Ketaste ajaloo uurimine on teekonna algus pooljuhtdraivide tööpõhimõtete mõistmiseks. Meie artiklite seeria esimene osa "Sissejuhatus SSD-desse" teeb ringkäigu ajaloos ja võimaldab teil selgelt mõista erinevust SSD ja selle lähima konkurendi HDD vahel.
Vaatamata mitmesuguste teabe salvestamiseks mõeldud seadmete rohkusele on HDD-de ja SSD-de populaarsus meie ajal vaieldamatu. Erinevus nende kahe tüüpi draivide vahel on tavainimesele ilmne: SSD on kallim ja kiirem, HDD aga odavam ja mahukam.
Erilist tähelepanu tuleks pöörata mälumahu mõõtühikule: ajalooliselt mõistetakse kümnendkoha eesliiteid nagu kilo ja mega infotehnoloogia kontekstis kahe kümnenda ja kahekümnenda astmena. Segaduse kõrvaldamiseks võeti kasutusele binaarsed eesliited kibi-, mebi- jt. Erinevus nende digibokside vahel muutub märgatavaks helitugevuse kasvades: ostes 240 gigabaidise ketta, saab sellele salvestada 223.5 gigabaiti infot.
Sukeldu ajalukku
Esimese kõvaketta väljatöötamist alustas 1952. aastal IBM. 14. septembril 1956 tehti teatavaks arenduse lõpptulemus – IBM 350 Model 1. Draiv sisaldas 3.75 mebibaiti väga tagasihoidlike mõõtmetega andmeid: kõrgus 172 sentimeetrit, pikkus 152 sentimeetrit ja laius 74 sentimeetrit. Sees oli 50 peenikest puhta rauaga kaetud ketast läbimõõduga 610 mm (24 tolli). Keskmiselt kulus kettalt andmete otsimiseks ~600 ms.
Aja möödudes täiustas IBM tehnoloogiat pidevalt. Tutvustati 1961. aastal mahutavusega 18.75 megabaiti ja lugemispead igal taldrikul. IN ilmusid eemaldatavad kettakassetid ja alates 1970. aastast võeti IBM 3330-sse sisse vigade tuvastamise ja parandamise süsteem. Kolm aastat hiljem ilmus ta tuntud kui "Winchester".
Winchester (inglise Winchesteri vintpüssist) - USA-s Winchester Repeating Arms Company poolt XNUMX. sajandi teisel poolel toodetud vintpüsside ja jahipüsside üldnimetus. Need olid ühed esimesed korduvad jahipüssid, mis said ostjate seas ülipopulaarseks. Nad võlgnesid oma nime ettevõtte asutajale Oliver Fisher Winchesterile.
IBM 3340 koosnes kahest 30 MiB spindlist, mistõttu insenerid nimetasid seda plaati "30-30". Nimi meenutas vintpüssi Winchester Model 1894, mille kamber oli 30–30 Winchesteris, mistõttu Kenneth Haughton, kes juhtis IBM 3340 väljatöötamist, ütles: "Kui see on 30-30, peab see olema Winchester." a 30 -30, siis peab see olema Winchester."). Sellest ajast alates on mitte ainult vintpüssi, vaid ka kõvakettaid nimetatud "kõvaketasteks".
Veel kolm aastat hiljem ilmus IBM 3350 “Madrid” 14-tolliste taldrikutega ja juurdepääsuajaga 25 ms.
Esimese SSD-draivi lõi Dataram 1976. aastal. Dataram BulkCore draiv koosnes kaheksast RAM-mälupulgast, mille igaühe maht oli 256 KiB, šassiist. Võrreldes esimese kõvakettaga oli BulkCore pisike: 50,8 cm pikk, 48,26 cm lai ja 40 cm kõrge. Samas oli andmetele ligipääsu aeg sellel mudelil vaid 750 ns, mis on 30000 XNUMX korda kiirem kui tolle aja moodsaimal HDD-draivil.
1978. aastal asutati Shugart Technology, mis aasta hiljem muutis oma nime Seagate Technologyks, et vältida konflikte Shugart Associatesiga. Pärast kaheaastast tööd andis Seagate välja ST-506 - esimese personaalarvutite kõvaketta 5.25-tollise kujuga ja mahuga 5 MiB.
Lisaks Shugart Technology ilmumisele jäi 1978. aasta meelde StorageTeki esimese Enterprise SSD väljalaskmisega. StorageTek STC 4305 mahutas 45 MiB andmemahtu. See SSD töötati välja IBM 2305 asendusena, sellel oli sarnased mõõtmed ja see maksis uskumatult 400 000 dollarit.
1982. aastal sisenes SSD personaalarvutite turule. Axloni ettevõte arendab spetsiaalselt Apple II jaoks RAM-kiipidel SSD-ketast nimega RAMDISK 320. Kuna draiv loodi lenduva mälu baasil, oli komplektis kaasas ka aku, et säilitada info turvalisus. Aku mahutavusest piisas 3 tunniks autonoomseks tööks voolukatkestuse korral.
Aasta hiljem annab Rodime välja esimese RO352 10 MiB kõvaketta tänapäevastele kasutajatele tuttava 3.5-tollise kujuga. Hoolimata asjaolust, et tegemist on sellises vormis esimese kommertssõiduga, ei teinud Rodime sisuliselt midagi uuenduslikku.
Esimeseks tooteks selles vormis peetakse Tandoni ja Shugart Associatesi poolt kasutusele võetud disketiseadet. Veelgi enam, Seagate ja MiniScribe leppisid kokku 3.5-tollise tööstusstandardi kasutuselevõtmises, jättes maha Rodime, kes seisis silmitsi patenditrolli saatusega ja ajamite tootmisest täieliku väljumisega.
1980. aastal registreeris Toshiba insener, professor Fujio Masuoka patendi uut tüüpi mälule nimega NOR Flash mälu. Areng võttis 4 aastat.
NOR-mälu on klassikaline 2D juhtide maatriks, milles ridade ja veergude ristumiskohta on paigaldatud üks lahter (analoogselt magnetsüdamike mäluga).
1984. aastal rääkis professor Masuoka oma leiutisest rahvusvahelisel elektroonikaarendajate kohtumisel, kus Intel mõistis kiiresti selle arenduse lubadust. Toshiba, kus professor Masuoka töötas, ei pidanud välkmälu millekski eriliseks ja täitis seetõttu Inteli palve teha uuringuks mitu prototüüpi.
Inteli huvi Fujio arenduse vastu ajendas Toshibat eraldama viis inseneri, kes aitaksid professoril lahendada leiutise kommertsialiseerimise probleemi. Intel omakorda pani kolmsada töötajat looma oma Flash-mälu versiooni.
Sel ajal, kui Intel ja Toshiba arendasid välkmäluseadmeid, toimus 1986. aastal kaks olulist sündmust. Esiteks on ametlikult standarditud SCSI, arvutite ja välisseadmete vahelise suhtluse tavade kogum. Teiseks töötati välja AT Attachment (ATA) liides, mida tuntakse kaubamärgi Integrated Drive Electronics (IDE) all, tänu millele viidi draivi kontroller draivi sisse.
Kolm aastat töötas Fujio Mausoka välkmälutehnoloogia täiustamise nimel ja töötas 1987. aastaks välja NAND-mälu.
NAND-mälu on sama NOR-mälu, mis on organiseeritud kolmemõõtmeliseks massiiviks. Peamine erinevus seisnes selles, et igale lahtrile juurdepääsu algoritm muutus keerukamaks, lahtri pindala vähenes ja kogumaht suurenes oluliselt.
Aasta hiljem töötas Intel välja oma NOR Flash mälu ja Digipro tegi sellele draivi nimega Flashdisk. Flashdiski esimene versioon oma maksimaalses konfiguratsioonis sisaldas 16 MiB andmemahtu ja maksis vähem kui 500 dollarit
80ndate lõpus ja 90ndate alguses võistlesid kõvaketaste tootjad draive väiksemaks muutmise nimel. 1989. aastal andis PrairieTek välja PrairieTek 220 20 MiB draivi 2.5-tollise kujuga. Kaks aastat hiljem loob Integral Peripherals sama mahuga, kuid juba 1820-tollise plaadi Integral Peripherals 1.8 “Mustang”. Aasta hiljem vähendas Hewlett-Packard ketta suurust 1.3 tollini.
Seagate jäi truuks 3.5-tollise kujuteguriga draividele ja toetus pöörlemiskiiruse suurenemisele, andes 1992. aastal välja oma kuulsa Barracuda mudeli, esimese kõvaketta spindli kiirusega 7200 p/min. Kuid Seagate ei kavatsenud sellega peatuda. 1996. aastal saavutasid Seagate Cheetah liini ajamid pöörlemiskiiruse 10000 15 pööret minutis ja neli aastat hiljem pöörles X15000 modifikatsioon kuni XNUMX XNUMX pööret minutis.
2000. aastal hakati ATA-liidest nimetama PATA-ks. Selle põhjuseks oli Serial ATA (SATA) liidese tekkimine kompaktsemate juhtmetega, kiirvahetuse toega ja suurenenud andmeedastuskiirusega. Seagate asus ka siin juhtpositsioonile, andes 2002. aastal välja esimese sellise liidesega kõvaketta.
Välkmälu oli algselt väga kallis toota, kuid kulud langesid järsult 2000. aastate alguses. Transcend kasutas seda ära, andes 2003. aastal välja SSD-draivid mahuga 16–512 MiB. Kolm aastat hiljem liitusid Samsung ja SanDisk masstootmisega. Samal aastal müüs IBM oma kettaosakonna Hitachile.
Solid State Drives sai hoogu ja ilmnes ilmne probleem: SATA liides oli aeglasem kui SSD-d ise. Selle probleemi lahendamiseks hakkas NVM Express Workgroup välja töötama NVMe - spetsifikatsiooni SSD-de juurdepääsuprotokollide jaoks otse PCIe siini kaudu, minnes mööda SATA-kontrolleri kujul olevast "vahendajast". See võimaldaks juurdepääsu andmetele PCIe siini kiirustel. Kaks aastat hiljem oli spetsifikatsiooni esimene versioon valmis ja aasta hiljem ilmus esimene NVMe-draiv.
Erinevused kaasaegsete SSD-de ja HDD-de vahel
Füüsilisel tasandil on erinevus SSD ja HDD vahel kergesti märgatav: SSD-l puuduvad mehaanilised elemendid ning teave salvestatakse mälurakkudesse. Liikuvate elementide puudumine tagab kiire juurdepääsu andmetele mis tahes mälu osas, kuid ümberkirjutamistsüklite arv on piiratud. Kuna iga mäluelemendi ümberkirjutamistsüklite arv on piiratud, tekib vajadus tasakaalustava mehhanismi järele – rakkude kulumise tasandamiseks rakkude vahel andmete edastamise teel. Seda tööd teostab kettakontroller.
Tasakaalustamiseks peab SSD-kontroller teadma, millised rakud on hõivatud ja millised vabad. Kontroller suudab ise jälgida andmete salvestamist lahtrisse, mida ei saa öelda kustutamise kohta. Teatavasti ei kustuta operatsioonisüsteemid (OS) andmeid kettalt, kui kasutaja faili kustutab, vaid märgivad vastavad mälupiirkonnad vabaks. See lahendus välistab HDD kasutamisel kettaoperatsiooni ootamise, kuid on täiesti sobimatu SSD töötamiseks. SSD-draivi kontroller töötab baitidega, mitte failisüsteemidega ja nõuab seetõttu faili kustutamisel eraldi sõnumit.
Nii ilmus käsk TRIM (inglise keeles - trimmi), millega OS annab SSD kettakontrollerile märku teatud mäluala vabastamiseks. Käsk TRIM kustutab andmed jäädavalt kettalt. Mitte kõik operatsioonisüsteemid ei tea seda käsku pooljuhtdraividele saata ja kettamassiivi režiimis olevad riistvara-RAID-kontrollerid ei saada kunagi ketastele TRIM-i.
Jätkub ...
Järgmistes osades räägime vormiteguritest, ühendusliidestest ja pooljuhtketaste sisemisest korraldusest.
Meie laboris Saate iseseisvalt testida kaasaegseid HDD- ja SSD-draive ning teha oma järeldused.
Küsitluses saavad osaleda ainult registreerunud kasutajad. palun.
Kas arvate, et SSD suudab HDD-d välja tõrjuda?
-
71.2%Jah, SSD-d on tulevik396
-
7.5%Ei, ees on magnetoptilise HDD42 ajastu
-
21.2%Võidab hübriidversioon HDD + SSD118
556 kasutajat hääletas. 72 kasutajat jäi erapooletuks.
Allikas: www.habr.com