Sabit diskler bilgisayar dünyasının en eski ve en az deÄŸiÅŸime uÄŸrayan parçaları olmuÅŸtur. Eski bir Pentium 2 bilgisayarınız da olsa, onun ATA sabit diskini alır ve güncel bir masaüstü bilgisayara kolaylıkla baÄŸlayıp kullanabilirsiniz. Performans yönünden de hiçbir ÅŸikayetiniz olmaz, sadece kapasitesinin düşüklüğünden muzdarip olabilirsiniz. Mekanik diskler, dönen bir plaka üzerine belirlenen sektörlere hareket eden okuma-yazma kafalarının veriyi manyetik yolla iÅŸlemesi mantığına dayalı olarak çalışır. Dilerseniz “Sabit Disk Nasıl Çalışır?” isimli yazımızdan konu hakkında detaylı bilgi alabilirsiniz.

Yıllar boyu bebek adımlarıyla geliÅŸtirilmekte olan mekanik sabit diskler teknolojinin sınırlarına fazlasıyla takılmış durumdalar. Bu durum artık devrim niteliÄŸinde sayılabilecek SSD teknolojisi sayesinde ortadan yavaÅŸ yavaÅŸ kalkacaktır. “Bilgisayar en yavaÅŸ parçası kadar hızlıdır” sözünü hatırlayıp sabit diskleri bilgisayarları frenleyen en büyük etken olarak düşünebiliriz. Aslında bunun tek bir sebebi vardır o da mekanik disklerde asla optimum seviyelere düşürülemeyen eriÅŸim süresidir. CPU L1 ve L2 önbelleklerinin nanosaniye mertebesinde veri eriÅŸim süreleri olduÄŸunu, çipset ve ram’ların da 0.001ms’lik haberleÅŸme sürelerini düşündüğümüzde sabit diskten okunan verilerin 15ms gecikme ile eriÅŸilebilir olması sistemi ciddi bir darboÄŸaza sokmaktadır. Solid State Disk’lerde ise eriÅŸim süreleri 0.1-0.2ms civarlarındadır ki, bu Random Access Memory(RAM) kadar hızlı olmasa da sabit disklere oranla muazzam bir performans anlamına gelir. Günümüzde kullanılan en hızlı sabit disk, 15000RPM dönüş hızına sahip SCSI disklerdir ki onlar bile 4ms seviyesinde rastgele eriÅŸim sürelerine sahiptir. Fakat SSD diskler 0.1ms rastgele eriÅŸim süreleri ile veriye 40 kat daha hızlı ulaÅŸabilmekteler. Tamamen serverlar için düşünülmüş SCSI 15000RPM disk ile durum böyleyse, yaygın olarak masaüstü pc’lerde kullanılan 7200RPM’lik 12-14ms eriÅŸim sürelerine sahip bir SATA-2 diskte durum nedir tahmin edebilirsiniz.

Solid State Disk’ler sadece eriÅŸim süresi avantajına deÄŸil, veri güvenliÄŸi anlamında da mekanik sabit disklerden çok ilerideler. 0 ila 70 derece sıcaklıkta optimum olarak çalışabilen bu diskler 1500 G’lik darbe dayanımına sahiptir. G deÄŸeri yerçekimi ivmesi olarak bilinmekte ve 9,81m/s2 deÄŸerine sahiptir. Dünya üzerinde her insanın omurgasına yerçekim ivmesinden kaynaklanan 800kg civarında yük uygulamaktadır. Fakat insan omurgası bu yüke uygun olarak yaratıldığından zorlayıcı bir etkisi bulunmamaktadır. Uzaya çıkan astronotlarda ise vücutlarından birden kalkan bu yük nedeniyle birkaç hafta içerisinde eklem rahatsızlıkları ve ciddi fiziksel kemik bozuklukları yaÅŸanmaktadır. Bu nedenle uzay mekiÄŸi içerisinde basınç odalarında yaÅŸamaktalar ve mekik dışında 250KG ağırlığında elbiseler giymekteler. 1500 G deÄŸerini biraz daha açmak gerekirse, bir Formula 1 pilotu 300km/s hızla giderken tam güçle frene basarak 2sn’de 60km/s sürate inebilmektedir. Bu durumda dahi pilotun üzerine uygulanan kuvvet 6 G seviyesindedir. Bir duvara çarpan F1 aracında ise, 90 G üzeri ölümcül kabul edilmekte ve en iyi ihtimalle beyin travmasına neden olmaktadır. Bu nedenle 1500 G’ye dayanıklı bir diskin son derece güvenli olduÄŸu rahatlıkla söylenebilir.

SSD’lerin okuma ve yazma performansına gelince, 100MB/s okuma ve 80MB/s yazma performansını görmekteyiz. Standart bir mekanik SATA-2 sabit diskin de bu deÄŸerlerde veya çok az daha hızlı okuma ve yazma yapabildiÄŸini düşünürsek SSD’lerde pek bir kayıp bulunmuyor. Fakat bu tekil dosyaların transferi esnasında ulaşılabilen bir deÄŸerdir. ÖrneÄŸin büyük bir video dosyasında her iki disk türü de birbirine yakın performans gösterecektir. Fakat çoklu dosyalarda yani yüzlerce dosyaya eriÅŸim söz konusu olduÄŸunda SSD diskler 30MB/s gibi okuma-yazma deÄŸerlerine düşerken, mekanik disklerde bu düşüş 300KB/s gibi dramatik seviyelerde yaÅŸanmaktadır. Bu nedenle program açılışları veya oyun yüklemeleri gibi durumlarda SSD disklerin 100 kata kadar daha hızlı olduklarını rahatlıkla söyleyebiliriz.

SSD’ler genellikle 2.5 inç boyutlarında üretilmekte ve laptoplarda kullanılmaktadır. Masaüstü PC’lerde ise sarsıntılardan doÄŸabilecek veri kayıpları ufak bir ihtimal olduÄŸundan henüz yaygınlaÅŸmaya baÅŸlamamıştır. Geleneksel sabit disklerin harcadığı 15 Watt deÄŸerine karşılık SSD’ler 2 Watt enerji ile çalışabilmekteler. Daha az ısındıklarından ve hafif olduklarından kullanımı daha elveriÅŸlidir. Fakat SSD’lerde belirli bir yazma sınırı vardır. ÖrneÄŸin bir bölgeye 100 bin defa yazma veya silme iÅŸlemi yapılabilir. Tabi bu deÄŸer teknolojinin geliÅŸimiyle daha üst seviyelere çıkartılabilir. Ama bu haliyle de 100 bin deÄŸeri hiç az bir rakam deÄŸil. Normal bir kullanımda en az 5 sene sorunsuz çalışabilecektir.

Solid State Disk’ler aslında kullandığımız usb flash belleklerin birbirlerine baÄŸlanarak oluÅŸturulduÄŸu bir platformdur. Tabi bunu üzerindeki kontrolcü sayesinde kusursuz olarak gerçekleÅŸtirir ve bir bütün olarak çalışır. ÖrneÄŸin 64GB’lık bir SSD diskte 32 adet 2GB’lık flash bellek veya 128GB’lıkta 32 adet 4GB’lık flash bellek kullanılabilir. Bunun bir örneÄŸini saÄŸda içi açılmış SSD kartı üzerinde görmektesiniz.

Nasıl Çalışır
Flash bellekler EEPROM çiplerin bir çeşididir. Aşağıda veri iletimi ve depolamanın nasıl yapıldığını şematik olarak görmektesiniz:

Mor renkli kutu olarak görülmekte olanlar kontrol ve kayar nokta mekanizmalarını içeren transistörlerdir. Bu iki transistör ince bir oksit tabakasıyla birbirinden ayrılmıştır. Kayar nokta kapısı(floating gate) sadece kontrol kapısından(control gate) geçen kelime çizgisine(wordline) bağlıdır. Bu bağlantı aşamasında hücre 1 değerini alır, bunu 0 yapabilmek için Fowler-Nordheim Tunneling adı verilen işlem basamağının gerçekleşmesi gerekir.

Tunneling işlemi, elektronların kayar nokta kapısındaki hareketini tanımlar. Yaklaşık 10 ile 13 volt arasında gelen elektrik akımı, yüküyle beraber bit hattından(bitline) gelir ve kayar nokta kapısından girerek önce sürekli akım kanalına(drain) daha sonra da kaynak kanalına(source) geçerek topraklanır.

Bu yüklenme kayar nokta kapısı transistörünün bir elektron tabancası gibi hareket etmesine neden olur. Uyarılmış bu elektronlar ince oksit tabakasının diğer tarafına itilir ve negatif yüklenirler. Bu negatif yüklü elektronlar kontrol ve kayar nokta kapıları arasında bir bariyer vazifesi görürler. Hücre sensörü isimli özel bir yorumlayıcı bölüm bulunur. Bu bölüm sayesinde kayar nokta kapısından geçen yük miktarı izlenir. Eğer bu kapıdan yükün %50’sinden fazlası geçiyorsa bunun değeri 1′dir. Eğer yük miktarı %50′nin altında kalıyorsa da değeri 0 olarak tanımlanır.

Flash bellek çiplerinin içinde yer alan hücrelerdeki elektronlarlar normale dönüp 1 değerini alırlar. Bunu da yüksek gerilim yükü ile oluşan elektrik alanı ile sağlarlar. Flash bellekler kapalı devredirler ve süregelen döngüsel görevlerin uygulanması şeklinde çalışırlar. Eğer bir veri silinecekse, daha önceden belirlenmiş bloklara gereken elektrik alan uygulanır ve blok sıfırlanmış olur. Silinen kısma tekrar yazılması mümkündür. Flash bellekler geleneksel EEPROM’lardan çok daha hızlıdırlar. Çünkü EEPROM’lar birim zamanda tek byte’lık veri temizleyebilirken, flash belleklerde bu bloklar halinde temizlenerek çok daha hızlı silinir ve tekrar yazılırlar.

Etiketler: Bilgisayar, darbe dayanımı, dizüstü, Donanım, erişim süresi, flash bellek, g kuvveti, güvenlik, HDD, laptop, mekanik parça barındırmayan disk, Mobilite, Nasıl Çalışır?, ram, sabit disk, solid state disk, ssd, Teknoloji, veri güvenliği