Η μελέτη της ιστορίας των δίσκων είναι η αρχή του ταξιδιού για την κατανόηση των αρχών λειτουργίας των μονάδων δίσκου στερεάς κατάστασης. Το πρώτο μέρος της σειράς άρθρων μας, «Εισαγωγή στους SSD», θα κάνει μια περιήγηση στην ιστορία και θα σας επιτρέψει να κατανοήσετε ξεκάθαρα τη διαφορά μεταξύ ενός SSD και του πλησιέστερου ανταγωνιστή του, του HDD.
Παρά την αφθονία των διαφόρων συσκευών για την αποθήκευση πληροφοριών, η δημοτικότητα των HDD και των SSD στην εποχή μας είναι αναμφισβήτητη. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τύπων δίσκων είναι προφανής στον μέσο άνθρωπο: ο SSD είναι πιο ακριβός και ταχύτερος, ενώ ο HDD είναι φθηνότερος και πιο ευρύχωρος.
Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στη μονάδα μέτρησης της χωρητικότητας αποθήκευσης: ιστορικά, τα δεκαδικά προθέματα όπως το κιλό και το μέγα νοούνται στο πλαίσιο της τεχνολογίας των πληροφοριών ως η δέκατη και η εικοστή δύναμη του δύο. Για να εξαλειφθεί η σύγχυση, εισήχθησαν τα δυαδικά προθέματα kibi-, mebi- και άλλα. Η διαφορά μεταξύ αυτών των αποκωδικοποιητών γίνεται αισθητή καθώς αυξάνεται ο όγκος: όταν αγοράζετε έναν δίσκο 240 gigabyte, μπορείτε να αποθηκεύσετε 223.5 gigabyte πληροφοριών σε αυτόν.
Βουτήξτε στην ιστορία
Η ανάπτυξη του πρώτου σκληρού δίσκου ξεκίνησε το 1952 από την IBM. Στις 14 Σεπτεμβρίου 1956, ανακοινώθηκε το τελικό αποτέλεσμα της ανάπτυξης - το IBM 350 Model 1. Ο δίσκος περιείχε 3.75 mebibyte δεδομένων με πολύ ασήμαντες διαστάσεις: 172 εκατοστά σε ύψος, 152 εκατοστά σε μήκος και 74 εκατοστά σε πλάτος. Μέσα υπήρχαν 50 λεπτοί δίσκοι επικαλυμμένοι με καθαρό σίδηρο με διάμετρο 610 mm (24 ίντσες). Ο μέσος χρόνος αναζήτησης δεδομένων στο δίσκο χρειάστηκε ~600 ms.
Καθώς περνούσε ο καιρός, η IBM βελτίωνε σταθερά την τεχνολογία. Παρουσιάστηκε το 1961 χωρητικότητας 18.75 megabyte με κεφαλές ανάγνωσης σε κάθε πιατέλα. ΣΕ Εμφανίστηκαν αφαιρούμενες κασέτες δίσκου και από το 1970 εισήχθη ένα σύστημα ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων στο IBM 3330. Τρία χρόνια αργότερα εμφανίστηκε γνωστό ως "Winchester".
Winchester (από το αγγλικό τουφέκι Winchester) - η γενική ονομασία για τυφέκια και κυνηγετικά όπλα που κατασκευάστηκαν από την Winchester Repeating Arms Company στις ΗΠΑ το δεύτερο μισό του XNUMXου αιώνα. Αυτά ήταν ένα από τα πρώτα επαναλαμβανόμενα κυνηγετικά όπλα που έγιναν εξαιρετικά δημοφιλή μεταξύ των αγοραστών. Οφείλουν το όνομά τους στον ιδρυτή της εταιρείας, Oliver Fisher Winchester.
Το IBM 3340 αποτελούνταν από δύο άξονες των 30 MiB το καθένα, γι' αυτό οι μηχανικοί ονόμασαν αυτόν τον δίσκο "30-30". Το όνομα θύμιζε το τουφέκι Winchester Model 1894 σε θάλαμο 30-30 Winchester, με αποτέλεσμα ο Kenneth Haughton, ο οποίος ηγήθηκε της ανάπτυξης του IBM 3340, να πει "Αν είναι 30-30, πρέπει να είναι Winchester." -30, τότε πρέπει να είναι Winchester."). Από τότε, όχι μόνο τα τουφέκια, αλλά και οι σκληροί δίσκοι ονομάζονται «σκληροί δίσκοι».
Τρία ακόμη χρόνια αργότερα, το IBM 3350 "Madrid" κυκλοφόρησε με platter 14 ιντσών και χρόνο πρόσβασης 25 ms.
Η πρώτη μονάδα SSD δημιουργήθηκε από την Dataram το 1976. Η μονάδα Dataram BulkCore αποτελούνταν από ένα πλαίσιο με οκτώ memory sticks RAM χωρητικότητας 256 KiB το καθένα. Σε σύγκριση με τον πρώτο σκληρό δίσκο, το BulkCore ήταν μικροσκοπικό: 50,8 cm μήκος, 48,26 cm πλάτος και 40 cm ύψος. Ταυτόχρονα, ο χρόνος πρόσβασης δεδομένων σε αυτό το μοντέλο ήταν μόνο 750 ns, που είναι 30000 φορές ταχύτερος από τον πιο σύγχρονο δίσκο σκληρού δίσκου εκείνη την εποχή.
Το 1978 ιδρύθηκε η Shugart Technology, η οποία ένα χρόνο αργότερα άλλαξε το όνομά της σε Seagate Technology για να αποφύγει τις συγκρούσεις με την Shugart Associates. Μετά από δύο χρόνια δουλειάς, η Seagate κυκλοφόρησε τον ST-506 - τον πρώτο σκληρό δίσκο για προσωπικούς υπολογιστές σε μορφή 5.25 ιντσών και χωρητικότητας 5 MiB.
Εκτός από την εμφάνιση της Shugart Technology, το 1978 έμεινε στη μνήμη για την κυκλοφορία του πρώτου Enterprise SSD από την StorageTek. Το StorageTek STC 4305 είχε 45 MiB δεδομένων. Αυτός ο SSD αναπτύχθηκε ως αντικατάσταση του IBM 2305, είχε παρόμοιες διαστάσεις και κόστιζε απίστευτα 400 δολάρια.
Το 1982, ο SSD εισήλθε στην αγορά των προσωπικών υπολογιστών. Η εταιρεία Axlon αναπτύσσει έναν δίσκο SSD σε τσιπ μνήμης RAM που ονομάζεται RAMDISK 320 ειδικά για το Apple II. Δεδομένου ότι ο δίσκος δημιουργήθηκε με βάση την πτητική μνήμη, μια μπαταρία δόθηκε στο κιτ για τη διατήρηση της ασφάλειας των πληροφοριών. Η χωρητικότητα της μπαταρίας ήταν αρκετή για 3 ώρες αυτόνομης λειτουργίας σε περίπτωση απώλειας ρεύματος.
Ένα χρόνο αργότερα, η Rodime θα κυκλοφορήσει τον πρώτο σκληρό δίσκο RO352 10 MiB σε μορφή 3.5 ιντσών που είναι γνωστή στους σύγχρονους χρήστες. Παρά το γεγονός ότι αυτή είναι η πρώτη εμπορική κίνηση σε αυτή τη μορφή, ο Rodime ουσιαστικά δεν έκανε τίποτα καινοτόμο.
Το πρώτο προϊόν σε αυτόν τον παράγοντα μορφής θεωρείται ότι είναι μια μονάδα δισκέτας που εισήγαγαν οι Tandon και Shugart Associates. Επιπλέον, η Seagate και η MiniScribe συμφώνησαν να υιοθετήσουν το βιομηχανικό πρότυπο 3.5 ιντσών, αφήνοντας πίσω το Rodime, το οποίο αντιμετώπισε τη μοίρα ενός «τρολ πατέντας» και μια πλήρη έξοδο από τη βιομηχανία παραγωγής κινητήρων.
Το 1980, ο μηχανικός της Toshiba, ο καθηγητής Fujio Masuoka, κατοχύρωσε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για έναν νέο τύπο μνήμης που ονομάζεται NOR Flash memory. Η ανάπτυξη κράτησε 4 χρόνια.
Η μνήμη NOR είναι μια κλασική 2D μήτρα αγωγών, στο οποίο είναι εγκατεστημένο ένα κελί στη διασταύρωση γραμμών και στηλών (ανάλογα με τη μνήμη σε μαγνητικούς πυρήνες).
Το 1984, ο καθηγητής Masuoka μίλησε για την εφεύρεσή του στο International Electronics Developers Meeting, όπου η Intel αναγνώρισε γρήγορα την υπόσχεση αυτής της εξέλιξης. Η Toshiba, όπου εργαζόταν ο καθηγητής Masuoka, δεν θεώρησε ότι η μνήμη Flash ήταν κάτι ιδιαίτερο, και ως εκ τούτου συμμορφώθηκε με το αίτημα της Intel να φτιάξει πολλά πρωτότυπα για μελέτη.
Το ενδιαφέρον της Intel για την ανάπτυξη του Fujio ώθησε την Toshiba να διαθέσει πέντε μηχανικούς για να βοηθήσει τον καθηγητή να λύσει το πρόβλημα της εμπορευματοποίησης της εφεύρεσης. Η Intel, με τη σειρά της, έριξε τριακόσιους υπαλλήλους στη δημιουργία της δικής της έκδοσης μνήμης Flash.
Ενώ η Intel και η Toshiba ανέπτυξαν εξελίξεις στον τομέα της αποθήκευσης Flash, δύο σημαντικά γεγονότα συνέβησαν το 1986. Πρώτον, το SCSI, ένα σύνολο συμβάσεων για την επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών και περιφερειακών συσκευών, έχει τυποποιηθεί επίσημα. Δεύτερον, αναπτύχθηκε η διεπαφή AT Attachment (ATA), γνωστή με την επωνυμία Integrated Drive Electronics (IDE), χάρη στην οποία ο ελεγκτής μονάδας μετακινήθηκε μέσα στη μονάδα.
Για τρία χρόνια, ο Fujio Mausoka εργάστηκε για τη βελτίωση της τεχνολογίας μνήμης Flash και μέχρι το 1987 ανέπτυξε τη μνήμη NAND.
Η μνήμη NAND είναι η ίδια μνήμη NOR, οργανωμένη σε έναν τρισδιάστατο πίνακα. Η κύρια διαφορά ήταν ότι ο αλγόριθμος για την πρόσβαση σε κάθε κελί έγινε πιο περίπλοκος, η περιοχή κελιών έγινε μικρότερη και η συνολική χωρητικότητα αυξήθηκε σημαντικά.
Ένα χρόνο αργότερα, η Intel ανέπτυξε τη δική της μνήμη NOR Flash και η Digipro δημιούργησε μια μονάδα δίσκου σε αυτήν που ονομάζεται Flashdisk. Η πρώτη έκδοση του Flashdisk στη μέγιστη διαμόρφωσή της περιείχε 16 MiB δεδομένων και κόστιζε λιγότερο από $500
Στα τέλη της δεκαετίας του '80 και στις αρχές της δεκαετίας του '90, οι κατασκευαστές σκληρών δίσκων ανταγωνίστηκαν για να κάνουν τους δίσκους μικρότερους. Το 1989, η PrairieTek κυκλοφόρησε τη μονάδα δίσκου PrairieTek 220 20 MiB σε μορφή 2.5 ιντσών. Δύο χρόνια αργότερα, η Integral Peripherals δημιουργεί τον δίσκο Integral Peripherals 1820 “Mustang” με τον ίδιο όγκο, αλλά ήδη 1.8 ίντσες. Ένα χρόνο αργότερα, η Hewlett-Packard μείωσε το μέγεθος του δίσκου στις 1.3 ίντσες.
Η Seagate παρέμεινε πιστή στους δίσκους 3.5 ιντσών και βασίστηκε στην αύξηση των ταχυτήτων περιστροφής, κυκλοφόρησε το διάσημο μοντέλο Barracuda το 1992, τον πρώτο σκληρό δίσκο με ταχύτητα ατράκτου 7200 σ.α.λ. Αλλά η Seagate δεν επρόκειτο να σταματήσει εκεί. Το 1996, οι κινήσεις από τη γραμμή Seagate Cheetah έφτασαν σε ταχύτητα περιστροφής 10000 σ.α.λ. και τέσσερα χρόνια αργότερα η τροποποίηση X15 περιστράφηκε μέχρι τις 15000 σ.α.λ.
Το 2000, η διεπαφή ATA έγινε γνωστή ως PATA. Ο λόγος για αυτό ήταν η εμφάνιση της διεπαφής Serial ATA (SATA) με πιο συμπαγή καλώδια, υποστήριξη hot-swap και αυξημένη ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων. Η Seagate πήρε το προβάδισμα και εδώ, κυκλοφόρησε τον πρώτο σκληρό δίσκο με τέτοια διεπαφή το 2002.
Η παραγωγή της μνήμης flash αρχικά ήταν πολύ ακριβή, αλλά το κόστος μειώθηκε απότομα στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Η Transcend εκμεταλλεύτηκε αυτό, κυκλοφόρησε μονάδες SSD με χωρητικότητες που κυμαίνονταν από 2003 έως 16 MiB το 512. Τρία χρόνια αργότερα, η Samsung και η SanDisk εντάχθηκαν στη μαζική παραγωγή. Την ίδια χρονιά, η IBM πούλησε το τμήμα δίσκων της στη Hitachi.
Οι μονάδες Solid State κέρδιζαν δυναμική και υπήρχε ένα προφανές πρόβλημα: η διεπαφή SATA ήταν πιο αργή από τους ίδιους τους SSD. Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, η ομάδα εργασίας NVM Express άρχισε να αναπτύσσει το NVMe - μια προδιαγραφή για πρωτόκολλα πρόσβασης για SSD απευθείας μέσω του διαύλου PCIe, παρακάμπτοντας τον «ενδιάμεσο» με τη μορφή ενός ελεγκτή SATA. Αυτό θα επέτρεπε την πρόσβαση δεδομένων σε ταχύτητες διαύλου PCIe. Δύο χρόνια αργότερα, η πρώτη έκδοση της προδιαγραφής ήταν έτοιμη και ένα χρόνο αργότερα εμφανίστηκε η πρώτη μονάδα NVMe.
Διαφορές μεταξύ των σύγχρονων SSD και HDD
Σε φυσικό επίπεδο, η διαφορά μεταξύ ενός SSD και ενός σκληρού δίσκου είναι εύκολα αισθητή: ένας SSD δεν έχει μηχανικά στοιχεία και οι πληροφορίες αποθηκεύονται σε κελιά μνήμης. Η απουσία κινούμενων στοιχείων οδηγεί σε γρήγορη πρόσβαση σε δεδομένα σε οποιοδήποτε μέρος της μνήμης, ωστόσο, υπάρχει όριο στον αριθμό των κύκλων επανεγγραφής. Λόγω του περιορισμένου αριθμού κύκλων επανεγγραφής για κάθε κυψέλη μνήμης, υπάρχει ανάγκη για έναν μηχανισμό εξισορρόπησης - εξομάλυνση της φθοράς της κυψέλης με τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ των κυψελών. Αυτή η εργασία εκτελείται από τον ελεγκτή δίσκου.
Για να πραγματοποιήσει την εξισορρόπηση, ο ελεγκτής SSD πρέπει να γνωρίζει ποιες κυψέλες είναι κατειλημμένες και ποιες ελεύθερες. Ο ελεγκτής είναι σε θέση να παρακολουθεί την εγγραφή δεδομένων σε ένα ίδιο κελί, κάτι που δεν μπορεί να ειπωθεί για διαγραφή. Όπως γνωρίζετε, τα λειτουργικά συστήματα (OS) δεν διαγράφουν δεδομένα από το δίσκο όταν ο χρήστης διαγράφει ένα αρχείο, αλλά επισημαίνουν τις αντίστοιχες περιοχές μνήμης ως ελεύθερες. Αυτή η λύση εξαλείφει την ανάγκη αναμονής για λειτουργία δίσκου κατά τη χρήση σκληρού δίσκου, αλλά είναι εντελώς ακατάλληλη για λειτουργία SSD. Ο ελεγκτής μονάδας SSD λειτουργεί με byte, όχι με συστήματα αρχείων, και επομένως απαιτεί ξεχωριστό μήνυμα όταν διαγράφεται ένα αρχείο.
Έτσι εμφανίστηκε η εντολή TRIM (Αγγλικά - trim), με την οποία το λειτουργικό σύστημα ειδοποιεί τον ελεγκτή δίσκου SSD να ελευθερώσει μια συγκεκριμένη περιοχή μνήμης. Η εντολή TRIM διαγράφει οριστικά δεδομένα από έναν δίσκο. Δεν γνωρίζουν όλα τα λειτουργικά συστήματα να στέλνουν αυτήν την εντολή σε μονάδες στερεάς κατάστασης και οι ελεγκτές RAID υλικού σε λειτουργία διάταξης δίσκων δεν στέλνουν ποτέ το TRIM σε δίσκους.
Για να συνεχιστεί ...
Στα επόμενα μέρη θα μιλήσουμε για τους παράγοντες μορφής, τις διεπαφές σύνδεσης και την εσωτερική οργάνωση μονάδων δίσκου στερεάς κατάστασης.
Στο εργαστήριό μας Μπορείτε να δοκιμάσετε ανεξάρτητα τις σύγχρονες μονάδες HDD και SSD και να βγάλετε τα συμπεράσματά σας.
Μόνο εγγεγραμμένοι χρήστες μπορούν να συμμετάσχουν στην έρευνα. , Σας παρακαλούμε.
Πιστεύετε ότι ο SSD θα μπορεί να μετατοπίσει τον σκληρό δίσκο;
-
71.2%Ναι, οι SSD είναι το μέλλον396
-
7.5%Όχι, η εποχή του μαγνητο-οπτικού HDD42 είναι μπροστά
-
21.2%Η υβριδική έκδοση HDD + SSD118 θα κερδίσει
Ψήφισαν 556 χρήστες. 72 χρήστες απείχαν.
Πηγή: www.habr.com