Levyjen historian opiskelu on matkan alkuun SSD-asemien toimintaperiaatteiden ymmärtämiseen. Artikkelisarjamme ensimmäinen osa, "Johdatus SSD-levyihin", vie historian kierroksen ja antaa sinun ymmärtää selkeästi eron SSD:n ja sen lähimmän kilpailijan, kiintolevyn, välillä.
Huolimatta erilaisten tietojen tallentamiseen tarkoitettujen laitteiden runsaudesta, kiintolevy- ja SSD-levyjen suosio meidän aikanamme on kiistaton. Ero näiden kahden asematyypin välillä on ilmeinen tavalliselle ihmiselle: SSD on kalliimpi ja nopeampi, kun taas HDD on halvempi ja tilavampi.
Erityistä huomiota tulee kiinnittää tallennuskapasiteetin mittayksikköön: historiallisesti desimaalietuliitteet, kuten kilo ja mega, ymmärretään tietotekniikan kontekstissa kahden kymmenes ja kahdeskymmenes potenssit. Sekaannusten poistamiseksi otettiin käyttöön binäärietuliitteet kibi-, mebi- ja muut. Ero näiden digisovittimien välillä tulee havaittavaksi äänenvoimakkuuden kasvaessa: ostaessasi 240 gigatavun levyn, voit tallentaa sille 223.5 gigatavua tietoa.
Uppoutuminen historiaan
IBM aloitti ensimmäisen kiintolevyn kehittämisen vuonna 1952. 14. syyskuuta 1956 julkistettiin kehityksen lopullinen tulos - IBM 350 Model 1. Asema sisälsi 3.75 mebitavua dataa, jonka mitat olivat erittäin vaatimattomat: 172 senttimetriä korkea, 152 senttimetriä pitkä ja 74 senttimetriä leveä. Sisällä oli 50 ohutta, puhtaalla raudalla päällystettyä kiekkoa, joiden halkaisija oli 610 mm (24 tuumaa). Keskimääräinen aika tietojen etsimiseen levyltä kesti ~600 ms.
Ajan myötä IBM paransi tekniikkaa jatkuvasti. Esitelty vuonna 1961 jonka kapasiteetti on 18.75 megatavua ja lukupäät kullakin lautasella. SISÄÄN irrotettavat levykasetit ilmestyivät, ja vuodesta 1970 lähtien IBM 3330 -malliin otettiin käyttöön virheiden havaitsemis- ja korjausjärjestelmä. Kolme vuotta myöhemmin hän ilmestyi tunnetaan nimellä "Winchester".
Winchester (englanninkielisestä Winchester-kivääristä) - Winchester Repeating Arms Companyn Yhdysvalloissa XNUMX-luvun jälkipuoliskolla valmistamien kiväärien ja haulikoiden yleinen nimi. Nämä olivat yksi ensimmäisistä toistuvista haulikoista, joista tuli erittäin suosittuja ostajien keskuudessa. He olivat nimensä velkaa yrityksen perustajalle Oliver Fisher Winchesterille.
IBM 3340 koostui kahdesta 30 MiB:n karasta, minkä vuoksi insinöörit kutsuivat tätä levyä "30-30". Nimi muistutti Winchester Model 1894 -kivääriä, joka oli kammio 30-30 Winchesterissä, jolloin IBM 3340:n kehitystä johtanut Kenneth Haughton sanoi: "Jos se on 30-30, sen on oltava Winchester." a 30 -30, sen on oltava Winchester."). Siitä lähtien kiväärien lisäksi myös kiintolevyjä on kutsuttu "kovalevyiksi".
Vielä kolme vuotta myöhemmin, IBM 3350 “Madrid” julkaistiin 14 tuuman levyillä ja 25 ms:n käyttöajalla.
Dataram loi ensimmäisen SSD-aseman vuonna 1976. Dataram BulkCore -asema koostui rungosta, jossa oli kahdeksan RAM-muistitikkua, joiden kunkin kapasiteetti oli 256 KiB. Ensimmäiseen kiintolevyyn verrattuna BulkCore oli pieni: 50,8 cm pitkä, 48,26 cm leveä ja 40 cm korkea. Samaan aikaan tietojen käyttöaika tässä mallissa oli vain 750 ns, mikä on 30000 XNUMX kertaa nopeampi kuin tuolloin nykyaikaisin HDD-asema.
Vuonna 1978 perustettiin Shugart Technology, joka vuotta myöhemmin muutti nimensä Seagate Technologyksi välttääkseen konflikteja Shugart Associatesin kanssa. Kahden vuoden työn jälkeen Seagate julkaisi ST-506:n – ensimmäisen henkilökohtaisten tietokoneiden kiintolevyn, jonka koko on 5.25 tuumaa ja jonka kapasiteetti on 5 MiB.
Shugart Technologyn ilmaantumisen lisäksi vuosi 1978 muistettiin ensimmäisen Enterprise SSD:n julkaisusta StorageTekiltä. StorageTek STC 4305 sisälsi 45 MiB tietoa. Tämä SSD kehitettiin korvaamaan IBM 2305, sillä oli samanlaiset mitat ja se maksoi uskomattomat 400 000 dollaria.
Vuonna 1982 SSD tuli henkilökohtaisten tietokoneiden markkinoille. Axlon-yhtiö kehittää erityisesti Apple II:ta varten SSD-levyä RAM-siruilla nimeltä RAMDISK 320. Koska asema luotiin haihtuvan muistin pohjalta, pakkauksessa toimitettiin akku tiedon turvallisuuden ylläpitämiseksi. Akun kapasiteetti riitti 3 tunnin itsenäiseen käyttöön sähkökatkon sattuessa.
Vuotta myöhemmin Rodime julkaisee ensimmäisen RO352 10 MiB -kiintolevyn nykyaikaisille käyttäjille tutussa 3.5 tuuman kokoisessa muodossa. Huolimatta siitä, että tämä on ensimmäinen kaupallinen asema tässä muodossa, Rodime ei käytännössä tehnyt mitään innovatiivista.
Ensimmäisenä tuotteena tässä muodossa pidetään Tandonin ja Shugart Associatesin markkinoille tuomaa levykeasemaa. Lisäksi Seagate ja MiniScribe sopivat ottavansa käyttöön 3.5 tuuman teollisuusstandardin, jättäen Rodimen taakse, joka kohtasi "patenttipeikon" ja täydellisen vetäytymisteollisuuden irtautumisen.
Vuonna 1980 Toshiban insinööri, professori Fujio Masuoka rekisteröi patentin uudelle muistityypille nimeltä NOR Flash -muisti. Kehitys kesti 4 vuotta.
NOR-muisti on klassinen 2D-matriisi johtimista, jossa yksi solu on asennettu rivien ja sarakkeiden leikkauskohtaan (analogisesti magneettisydämien muistin kanssa).
Vuonna 1984 professori Masuoka puhui keksinnöstään International Electronics Developers Meetingissä, jossa Intel tunnusti nopeasti tämän kehityksen lupauksen. Toshiba, jossa professori Masuoka työskenteli, ei pitänyt Flash-muistia mitenkään erikoisena, ja siksi täytti Intelin pyynnön tehdä useita prototyyppejä tutkittavaksi.
Intelin kiinnostus Fujion kehitystä kohtaan sai Toshiban käyttöön viisi insinööriä auttamaan professoria ratkaisemaan keksinnön kaupallistamisen ongelman. Intel puolestaan työnsi kolmesataa työntekijää luomaan oman versionsa Flash-muistista.
Intelin ja Toshiban kehittäessä Flash-tallennustilaa, vuonna 1986 tapahtui kaksi tärkeää tapahtumaa. Ensinnäkin SCSI, tietokoneiden ja oheislaitteiden välisen viestinnän käytäntö, on virallisesti standardoitu. Toiseksi kehitettiin tuotenimellä Integrated Drive Electronics (IDE) tunnettu AT Attachment (ATA) -liitäntä, jonka ansiosta taajuusmuuttajan ohjain siirrettiin aseman sisään.
Kolmen vuoden ajan Fujio Mausoka työskenteli parantaakseen Flash-muistitekniikkaa ja kehitti vuoteen 1987 mennessä NAND-muistin.
NAND-muisti on sama NOR-muisti, joka on järjestetty kolmiulotteiseksi taulukoksi. Suurin ero oli, että kuhunkin soluun pääsyn algoritmista tuli monimutkaisempi, solun pinta-ala pieneni ja kokonaiskapasiteetti kasvoi merkittävästi.
Vuotta myöhemmin Intel kehitti oman NOR Flash -muistinsa, ja Digipro teki siihen aseman nimeltä Flashdisk. Ensimmäinen Flashdiskin versio maksimikokoonpanossaan sisälsi 16 MiB dataa ja maksoi alle 500 dollaria
80-luvun lopulla ja 90-luvun alussa kovalevyvalmistajat kilpailivat levyjen pienentämisestä. Vuonna 1989 PrairieTek julkaisi PrairieTek 220 20 MiB -aseman 2.5 tuuman kokoisena. Kaksi vuotta myöhemmin Integral Peripherals luo Integral Peripherals 1820 ”Mustang” -levyn, jolla on sama tilavuus, mutta jo 1.8 tuumaa. Vuotta myöhemmin Hewlett-Packard pienensi levyn koon 1.3 tuumaan.
Seagate pysyi uskollisena 3.5 tuuman asemille ja luotti kasvavaan pyörimisnopeuteen ja julkaisi vuonna 1992 kuuluisan Barracuda-mallinsa, ensimmäisen kiintolevyn, jonka karanopeus oli 7200 rpm. Mutta Seagate ei aikonut pysähtyä tähän. Vuonna 1996 Seagate Cheetah -linjan asemat saavuttivat 10000 15 rpm:n pyörimisnopeuden, ja neljä vuotta myöhemmin X15000-muunnos nousi XNUMX XNUMX rpm:iin.
Vuonna 2000 ATA-liitäntä tuli tunnetuksi nimellä PATA. Syynä tähän oli Serial ATA (SATA) -liitännän ilmaantuminen, jossa on kompaktimmat johdot, hot-swap-tuki ja lisääntynyt tiedonsiirtonopeus. Seagate otti johtoaseman myös tässä ja julkaisi ensimmäisen kiintolevyn tällaisella käyttöliittymällä vuonna 2002.
Flash-muisti oli alun perin erittäin kallista tuottaa, mutta kustannukset laskivat jyrkästi 2000-luvun alussa. Transcend hyödynsi tätä ja julkaisi vuonna 2003 SSD-asemia, joiden kapasiteetti vaihteli 16-512 MiB:n välillä. Kolme vuotta myöhemmin Samsung ja SanDisk liittyivät massatuotantoon. Samana vuonna IBM myi levyosastonsa Hitachille.
Solid State Drive -asemat vauhdittivat vauhtia, ja siinä oli ilmeinen ongelma: SATA-liitäntä oli hitaampi kuin SSD-levyt itse. Tämän ongelman ratkaisemiseksi NVM Express Workgroup alkoi kehittää NVMe:tä - spesifikaatiota SSD-levyjen pääsyprotokollia varten suoraan PCIe-väylän kautta ohittaen "välittäjän" SATA-ohjaimen muodossa. Tämä mahdollistaisi tietojen käytön PCIe-väylän nopeuksilla. Kaksi vuotta myöhemmin spesifikaation ensimmäinen versio oli valmis, ja vuotta myöhemmin ilmestyi ensimmäinen NVMe-asema.
Erot nykyaikaisten SSD-levyjen ja kiintolevyjen välillä
Fyysisellä tasolla ero SSD:n ja HDD:n välillä on helposti havaittavissa: SSD:ssä ei ole mekaanisia elementtejä ja tiedot tallennetaan muistisoluihin. Liikkuvien elementtien puuttuminen johtaa nopeaan pääsyyn tietoihin missä tahansa muistin osassa, mutta uudelleenkirjoitusjaksojen lukumäärää on rajoitettu. Koska kunkin muistisolun uudelleenkirjoitusjaksojen määrä on rajallinen, tarvitaan tasapainotusmekanismi, joka tasoittaa solujen kulumista siirtämällä tietoja solujen välillä. Tämän työn suorittaa levyohjain.
Tasapainotuksen suorittamiseksi SSD-ohjaimen on tiedettävä, mitkä solut ovat varattuja ja mitkä ovat vapaita. Ohjain pystyy seuraamaan tiedon tallentumista soluun, mitä ei voida sanoa poistamisesta. Kuten tiedät, käyttöjärjestelmät (OS) eivät poista tietoja levyltä, kun käyttäjä poistaa tiedoston, vaan merkitsevät vastaavat muistialueet vapaiksi. Tämä ratkaisu eliminoi tarpeen odottaa levytoimintoa HDD:tä käytettäessä, mutta se on täysin sopimaton SSD-levyn käyttöön. SSD-asemaohjain toimii tavujen, ei tiedostojärjestelmien kanssa, ja vaatii siksi erillisen viestin, kun tiedosto poistetaan.
Näin ilmestyi TRIM (englanniksi - trim) -komento, jolla käyttöjärjestelmä ilmoittaa SSD-levyohjaimelle vapauttamaan tietyn muistialueen. TRIM-komento poistaa tiedot pysyvästi levyltä. Kaikki käyttöjärjestelmät eivät osaa lähettää tätä komentoa solid-state-asemille, ja laitteisto-RAID-ohjaimet levyryhmätilassa eivät koskaan lähetä TRIM-komentoa levyille.
Jatkuu ...
Seuraavissa osissa puhutaan muototekijöistä, liitäntäliitännöistä ja solid-state-asemien sisäisestä organisaatiosta.
Meidän laboratoriossa Voit testata itsenäisesti nykyaikaisia kiintolevy- ja SSD-asemia ja tehdä omat johtopäätöksesi.
Vain rekisteröityneet käyttäjät voivat osallistua kyselyyn. , ole kiltti.
Luuletko, että SSD voi syrjäyttää kiintolevyn?
-
71.2%Kyllä, SSD-levyt ovat tulevaisuutta396
-
7.5%Ei, magneto-optisen HDD42:n aikakausi on edessä
-
21.2%Hybridiversio HDD + SSD118 voittaa
556 käyttäjää äänesti. 72 käyttäjää pidättyi äänestämästä.
Lähde: will.com