{"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. Historisch","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Einf\u00fchrung
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\nDas Studium der Festplattengeschichte ist der Beginn des Weges zum Verst\u00e4ndnis der Funktionsweise von Solid-State-Laufwerken. Der erste Teil unseres Artikelzyklus \"Einf\u00fchrung in SSD\" gibt einen \u00dcberblick \u00fcber die Geschichte und erm\u00f6glicht ein anschauliches Verst\u00e4ndnis der Unterschiede zwischen SSD und ihrem n\u00e4chsten Konkurrenten \u2013 der HDD.<\/p>\n

Trotz der Vielzahl von Speichermedien ist die Beliebtheit von HDD und SSD in der heutigen Zeit 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 speicherreicher sind.<\/p>\n

Besondere Aufmerksamkeit sollte der Ma\u00dfeinheit f\u00fcr die Speicherkapazit\u00e4t gewidmet werden: Historisch betrachtet bedeuten dezimale Pr\u00e4fixe wie Kilo- und Mega- im Kontext der Informationstechnologie sowohl die zehnte als auch die zwanzigste Potenz von zwei. Zur Vermeidung von Verwirrung wurden bin\u00e4re Pr\u00e4fixe wie Kibi-, Mebi- und andere eingef\u00fchrt. Der Unterschied zwischen diesen Pr\u00e4fixen wird mit zunehmendem Volumen bemerkbar: Wenn Sie eine Festplatte mit 240 Gigabyte kaufen, k\u00f6nnen Sie darauf 223,5 Gibibyte Informationen speichern.
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Ein Blick in die Geschichte<\/h2>\n

\n\"Einf\u00fchrung<\/a><\/noindex>
\nDie Entwicklung der ersten Festplatte begann 1952 bei IBM. Am 14. September 1956 wurde das Ergebnis der Entwicklungen \u2013 IBM 350 Model 1 \u2013 angek\u00fcndigt. Diese Speichereinheit fasste 3,75 Mebibyte Daten und hatte recht bescheidene Abmessungen: 172 Zentimeter hoch, 152 Zentimeter lang und 74 Zentimeter breit. Im Inneren befanden sich 50 d\u00fcnne Platten, die mit reinem Eisen beschichtet waren, mit einem Durchmesser von 610 mm (24 Zoll). Die durchschnittliche Zugriffszeit auf die Daten betrug etwa 600 ms.<\/p>\n

Die Zeit verging, und IBM verbesserte die Technologie stetig weiter. 1961 wurde IBM 1301<\/a><\/noindex> mit einer Kapazit\u00e4t von 18,75 Megabyte vorgestellt, das \u00fcber Lesek\u00f6pfe auf jeder Platte verf\u00fcgte. Bei IBM 1311<\/a><\/noindex> gab es abnehmbare Diskettenkassetten, und ab 1970 wurde im IBM 3330 ein System zur Fehlererkennung und -korrektur implementiert. Drei Jahre sp\u00e4ter erschien IBM 3340<\/a><\/noindex> , bekannt unter dem Namen \u201eWinchester\u201c.<\/p>\n

Winchester (von engl. Winchester rifle)<\/b> ist die allgemeine Bezeichnung f\u00fcr Gewehre und Schusswaffen, die in der zweiten H\u00e4lfte des 19. Jahrhunderts von der Winchester Repeating Arms Company in den USA hergestellt wurden. Es handelte sich um einige der ersten Mehrladegewehre, die bei K\u00e4ufern enorm beliebt waren. Ihren Namen verdankten sie dem Firmengr\u00fcnder Oliver Fisher Winchester.<\/p>\n

IBM 3340 bestand aus zwei Spindeln mit jeweils 30 MiB, weshalb Ingenieure diese Festplatte \u201e30-30\u201c nannten.<\/b>. Der Name erinnerte an das Gewehr Winchester Model 1894 mit .30-30 Winchester Patronen, weshalb Kenneth Haughton, der die Entwicklung der IBM 3340 leitete, sagte: \u201eWenn es ein 30-30 ist, dann muss es ein Winchester sein.\u201c Seitdem werden nicht nur Gewehre, sondern auch Festplatten als \u201eWinchester\u201c bezeichnet.<\/p><\/blockquote>\n

\nDrei Jahre sp\u00e4ter erschien der 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. Das Dataram BulkCore-Laufwerk bestand aus einem Geh\u00e4use mit acht RAM-Speichermodulen von jeweils 256 KiB. Im Vergleich zur ersten Festplatte war BulkCore winzig: 50,8 cm lang, 48,26 cm breit und 40 cm hoch. Zudem betrug die Zugriffszeit bei diesem Modell nur 750 ns, was 30.000 Mal schneller war als die damals modernste HDD.<\/p>\n

1978 wurde das Unternehmen Shugart Technology gegr\u00fcndet, das ein Jahr sp\u00e4ter seinen Namen in Seagate Technology \u00e4nderte, um Konflikte mit Shugart Associates zu vermeiden. Zwei Jahre nach der Gr\u00fcndung von Seagate kam mit ST-506 die erste Festplatte f\u00fcr Personal Computer im 5,25-Zoll-Formfaktor mit einer Kapazit\u00e4t von 5 MiB auf den Markt.<\/p>\n

Neben der Gr\u00fcndung von Shugart Technology war das Jahr 1978 auch bemerkenswert durch die Einf\u00fchrung des ersten Enterprise SSD von StorageTek. Der StorageTek STC 4305 konnte 45 MiB Daten speichern. Diese SSD wurde als Ersatz f\u00fcr IBM 2305 entwickelt, hatte \u00e4hnliche Ma\u00dfe und kostete unglaubliche 400.000 $.<\/p>\n

\"Einf\u00fchrung<\/a><\/noindex>
\n1982 kam SSD auf den Markt der Personal Computer. Das Unternehmen 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 Speicher basierte, wurde ein Akku mitgeliefert, um die Informationen zu speichern. Die Akkulaufzeit betrug drei Stunden bei Stromausfall.<\/p>\n

Ein Jahr sp\u00e4ter brachte das Unternehmen Rodime die erste Festplatte RO352 mit 10 MiB im weit verbreiteten 3,5-Zoll-Formfaktor auf den Markt. Obwohl dies die erste kommerzielle Festplatte in diesem Formfaktor war, war Rodime im Grunde genommen nichts Innovatives gelungen.<\/p>\n

Das erste Produkt in diesem Formfaktor ist das von den Unternehmen Tandon und Shugart Associates vorgestellte Diskettenlaufwerk. Dar\u00fcber hinaus einigten sich die Unternehmen Seagate und MiniScribe auf die Annahme des industriellen Standards von 3,5 Zoll, \u201everdr\u00e4ngten\u201c Rodime, die das Schicksal eines \u201ePatenttrolls\u201c erleiden sollte und vollst\u00e4ndig aus der Speicherindustrie ausschied.<\/p>\n

\"Einf\u00fchrung<\/a><\/noindex>
\nIm Jahr 1980 registrierte der Ingenieur von Toshiba, Professor Fujio Masuoka, ein Patent f\u00fcr eine neue Art von Speicher, die als NOR-Flash-Speicher bezeichnet wird. Die Entwicklung dauerte vier Jahre.<\/p>\n

NOR-Speicher ist eine klassische 2D-Anordnung von Leitern<\/b>, bei der an der Kreuzung von Zeilen und Spalten jeweils eine Zelle installiert ist (vergleichbar mit dem Speicher von Magnetkernen).<\/p><\/blockquote>\n

\n1984 stellte Professor Masuoka seine Erfindung auf der International Electronics Developers Meeting vor, wo das Unternehmen Intel schnell das Potenzial dieser Entwicklung erkannte. Das Unternehmen Toshiba, in dem Professor Masuoka arbeitete, hielt Flash-Speicher nicht f\u00fcr etwas Besonderes und erf\u00fcllte daher die Bitte von Intel, einige Prototypen zum Studium zu erstellen.<\/p>\n

Das Interesse von Intel an der Entwicklung von Fujio brachte Toshiba dazu, f\u00fcnf Ingenieure zur Unterst\u00fctzung des Professors zur L\u00f6sung des Problems der Kommerzialisierung der Erfindung abzustellen. Intel seinerseits setzte dreihundert Mitarbeiter zur Entwicklung einer eigenen Version von Flash-Speicher ein.<\/p>\n

W\u00e4hrend Intel und Toshiba an der Entwicklung von Flash-Speicher arbeiteten, geschahen 1986 zwei wichtige Ereignisse. Erstens wurde SCSI offiziell standardisiert - eine Reihe von Vereinbarungen f\u00fcr die Interaktion zwischen Computern und Peripherieger\u00e4ten. Zweitens wurde das AT Attachment (ATA) entwickelt, bekannt unter der Marke Integrated Drive Electronics (IDE), die dazu f\u00fchrte, dass der Festplattencontroller in die Festplatte verlegt wurde.<\/p>\n

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

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

\nEin Jahr sp\u00e4ter entwickelte das Unternehmen Intel seinen eigenen NOR-Flash-Speicher, und die Firma Digipro stellte darauf einen Speicher namens Flashdisk her. Die erste Version von Flashdisk in der maximalen Konfiguration konnte 16 MiB Daten speichern und kostete weniger als 500 $<\/p>\n

\"Einf\u00fchrung<\/a><\/noindex>
\nEnde der 80er und Anfang der 90er Jahre konkurrierten die Hersteller von Festplatten um die Verringerung der Plattengr\u00f6\u00dfe. 1989 brachte die Firma PrairieTek die PrairieTek 220-Platte mit 20 MiB im 2,5-Zoll-Format auf den Markt. Zwei Jahre sp\u00e4ter stellte Integral Peripherals die Integral Peripherals 1820 \"Mustang\"-Platte mit demselben Volumen, aber im 1,8-Zoll-Format her. Ein Jahr sp\u00e4ter reduzierte Hewlett-Packard die Gr\u00f6\u00dfe der Platte auf 1,3 Zoll.<\/p>\n

Die Firma Seagate hielt an der 3,5-Zoll-Festplattentechnologie fest und setzte auf eine erh\u00f6hte Drehzahl, indem sie 1992 ihr ber\u00fchmtes Modell Barracuda herausbrachte, die erste Festplatte mit einer Spindelgeschwindigkeit von 7200 U\/min. Doch damit wollte sich Seagate nicht zufriedengeben. Im Jahr 1996 erreichten die Festplatten der Seagate Cheetah-Serie eine Drehzahl von 10000 U\/min, und vier Jahre sp\u00e4ter drehte die X15-Version sogar mit 15000 U\/min.<\/p>\n

Im Jahr 2000 wurde das ATA-Interface als PATA bekannt. Dies war der Folge des Erscheines des Serial ATA (SATA)-Interfaces, das mit kompakteren Kabeln, Unterst\u00fctzung f\u00fcr \u201eHot Swapping\u201c und erh\u00f6hter Daten\u00fcbertragungsrate ausgestattet war. Auch hier \u00fcbernahm Seagate die F\u00fchrung und brachte 2002 die erste Festplatte mit diesem Interface heraus.<\/p>\n

Die Herstellung von Flash-Speicher war zun\u00e4chst sehr teuer, aber zu Beginn der 2000er Jahre sanken die Preise drastisch. Diese Gelegenheit nutzte die Firma Transcend, die 2003 SSD-Laufwerke mit Kapazit\u00e4ten von 16 bis 512 MiB herausbrachte. Drei Jahre sp\u00e4ter stiegen die Unternehmen Samsung und SanDisk in die Massenproduktion ein. In demselben Jahr verkaufte IBM seine Festplattensparte an Hitachi.<\/p>\n

Solid-State-Laufwerke gewannen zunehmend an Bedeutung und es trat ein offensichtliches Problem auf: Das SATA-Interface war langsamer als die SSDs selbst. Um dieses Problem zu l\u00f6sen, begann die Arbeitsgruppe NVM Express mit der Entwicklung von NVMe \u2013 einer Spezifikation f\u00fcr Protokolle zum direkten Zugriff auf SSDs \u00fcber den PCIe-Bus, ohne den \u201eVermittler\u201c in Form eines SATA-Controllers. Dies w\u00fcrde den Zugriff auf Daten mit der Geschwindigkeit des PCIe-Busses erm\u00f6glichen. Zwei Jahre sp\u00e4ter war die erste Version der Spezifikation bereit, und ein weiteres Jahr sp\u00e4ter erschien das erste NVMe-Laufwerk.<\/p>\n

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

\nAuf physischer Ebene ist der Unterschied zwischen SSDs und HDDs leicht erkennbar: SSDs besitzen keine mechanischen Elemente, sondern speichern Informationen in Speicherzellen. Der Mangel an beweglichen Teilen erm\u00f6glicht einen schnellen Zugriff auf Daten in jedem Speicherbereich, jedoch gibt es eine Begrenzung f\u00fcr die Anzahl der Schreibzyklen. Aufgrund der begrenzten Anzahl von Schreibzyklen jeder Speicherzelle ist ein Mechanismus zur Balancierung notwendig \u2013 das Ausgleichen der Abnutzung von Zellen durch das Verschieben von Daten zwischen den Zellen. Diese Aufgabe \u00fcbernimmt der Controller der Festplatte.<\/p>\n

Um die Balance des SSD-Controllers zu gew\u00e4hrleisten, muss er wissen, welche Zellen belegt sind und welche frei sind. Die Datenaufzeichnung in eine Zelle kann der Controller selbst nachvollziehen, w\u00e4hrend dies beim L\u00f6schen nicht der Fall ist. Wie bekannt, l\u00f6schen Betriebssysteme (OS) keine Daten von der Festplatte, wenn der Benutzer eine Datei l\u00f6scht, sondern markieren die entsprechenden Speicherbereiche als frei. Diese L\u00f6sung erspart das Warten auf Festplattenoperationen bei der Verwendung von HDDs, eignet sich jedoch \u00fcberhaupt nicht f\u00fcr die Arbeit mit SSDs. Der Controller einer SSD arbeitet mit Bytes und nicht mit Dateisystemen, und verlangt daher eine separate Mitteilung \u00fcber das L\u00f6schen einer Datei.<\/p>\n

So entstand der TRIM-Befehl (engl. \u201estutzen\u201c), mit dem das OS den Controller der SSD \u00fcber die Freigabe eines bestimmten Speicherbereichs informiert. Der TRIM-Befehl l\u00f6scht die Daten auf der Festplatte unwiderruflich. Nicht alle Betriebssysteme sind sich der Notwendigkeit bewusst, diesen Befehl an Solid-State-Laufwerke zu senden, und Hardware-RAID-Controller senden im Disk-Array-Modus niemals TRIM-Befehle an die Laufwerke.<\/p>\n

Fortsetzung folgt\u2026<\/h2>\n

\nIn den n\u00e4chsten Teilen werden wir \u00fcber Formfaktoren, Anschlussinterfaces und die interne Organisation von Solid-State-Laufwerken berichten.<\/p>\n

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Was denken Sie, wird SSD HDDs verdr\u00e4ngen?<\/h2>\n