L'étude de l'histoire des disques est le début du voyage vers la compréhension des principes de fonctionnement des disques SSD. La première partie de notre série d'articles, « Introduction aux SSD », fera un tour de l'histoire et vous permettra de bien comprendre la différence entre un SSD et son plus proche concurrent, le HDD.
Malgré l'abondance de divers dispositifs de stockage d'informations, la popularité des disques durs et SSD à notre époque est indéniable. La différence entre ces deux types de disques est évidente pour le citoyen moyen : le SSD est plus cher et plus rapide, tandis que le disque dur est moins cher et plus spacieux.
Une attention particulière doit être accordée à l'unité de mesure de la capacité de stockage : historiquement, les préfixes décimaux tels que kilo et méga sont compris dans le contexte des technologies de l'information comme les dixième et vingtième puissances de deux. Pour éliminer toute confusion, les préfixes binaires kibi-, mebi- et autres ont été introduits. La différence entre ces décodeurs devient perceptible à mesure que le volume augmente : lors de l'achat d'un disque de 240 Go, vous pouvez y stocker 223.5 Go d'informations.
Plongez dans l'histoire
Le développement du premier disque dur a commencé en 1952 par IBM. Le 14 septembre 1956, le résultat final du développement est annoncé : l'IBM 350 modèle 1. Le disque contenait 3.75 mégaoctets de données aux dimensions très impudiques : 172 centimètres de hauteur, 152 centimètres de longueur et 74 centimètres de largeur. À l'intérieur se trouvaient 50 disques minces recouverts de fer pur d'un diamètre de 610 mm (24 pouces). Le temps moyen de recherche de données sur le disque a pris environ 600 ms.
Au fil du temps, IBM a progressivement amélioré la technologie. Introduit en 1961 d'une capacité de 18.75 Mo avec des têtes de lecture sur chaque plateau. DANS des cartouches de disque amovibles sont apparues et depuis 1970, un système de détection et de correction des erreurs a été introduit dans l'IBM 3330. Trois ans plus tard, il est apparu connu sous le nom de « Winchester ».
Winchester (du fusil anglais Winchester) - le nom général des carabines et fusils de chasse fabriqués par la Winchester Repeating Arms Company aux États-Unis dans la seconde moitié du XIXe siècle. Ce furent l’un des premiers fusils à répétition qui devint extrêmement populaire auprès des acheteurs. Ils doivent leur nom au fondateur de l'entreprise, Oliver Fisher Winchester.
L'IBM 3340 était constitué de deux broches de 30 Mio chacune, c'est pourquoi les ingénieurs ont appelé ce disque « 30-30 ». Le nom rappelait le fusil Winchester modèle 1894 chambré en .30-30 Winchester, ce qui a amené Kenneth Haughton, qui a dirigé le développement de l'IBM 3340, à dire : « Si c'est un 30-30, ce doit être un Winchester. » -30, alors ce doit être un Winchester.") Depuis lors, non seulement les fusils, mais aussi les disques durs sont appelés « disques durs ».
Trois ans plus tard, l'IBM 3350 « Madrid » est commercialisé avec des plateaux de 14 pouces et un temps d'accès de 25 ms.
Le premier disque SSD a été créé par Dataram en 1976. Le lecteur Dataram BulkCore se composait d'un châssis avec huit clés USB d'une capacité de 256 Ko chacune. Comparé au premier disque dur, BulkCore était minuscule : 50,8 cm de long, 48,26 cm de large et 40 cm de haut. Dans le même temps, le temps d'accès aux données dans ce modèle n'était que de 750 ns, soit 30000 XNUMX fois plus rapide que le disque dur le plus moderne de l'époque.
En 1978, Shugart Technology a été fondée, qui a changé un an plus tard son nom en Seagate Technology pour éviter les conflits avec Shugart Associates. Après deux ans de travail, Seagate a lancé le ST-506, le premier disque dur pour ordinateurs personnels au format 5.25 pouces et d'une capacité de 5 Mio.
Outre l'émergence de la technologie Shugart, l'année 1978 a été marquée par la sortie du premier SSD d'entreprise de StorageTek. Le StorageTek STC 4305 contenait 45 Mo de données. Ce SSD a été développé pour remplacer l'IBM 2305, avait des dimensions similaires et coûtait la somme incroyable de 400 000 $.
En 1982, le SSD fait son entrée sur le marché des ordinateurs personnels. La société Axlon développe spécifiquement pour l'Apple II un disque SSD sur puces RAM appelé RAMDISK 320. Le lecteur étant créé sur la base d'une mémoire volatile, une batterie a été fournie dans le kit pour maintenir la sécurité des informations. La capacité de la batterie était suffisante pour 3 heures de fonctionnement autonome en cas de panne de courant.
Un an plus tard, Rodime lancera le premier disque dur RO352 de 10 Mo au format 3.5 pouces familier aux utilisateurs modernes. Bien qu'il s'agisse du premier disque commercial dans ce format, Rodime n'a essentiellement rien fait d'innovant.
Le premier produit dans ce format est considéré comme un lecteur de disquette introduit par Tandon et Shugart Associates. De plus, Seagate et MiniScribe ont convenu d'adopter la norme industrielle de 3.5 pouces, laissant derrière eux Rodime, confronté au sort d'un « troll de brevets » et à une sortie complète de l'industrie de la fabrication de disques.
En 1980, l'ingénieur Toshiba, le professeur Fujio Masuoka, a déposé un brevet pour un nouveau type de mémoire appelé mémoire NOR Flash. Le développement a duré 4 ans.
La mémoire NOR est une matrice 2D classique de conducteurs, dans lequel une cellule est installée à l'intersection des lignes et des colonnes (analogue à la mémoire sur noyaux magnétiques).
En 1984, le professeur Masuoka a parlé de son invention lors de l'International Electronics Developers Meeting, où Intel a rapidement reconnu la promesse de ce développement. Toshiba, où travaillait le professeur Masuoka, ne considérait pas la mémoire Flash comme quelque chose de spécial et a donc accédé à la demande d'Intel de réaliser plusieurs prototypes à étudier.
L'intérêt d'Intel pour le développement de Fujio a incité Toshiba à affecter cinq ingénieurs pour aider le professeur à résoudre le problème de la commercialisation de l'invention. Intel, à son tour, a engagé trois cents employés dans la création de sa propre version de la mémoire Flash.
Alors qu'Intel et Toshiba développaient des développements dans le domaine du stockage Flash, deux événements importants se sont produits en 1986. Premièrement, SCSI, un ensemble de conventions de communication entre ordinateurs et périphériques, a été officiellement normalisé. Deuxièmement, l'interface AT Attachment (ATA), connue sous le nom de marque Integrated Drive Electronics (IDE), a été développée, grâce à laquelle le contrôleur de lecteur a été déplacé à l'intérieur du lecteur.
Pendant trois ans, Fujio Mausoka a travaillé pour améliorer la technologie de la mémoire Flash et, en 1987, a développé la mémoire NAND.
La mémoire NAND est la même mémoire NOR, organisée en un tableau tridimensionnel. La principale différence était que l'algorithme d'accès à chaque cellule est devenu plus complexe, la surface de la cellule est devenue plus petite et la capacité totale a considérablement augmenté.
Un an plus tard, Intel a développé sa propre mémoire Flash NOR et Digipro a créé un lecteur appelé Flashdisk. La première version de Flashdisk dans sa configuration maximale contenait 16 Mo de données et coûtait moins de 500 $
À la fin des années 80 et au début des années 90, les fabricants de disques durs rivalisaient pour fabriquer des disques plus petits. En 1989, PrairieTek a lancé le lecteur PrairieTek 220 20 Mio au format 2.5 pouces. Deux ans plus tard, Integral Peripherals crée le disque Integral Peripherals 1820 « Mustang » avec le même volume, mais déjà 1.8 pouces. Un an plus tard, Hewlett-Packard a réduit la taille du disque à 1.3 pouces.
Seagate est resté fidèle aux disques au format 3.5 pouces et s'est appuyé sur des vitesses de rotation croissantes, en lançant son célèbre modèle Barracuda en 1992, le premier disque dur avec une vitesse de broche de 7200 1996 tr/min. Mais Seagate n’allait pas s’arrêter là. En 10000, les disques de la gamme Seagate Cheetah atteignaient une vitesse de rotation de 15 15000 tr/min, et quatre ans plus tard, la modification XXNUMX tournait jusqu'à XNUMX XNUMX tr/min.
En 2000, l'interface ATA est devenue connue sous le nom de PATA. La raison en était l'émergence de l'interface Serial ATA (SATA) avec des câbles plus compacts, une prise en charge du remplacement à chaud et une vitesse de transfert de données accrue. Seagate a également pris les devants en lançant le premier disque dur doté d'une telle interface en 2002.
La mémoire flash était initialement très coûteuse à produire, mais les coûts ont fortement chuté au début des années 2000. Transcend en a profité en lançant des disques SSD avec des capacités allant de 2003 à 16 Mio en 512. Trois ans plus tard, Samsung et SanDisk rejoignent la production de masse. La même année, IBM vend sa division disques à Hitachi.
Les disques SSD prenaient de l'ampleur et il y avait un problème évident : l'interface SATA était plus lente que les SSD eux-mêmes. Pour résoudre ce problème, le groupe de travail NVM Express a commencé à développer NVMe - une spécification pour les protocoles d'accès aux SSD directement via le bus PCIe, en contournant « l'intermédiaire » sous la forme d'un contrôleur SATA. Cela permettrait l’accès aux données aux vitesses du bus PCIe. Deux ans plus tard, la première version de la spécification était prête et un an plus tard, le premier disque NVMe est apparu.
Différences entre les SSD et les disques durs modernes
Au niveau physique, la différence entre un SSD et un HDD est facilement perceptible : un SSD ne comporte aucun élément mécanique et les informations sont stockées dans des cellules mémoire. L'absence d'éléments mobiles conduit à un accès rapide aux données dans n'importe quelle partie de la mémoire, cependant, il existe une limite au nombre de cycles de réécriture. En raison du nombre limité de cycles de réécriture pour chaque cellule mémoire, il est nécessaire de disposer d'un mécanisme d'équilibrage : niveler l'usure des cellules en transférant des données entre les cellules. Ce travail est effectué par le contrôleur de disque.
Pour effectuer l'équilibrage, le contrôleur SSD a besoin de savoir quelles cellules sont occupées et lesquelles sont libres. Le contrôleur est capable de suivre lui-même l’enregistrement des données dans une cellule, ce qui ne peut pas être dit de la suppression. Comme vous le savez, les systèmes d'exploitation (OS) n'effacent pas les données du disque lorsque l'utilisateur supprime un fichier, mais marquent les zones de mémoire correspondantes comme libres. Cette solution élimine le besoin d'attendre une opération de disque lors de l'utilisation d'un disque dur, mais est totalement inadaptée au fonctionnement d'un SSD. Le contrôleur de disque SSD fonctionne avec des octets, pas avec des systèmes de fichiers, et nécessite donc un message distinct lorsqu'un fichier est supprimé.
C'est ainsi qu'est apparue la commande TRIM (anglais - trim), avec laquelle le système d'exploitation informe le contrôleur de disque SSD de libérer une certaine zone mémoire. La commande TRIM efface définitivement les données d'un disque. Tous les systèmes d'exploitation ne savent pas envoyer cette commande aux disques SSD, et les contrôleurs RAID matériels en mode matrice de disques n'envoient jamais TRIM aux disques.
A suivre ...
Dans les parties suivantes, nous parlerons des facteurs de forme, des interfaces de connexion et de l'organisation interne des disques SSD.
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Source: habr.com