Estudar a historia dos discos é o comezo da viaxe para comprender os principios de funcionamento das unidades de estado sólido. A primeira parte da nosa serie de artigos, "Introdución aos SSD", fará un percorrido pola historia e permitirache comprender claramente a diferenza entre un SSD e o seu competidor máis próximo, o HDD.
A pesar da abundancia de varios dispositivos para almacenar información, a popularidade dos discos duros e SSD no noso tempo é innegable. A diferenza entre estes dous tipos de unidades é obvia para a persoa media: o SSD é máis caro e máis rápido, mentres que o HDD é máis barato e espazos.
Cómpre prestar especial atención á unidade de medida da capacidade de almacenamento: historicamente, os prefixos decimais como quilo e mega enténdense no contexto da tecnoloxía da información como a décima e vixésima potencia de dous. Para eliminar a confusión, introducíronse os prefixos binarios kibi-, mebi- e outros. A diferenza entre estes decodificadores faise notable a medida que aumenta o volume: ao mercar un disco de 240 gigabytes, podes almacenar 223.5 gigabytes de información nel.
Mergullo na historia
O desenvolvemento do primeiro disco duro comezou en 1952 por IBM. O 14 de setembro de 1956 anunciouse o resultado final do desenvolvemento: o IBM 350 Model 1. A unidade contiña 3.75 mebibytes de datos cunhas dimensións moi inmodestas: 172 centímetros de altura, 152 centímetros de longo e 74 centímetros de ancho. No seu interior había 50 discos finos revestidos de ferro puro cun diámetro de 610 mm (24 polgadas). O tempo medio para buscar datos no disco levou ~600 ms.
Co paso do tempo, IBM mellorou a tecnoloxía constantemente. Introducido en 1961 cunha capacidade de 18.75 megabytes con cabezales de lectura en cada prato. EN Apareceron cartuchos de disco extraíbles e, desde 1970, introduciuse no IBM 3330 un sistema de detección e corrección de erros. Tres anos despois apareceu coñecido como "Winchester".
Winchester (do inglés Winchester rifle) - o nome xeral dos rifles e escopetas fabricados pola Winchester Repeating Arms Company nos Estados Unidos na segunda metade do século XIX. Estas foron unha das primeiras escopetas repetitivas que se fixeron moi populares entre os compradores. Deberon o seu nome ao fundador da empresa, Oliver Fisher Winchester.
O IBM 3340 constaba de dous fusos de 30 MiB cada un, por iso os enxeñeiros chamaron este disco "30-30". O nome lembraba ao rifle Winchester Modelo 1894 con recámara en .30-30 Winchester, o que levou a Kenneth Haughton, que dirixiu o desenvolvemento do IBM 3340, a dicir "Se é un 30-30, debe ser un Winchester". -30, entón debe ser un Winchester."). Desde entón, non só os rifles, senón tamén os discos duros foron chamados "discos duros".
Tres anos máis despois, lanzouse o IBM 3350 “Madrid” con pratos de 14 polgadas e un tempo de acceso de 25 ms.
A primeira unidade SSD foi creada por Dataram en 1976. A unidade Dataram BulkCore constaba dun chasis con oito lápices de memoria RAM cunha capacidade de 256 KiB cada unha. En comparación co primeiro disco duro, BulkCore era pequeno: 50,8 cm de longo, 48,26 cm de ancho e 40 cm de alto. Ao mesmo tempo, o tempo de acceso aos datos neste modelo era de só 750 ns, o que é 30000 veces máis rápido que a unidade HDD máis moderna daquela época.
En 1978 fundouse Shugart Technology, que un ano despois cambiou o seu nome a Seagate Technology para evitar conflitos con Shugart Associates. Despois de dous anos de traballo, Seagate lanzou o ST-506, o primeiro disco duro para ordenadores persoais no formato de 5.25 polgadas e cunha capacidade de 5 MiB.
Ademais da aparición da tecnoloxía Shugart, recordouse 1978 polo lanzamento do primeiro SSD Enterprise de StorageTek. O StorageTek STC 4305 contén 45 MiB de datos. Este SSD foi desenvolvido como substituto do IBM 2305, tiña dimensións similares e custaba uns 400 dólares incribles.
En 1982, SSD entrou no mercado das computadoras persoais. A empresa Axlon está a desenvolver un disco SSD en chips RAM chamado RAMDISK 320 específicamente para o Apple II. Dado que a unidade foi creada a partir da memoria volátil, no kit incluíuse unha batería para manter a seguridade da información. A capacidade da batería era suficiente para 3 horas de funcionamento autónomo en caso de perda de enerxía.
Un ano despois, Rodime lanzará o primeiro disco duro RO352 de 10 MiB no formato de 3.5 polgadas que son coñecidos para os usuarios modernos. A pesar de que esta é a primeira unidade comercial deste factor de forma, Rodime non fixo nada innovador.
O primeiro produto deste factor de forma considérase unha unidade de disquete introducida por Tandon e Shugart Associates. Ademais, Seagate e MiniScribe acordaron adoptar o estándar da industria de 3.5 polgadas, deixando atrás a Rodime, que afrontou o destino dun "troll de patentes" e unha saída completa da industria de produción de unidades.
En 1980, o enxeñeiro de Toshiba, o profesor Fujio Masuoka, rexistrou unha patente para un novo tipo de memoria chamada memoria NOR Flash. O desenvolvemento levou 4 anos.
A memoria NOR é unha matriz 2D clásica de condutores, na que unha cela está instalada na intersección de filas e columnas (análoga á memoria dos núcleos magnéticos).
En 1984, o profesor Masuoka falou sobre o seu invento na Reunión Internacional de Desenvolvedores Electrónicos, onde Intel recoñeceu rapidamente a promesa deste desenvolvemento. Toshiba, onde traballaba o profesor Masuoka, non consideraba que a memoria flash fose nada especial e, polo tanto, cumpriu a petición de Intel de facer varios prototipos para o seu estudo.
O interese de Intel no desenvolvemento de Fujio levou a Toshiba a asignar cinco enxeñeiros para axudar ao profesor a resolver o problema da comercialización da invención. Intel, pola súa banda, botou trescentos empregados a crear a súa propia versión de memoria Flash.
Mentres Intel e Toshiba estaban a desenvolver desenvolvementos no campo do almacenamento Flash, en 1986 ocorreron dous eventos importantes. En primeiro lugar, o SCSI, un conxunto de convencións para a comunicación entre ordenadores e dispositivos periféricos, foi estandarizado oficialmente. En segundo lugar, desenvolveuse a interface AT Attachment (ATA), coñecida baixo a marca Integrated Drive Electronics (IDE), grazas á cal o controlador da unidade foi movido dentro da unidade.
Durante tres anos, Fujio Mausoka traballou para mellorar a tecnoloxía de memoria flash e en 1987 desenvolveu a memoria NAND.
A memoria NAND é a mesma memoria NOR, organizada nunha matriz tridimensional. A principal diferenza foi que o algoritmo para acceder a cada célula fíxose máis complexo, a área da célula fíxose máis pequena e a capacidade total aumentou significativamente.
Un ano despois, Intel desenvolveu a súa propia memoria Flash NOR, e Digipro fixo unha unidade chamada Flashdisk. A primeira versión de Flashdisk na súa configuración máxima contiña 16 MiB de datos e custaba menos de 500 dólares
A finais dos 80 e principios dos 90, os fabricantes de discos duros competiron para facer unidades máis pequenas. En 1989, PrairieTek lanzou a unidade PrairieTek 220 de 20 MiB nun factor de forma de 2.5 polgadas. Dous anos despois, Integral Peripherals crea o disco "Mustang" Integral Peripherals 1820 co mesmo volume, pero xa de 1.8 polgadas. Un ano despois, Hewlett-Packard reduciu o tamaño do disco a 1.3 polgadas.
Seagate mantívose fiel ás unidades no factor de forma de 3.5 polgadas e confiou en aumentar as velocidades de rotación, lanzando o seu famoso modelo Barracuda en 1992, o primeiro disco duro cunha velocidade de eixo de 7200 rpm. Pero Seagate non ía parar aí. En 1996, as unidades da liña Seagate Cheetah alcanzaron unha velocidade de rotación de 10000 rpm, e catro anos despois a modificación X15 xirou ata 15000 rpm.
En 2000, a interface ATA pasou a chamarse PATA. O motivo disto foi a aparición da interface Serial ATA (SATA) con cables máis compactos, soporte de intercambio en quente e maior velocidade de transferencia de datos. Seagate tamén tomou o liderado aquí, lanzando o primeiro disco duro con tal interface en 2002.
A memoria flash era inicialmente moi cara de producir, pero os custos baixaron drasticamente a principios dos anos 2000. Transcend aproveitou isto, lanzando unidades SSD con capacidades que van de 2003 a 16 MiB en 512. Tres anos despois, Samsung e SanDisk uníronse á produción en masa. No mesmo ano, IBM vendeu a súa división de discos a Hitachi.
As unidades de estado sólido estaban gañando impulso e había un problema obvio: a interface SATA era máis lenta que as propias unidades SSD. Para resolver este problema, o NVM Express Workgroup comezou a desenvolver NVMe, unha especificación para protocolos de acceso para SSD directamente a través do bus PCIe, evitando o "intermediario" en forma de controlador SATA. Isto permitiría o acceso a datos a velocidades do bus PCIe. Dous anos despois, a primeira versión da especificación estaba lista e un ano despois apareceu a primeira unidade NVMe.
Diferenzas entre os SSD e os HDD modernos
A nivel físico, a diferenza entre un SSD e un HDD é facilmente perceptible: un SSD non ten elementos mecánicos e a información almacénase en celas de memoria. A ausencia de elementos móbiles leva a un acceso rápido aos datos en calquera parte da memoria, con todo, hai un límite no número de ciclos de reescritura. Debido ao número limitado de ciclos de reescritura para cada célula de memoria, é necesario un mecanismo de equilibrio: nivelar o desgaste das células mediante a transferencia de datos entre as celas. Este traballo realízao o controlador de disco.
Para realizar o equilibrio, o controlador SSD necesita saber que celas están ocupadas e cales están libres. O controlador é capaz de rastrexar a gravación de datos nunha propia cela, o que non se pode dicir sobre a eliminación. Como sabedes, os sistemas operativos (SO) non borran datos do disco cando o usuario elimina un ficheiro, senón que marcan as áreas de memoria correspondentes como libres. Esta solución elimina a necesidade de esperar a que funcione o disco cando se usa un HDD, pero é completamente inadecuada para operar un SSD. O controlador da unidade SSD funciona con bytes, non con sistemas de ficheiros e, polo tanto, require unha mensaxe separada cando se elimina un ficheiro.
Así apareceu o comando TRIM (inglés - trim), co cal o SO avisa ao controlador do disco SSD para que libere unha determinada área de memoria. O comando TRIM borra permanentemente os datos dun disco. Non todos os sistemas operativos saben enviar este comando a unidades de estado sólido e os controladores RAID de hardware no modo de matriz de discos nunca envían TRIM aos discos.
Continuar ...
Nas seguintes partes falaremos dos factores de forma, das interfaces de conexión e da organización interna das unidades de estado sólido.
No noso laboratorio Podes probar de forma independente as unidades HDD e SSD modernas e sacar as túas propias conclusións.
Só os usuarios rexistrados poden participar na enquisa. , por favor.
Cres que o SSD poderá desprazar o disco duro?
-
71.2%Si, os SSD son o futuro396
-
7.5%Non, a era do HDD42 magneto-óptico está por diante
-
21.2%Gañará a versión híbrida HDD + SSD118
Votaron 556 usuarios. 72 usuarios abstivéronse.
Fonte: www.habr.com