Изучаването на историята на дисковете е началото на пътуването към разбирането на принципите на работа на твърдите дискове. Първата част от нашата поредица от статии, „Въведение в SSD“, ще направи обиколка в историята и ще ви позволи ясно да разберете разликата между SSD и неговия най-близък конкурент, HDD.
Въпреки изобилието от различни устройства за съхранение на информация, популярността на HDD и SSD в наше време е неоспорима. Разликата между тези два типа устройства е очевидна за обикновения човек: SSD е по-скъп и по-бърз, докато HDD е по-евтин и по-просторен.
Трябва да се обърне специално внимание на мерната единица за капацитет за съхранение: исторически десетичните префикси като кило и мега се разбират в контекста на информационните технологии като десета и двадесета степен на две. За да се премахне объркването, бяха въведени двоичните префикси kibi-, mebi- и други. Разликата между тези декодери става забележима с увеличаване на обема: когато купувате 240 гигабайтов диск, можете да съхранявате 223.5 гигабайта информация на него.
Потопете се в историята
Разработката на първия твърд диск започва през 1952 г. от IBM. На 14 септември 1956 г. е обявен окончателният резултат от разработката - IBM 350 Model 1. Устройството съдържа 3.75 мебибайта данни с много нескромни размери: 172 сантиметра височина, 152 сантиметра дължина и 74 сантиметра ширина. Вътре имаше 50 тънки диска, покрити с чисто желязо с диаметър 610 мм (24 инча). Средното време за търсене на данни на диска отне ~600 ms.
С течение на времето IBM непрекъснато подобрява технологията. Въведен през 1961 г с капацитет от 18.75 мегабайта с четящи глави на всяка плоча. IN се появяват сменяеми дискови касети, а от 1970 г. в IBM 3330 е въведена система за откриване и коригиране на грешки. Три години по-късно той се появи известен като "Уинчестър".
Уинчестър (от английската пушка Уинчестър) - общото наименование на пушки и пушки, произведени от Winchester Repeating Arms Company в САЩ през втората половина на XNUMX век. Това бяха едни от първите многократни пушки, които станаха изключително популярни сред купувачите. Те дължат името си на основателя на компанията Оливър Фишър Уинчестър.
IBM 3340 се състоеше от два шпиндела по 30 MiB всеки, поради което инженерите нарекоха този диск "30-30". Името напомняше на пушката Winchester Model 1894 с патронник .30-30 Winchester, което накара Кенет Хотън, който ръководи разработването на IBM 3340, да каже: „Ако е 30-30, трябва да е Winchester.“ 30 -30, тогава трябва да е Уинчестър."). Оттогава не само пушките, но и твърдите дискове се наричат „хард дискове“.
Още три години по-късно беше пуснат IBM 3350 “Madrid” с 14-инчови плочи и време за достъп от 25 ms.
Първото SSD устройство е създадено от Dataram през 1976 г. Устройството Dataram BulkCore се състоеше от шаси с осем RAM памети с капацитет от 256 KiB всяка. В сравнение с първия твърд диск, BulkCore беше малък: 50,8 cm дълъг, 48,26 cm широк и 40 cm висок. В същото време времето за достъп до данни в този модел беше само 750 ns, което е 30000 XNUMX пъти по-бързо от най-модерното HDD устройство по това време.
През 1978 г. е основана Shugart Technology, която година по-късно променя името си на Seagate Technology, за да избегне конфликти с Shugart Associates. След две години работа Seagate пусна ST-506 - първият твърд диск за персонални компютри в 5.25-инчов форм фактор и с капацитет 5 MiB.
В допълнение към появата на Shugart Technology, 1978 г. беше запомнен с пускането на първия Enterprise SSD от StorageTek. StorageTek STC 4305 съдържа 45 MiB данни. Този SSD беше разработен като заместител на IBM 2305, имаше подобни размери и струваше невероятните $400 000.
През 1982 г. SSD навлиза на пазара на персонални компютри. Компанията Axlon разработва специално за Apple II SSD диск на RAM чипове, наречен RAMDISK 320. Тъй като устройството е създадено на базата на енергонезависима памет, в комплекта е доставена батерия, за да се поддържа безопасността на информацията. Капацитетът на батерията беше достатъчен за 3 часа автономна работа в случай на загуба на захранване.
Година по-късно Rodime ще пусне първия твърд диск RO352 10 MiB в познатия на съвременните потребители 3.5-инчов форм фактор. Въпреки факта, че това е първото комерсиално устройство в този форм фактор, Rodime по същество не направи нищо иновативно.
Първият продукт в този форм фактор се счита за флопи устройство, представено от Tandon and Shugart Associates. Освен това Seagate и MiniScribe се съгласиха да приемат 3.5-инчовия индустриален стандарт, оставяйки Rodime зад себе си, който беше изправен пред съдбата на „патентен трол“ и пълното излизане от индустрията за производство на устройства.
През 1980 г. инженерът на Toshiba, професор Фуджио Масуока, регистрира патент за нов тип памет, наречен NOR Flash memory. Разработката отне 4 години.
NOR паметта е класическа 2D матрица от проводници, в която една клетка е инсталирана в пресечната точка на редове и колони (аналогично на паметта на магнитните ядра).
През 1984 г. професор Масуока говори за изобретението си на Международната среща на разработчиците на електроника, където Intel бързо признава обещанието на това развитие. Toshiba, където е работил професор Масуока, не смятат флаш паметта за нещо специално и затова се съобразяват с искането на Intel да направят няколко прототипа за изследване.
Интересът на Intel към разработката на Fujio накара Toshiba да назначи петима инженери, които да помогнат на професора да реши проблема с комерсиализиране на изобретението. Intel, от своя страна, хвърли триста служители в създаването на собствена версия на Flash паметта.
Докато Intel и Toshiba разработваха разработки в областта на флаш паметите, през 1986 г. се случиха две важни събития. Първо, SCSI, набор от конвенции за комуникация между компютри и периферни устройства, е официално стандартизиран. Второ, беше разработен интерфейсът AT Attachment (ATA), известен под марката Integrated Drive Electronics (IDE), благодарение на който контролерът на устройството беше преместен вътре в устройството.
В продължение на три години Фуджио Маусока работи за подобряване на технологията за флаш памет и до 1987 г. разработва NAND памет.
NAND паметта е същата NOR памет, организирана в триизмерен масив. Основната разлика беше, че алгоритъмът за достъп до всяка клетка стана по-сложен, площта на клетката стана по-малка и общият капацитет се увеличи значително.
Година по-късно Intel разработи своя собствена NOR Flash памет, а Digipro направи устройство на нея, наречено Flashdisk. Първата версия на Flashdisk в максималната си конфигурация съдържаше 16 MiB данни и струваше по-малко от $500
В края на 80-те и началото на 90-те години производителите на твърди дискове се състезаваха да правят дискове по-малки. През 1989 г. PrairieTek пуснаха PrairieTek 220 20 MiB устройство в 2.5-инчов форм фактор. Две години по-късно Integral Peripherals създава диска Integral Peripherals 1820 “Mustang” със същия обем, но вече 1.8 инча. Година по-късно Hewlett-Packard намалява размера на диска до 1.3 инча.
Seagate остава верен на дисковете в 3.5-инчовия форм-фактор и разчита на увеличаване на скоростта на въртене, пускайки своя прочут модел Barracuda през 1992 г., първият твърд диск със скорост на шпиндела от 7200 rpm. Но Seagate нямаше да спре дотук. През 1996 г. задвижванията от линията Seagate Cheetah достигнаха скорост на въртене от 10000 15 об / мин, а четири години по-късно модификацията X15000 се завъртя до XNUMX XNUMX об / мин.
През 2000 г. ATA интерфейсът става известен като PATA. Причината за това беше появата на интерфейса Serial ATA (SATA) с по-компактни кабели, поддръжка на гореща смяна и увеличена скорост на трансфер на данни. Seagate пое водеща роля и тук, пускайки първия твърд диск с такъв интерфейс през 2002 г.
Флаш паметта първоначално беше много скъпа за производство, но разходите спаднаха рязко в началото на 2000-те години. Transcend се възползва от това, като през 2003 г. пусна SSD дискове с капацитет от 16 до 512 MiB. Три години по-късно Samsung и SanDisk се присъединиха към масовото производство. През същата година IBM продава своя дисков отдел на Hitachi.
Solid State Drives набираха скорост и имаше очевиден проблем: SATA интерфейсът беше по-бавен от самите SSD. За да разреши този проблем, NVM Express Workgroup започна да разработва NVMe - спецификация за протоколи за достъп за SSD директно през PCIe шината, заобикаляйки „посредника“ под формата на SATA контролер. Това би позволило достъп до данни при скорости на PCIe шина. Две години по-късно беше готова първата версия на спецификацията, а година по-късно се появи и първият NVMe диск.
Разлики между съвременните SSD и HDD
На физическо ниво разликата между SSD и HDD е лесно забележима: SSD няма механични елементи и информацията се съхранява в клетки на паметта. Липсата на движещи се елементи води до бърз достъп до данни във всяка част на паметта, но има ограничение за броя на циклите на презапис. Поради ограничения брой цикли на презапис за всяка клетка от паметта, има нужда от балансиращ механизъм - изравняване на износването на клетките чрез прехвърляне на данни между клетките. Тази работа се извършва от дисковия контролер.
За да извърши балансиране, SSD контролерът трябва да знае кои клетки са заети и кои са свободни. Контролерът може да проследи записването на данни в самата клетка, което не може да се каже за изтриването. Както знаете, операционните системи (ОС) не изтриват данни от диска, когато потребителят изтрие файл, а маркират съответните области на паметта като свободни. Това решение елиминира необходимостта от изчакване на дискова операция при използване на HDD, но е напълно неподходящо за работа със SSD. Контролерът на SSD устройството работи с байтове, а не с файлови системи, и следователно изисква отделно съобщение, когато даден файл бъде изтрит.
Така се появява командата TRIM (на английски - trim), с която ОС уведомява SSD дисковия контролер да освободи определена област от паметта. Командата TRIM изтрива за постоянно данни от диск. Не всички операционни системи знаят да изпратят тази команда към SSD устройства, а хардуерните RAID контролери в режим на дисков масив никога не изпращат TRIM към дискове.
За да се продължи ...
В следващите части ще говорим за форм факторите, интерфейсите за свързване и вътрешната организация на SSD дисковете.
В нашата лаборатория Можете самостоятелно да тествате съвременните HDD и SSD устройства и да направите свои собствени заключения.
В анкетата могат да участват само регистрирани потребители. , Моля те.
Мислите ли, че SSD ще може да измести HDD?
-
71.2%Да, SSD са бъдещето396
-
7.5%Не, ерата на магнитооптичния HDD42 предстои
-
21.2%Хибридната версия HDD + SSD118 ще спечели
556 потребители гласуваха. 72 потребители се въздържаха.
Източник: www.habr.com