El estudio de la historia de los discos es el comienzo del viaje hacia la comprensión de los principios de funcionamiento de las unidades de estado sólido. La primera parte de nuestra serie de artículos, “Introducción a los SSD”, hará un recorrido por la historia y le permitirá comprender claramente la diferencia entre un SSD y su competidor más cercano, el HDD.
A pesar de la abundancia de diversos dispositivos para almacenar información, la popularidad de los HDD y SSD en nuestro tiempo es innegable. La diferencia entre estos dos tipos de unidades es obvia para el ciudadano medio: las SSD son más caras y más rápidas, mientras que las HDD son más baratas y más espaciosas.
Se debe prestar especial atención a la unidad de medida de la capacidad de almacenamiento: históricamente, los prefijos decimales como kilo y mega se entienden en el contexto de la tecnología de la información como la décima y la vigésima potencia de dos. Para eliminar la confusión, se introdujeron los prefijos binarios kibi-, mebi- y otros. La diferencia entre estos decodificadores se hace evidente a medida que aumenta el volumen: al comprar un disco de 240 gigabytes, se pueden almacenar 223.5 gigabytes de información en él.
Inmersión en la historia
El desarrollo del primer disco duro comenzó en 1952 por parte de IBM. El 14 de septiembre de 1956 se anunció el resultado final del desarrollo: el IBM 350 Modelo 1. El disco contenía 3.75 mebibytes de datos con unas dimensiones muy modestas: 172 centímetros de alto, 152 centímetros de largo y 74 centímetros de ancho. En su interior había 50 discos finos recubiertos de hierro puro con un diámetro de 610 mm (24 pulgadas). El tiempo promedio para buscar datos en el disco tomó ~600 ms.
Con el paso del tiempo, IBM mejoró constantemente la tecnología. Introducido en 1961 con una capacidad de 18.75 megas con cabezas de lectura en cada plato. EN Aparecieron cartuchos de disco extraíbles y, desde 1970, se introdujo un sistema de detección y corrección de errores en el IBM 3330. Tres años después apareció conocido como "Winchester".
Winchester (del rifle inglés Winchester) - el nombre general de los rifles y escopetas fabricados por la Winchester Repeating Arms Company en Estados Unidos en la segunda mitad del siglo XIX. Éstas fueron una de las primeras escopetas de repetición que se hicieron extremadamente populares entre los compradores. Deben su nombre al fundador de la empresa, Oliver Fisher Winchester.
El IBM 3340 constaba de dos ejes de 30 MiB cada uno, por lo que Los ingenieros llamaron a este disco “30-30”.. El nombre recordaba al rifle Winchester Modelo 1894 con recámara .30-30 Winchester, lo que llevó a Kenneth Haughton, quien dirigió el desarrollo del IBM 3340, a decir "Si es un 30-30, debe ser un Winchester". -30, entonces debe ser un Winchester."). Desde entonces, no sólo los rifles, sino también los discos duros se denominan "discos duros".
Tres años más tarde, se lanzó el IBM 3350 “Madrid” con platos de 14 pulgadas y un tiempo de acceso de 25 ms.
La primera unidad SSD fue creada por Dataram en 1976. El disco Dataram BulkCore constaba de un chasis con ocho tarjetas de memoria RAM con una capacidad de 256 KiB cada una. En comparación con el primer disco duro, BulkCore era pequeño: 50,8 cm de largo, 48,26 cm de ancho y 40 cm de alto. Al mismo tiempo, el tiempo de acceso a los datos en este modelo fue de solo 750 ns, lo que es 30000 veces más rápido que el disco duro más moderno de la época.
En 1978 se fundó Shugart Technology, que un año después cambió su nombre a Seagate Technology para evitar conflictos con Shugart Associates. Después de dos años de trabajo, Seagate lanzó el ST-506, el primer disco duro para computadoras personales con un formato de 5.25 pulgadas y una capacidad de 5 MB.
Además de la aparición de la tecnología Shugart, 1978 fue recordado por el lanzamiento del primer SSD empresarial de StorageTek. El StorageTek STC 4305 contenía 45 MiB de datos. Este SSD fue desarrollado como reemplazo del IBM 2305, tenía dimensiones similares y costó la increíble cantidad de 400 dólares.
En 1982, SSD entró en el mercado de las computadoras personales. La empresa Axlon está desarrollando un disco SSD con chips RAM llamado RAMDISK 320 específicamente para Apple II. Dado que el disco se creó sobre la base de memoria volátil, se incluía una batería en el kit para mantener la seguridad de la información. La capacidad de la batería era suficiente para 3 horas de funcionamiento autónomo en caso de corte de energía.
Un año después, Rodime lanzará el primer disco duro RO352 de 10 MiB en el formato de 3.5 pulgadas familiar para los usuarios modernos. A pesar de que este es el primer disco comercial con este formato, Rodime esencialmente no hizo nada innovador.
Se considera que el primer producto en este factor de forma es una unidad de disquete presentada por Tandon y Shugart Associates. Además, Seagate y MiniScribe acordaron adoptar el estándar industrial de 3.5 pulgadas, dejando atrás a Rodime, que se enfrentaba al destino de un "troll de patentes" y a una salida total de la industria de producción de unidades.
En 1980, el ingeniero de Toshiba, el profesor Fujio Masuoka, registró una patente para un nuevo tipo de memoria llamada memoria NOR Flash. El desarrollo tomó 4 años.
La memoria NOR es una matriz clásica de conductores 2D, en el que se instala una celda en la intersección de filas y columnas (análoga a la memoria en núcleos magnéticos).
En 1984, el profesor Masuoka habló sobre su invento en la Reunión Internacional de Desarrolladores de Electrónica, donde Intel rápidamente reconoció la promesa de este desarrollo. Toshiba, donde trabajaba el profesor Masuoka, no consideraba que la memoria Flash fuera nada especial, por lo que accedió al pedido de Intel de fabricar varios prototipos para su estudio.
El interés de Intel en el desarrollo de Fujio llevó a Toshiba a asignar cinco ingenieros para ayudar al profesor a resolver el problema de la comercialización del invento. Intel, a su vez, dedicó a trescientos empleados a crear su propia versión de memoria Flash.
Mientras Intel y Toshiba desarrollaban desarrollos en el campo del almacenamiento Flash, en 1986 ocurrieron dos hechos importantes. En primer lugar, se ha estandarizado oficialmente SCSI, un conjunto de convenciones para la comunicación entre computadoras y dispositivos periféricos. En segundo lugar, se desarrolló la interfaz AT Attachment (ATA), conocida con el nombre de marca Integrated Drive Electronics (IDE), gracias a la cual el controlador de la unidad se movía dentro de la unidad.
Durante tres años, Fujio Mausoka trabajó para mejorar la tecnología de memoria Flash y en 1987 desarrolló la memoria NAND.
La memoria NAND es la misma memoria NOR, organizada en una matriz tridimensional. La principal diferencia fue que el algoritmo para acceder a cada celda se volvió más complejo, el área de la celda se hizo más pequeña y la capacidad total aumentó significativamente.
Un año después, Intel desarrolló su propia memoria NOR Flash y Digipro creó una unidad llamada Flashdisk. La primera versión de Flashdisk en su configuración máxima contenía 16 MiB de datos y costaba menos de 500 dólares.
A finales de los 80 y principios de los 90, los fabricantes de discos duros compitieron para fabricar discos más pequeños. En 1989, PrairieTek lanzó la unidad PrairieTek 220 de 20 MiB en un formato de 2.5 pulgadas. Dos años más tarde, Integral Peripherals crea el disco Integral Peripherals 1820 “Mustang” con el mismo volumen, pero ya de 1.8 pulgadas. Un año después, Hewlett-Packard redujo el tamaño del disco a 1.3 pulgadas.
Seagate se mantuvo fiel a las unidades de formato de 3.5 pulgadas y confió en velocidades de rotación cada vez mayores, lanzando en 1992 su famoso modelo Barracuda, el primer disco duro con una velocidad de eje de 7200 rpm. Pero Seagate no iba a quedarse ahí. En 1996, los discos de la línea Seagate Cheetah alcanzaron una velocidad de rotación de 10000 rpm y cuatro años más tarde, la modificación X15 alcanzó las 15000 rpm.
En 2000, la interfaz ATA pasó a denominarse PATA. La razón de esto fue la aparición de la interfaz Serial ATA (SATA) con cables más compactos, soporte de intercambio en caliente y mayor velocidad de transferencia de datos. Seagate también tomó la delantera en este aspecto y lanzó el primer disco duro con dicha interfaz en 2002.
Inicialmente, la producción de memoria flash era muy costosa, pero los costos cayeron drásticamente a principios de la década de 2000. Transcend aprovechó esto y lanzó unidades SSD con capacidades que oscilaban entre 2003 y 16 MiB en 512. Tres años después, Samsung y SanDisk se sumaron a la producción en masa. Ese mismo año, IBM vendió su división de discos a Hitachi.
Las unidades de estado sólido estaban ganando impulso y había un problema evidente: la interfaz SATA era más lenta que las propias SSD. Para resolver este problema, NVM Express Workgroup comenzó a desarrollar NVMe, una especificación para protocolos de acceso a SSD directamente a través del bus PCIe, sin pasar por el "intermediario" en forma de controlador SATA. Esto permitiría el acceso a datos a velocidades de bus PCIe. Dos años después, la primera versión de la especificación estaba lista y un año después apareció la primera unidad NVMe.
Diferencias entre SSD y HDD modernos
A nivel físico, la diferencia entre un SSD y un HDD se nota fácilmente: un SSD no tiene elementos mecánicos y la información se almacena en celdas de memoria. La ausencia de elementos móviles conduce a un acceso rápido a los datos en cualquier parte de la memoria, sin embargo, existe un límite en el número de ciclos de reescritura. Debido al número limitado de ciclos de reescritura para cada celda de memoria, existe la necesidad de un mecanismo de equilibrio: nivelar el desgaste de las celdas mediante la transferencia de datos entre celdas. Este trabajo lo realiza el controlador de disco.
Para realizar el equilibrado, el controlador SSD necesita saber qué celdas están ocupadas y cuáles libres. El controlador puede rastrear la grabación de datos en una celda, lo que no se puede decir sobre la eliminación. Como sabes, los sistemas operativos (SO) no borran datos del disco cuando el usuario elimina un archivo, sino que marcan las áreas de memoria correspondientes como libres. Esta solución elimina la necesidad de esperar a que funcione el disco cuando se utiliza un HDD, pero es completamente inadecuada para operar un SSD. El controlador de la unidad SSD funciona con bytes, no con sistemas de archivos y, por lo tanto, requiere un mensaje separado cuando se elimina un archivo.
Así apareció el comando TRIM (inglés - trim), con el que el sistema operativo notifica al controlador del disco SSD que libere un área de memoria determinada. El comando TRIM borra permanentemente los datos de un disco. No todos los sistemas operativos saben cómo enviar este comando a unidades de estado sólido, y los controladores RAID de hardware en modo de matriz de discos nunca envían TRIM a los discos.
To be continued ...
En las siguientes partes hablaremos sobre factores de forma, interfaces de conexión y la organización interna de las unidades de estado sólido.
En nuestro laboratorio Puede probar de forma independiente las unidades HDD y SSD modernas y sacar sus propias conclusiones.
Solo los usuarios registrados pueden participar en la encuesta. por favor
¿Crees que el SSD podrá desplazar al HDD?
-
71.2%Sí, los SSD son el futuro396
-
7.5%No, la era del HDD42 magnetoóptico está por delante
-
21.2%La versión híbrida HDD + SSD118 ganará
556 usuarios votaron. 72 usuarios se abstuvieron.
Fuente: habr.com