{"id":53836,"date":"2019-12-11T00:00:00","date_gmt":"2019-12-10T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/vvedenie-v-ssd-chast-1-istoricheskaya"},"modified":"2020-02-18T14:01:46","modified_gmt":"2020-02-18T11:01:46","slug":"vvedenie-v-ssd-chast-1-istoricheskaya","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/vvedenie-v-ssd-chast-1-istoricheskaya","title":{"rendered":"Einf\u00fchrung in SSD. Teil 1. Historisches","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Einf\u00fchrung
\n
\nDie Untersuchung der Geschichte von Datentr\u00e4gern ist der erste Schritt zum Verst\u00e4ndnis der Funktionsweise von Solid State Drives. Der erste Teil unserer Artikelreihe \u201eEinf\u00fchrung in SSD\u201c gibt einen \u00dcberblick \u00fcber die Geschichte und verdeutlicht den Unterschied zwischen SSD und ihrem n\u00e4chsten Konkurrenten \u2014 HDD.<\/p>\n

Trotz der Vielzahl an Speichermedien ist die Beliebtheit von HDD und SSD heutzutage unbestreitbar. Der Unterschied zwischen diesen beiden Arten von Speichern ist f\u00fcr den Laien offensichtlich: SSDs sind teurer und schneller, w\u00e4hrend HDDs g\u00fcnstiger und kapazit\u00e4tsst\u00e4rker sind.<\/p>\n

Besondere Aufmerksamkeit sollte der Ma\u00dfeinheit f\u00fcr die Speicherkapazit\u00e4t gewidmet werden: historisch gesehen bezeichneten dezimale Pr\u00e4fixe wie Kilo- und Mega- im Kontext der Informationstechnologie die zehnten und zwanzigsten Potenzen von zwei. Um Verwirrung zu vermeiden, wurden bin\u00e4re Pr\u00e4fixe wie Kibi-, Mebi- und andere eingef\u00fchrt. Der Unterschied zwischen diesen Pr\u00e4fixen wird bei steigender Kapazit\u00e4t deutlich: Wenn Sie eine Festplatte mit 240 Gigabyte kaufen, k\u00f6nnen Sie darauf 223,5 Gibibyte an Informationen speichern.
\n<\/a><\/noindex><\/p>\n

Eintauchen in die Geschichte<\/h2>\n

\n\"Einf\u00fchrung<\/a><\/noindex>
\nDie Entwicklung der ersten Festplatte begann 1952 durch die Firma IBM. Am 14. September 1956 wurde das Endergebnis vorgestellt \u2013 das IBM 350 Model 1. Der Speicher hatte ein Fassungsverm\u00f6gen von 3,75 Mebibyte und bemerkenswerte Abmessungen: 172 Zentimeter hoch, 152 Zentimeter lang und 74 Zentimeter breit. Im Inneren befanden sich 50 mit reinem Eisen beschichtete, d\u00fcnne Platten mit einem Durchmesser von 610 mm (24 Zoll). Die durchschnittliche Zugriffszeit betrug etwa 600 ms.<\/p>\n

Im Laufe der Zeit verbesserte IBM kontinuierlich die Technologie. 1961 wurde das IBM 1301<\/a><\/noindex> mit einer Speicherkapazit\u00e4t von 18,75 Megabyte und Lesek\u00f6pfen auf jeder Platte vorgestellt. Im IBM 1311<\/a><\/noindex> gab es herausnehmbare Diskettenkartuschen, und ab 1970 wurde im IBM 3330 ein System zur Fehlererkennung und -korrektur eingef\u00fchrt. Drei Jahre sp\u00e4ter erschien das IBM 3340<\/a><\/noindex> , bekannt unter dem Namen \u201eWinchester\u201c.<\/p>\n

Winchester (von engl. Winchester rifle)<\/b> ist der gemeinsame Begriff f\u00fcr Gewehre und Flinten, die in der zweiten H\u00e4lfte des 19. Jahrhunderts von der Winchester Repeating Arms Company in den USA hergestellt wurden. Dies waren einige der ersten Mehrladegewehre, die bei den K\u00e4ufern \u00e4u\u00dferst beliebt waren. Ihren Namen verdanken sie dem Gr\u00fcnder der Firma \u2013 Oliver Fisher Winchester.<\/p>\n

Die IBM 3340 bestand aus zwei Spindeln mit jeweils 30 MiB, weshalb Ingenieure diese Festplatte als \u201e30-30\u201c bezeichneten.<\/b>. \u042d\u0442\u043e \u043d\u0430\u0437\u0432\u0430\u043d\u0438\u0435 \u043d\u0430\u043f\u043e\u043c\u0438\u043d\u0430\u043b\u043e \u043e \u0432\u0438\u043d\u0442\u043e\u0432\u043a\u0435 Winchester Model 1894 \u0441 \u043f\u0430\u0442\u0440\u043e\u043d\u0430\u043c\u0438 .30-30 Winchester, \u0438\u0437-\u0437\u0430 \u0447\u0435\u0433\u043e \u041a\u0435\u043d\u043d\u0435\u0442 \u0425\u043e\u0442\u043e\u043d (Kenneth Haughton), \u0440\u0443\u043a\u043e\u0432\u043e\u0434\u044f\u0449\u0438\u0439 \u0440\u0430\u0437\u0440\u0430\u0431\u043e\u0442\u043a\u043e\u0439 IBM 3340, \u0441\u043a\u0430\u0437\u0430\u043b \u00ab\u0415\u0441\u043b\u0438 \u044d\u0442\u043e 30-30, \u0442\u043e \u044d\u0442\u043e \u0434\u043e\u043b\u0436\u0435\u043d \u0431\u044b\u0442\u044c \u0412\u0438\u043d\u0447\u0435\u0441\u0442\u0435\u0440\u00bb (\u00abIf it’s a 30-30, then it must be a Winchester.\u00bb). \u0421 \u0442\u0435\u0445 \u043f\u043e\u0440 \u00ab\u0432\u0438\u043d\u0447\u0435\u0441\u0442\u0435\u0440\u043e\u043c\u00bb \u043d\u0430\u0437\u044b\u0432\u0430\u044e\u0442 \u043d\u0435 \u0442\u043e\u043b\u044c\u043a\u043e \u0432\u0438\u043d\u0442\u043e\u0432\u043a\u0438, \u043d\u043e \u0438 \u0436\u0435\u0441\u0442\u043a\u0438\u0435 \u0434\u0438\u0441\u043a\u0438.<\/p><\/blockquote>\n

\nDrei Jahre sp\u00e4ter erschien die IBM 3350 \u201eMadrid\u201c mit 14-Zoll-Platten und einer Zugriffszeit von 25 ms.<\/p>\n

\"Einf\u00fchrung<\/a><\/noindex>
\nDer erste SSD-Speicher wurde 1976 von Dataram entwickelt. Der Dataram BulkCore bestand aus einem Geh\u00e4use mit acht RAM-Modulen von jeweils 256 KiB. Im Vergleich zur ersten Festplatte war der BulkCore winzig: 50,8 cm lang, 48,26 cm breit und 40 cm hoch. Die Zugriffszeit betrug bei diesem Modell lediglich 750 ns, was 30.000-mal schneller war als die damalige modernste HDD.<\/p>\n

Im Jahr 1978 wurde die Firma Shugart Technology gegr\u00fcndet, die ein Jahr sp\u00e4ter ihren Namen in Seagate Technology \u00e4ndert, um Konflikte mit Shugart Associates zu vermeiden. Nach zwei Jahren Arbeit bringt Seagate die ST-506 auf den Markt \u2013 die erste Festplatte f\u00fcr Personal Computer im 5,25-Zoll-Format mit einer Kapazit\u00e4t von 5 MiB.<\/p>\n

Neben der Gr\u00fcndung von Shugart Technology bleibt das Jahr 1978 auch durch die Einf\u00fchrung des ersten Enterprise-SSDs von StorageTek in Erinnerung. Der StorageTek STC 4305 konnte 45 MiB Daten speichern. Dieses SSD wurde als Ersatz f\u00fcr IBM 2305 entwickelt, hatte \u00e4hnliche Abmessungen und kostete unglaubliche 400.000 $.<\/p>\n

\"Einf\u00fchrung<\/a><\/noindex>
\n1982 kam SSD auf den Markt der Personal Computer. Die Firma Axlon entwickelte speziell f\u00fcr den Apple II eine SSD auf Basis von RAM-Chips mit dem Namen RAMDISK 320. Da der Speicher auf fl\u00fcchtigem RAM basierte, wurde ein Akku mitgeliefert, um die Daten bei einem Stromausfall zu sichern. Die Batteriekapazit\u00e4t reichte f\u00fcr 3 Stunden autonomer Nutzung im Falle eines Stromausfalls.<\/p>\n

Nach einem Jahr wird das Unternehmen Rodime die erste Festplatte RO352 mit 10 MiB im f\u00fcr moderne Nutzer vertrauten 3,5 Zoll Formfaktor vorstellen. Obwohl dies die erste kommerzielle Festplatte in diesem Format ist, hat Rodime im Wesentlichen nichts Innovatives geleistet.<\/p>\n

Als erstes Produkt in diesem Format gilt das Diskettenlaufwerk, das von den Unternehmen Tandon und Shugart Associates pr\u00e4sentiert wurde. Dar\u00fcber hinaus haben Seagate und MiniScribe eine Vereinbarung \u00fcber die Annahme des Industriesstandards von 3,5 Zoll getroffen, wodurch Rodime \u201eabgeh\u00e4ngt\u201c wurde, und das Unternehmen war dazu verdammt, als \u201ePatent-Troll\u201c zu enden und vollst\u00e4ndig aus der Branche f\u00fcr Speichermedien auszutreten.<\/p>\n

\"Einf\u00fchrung<\/a><\/noindex>
\nIm Jahr 1980 patentierte der Ingenieur von Toshiba, Professor Fujio Masuoka, eine neue Art von Speicher, die als NOR-Flash-Speicher bezeichnet wird. Die Entwicklung dauerte 4 Jahre.<\/p>\n

NOR-Speicher ist eine klassische 2D-Matrix von Leitern,<\/b>in der an den Schnittpunkten von Zeilen und Spalten jeweils eine Zelle installiert ist (analog zur Speichertechnik mit Ferritkernen).<\/p><\/blockquote>\n

\nIm Jahr 1984 pr\u00e4sentierte Professor Masuoka seine Erfindung auf der International Electronics Developers Meeting, wo die Firma Intel schnell das Potenzial dieser Entwicklung erkannte. Die Firma Toshiba, in der Professor Masuoka t\u00e4tig war, hielt Flash-Speicher nicht f\u00fcr etwas Besonderes und erf\u00fcllte daher die Bitte von Intel, einige Prototypen zur Untersuchung herzustellen.<\/p>\n

Das Interesse von Intel an Fukio Masuokas Entwicklung veranlasste Toshiba, f\u00fcnf Ingenieure zur Unterst\u00fctzung des Professors bei der L\u00f6sung der Commercialisierung des Erfindungsproblems einzusetzen. Intel wiederum stellte \u00fcber dreihundert Mitarbeiter damit ab, eine eigene Version des Flash-Speichers zu entwickeln.<\/p>\n

W\u00e4hrend Intel und Toshiba an Flash-Speichermedien arbeiteten, fanden 1986 zwei wichtige Ereignisse statt. Erstens wurde SCSI offiziell standardisiert \u2013 eine Vereinbarung f\u00fcr die Interaktion zwischen Computern und Peripherieger\u00e4ten. Zweitens wurde die AT Attachment-Schnittstelle (ATA) entwickelt, bekannt unter dem Markennamen Integrated Drive Electronics (IDE), wodurch der Festplattenspeichercontroller in die Festplatte integriert wurde.<\/p>\n

Drei Jahre lang arbeitete Fukio Masuoka an der Verbesserung der Flash-Speicher-Technologie und entwickelte bis 1987 den NAND-Speicher.<\/p>\n

NAND-Speicher ist dasselbe wie NOR-Speicher, aber in einem dreidimensionalen Array organisiert.<\/b>Der Hauptunterschied besteht darin, dass der Zugriff auf jede Zelle komplexer wurde, die Fl\u00e4che der Zellen kleiner wurde und die Gesamtkapazit\u00e4t erheblich zunahm.<\/p><\/blockquote>\n

\nEin Jahr sp\u00e4ter entwickelte Intel eigenen NOR-Flash-Speicher, und das Unternehmen Digipro stellte daraufhin einen Speicher mit dem Namen Flashdisk her. Die erste Version der Flashdisk hatte in der maximalen Ausf\u00fchrung eine Kapazit\u00e4t von 16 MiB und kostete weniger als 500 $.<\/p>\n

\"Einf\u00fchrung<\/a><\/noindex>
\nEnde der 80er und Anfang der 90er Jahre konkurrierten Festplattenhersteller um die Verkleinerung der Festplattengr\u00f6\u00dfe. 1989 brachte PrairieTek die PrairieTek 220 mit 20 MiB im 2,5 Zoll-Formfaktor auf den Markt. Zwei Jahre sp\u00e4ter entwickelte Integral Peripherals die Integral Peripherals 1820 \"Mustang\" mit demselben Speicherplatz, aber im 1,8 Zoll-Format. Ein Jahr sp\u00e4ter reduzierte Hewlett-Packard die Festplattengr\u00f6\u00dfe auf 1,3 Zoll.<\/p>\n

Die Firma Seagate hielt an den 3,5-Zoll-Festplatten fest und setzte auf eine h\u00f6here Drehzahl. 1992 brachte sie ihr ber\u00fchmtes Modell Barracuda auf den Markt, die erste Festplatte mit einer Spindeldrehzahl von 7200 U\/min. Doch damit wollte Seagate nicht aufh\u00f6ren. 1996 erreichten die Festplatten der Seagate Cheetah-Serie eine Drehzahl von 10000 U\/min, und vier Jahre sp\u00e4ter drehte die Modifikation X15 sogar mit bis zu 15000 U\/min.<\/p>\n

Im Jahr 2000 wurde das ATA-Interface in PATA umbenannt. Grund daf\u00fcr war das Erscheinen des Serial ATA (SATA) Interfaces mit kompakteren Kabeln, Unterst\u00fctzung f\u00fcr \"Hot-Swap\" und einer h\u00f6heren Daten\u00fcbertragungsrate. Auch hier nahm Seagate die Vorreiterrolle ein und brachte 2002 die erste Festplatte mit diesem Interface auf den Markt.<\/p>\n

Die Herstellung von Flash-Speicher war urspr\u00fcnglich sehr teuer, doch zu Beginn der 2000er Jahre sanken die Kosten drastisch. Dies nutzte die Firma Transcend, die 2003 SSD-Festplatten mit Kapazit\u00e4ten von 16 bis 512 MiB einf\u00fchrte. Drei Jahre sp\u00e4ter stiegen die Unternehmen Samsung und SanDisk in die Massenproduktion ein. Im selben Jahr verkaufte IBM seine Festplattensparte an die Firma Hitachi.<\/p>\n

Solid-State-Drives (SSDs) gewinnen zunehmend an Bedeutung, und es entstand ein offensichtliches Problem: Die SATA-Schnittstelle war langsamer als die SSDs selbst. Um dieses Problem zu l\u00f6sen, begann die NVM Express-Arbeitsgruppe mit der Entwicklung von NVMe \u2013 einer Spezifikation f\u00fcr Protokolle, die den direkten Zugriff auf SSDs \u00fcber den PCIe-Bus erm\u00f6glichen und somit den \u201eIntermedi\u00e4r\u201c SATA-Controller umgeht. Dadurch w\u00e4re der Datenzugriff mit der Geschwindigkeit des PCIe-Busses m\u00f6glich. Nach zwei Jahren war die erste Version der Spezifikation fertig, und ein weiteres Jahr sp\u00e4ter kam der erste NVMe-Speicher auf den Markt.<\/p>\n

Unterschiede zwischen modernen SSDs und HDDs<\/h2>\n

\nAuf physikalischer Ebene sind die Unterschiede zwischen SSDs und HDDs leicht erkennbar: SSDs haben keine mechanischen Komponenten, und Informationen werden in Speicherzellen gespeichert. Das Fehlen beweglicher Teile erm\u00f6glicht einen schnellen Zugriff auf Daten an jedem Punkt im Speicher, jedoch gibt es eine Begrenzung der Anzahl der Schreibzyklen. Aufgrund der begrenzten Anzahl an Schreibzyklen jeder Speicherzelle ist ein Mechanismus zur Abgleichung erforderlich \u2013 das Abgleichen des Verschlei\u00dfes von Zellen durch das Verschieben von Daten zwischen diesen. Diese Aufgabe \u00fcbernimmt der Controller des Laufwerks.<\/p>\n

Um die Balance zu halten, muss der SSD-Controller wissen, welche Zellen belegt und welche frei sind. Der Controller kann selbst Daten in eine Zelle schreiben, was jedoch nicht f\u00fcr das L\u00f6schen gilt. Wie bekannt, l\u00f6schen Betriebssysteme (OS) Daten von der Festplatte nicht, wenn ein Benutzer eine Datei entfernt, sondern markieren die entsprechenden Speicherbereiche als frei. Diese L\u00f6sung vermeidet die Notwendigkeit, auf die Festplattenoperation bei HDDs zu warten, ist jedoch v\u00f6llig ungeeignet f\u00fcr die Nutzung von SSDs. Der Controller einer SSD arbeitet mit Bytes und nicht mit Dateisystemen, weshalb er eine separate Mitteilung \u00fcber das L\u00f6schen einer Datei ben\u00f6tigt.<\/p>\n

So entstand der Befehl TRIM, mit dem das OS den SSD-Controller \u00fcber die Freigabe eines bestimmten Speicherbereichs informiert. Der TRIM-Befehl l\u00f6scht Daten unwiderruflich von der Festplatte. Nicht alle Betriebssysteme wissen, dass sie diesen Befehl an Solid-State-Laufwerke senden m\u00fcssen, und Hardware-RAID-Controller im Festplattenmodus senden niemals TRIM-Befehle an die Laufwerke.<\/p>\n

Die Fortsetzung folgt\u2026<\/h2>\n

\nIn den folgenden Abschnitten werden wir \u00fcber Formfaktoren, Schnittstellen und die interne Organisation von Solid State Drives berichten.<\/p>\n

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