Kiintolevy ja SSD: mitä eroa niillä on käytännössä

Kiintolevyn ja SSD:n eroa selitetään yleensä sanomalla, että SSD on nopeampi. Se on totta mutta johtaa harhaan, koska ero ei ole tasainen. Suuren videotiedoston kopiointi ei nopeudu läheskään yhtä paljon kuin koneen käynnistyminen tai ohjelman avaaminen. Syy on siinä, että kyse on kahdesta eri tavasta löytää tieto, ei kahdesta eri nopeudesta.

Molemmat laitteet näyttävät käyttöjärjestelmälle samalta: numeroituna joukkona lohkoja, joihin voi kirjoittaa ja joista voi lukea. Tiedostot, kansiot ja käyttöoikeudet ovat tiedostojärjestelmän kirjanpitoa, joka on sama riippumatta siitä, mitä sen alla on. Tätä työnjakoa käsitellään artikkelissa käyttöjärjestelmän roolista. Ero syntyy vasta siinä, mitä lohkon hakeminen fyysisesti vaatii.

Liikkuva varsi ja sähköinen osoite

Mekaanisessa kiintolevyssä on pinottuja magneettisia kiekkoja, jotka pyörivät tasaisella nopeudella. Lukupää roikkuu kiekon pinnan yläpuolella varren päässä. Kun tiettyä lohkoa tarvitaan, varren pitää siirtyä oikealle uralle ja sen jälkeen odottaa, että haluttu kohta pyörähtää pään alle. Vasta sitten lukeminen alkaa.

Nämä kaksi odotusta ovat mekaanista liikettä, ja ne ovat pysyneet suuruusluokaltaan samoina kauan, koska niitä rajoittaa fysiikka eikä valmistustekniikka. Kiekkoa ei voi pyörittää mielivaltaisen nopeasti, eikä varsi voi siirtyä hetkessä.

SSD-levyssä ei liiku mikään. Tieto on tallennettu muistikennoihin sähkövarauksena, ja ohjainpiiri osaa osoittaa minkä tahansa kennon suoraan. Hakuaikaa ei käytännössä ole, ja siksi tiedon sijainnilla ei ole väliä. Lisäksi SSD:ssä on useita muistipiirejä, joita ohjain käyttää rinnakkain, joten se pystyy palvelemaan montaa pyyntöä yhtä aikaa. Mekaaninen levy voi tehdä kerrallaan vain yhden haun, koska varsia on yksi.

Muistikennoon voidaan tallentaa yksi bitti tai useampia bittejä samaan kennoon eri varaustasoina. Useampi bitti kennossa tarkoittaa enemmän kapasiteettia samalla piirimäärällä, mutta myös tarkempaa erottelua varaustasojen välillä. Siitä seuraa hitaampi kirjoitus ja pienempi kestävyys. Tämä on yksi syy siihen, miksi kaksi saman kokoista SSD-levyä voi erota toisistaan selvästi, vaikka kapasiteetti ja liitäntä ovat samat.

Miksi satunnainen luku ratkaisee arjen

Tallennuslaitteen työ jakautuu kahteen tyyppiin. Peräkkäisessä luvussa haetaan pitkä yhtenäinen pätkä dataa, esimerkiksi elokuva tai iso varmuuskopiotiedosto. Satunnaisessa luvussa haetaan tuhansia pieniä palasia eri puolilta levyä.

Melkein kaikki se, mikä tuntuu käyttäjästä odottamiselta, on satunnaista lukua. Koneen käynnistyminen lataa suuren määrän pieniä järjestelmätiedostoja. Ohjelman avaaminen lukee kirjastoja, asetuksia ja välimuistitiedostoja hajanaisista paikoista. Sähköpostiohjelman haku selaa hakemistoa. Näissä mekaaninen levy käyttää valtaosan ajastaan varren siirtämiseen, ei lukemiseen.

Toinen arjessa näkyvä ero on jonon käsittely. Nykyinen käyttöjärjestelmä lähettää tallennuslaitteelle useita pyyntöjä yhtä aikaa, koska monta ohjelmaa lukee ja kirjoittaa samanaikaisesti. Mekaaninen levy suorittaa ne yksi kerrallaan ja järjestelee niitä varren liikkeen mukaan, joten jono kasvaa nopeasti. SSD jakaa pyynnöt eri muistipiireille ja hoitaa ne rinnakkain. Tämä on syy siihen, että vanha kone tuntuu erityisen hitaalta silloin kun taustalla on päivitys tai virustarkistus käynnissä: yksi ylimääräinen lukija riittää tukkimaan koko jonon.

Peräkkäisessä työssä ero kutistuu. Kun levy on kerran löytänyt kohdan, se lukee pitkän pätkän tasaisella tahdilla, eikä mekaaninen levy ole tässä auttamattoman hidas. Siksi elokuvien ja valokuva-arkiston säilyttäminen mekaanisella levyllä on edelleen järkevää, kun taas käyttöjärjestelmän ja ohjelmien paikka on SSD:llä. Tallennuskapasiteetin lukuja ja niiden eri laskutapoja käsitellään artikkelissa tavuista ja gigatavuista.

Tästä seuraa myös se, että kiintolevyn vaihtaminen SSD:hen tuntuu vanhassa koneessa usein suuremmalta parannukselta kuin prosessorin vaihtaminen. Jos mittarit näyttävät levyn olevan jatkuvasti täydellä kuormalla, pullonkaula on siellä. Pullonkaulan tunnistamista käsitellään artikkelissa prosessorista ja muistista.

Liitäntäväylä voi olla hitain osa

Levy on kiinni koneessa jonkin väylän kautta, ja väylällä on oma kaistanleveytensä. Jos väylä on kapeampi kuin levyn kyky siirtää dataa, väylä määrää nopeuden.

Vanhemmat SSD-levyt liitetään samaan liitäntään kuin mekaaniset kiintolevyt. Se riitti hyvin mekaaniselle levylle, mutta se on selvä katto SSD:lle. Uudemmat SSD-levyt kytketään suoraan prosessorin nopeaan väylään ja käyttävät tallennusta varten suunniteltua NVMe-yhteyskäytäntöä, joka on tehty rinnakkaisille pyynnöille. Käyttäjälle tämä näkyy siinä, että kaksi ulkoisesti samanlaista levyä voi erota nopeudeltaan moninkertaisesti.

Sama koskee ulkoisia levyjä. Nopea SSD ulkoisessa kotelossa on juuri niin nopea kuin kotelon liitäntä sallii, ja vanha liitäntä hidastaa sen murto-osaan. Ulkoisten levyjen ja muistikorttien valintaa käsitellään erikseen artikkelissa ulkoisesta levystä ja muistikortista.

Väylän lisäksi ero näkyy asioissa, joita ei mitata nopeutena. Mekaaninen levy kuluttaa enemmän virtaa, tuottaa lämpöä ja pitää ääntä, koska se pyörittää kiekkoja jatkuvasti. Kannettavassa tämä näkyy akun kestossa ja siinä, että laitteen pudottaminen käytön aikana on todellinen riski, kun lukupää on kiekon yläpuolella. SSD on hiljainen, kylmempi ja kestää tärinää, ja juuri siksi kannettavissa ja tableteissa ei enää käytännössä käytetä mekaanisia levyjä.

Kannattaa myös huomata, että peräkkäisen siirron huippuluvut mitataan tilanteessa, joka ei muistuta arkea. Ne kertovat väylän katosta, eivät siitä, kuinka nopeasti kone käynnistyy.

SSD kuluu kirjoittamisesta, ei lukemisesta

SSD:n muistikenno säilyttää tiedon varauksena eristekerroksen takana. Varauksen poistaminen ja uuden kirjoittaminen kuluttaa eristettä vähän kerrallaan, ja lopulta kenno ei enää pidä varausta luotettavasti. Lukeminen ei kuluta kennoa. Tämä on tärkeä ero, koska se tarkoittaa, että arkistolevyllä oleva data ei kulu sitä katsomalla.

Kulumista hallitaan kolmella keinolla. Ensinnäkin ohjainpiiri levittää kirjoitukset tasaisesti koko levylle kulumisen tasauksella, jottei mikään kenno joutuisi kovemmalle kuin muut. Toiseksi levyllä on käyttäjälle näkymätöntä varakapasiteettia, jota ohjain ottaa käyttöön kennojen väsyessä. Kolmanneksi käyttöjärjestelmä kertoo levylle TRIM-komennolla, mitkä lohkot eivät enää sisällä käytössä olevaa dataa, jolloin ohjain voi tyhjentää ne valmiiksi eikä joudu tekemään sitä kesken kirjoituksen.

Käytännön seuraus on kaksi asiaa. Aivan täyteen ahdettu SSD hidastuu, koska ohjaimella on vähemmän valmiiksi tyhjiä lohkoja käytettävissä ja se joutuu siirtelemään dataa kirjoituksen aikana. Toinen seuraus koskee tietojen poistoa: koska ohjain sijoittaa kirjoitukset itse, vanhan datan päälle kirjoittaminen ei osu välttämättä samaan fyysiseen kennoon. Siksi levyn tyhjentäminen ennen myyntiä tehdään toisin kuin ennen, kuten artikkelissa laitteen tyhjennyksestä ennen myyntiä kerrotaan.

Kirjoitusraja on syytä suhteuttaa. Tavallisessa kotikäytössä levylle kirjoitetaan päivässä hyvin vähän suhteessa sen kapasiteettiin, ja laite vanhenee muilta osin ennen kuin kennot kuluvat loppuun. Kulumisraja on todellinen ongelma lähinnä jatkuvassa raskaassa kirjoituskäytössä, kuten videoeditoinnissa tai palvelinkäytössä. Levyn valmistajat ilmoittavat kestolle arvion, ja levyn omista kunnon mittareista sen kulumista voi seurata.

Miten kumpikin tyypillisesti vikaantuu

Vikaantumistapa on se ero, joka jää usein kertomatta, vaikka se vaikuttaa varautumiseen eniten.

Mekaaninen levy hajoaa yleensä vähitellen. Yksittäisiä sektoreita alkaa lukeutua huonosti, levy yrittää uudelleen ja siirtää dataa varasektoreille, ja käyttäjä huomaa hitautta, jumeja ja joskus naksuvaa ääntä. Levyn oma seurantajärjestelmä kirjaa nämä tapahtumat, ja niitä pääsee katsomaan lukuohjelmalla. Varoitusaika ei ole taattu, mutta se on tavallinen, ja osittainen datan pelastaminen on usein mahdollista.

SSD vikaantuu useammin kerralla. Yleisin syy ei ole kennojen kuluminen vaan ohjainpiirin tai sen laiteohjelmiston vika, ja silloin koko levy voi kadota järjestelmän näkyvistä ilman ennakkovaroitusta. Osa levyistä siirtyy kulumisrajan lähestyessä tilaan, jossa lukeminen onnistuu mutta kirjoittaminen ei, mikä on käyttäjän kannalta hyvä loppu. Datan palauttaminen rikkoutuneelta SSD:ltä on vaikeampaa ja kalliimpaa kuin mekaaniselta levyltä, koska data on hajautettu ja usein salattu ohjaimen omalla avaimella.

Kolmas ero koskee säilytystä. SSD säilyttää tietoa varauksena, ja varaus vuotaa hyvin hitaasti pois, kun levy on pitkään ilman virtaa. Vuotaminen on nopeampaa kuluneella levyllä ja lämpimässä. Pitkäaikaiseen kylmäarkistointiin hyllyllä SSD ei siis ole paras valinta, ja jos sellaista käyttää, se kannattaa kytkeä virtaan silloin tällöin.

Näin valitset ja pidät levyn kunnossa

Käytännön ohje on lyhyt, koska ero on rakenteellinen eikä sitä tarvitse hienosäätää:

1. Laita käyttöjärjestelmä ja ohjelmat SSD:lle. Tämä ratkaisee suurimman osan koetusta hitaudesta vanhassa koneessa.
2. Säilytä suuret arkistot, kuten videot ja valokuvakokoelmat, mekaanisella levyllä, jos kapasiteetin hinta ratkaisee. Peräkkäisessä luvussa ero on pieni.
3. Jätä SSD:lle vapaata tilaa äläkä täytä sitä aivan ääriään myöten. Vapaa tila on ohjaimen työtila.
4. Älä eheytä SSD-levyä. Eheytys on mekaanisen levyn temppu, joka vähentää varren liikettä, ja SSD:llä se vain kuluttaa kirjoituskertoja. Käyttöjärjestelmä osaa nykyään tehdä kummallekin oikean huollon itse.
5. Tarkista levyn kunto silloin tällöin sen omista mittareista, erityisesti jos kone on vanha tai jos kuulet uusia ääniä.
6. Ota varmuuskopiot ja pidä yksi kopio erillään koneesta. Rikkoutuva levy vie mukanaan kaiken sen, mitä ei ole kopioitu muualle.

Viimeinen kohta on tärkein, ja siksi se kannattaa sanoa suoraan. Kumpikaan tekniikka ei ole niin luotettava, että sen varaan voisi jättää ainoan kopion. Kopioiden jakamiseen on vakiintunut nyrkkisääntö, 3-2-1-sääntö, jota käsitellään artikkelissa varmuuskopioinnista. Yhden kopion pitäminen erillään ei suojaa vain laiterikolta vaan myös kiristyshaittaohjelmalta, joka salaa kaiken minkä tavoittaa, ja jatkuvasti synkronoiva pilvipalvelu tavoittaa saman datan siinä missä hyökkääjäkin.