Ngày nay, khi mua một chiếc máy tính mới hoặc nâng cấp một máy tính cũ, bạn sẽ muốn mua một ổ cứng thể rắn (SSD) thay vì ổ cứng truyền thống. Thật vậy, chuyển đổi từ ổ cứng HDD sang SSD là một trong những nâng cấp hiệu suất máy tính tốt nhất. Vậy lý do tại sao và điều gì khiến ổ SSD trở thành công nghệ đột phá?

Bài viết này sẽ giải thích cho các bạn hiểu chính xác ổ SSD là gì, cách thức hoạt động của nó, tại sao SSD hữu ích và nhược điểm chính khi sử dụng loại ổ cứng này. 

1. Tìm hiểu về máy tính và bộ nhớ
Để hiểu về cách hoạt động của ổ SSD và lý do tại sao chúng hữu ích như vậy, trước tiên chúng ta phải hiểu cách bộ nhớ máy tính hoạt động. Kiến trúc bộ nhớ của máy tính được chia thành ba phần:

1. Bộ nhớ cache

2. Bộ nhớ

3. Các ổ đĩa dữ liệu

Mỗi phần này thực hiện một chức năng quan trọng, quyết định cách chúng vận hành.

Bộ nhớ cache là bộ nhớ trong cùng. Khi chạy, máy tính sử dụng bộ nhớ cache để tiến hành tính toán dữ liệu. Con đường đến bộ nhớ cache là ngắn nhất khiến việc truy cập dữ liệu gần như tức thời. Tuy nhiên, bộ nhớ cache rất nhỏ nên dữ liệu của nó liên tục bị ghi đè.

Bộ nhớ có thể bạn biết đến nó như RAM, đây là nơi máy tính lưu trữ dữ liệu liên quan đến chương trình và tiến trình đang hoạt động tích cực. Truy cập vào RAM chậm hơn truy cập vào bộ nhớ cache nhưng không đáng kể.

Ổ đĩa dữ liệu là nơi mọi thứ khác được lưu trữ lâu dài. Đây là nơi lưu trữ tất cả các chương trình, file cấu hình, tài liệu, file nhạc, phim và mọi thứ khác. Khi muốn truy cập một file hoặc chạy một chương trình, máy tính cần tải nó từ ổ đĩa dữ liệu và vào RAM.

cach-thuc-hoat-dong-cua-o-cung-ssd-2

Điều quan trọng cần biết là tốc độ giữa ba bộ nhớ này là khác nhau. Trong khi bộ nhớ cache và RAM hoạt động ở tốc độ nano giây, một ổ đĩa cứng truyền thống hoạt động ở tốc độ milli giây.

Về bản chất, ổ đĩa dữ liệu là nút cổ chai, bất kể mọi thứ khác nhanh như thế nào, máy tính chỉ có thể tải và lưu dữ liệu nhanh khi ổ đĩa dữ liệu có thể xử lý nó.

Do đó, đây là lý do người ta phát minh ra ổ SSD. Mặc dù ổ HDD có độ trễ chậm hơn bộ nhớ cache và RAM nhưng SSD nhanh hơn nhiều. Điều này giúp giảm đáng kể lượng thời gian tải các chương trình, tiến trình và bạn sẽ thấy máy tính nhanh hơn nhiều.

2. Cách thức hoạt động của ổ cứng SSD
Ổ cứng SSD có chức năng như ổ cứng HDD, chúng lưu trữ dữ liệu, file với mục đích sử dụng lâu dài. Điểm khác nhau giữa chúng là ổ SSD sử dụng một loại bộ nhớ được gọi là bộ nhớ flash, tương tự như RAM nhưng không giống RAM ở chỗ xóa tất cả các dữ liệu khi máy tính tắt, dữ liệu trên ổ SSD vẫn còn ngay cả khi nó mất điện.

Nếu tháo một ổ cứng HDD điển hình, bạn sẽ thấy một chồng các đĩa từ với đầu đọc, giống như đầu đọc trong máy nghe nhạc cổ. Trước khi đầu đọc có thể đọc hoặc ghi dữ liệu, các đĩa này phải quay đúng vị trí.

Mặt khác, ổ SSD sử dụng một tấm các ô điện để nhanh chóng gửi và nhận dữ liệu. Những tấm này được phân chia thành các phần được gọi là “trang” và là nơi lưu trữ dữ liệu. Các trang này được nhóm lại với nhau tạo thành các “khối”. SSD được gọi là ổ cứng thể rắn vì chúng không có bộ phận chuyển động.
Cấu tạo bên trong của ổ cứng

Ổ SSD chỉ có thể ghi vào một trang trống trong một khối. Trong ổ cứng HDD, dữ liệu có thể được ghi ở bất cứ vị trí nào trên đĩa vào bất cứ lúc nào. Điều này có nghĩa là dữ liệu sẽ bị ghi đè dễ dàng hơn. Các ổ SSD không thể ghi đè trực tiếp dữ liệu lên từng trang riêng lẻ, chúng chỉ ghi dữ liệu lên trang trống trong một khối.

Vậy, SSD làm như thế nào để xử lý việc xóa dữ liệu? Khi các trang trong một khối được đánh dấu là không sử dụng, ổ SSD xác định dữ liệu của toàn bộ khối vào bộ nhớ, sau đó xóa toàn bộ khối đó và xác định lại dữ liệu từ bộ nhớ trở lại khối trong khi để trống các trang không sử dụng. Lưu ý, việc xóa khối không có nghĩa là dữ liệu hoàn toàn biến mất.

cach-thuc-hoat-dong-cua-o-cung-ssd-3
3. Điều này có nghĩa là SSD trở nên chậm hơn theo thời gian?
Khi có một SSD mới, nó được tải hoàn toàn với các khối đầy các trang trống. Khi ghi dữ liệu mới vào SSD, dữ liệu sẽ ngay lập tức được ghi vào các trang trống đó với tốc độ nhanh. Tuy nhiên, khi ngày càng có nhiều dữ liệu được ghi, các trang trống sẽ hết và để lại những trang chưa sử dụng nằm rải rác khắp các khối.

Vì ổ SSD không trực tiếp ghi đè lên một trang riêng lẻ, cho nên mỗi khi bạn muốn ghi dữ liệu mới, SSD cần:

1. Tìm một khối có đủ các trang được đánh dấu là “không sử dụng”

2. Ghi lại các trang trong khối đó vẫn cần thiết

3. Reset tất cả các trang trong khối đó để trống

4. Viết lại các trang cần thiết vào khối được reset mới

5. Điền các trang còn lại bằng dữ liệu mới

Vì vậy, về bản chất, khi bạn sử dụng tất cả các trang trống trên SSD mới, ổ đĩa của bạn sẽ phải thực hiện quá trình này bất cứ khi nào muốn ghi dữ liệu mới. Đây là cách bộ nhớ flash làm việc. Tuy nhiên nó vẫn nhanh hơn ổ HDD truyền thống và tốc độ đạt được khi sử dụng SSD hoàn toàn đáng để bạn mua nó thay vì ổ HDD.

4. Nhược điểm của ổ SSD
Bây giờ chúng ta đã biết cách hoạt động của ổ cứng SSD và cũng có thể hiểu được một nhược điểm lớn nhất của nó là bộ nhớ flash chỉ có thể duy trì số lượng ghi hữu hạn trước khi nó “chết”.

Có rất nhiều nhà khoa học giải thích lý do tại sao lại xảy ra hiện tượng này, nhìn chung khi sử dụng SSD, việc nạp điện trong mỗi ô dữ liệu của nó phải được reset theo định kỳ. Tuy nhiên, điện trở của mỗi ô sẽ tăng nhẹ mỗi lần reset lại, làm tăng điện áp cần thiết để ghi vào ô. Cuối cùng, điện áp yêu cầu trở nên cao quá mức khiến các ô cụ thể không thể ghi dữ liệu.
Do đó, các ô dữ liệu SSD có số lượng ghi hữu hạn. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là tuổi thọ của nó ngắn. Hy vọng sau bài này bạn đã có một chút hiểu biết thêm và cách thức hoạt động của ổ SSD.