Studium historie disků je začátkem cesty k pochopení principů fungování SSD disků. První část naší série článků „Úvod do SSD“ vás provede historií a umožní vám jasně pochopit rozdíl mezi SSD a jeho nejbližším konkurentem, HDD.
Navzdory množství různých zařízení pro ukládání informací je popularita HDD a SSD v naší době nepopiratelná. Rozdíl mezi těmito dvěma typy disků je pro běžného člověka zřejmý: SSD je dražší a rychlejší, zatímco HDD je levnější a prostornější.
Zvláštní pozornost by měla být věnována jednotce měření kapacity úložiště: historicky jsou desetinné předpony jako kilo a mega chápány v kontextu informačních technologií jako desátá a dvacátá mocnina dvou. Pro odstranění zmatků byly zavedeny binární předpony kibi-, mebi- a další. Rozdíl mezi těmito set-top boxy je patrný s rostoucím objemem: při nákupu 240GB disku na něj můžete uložit 223.5 GB informací.
Ponořte se do historie
Vývoj prvního pevného disku začal v roce 1952 společností IBM. 14. září 1956 byl oznámen konečný výsledek vývoje - IBM 350 Model 1. Disk obsahoval 3.75 mebibajtů dat s velmi neskromnými rozměry: 172 centimetrů na výšku, 152 centimetrů na délku a 74 centimetrů na šířku. Uvnitř bylo 50 tenkých disků potažených čistým železem o průměru 610 mm (24 palců). Průměrná doba hledání dat na disku trvala ~600 ms.
Jak čas šel, IBM neustále zlepšovalo technologii. Představeno v roce 1961 s kapacitou 18.75 MB se čtecími hlavami na každém talíři. V objevily se vyměnitelné diskové kazety a od roku 1970 byl do IBM 3330 zaveden systém detekce a oprav chyb. O tři roky později se objevil známý jako "Winchester".
Winchester (z anglického Winchester puška) - obecný název pro pušky a brokovnice vyráběné firmou Winchester Repeating Arms Company v USA ve 2. polovině 19. století. Byly to jedny z prvních opakovacích brokovnic, které se staly mezi kupujícími extrémně populární. Za své jméno vděčili zakladateli společnosti Oliveru Fisherovi Winchesterovi.
IBM 3340 se skládal ze dvou vřeten po 30 MiB, což je důvod inženýři nazvali tento disk „30-30“. Název připomínal pušku Winchester Model 1894 s nábojovou komorou .30-30 Winchester, což vedlo Kennetha Haughtona, který vedl vývoj IBM 3340, k tomu, aby řekl: „Pokud je to 30-30, musí to být Winchester.“ a 30 -30, pak to musí být Winchester."). Od té doby se nejen pušky, ale také pevné disky nazývají „pevné disky“.
O tři roky později byl vydán IBM 3350 „Madrid“ se 14palcovými plotnami a přístupovou dobou 25 ms.
První SSD disk vytvořil Dataram v roce 1976. Disk Dataram BulkCore se skládal z šasi s osmi RAM paměťovými klíči s kapacitou 256 kB každý. Ve srovnání s prvním pevným diskem byl BulkCore malý: 50,8 cm dlouhý, 48,26 cm široký a 40 cm vysoký. Přitom doba přístupu k datům u tohoto modelu byla pouhých 750 ns, což je 30000 XNUMXkrát rychleji než v té době nejmodernější HDD disk.
V roce 1978 byla založena Shugart Technology, která o rok později změnila svůj název na Seagate Technology, aby se vyhnula konfliktům se Shugart Associates. Po dvou letech práce vydal Seagate ST-506 - první pevný disk pro osobní počítače v 5.25palcovém provedení a s kapacitou 5 MiB.
Kromě vzniku Shugart Technology byl rok 1978 připomínán vydáním prvního Enterprise SSD od StorageTek. StorageTek STC 4305 pojal 45 MiB dat. Tento SSD byl vyvinut jako náhrada za IBM 2305, měl podobné rozměry a stál neuvěřitelných 400 000 dolarů.
V roce 1982 vstoupil SSD na trh osobních počítačů. Společnost Axlon speciálně pro Apple II vyvíjí SSD disk na čipech RAM s názvem RAMDISK 320. Jelikož byl disk vytvořen na bázi volatilní paměti, byla v sadě dodávána baterie pro zachování bezpečnosti informací. Kapacita baterie stačila na 3 hodiny autonomního provozu v případě výpadku napájení.
O rok později Rodime uvede na trh první pevný disk RO352 10 MiB v 3.5palcovém provedení známém moderním uživatelům. Navzdory skutečnosti, že se jedná o první komerční pohon v tomto provedení, Rodime v podstatě neudělal nic inovativního.
Za první produkt v tomto provedení je považována disketová mechanika představená společnostmi Tandon and Shugart Associates. Společnosti Seagate a MiniScribe se navíc dohodly na přijetí 3.5palcového průmyslového standardu a nechali Rodime za sebou, který čelil osudu „patentového trolla“ a úplnému odchodu z průmyslu výroby pohonů.
V roce 1980 si inženýr společnosti Toshiba, profesor Fujio Masuoka, zaregistroval patent na nový typ paměti s názvem NOR Flash memory. Vývoj trval 4 roky.
Paměť NOR je klasická 2D matice vodičů, ve kterém je jedna buňka instalována v průsečíku řad a sloupců (analogicky k paměti na magnetických jádrech).
V roce 1984 profesor Masuoka hovořil o svém vynálezu na International Electronics Developers Meeting, kde Intel rychle rozpoznal příslib tohoto vývoje. Toshiba, kde profesor Masuoka působil, nepovažovala Flash paměť za nic zvláštního, a proto vyhověla požadavku Intelu na zhotovení několika prototypů ke studiu.
Zájem Intelu o vývoj Fujio přiměl Toshibu, aby přidělila pět inženýrů, aby pomohli profesorovi vyřešit problém komercializace vynálezu. Intel zase vrhl tři stovky zaměstnanců do vytvoření vlastní verze paměti Flash.
Zatímco Intel a Toshiba vyvíjely vývoj v oblasti úložišť Flash, došlo v roce 1986 ke dvěma důležitým událostem. Za prvé, SCSI, soubor konvencí pro komunikaci mezi počítači a periferními zařízeními, byl oficiálně standardizován. Za druhé bylo vyvinuto rozhraní AT Attachment (ATA), známé pod obchodním názvem Integrated Drive Electronics (IDE), díky kterému se řadič disku přesunul dovnitř disku.
Po tři roky pracoval Fujio Mausoka na vylepšení technologie pamětí Flash a do roku 1987 vyvinul paměť NAND.
Paměť NAND je stejná paměť NOR, organizovaná do trojrozměrného pole. Hlavním rozdílem bylo, že algoritmus pro přístup ke každé buňce se stal složitějším, plocha buňky se zmenšila a celková kapacita se výrazně zvýšila.
O rok později Intel vyvinul vlastní paměť NOR Flash a Digipro na ní vyrobilo disk s názvem Flashdisk. První verze Flashdisku v maximální konfiguraci obsahovala 16 MiB dat a stála necelých 500 dolarů
Koncem 80. a začátkem 90. let se výrobci pevných disků předháněli v tom, kdo disky zmenší. V roce 1989 PrairieTek vydal PrairieTek 220 20 MiB disk v 2.5palcovém provedení. O dva roky později Integral Peripherals vytváří disk Integral Peripherals 1820 „Mustang“ se stejným objemem, ale již 1.8 palce. O rok později Hewlett-Packard zmenšil velikost disku na 1.3 palce.
Seagate zůstal věrný diskům v 3.5palcovém provedení a spoléhal na zvýšení rychlosti otáčení, když v roce 1992 vydal svůj slavný model Barracuda, první pevný disk s rychlostí vřetena 7200 ot./min. Ale Seagate se tam nehodlal zastavit. V roce 1996 dosáhly pohony z řady Seagate Cheetah rychlosti otáčení 10000 15 otáček za minutu a o čtyři roky později se modifikace X15000 roztočila až na XNUMX XNUMX otáček za minutu.
V roce 2000 se rozhraní ATA stalo známým jako PATA. Důvodem byl vznik rozhraní Serial ATA (SATA) s kompaktnějšími kabely, podporou hot-swap a zvýšenou rychlostí přenosu dat. I zde se vedení ujal Seagate, který v roce 2002 vydal první pevný disk s takovým rozhraním.
Výroba flash pamětí byla zpočátku velmi drahá, ale na počátku 2000. století náklady prudce klesly. Transcend toho využil a v roce 2003 vydal SSD disky s kapacitami od 16 do 512 MiB. O tři roky později se k sériové výrobě připojily Samsung a SanDisk. Ve stejném roce IBM prodala svou diskovou divizi společnosti Hitachi.
Solid State Drive nabíraly na síle a byl tu zřejmý problém: rozhraní SATA bylo pomalejší než samotné SSD. K vyřešení tohoto problému začala NVM Express Workgroup vyvíjet NVMe - specifikaci pro přístupové protokoly pro SSD přímo přes sběrnici PCIe, která obešla „prostředníka“ v podobě řadiče SATA. To by umožnilo přístup k datům rychlostí sběrnice PCIe. O dva roky později byla připravena první verze specifikace a o rok později se objevil první NVMe disk.
Rozdíly mezi moderními SSD a HDD
Na fyzické úrovni je rozdíl mezi SSD a HDD snadno patrný: SSD nemá žádné mechanické prvky a informace jsou uloženy v paměťových buňkách. Absence pohyblivých prvků vede k rychlému přístupu k datům v jakékoli části paměti, nicméně je zde limit na počet přepisovacích cyklů. Vzhledem k omezenému počtu přepisovacích cyklů pro každou paměťovou buňku je potřeba vyrovnávací mechanismus – vyrovnávání opotřebení buněk přenosem dat mezi buňkami. Tuto práci provádí řadič disku.
Aby bylo možné provést vyvážení, řadič SSD potřebuje vědět, které buňky jsou obsazené a které volné. Ovladač je schopen sledovat záznam dat do buňky sám, což nelze říci o mazání. Jak víte, operační systémy (OS) nevymažou data z disku, když uživatel smaže soubor, ale označí odpovídající oblasti paměti jako volné. Toto řešení odstraňuje nutnost čekání na operaci disku při použití HDD, ale pro provoz SSD je zcela nevhodné. Řadič jednotky SSD pracuje s bajty, nikoli se systémy souborů, a proto vyžaduje samostatnou zprávu, když je soubor odstraněn.
Takto se objevil příkaz TRIM (anglicky - trim), kterým OS upozorní řadič SSD disku, aby uvolnil určitou oblast paměti. Příkaz TRIM trvale vymaže data z disku. Ne všechny operační systémy znají odesílání tohoto příkazu na SSD a hardwarové řadiče RAID v režimu diskového pole nikdy neposílají TRIM na disky.
Chcete-li se pokračovat ...
V následujících dílech si povíme něco o tvarových faktorech, připojovacích rozhraních a vnitřní organizaci SSD disků.
V naší laboratoři Můžete nezávisle testovat moderní HDD a SSD disky a vyvodit si vlastní závěry.
Průzkumu se mohou zúčastnit pouze registrovaní uživatelé. , prosím.
Myslíte, že SSD bude schopen vytlačit HDD?
-
71.2%Ano, SSD jsou budoucnost396
-
7.5%Ne, éra magneto-optických HDD42 je před námi
-
21.2%Vyhraje hybridní verze HDD + SSD118
Hlasovalo 556 uživatelů. 72 uživatelů se zdrželo hlasování.
Zdroj: www.habr.com