Làm thế nào để ổ cứng thể rắn (SSD) lưu trữ và truy xuất (ghi và đọc) dữ liệu vậy?
____________________
Link Reddit: https://redd . it/g5nc9w
____________________
Ở mức độ rất cơ bản nhé, một cái ổ cứng SSD giống như một tấm nhựa lớn được bao phủ bởi một lưới những nốt lồi mà ông hay nhìn thấy trên nắp cốc soda ấy (trans: ở VN mình thì nó như cái nắp nhựa của cốc trà sữa nhưng kphải loại nửa hình cầu mà là loại ngang phẳng mà có mấy chỗ lồi lõm ý). Để ghi dữ liệu vào đĩa, ông bấm phẳng hoặc hút lồi các nốt trên tấm nhựa để thể hiện dữ liệu theo dạng các giá trị 1 và 0. Để đọc dữ liệu từ ổ, ông lướt ngón tay qua các nốt và cảm nhận trạng thái lồi lõm của các nốt.
Những nốt này được gọi là các ô nhớ flash. Có thể có tới hàng tỉ hoặc hàng nghìn tỉ ô nhớ flash được xếp vài chục lớp trên một con chip silicon. Chúng bao gồm các bóng bán dẫn và tụ điện cực nhỏ, và chúng được “bấm” và “hút” bằng cách đặt một điện áp dương hoặc âm lên chúng, giúp lưu trữ một lượng điện tích nhỏ hoặc giải phóng nó. Để kiểm tra trạng thái của một ô nhớ, ông cần đo hiệu điện thế hai đầu của nó để xem có điện tích được lưu trữ trong ô nhớ đó không. Một con chip điều khiển trên SSD nhận lệnh đọc và ghi dữ liệu từ máy tính và đặt các điện áp cần thiết cho các ô nhớ cần xử lí (được xác định chính xác vị trí bằng thông tin số hàng và số cột trên lưới) để ghi và đọc các khối vài nghìn ô nhớ, được gọi là “trang”. Định dạng chuẩn của dữ liệu trên ổ cứng SSD hoàn toàn phụ thuộc vào bộ điều khiển và có thể không nhất quán giữa các dòng SSD khác nhau – miễn là bộ điều khiển sử dụng một giao thức chung (ví dụ: SATA hoặc NVMe), ngoài ra máy tính không quan tâm.
Những ô nhớ này không hoàn hảo. Việc liên tục viết và xóa một ô nhớ khiến nó bị hao mòn và mất dần khả năng lưu trữ điện tích. Khi điều này xảy ra, bộ điều khiển không còn có thể đọc từ các ô nhớ đó, gây ra hiện tượng mất dữ liệu. Để chống hao mòn bộ nhớ flash, bộ điều khiển SSD đủ thông minh để tự phân tán các lượt đọc và ghi dữ liệu trên nhiều tỉ ô nhớ nhớ theo ý của nó. Quá trình này được gọi là “cân bằng hao mòn”. Ngay cả khi được áp dụng thuật toán này, một ổ SSD có số chu kì đọc ghi giới hạn trước khi xác suất xảy ra sự cố mất dữ liệu trở nên đáng kể. Con số này thường được biểu thị theo chu kì ghi, trong đó một chu kì ghi tương ứng với việc sử dụng tất cả ô nhớ của ổ, mỗi ô nhớ một lần. Do đó, ổ SSD có dung lượng lớn hơn thường sẽ dùng được lâu hơn trước khi bị hỏng.
>u/purple-parrots (2.7k points)
Một lời giải thích tuyệt vời. Đây là chính xác là câu trả lời tui đang tìm kiếm. Tui đã có thể hiểu mọi thứ một cách dễ dàng. Cảm ơn ông!
>>u/dandansm (600 points)
Thêm một chút thông tin cho lời giải thích tuyệt vời vừa rồi: trên các ổ SSD mới hơn với mật độ cao hơn, các bong bóng hay các nốt lồi lõm không chỉ tương ứng với 1 và 0. Chúng có thể nhận các giá trị trung gian, do đó mỗi ô nhớ vật lí có thể lưu trữ nhiều thông tin hơn.
>>>u/McBanban (562 points)
Một ví dụ thực tế cho bình luận ở trên: Giả sử ông có một ô nhớ có thể lưu trữ các điện tích có điện thế từ 0V đến 3.3V. Nếu ông chia khoảng điện thế này thành các mức có độ giãn cách bằng nhau (0V, 1.1V, 2.2V, 3.3V) thì mỗi giá trị đó có thể được đọc lần lượt theo dạng 00, 01, 10 và 11 trong hệ nhị phân. Bây giờ mỗi ô nhớ đã có thể biểu thị 2 giá trị nhị phân, và từ đó ông có gấp đôi dung lượng dữ liệu lưu trữ. Trên thực tế, điều này được thực hiện với mức độ chính xác cao hơn.
____________________
u/mikesanerd (451 points)
Có một điều thực sự hấp dẫn mà lời giải thích rất hay trên kia không đề cập đến. Nếu dữ liệu được lưu trữ dưới dạng điện tích, tại sao nó không bị rò rỉ ngay khi nguồn điện máy tính (nguồn năng lượng giữ điện tích trong các ô nhớ) bị ngắt (như những gì xảy ra với bộ nhớ RAM)? SSD giữ điện tích trong một hộp không thể xuyên thủng và không có chỗ thoát. Nhưng vấn đề là nếu cái hộp được thiết kế để không thể xuyên thủng và không cần nguồn điện để đóng, thì nó không thể có “nắp” hoặc “cửa” mà có thể mở ra khi không có điện. Kết quả là, không có lối vào cho hộp. Cách duy nhất để đưa điện tích vào hộp là “dịch chuyển” (teleport) nó qua thành hộp bằng cách sử dụng Đường hầm lượng tử (Quantum Tunneling). Mặc dù chiếc hộp không thể xuyên thủng và không có nắp, điện tích có thể đi qua thành hộp và đột nhiên thấy mình bị mắc kẹt bên trong chiếc hộp.
>u/purple-parrots (128 points)
Wow, điều này hấp dẫn thực sự, tui càng tìm hiểu về điều này thì tui càng ngạc nhiên về sự tồn tại của loại công nghệ này. Cảm ơn ông!
>>u/_kryp70 (87 points)
Tui muốn bổ sung thêm:
Các SSD hiện đại có một số sự khác biệt so với những gì ông đã đọc.
Hãy tưởng tượng ông có một tấm nhựa 1cm x 2cm, sẽ có giới hạn số nốt lồi mà ông có thể đặt trên đó vì chúng sẽ bắt đầu gần sát nhau hơn và sẽ khó sản xuất tấm nhựa hơn.
Vì vậy, ông sử dụng chiến lược khác. Ông sử dụng các nốt với kích thước khác. Trước đó ông có thể có nốt lồi hoặc phẳng, bây giờ ông có thêm các trạng thái khác của nốt như mức độ lồi ít hơn một chút. Khi đó, ông có trạng thái Phẳng lì, Hơi lồi và Lồi. Sử dụng 3 trạng thái này trong nhị phân, ông có thể lưu trữ dữ liệu nhiều gấp đôi so với sử dụng 2 trạng thái (Phẳng và Lồi)
Về cơ bản, SSD có loại SLC nand (single-level cell – ô nhớ đơn cấp), MLC nand (multi-level cell – ô nhớ đa cấp (thật ra là 2 cấp)), TLC nand (triple-level cell – ô nhớ 3 cấp), QLC nand (quad-level cell – ô nhớ 4 cấp) và chúng ta cũng có một số tin tức về 5LC nand rồi nữa.
Vì vậy, với mỗi lần tăng cấp ô nhớ, chúng ta có thể lưu trữ nhiều hơn trên cùng một bề mặt, điều này khá hiệu quả.
Chúng ta đang chủ yếu sử dụng SSD dạng TLC trong vài năm nay, tuy nhiên các ổ SSD QLC cũng đã tràn ngập thị trường rồi.
Vấn đề với việc lưu trữ nhiều hơn trên một ô nhớ là sẽ có lúc mà chênh lệch điện áp của ô nhớ không còn có thể phân biệt được, khi đó ông sẽ mất dữ liệu và dung lượng lưu trữ của ổ SSD.
>u/RuchW (19 points)
Liệu điện tích có tiêu biến mất không, hay nó tồn tại mãi mãi nếu không bị thay đổi hoặc nếu ổ không được cung cấp năng lượng để thay đổi?
>>u/MegaMooks (45 points)
Tui sử dụng tiếp phép ẩn dụ nhé, cái hộp bị rò rỉ một chút một theo thời gian. Cuối cùng, nó chạm tới điểm mà điện tích trong hộp chỉ còn một nửa, khi đó ông không thể biết đó là 0 hay 1 nữa.
Một SSD bình thường thường giữ được điện tích khoảng 10 năm.
____________________
u/vexir (170 points)
Chúng ta có thể có ELI5 về cái Đường hầm lượng tử mà một số câu trả lời phía trên đã đề cập tới không?
>u/tomeatworld (140 points)
Tưởng tượng ông đang nhảy trên tấm đệm nhảy lò xo. Thông thường khi ông rơi xuống tấm đệm nhảy, ông sẽ bật lên lại. Bây giờ, nếu ông sử dụng một tấm đệm nhảy mỏng hơn, có khả năng ông sẽ làm thủng tấm đệm và rơi xuyên qua nó. Đệm nhảy càng mỏng, khả năng thủng đệm và rơi xuyên qua càng lớn.
Trong Đường hầm lượng tử, bất cứ thứ gì đi qua “hàng rào” sẽ không phá vỡ nó mà kết thúc ở phía bên kia hàng rào. Nó giống như rơi qua tấm đệm nhảy lò xo mà không để lại một lỗ nào ấy. Đó là Đường hầm lượng tử đó!
____________________
Bài đăng của bạn Linh trong group:
https://www.facebook.com/groups/rvn.group/permalink/534564687453744
