Вывучэнне гісторыі дыскаў - пачатак шляху да разумення прынцыпаў працы цвёрдацельных назапашвальнікаў. Першая частка нашага цыклу артыкулаў "Уводзіны ў SSD" правядзе экскурс у гісторыю і дазволіць наглядна зразумець розніцу паміж SSD і яго бліжэйшым канкурэнтам – HDD.
Нягледзячы на багацце розных прылад для захоўвання інфармацыі, папулярнасць HDD і SSD у наш час бясспрэчная. Розніца паміж гэтымі двума відамі назапашвальнікаў для абывацеля відавочная: SSD даражэй і хутчэй, а HDD танней і ёмісцей.
Асобную ўвагу трэба звярнуць на адзінку вымярэння ёмістасці назапашвальнікаў: гістарычна склалася, што дзесятковыя прыстаўкі, такія як кіла- і мега-, у кантэксце інфармацыйных тэхналогій маюць на ўвазе як дзясятая і дваццатая ступень двойкі. Для выключэння блытаніны былі ўведзены двайковыя прыстаўкі кібі-, мебі- і іншыя. Розніца гэтых прыставак становіцца прыкметнай з павелічэннем аб'ёму: купляючы дыск на 240 гігабайт, вы можаце захаваць на ім 223.5 гібібайта інфармацыі.
Апусканне ў гісторыю
Распрацоўка першай цвёрдай кружэлкі вялася з 1952 гады кампаніяй IBM. 14 верасня 1956 года быў анансаваны выніковы вынік распрацовак – IBM 350 Model 1. Назапашвальнік мясціў 3.75 мебібайт дадзеных пры вельмі нясціплых габарытах: 172 сантыметры ў вышыню, 152 сантыметры ў даўжыню і 74 сантыметры ў шырыню. Унутры размяшчаліся 50 пакрытых чыстым жалезам тонкіх дыскаў дыяметрам 610 мм (24 цалі). Сярэдні час пошуку дадзеных на дыску займала ~600 мс.
Час ішло, і IBM упэўнена паляпшаў тэхналогію. У 1961 годзе прадстаўлены ёмістасцю 18.75 мегабайт са счытвальнымі галоўкамі на кожнай пласціне. У з'явіліся здымныя дыскавыя картрыджы, а з 1970 гады ў IBM 3330 была ўкаранёная сістэма выяўлення і карэкцыі памылак. Праз тры гады з'явіўся вядомы пад назвай "Winchester".
Вінчэсцер (ад англ. Winchester rifle) - агульная назва для вінтовак і стрэльбаў, якія вырабляліся Winchester Repeating Arms Company у ЗША ў другой палове XIX стагоддзі. Гэта былі адны з першых шматзарадных стрэльбаў, якія атрымалі вялікую папулярнасць сярод пакупнікоў. Сваёй назвай яны былі абавязаны заснавальніку кампаніі – Оліверу Фішэру Вінчэстару (Oliver Fisher Winchester).
IBM 3340 складаўся з двух шпіндзеляў па 30 МіБ кожны, з-за чаго інжынеры называлі гэты дыск "30-30". Гэта назва нагадвала аб вінтоўцы Winchester Model 1894 з патронамі .30-30 Winchester, з-за чаго Кэнэт Хотан (Kenneth Haughton), кіруючы распрацоўкай IBM 3340, сказаў Калі гэта 30-30, то гэта павінен быць Вінчэсцер (If it's a 30-30, ён павінен быць Winchester.»). З тых часоў "вінчэстарам" завуць не толькі вінтоўкі, але і цвёрдыя кружэлкі.
Яшчэ праз тры гады выйшаў IBM 3350 «Madrid» з 14-ці цалевымі пласцінамі і часам доступу 25 мс.
Першы SSD-назапашвальнік створаны кампаніяй Dataram у 1976 году. Назапашвальнік Dataram BulkCore складаўся з шасі з васьмю планкамі RAM-памяці аб'ёмам 256 КіБ кожная. У параўнанні з першым жорсткім дыскам, BulkCore быў малюсенькім: 50,8 см у даўжыню, 48,26 см у шырыню і 40 см у вышыню. Пры гэтым час доступу да дадзеных у гэтай мадэлі склала ўсяго 750 нс, што 30000 разоў хутчэй, чым у самага сучаснага на той момант HDD-дыска.
У 1978 годзе заснавана кампанія Shugart Technology, якая праз год мяняе сваю назву на Seagate Technology, каб пазбегнуць канфліктаў з Shugart Associates. Праз два гады працы Seagate на свет з'яўляецца ST-506 – першы жорсткі дыск для персанальных кампутараў у формаў-фактары 5.25 цалі і ёмістасцю 5 МіБ.
Апроч з'яўлення Shugart Technology, 1978 год запомніўся выпускам першага Enterprise SSD ад кампаніі StorageTek. StorageTek STC 4305 мясціў 45 МіБ дадзеных. Гэты SSD распрацоўваўся як замена IBM 2305, меў падобныя памеры і каштаваў неверагодныя 400 000 $.
У 1982 году SSD прыходзіць на рынак персанальных кампутараў. Кампанія Axlon спецыяльна для Apple II распрацоўвае SSD-дыск на RAM-чыпах пад назвай RAMDISK 320. Паколькі назапашвальнік ствараўся на базе энергазалежнай памяці, у камплекце пастаўляўся акумулятар для падтрымання захаванасці інфармацыі. Ёмістасці акумулятара хапала на 3 гадзіны аўтаномнай працы ў выпадку страты электрасілкавання.
Праз год кампанія Rodime выпусціць першы жорсткі дыск RO352 на 10 МіБ у звыклым для сучаснага карыстальніка формаў-фактары 3.5/XNUMX цалі. Нягледзячы на тое, што гэта першая камерцыйная кружэлка ў такім формаў-фактары, Rodime па ісце не зрабіла нічога інавацыйнага.
Першым прадуктам у гэтым формаў-фактары лічыцца флопі-дыскавод, прадстаўлены кампаніямі Tandon і Shugart Associates. Больш таго, кампаніі Seagate і MiniScribe дамовіліся аб прыняцці прамысловага стандарту 3.5/XNUMX цалі, "пакінуўшы за бортам" Rodime, якую чакаў лёс "патэнтнага троля" і поўны выхад з індустрыі вытворчасці назапашвальнікаў.
У 1980 годзе, інжынер Toshiba, прафесар Фудзіо Масуока, зарэгістраваў патэнт на новы від памяці, названы Flash-памяццю тыпу NOR. Распрацоўка заняла 4 гады.
NOR-памяць уяўляе сабой класічную 2D матрыцу правадыроў., у якой на скрыжаванні радкоў і слупкоў усталявана па адным вочку (аналаг памяці на магнітных стрыжнях).
У 1984 прафесар Масуока распавёў аб сваім вынаходстве на канферэнцыі International Electronics Developers Meeting, дзе кампанія Intel хутка ацаніла перспектыўнасць дадзенай распрацоўкі. Кампанія Toshiba, у якой працаваў прафесар Масуока, не лічыла Flash-памяць чымсьці асаблівым, а таму задаволіла просьбу Intel зрабіць некалькі дасведчаных узораў для вывучэння.
Выяўлены кампаніяй Intel цікавасць да распрацоўкі Фудзіо, падштурхнуў Toshiba вылучыць пяць інжынераў у дапамогу прафесару на рашэнне праблемы камерцыялізацыі вынаходства. Intel, у сваю чаргу, кінуў тры сотні супрацоўнікаў на стварэнне ўласнага варыянта Flash-памяці.
Пакуль Intel і Toshiba вялі распрацоўкі ў вобласці Flash-назапашвальнікаў, у 1986 адбылося дзве важныя падзеі. Па-першае, афіцыйна стандартызаваны SCSI – набор пагадненняў для ўзаемадзеяння паміж кампутарамі і перыферыйнымі прыладамі. Па-другое, распрацаваны інтэрфейс AT Attachment (ATA), вядомы пад брэндавай назвай Integrated Drive Electronics (IDE), дзякуючы якому кантролер дыска перамясціўся ўнутр дыска.
Тры гады Фудзіо Маўсока працаваў над паляпшэннем тэхналогіі Flash-памяці і да 1987 года распрацаваў NAND-памяць.
NAND-памяць - тая ж самая NOR-памяць, арганізаваная ў трохмерны масіў. Асноўным адрозненнем стала тое, што алгарытм доступу да кожнага вочка стаў складаней, пляц ячэек стала менш, а агульная ёмістасць значна павялічылася.
Годам пазней кампанія Intel распрацавала ўласную Flash-памяць тыпу NOR, а кампанія Digipro зрабіла на ёй назапашвальнік пад назовам Flashdisk. Першая версія Flashdisk у максімальнай камплектацыі мясціла 16 МіБ дадзеных і каштавала меней 500$
У канцы 80-х і пачатку 90-х вытворцы цвёрдых кружэлак спаборнічалі ў памяншэнні памераў кружэлак. У 1989 кампанія PrairieTek выпускае дыск PrairieTek 220 на 20 МіБ у формаў-фактары 2.5/1820 цалі. Праз два гады Integral Peripherals стварае дыск Integral Peripherals 1.8 "Mustang" з тым жа аб'ёмам, але ўжо 1.3/XNUMX цалі. Годам пазней Hewlett-Packard скараціла памер дыска да XNUMX/XNUMX цалі.
Кампанія Seagate захоўвала вернасць дыскам у формаў-фактары 3.5/1992 цалі і рабіла стаўку на павелічэнне хуткасці кручэння, выпусціўшы ў 7200 сваю знакамітую мадэль Barracuda, першы жорсткі дыск з хуткасцю кручэння шпіндзеля 1996 абаротаў у хвіліну. Але на гэтым Seagate не збіралася спыняцца. У 10000 кружэлкі лінейкі Seagate Cheetah дасягнулі хуткасці кручэння 15 абарачэнняў у хвіліну, а праз чатыры гады мадыфікацыя Х15000 раскручвалася аж да XNUMX абарачэнняў у хвіліну.
У 2000 году інтэрфейс ATA стаў звацца PATA. Віной таму стала з'яўленне інтэрфейсу Serial ATA (SATA) з больш кампактнымі правадамі, падтрымкай гарачай замены і падвышанай хуткасцю перадачы дадзеных. Seagate і тут узяла першынство, выпусціўшы першая цвёрдая кружэлка з такім інтэрфейсам у 2002.
Вытворчасць Flash-памяці першапачаткова была вельмі дарагой, але ў пачатку 2000-х кошт рэзка знізілася. Гэтым скарысталася кампанія Transcend, у 2003 выпусцілая SSD-дыскі аб'ёмам ад 16 да 512 МіБ. Праз тры гады да масавай вытворчасці падлучыліся кампаніі Samsung і SanDisk. У гэтым жа годзе IBM прадае сваё дыскавае падраздзяленне кампаніі Hitachi.
Цвёрдацельныя назапашвальнікі набіралі абароты і ўзнікла відавочная праблема: інтэрфейс SATA быў павольней, чым самі SSD-назапашвальнікі. Для вырашэння гэтай праблемы працоўная група NVM Express Workgroup пачала распрацоўку NVMe – спецыфікацыю на пратаколы доступу да SSD напрамую па шыне PCIe, абыходзячы "пасрэдніка" у выглядзе SATA-кантролера. Гэта б дазволіла атрымліваць доступ да дадзеных са хуткасцю шыны PCIe. Праз два гады першая версія спецыфікацыі была гатова, а яшчэ праз год з'явіўся першы NVMe-назапашвальнік.
Адрозненні паміж сучаснымі SSD і HDD
Фізічна розніца паміж SSD і HDD лёгка прыкметная: у SSD адсутнічаюць механічныя элементы, а інфармацыя захоўваецца ў вочках памяці. Адсутнасць рухомых элементаў прыводзіць да хуткага доступу да дадзеных у любым участку памяці, аднак, існуе абмежаванне на колькасць цыклаў перазапісу. З-за абмежаванай колькасці цыклаў перазапісу кожнага вочка памяці ўзнікае неабходнасць у механізме балансавання - выраўноўванні зношанасці вочак шляхам пераносу дадзеных паміж вочкамі. Гэтую працу выконвае кантролер дыска.
Для правядзення балансавання кантролеру SSD неабходна ведаць, якія вочкі занятыя, а якія вольныя. Запіс дадзеных у вочка кантролер здольны адсачыць сам, чаго нельга сказаць аб выдаленні. Як вядома, аперацыйныя сістэмы (АС) не сціраюць дадзеныя з дыска, калі карыстач выдаляе файл, а пазначаюць адпаведныя ўчасткі памяці як вольныя. Такое рашэнне пазбаўляе ад неабходнасці чакання дыскавай аперацыі пры выкарыстанні HDD, але зусім не падыходзіць для працы SSD. Кантролер SSD-дыска працуе з байтамі, а не з файлавымі сістэмамі, і таму патрабуе асобнага паведамлення аб выдаленні файла.
Так з'явілася каманда TRIM (англ. - падрэзаць), з дапамогай якой АС паведамляе кантролер SSD-дыска аб вызваленні пэўнай вобласці памяці. Каманда TRIM незваротна сцірае дадзеныя з дыска. Не ўсе аперацыйныя сістэмы ведаюць аб неабходнасці адпраўляць гэтую каманду цвёрдацельным назапашвальнікам, а апаратныя RAID-кантролеры ў рэжыме дыскавых масіваў ніколі не адпраўляюць TRIM дыскам.
Працяг будзе…
У наступных частках мы распавядзем пра формаў-фактары, інтэрфейсы падлучэнняў і аб унутранай арганізацыі цвёрдацельных назапашвальнікаў.
У нашай лабараторыі Вы можаце самастойна пратэсціраваць сучасныя HDD і SSD дыскі і зрабіць уласныя высновы.
Толькі зарэгістраваныя карыстачы могуць удзельнічаць у апытанні. , Калі ласка.
А як Вы лічыце, SSD зможа выцесніць HDD?
-
71.2%Так, за SSD будучыню396
-
7.5%Не, наперадзе эпоха магнітааптычных HDD42
-
21.2%Пераможа гібрыдны варыянт HDD + SSD118
Прагаласавалі 556 карыстальнікаў. Устрымаліся 72 карыстальніка.
Крыніца: habr.com