/kasowania a po jego osiągnięciu dana komórka pamięci traci zdolność przechowywania ładunków i nie nadaje się do dalszego wykorzystania.

Aby zapobiec nierównemu i zbyt szybkiemu zużyciu komórek pamięci w pewnych obszarach dysku wprowadzony został system wear-levelling, którego zadaniem jest odpowiednio równomierne wykorzystanie komórek. System reguluje zapis informacji nie pozwalając na zbyt częste zaangażowanie tych samych komórek i przekierowując nowe pliki do mniej używanych obszarów pamięci. Odpowiada za to sterownik dysku oraz jego firmware (Flash Translation Layer), przez co system operacyjny traci bezpośrednią kontrolę nad miejscem faktycznego przechowywania plików danych. Sytuacja taka komplikuje proces zarówno bezpiecznego usunięcia danych, jak i odzyskiwania utraconych plików.

 

Trudności w odzyskiwaniu skasowanych danych z dysków SSD

Aby uniknąć spowolnienia w działaniu dysku SSD wprowadzony został wspomniany już mechanizm garbage collection powiązany z funkcją TRIM. Jest to automatyczny, działający w tle system oczyszczania dysku z zalegających plików danych, przygotowujący zawczasu puste miejsce pod nowe pliki informacji. Niepotrzebne dane zostają wówczas skasowane, a ich odzyskanie przestaje być możliwe, pomimo iż dane teoretycznie wciąż powinny być na dysku obecne, w praktyce ciągły i sukcesywny proces „zbierania śmieci” skutecznie opróżnia dysk.

Proces trwa nawet podczas działań związanych z procedurą odzyskiwania danych, np. wykonywania kopii danych dysku, co ma niebagatelne znaczenie dla postępowania dowodowego w przypadku prowadzenia czynności z zakresu informatyki śledczej.

Dodaj komentarz

avatar
  Subscribe  
Powiadom o