एसएसडी का परिचय. भाग 1. ऐतिहासिक

डिस्क के इतिहास का अध्ययन सॉलिड-स्टेट ड्राइव के संचालन के सिद्धांतों को समझने की यात्रा की शुरुआत है। लेखों की हमारी श्रृंखला का पहला भाग, "एसएसडी का परिचय", इतिहास का भ्रमण कराएगा और आपको एसएसडी और उसके निकटतम प्रतिद्वंद्वी, एचडीडी के बीच अंतर को स्पष्ट रूप से समझने की अनुमति देगा।

जानकारी संग्रहीत करने के लिए विभिन्न उपकरणों की प्रचुरता के बावजूद, हमारे समय में एचडीडी और एसएसडी की लोकप्रियता निर्विवाद है। इन दो प्रकार की ड्राइव के बीच का अंतर औसत व्यक्ति के लिए स्पष्ट है: SSD अधिक महंगा और तेज़ है, जबकि HDD सस्ता और अधिक विस्तृत है।

भंडारण क्षमता के लिए माप की इकाई पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए: ऐतिहासिक रूप से, किलो और मेगा जैसे दशमलव उपसर्गों को सूचना प्रौद्योगिकी के संदर्भ में दो की दसवीं और बीसवीं शक्तियों के रूप में समझा जाता है। भ्रम को खत्म करने के लिए, बाइनरी उपसर्ग किबी-, मेबी- और अन्य पेश किए गए थे। वॉल्यूम बढ़ने पर इन सेट-टॉप बॉक्स के बीच अंतर ध्यान देने योग्य हो जाता है: 240 गीगाबाइट डिस्क खरीदते समय, आप उस पर 223.5 गीगाबाइट जानकारी संग्रहीत कर सकते हैं।

इतिहास में उतरो

पहली हार्ड ड्राइव का विकास 1952 में IBM द्वारा शुरू किया गया था। 14 सितंबर, 1956 को, विकास का अंतिम परिणाम घोषित किया गया - आईबीएम 350 मॉडल 1। ड्राइव में बहुत ही अजीब आयामों के साथ 3.75 मेबीबाइट डेटा था: ऊंचाई में 172 सेंटीमीटर, लंबाई में 152 सेंटीमीटर और चौड़ाई में 74 सेंटीमीटर। अंदर 50 मिमी (610 इंच) के व्यास के साथ शुद्ध लोहे से लेपित 24 पतली डिस्क थीं। डिस्क पर डेटा खोजने में औसत समय ~600 एमएस लगा।

जैसे-जैसे समय बीतता गया, आईबीएम ने प्रौद्योगिकी में लगातार सुधार किया। 1961 में पेश किया गया IBM 1301 प्रत्येक प्लेटर पर रीड हेड के साथ 18.75 मेगाबाइट की क्षमता के साथ। में IBM 1311 हटाने योग्य डिस्क कार्ट्रिज दिखाई दिए, और 1970 के बाद से, आईबीएम 3330 में एक त्रुटि पहचान और सुधार प्रणाली पेश की गई। तीन वर्ष बाद वह प्रकट हुआ IBM 3340 "विनचेस्टर" के नाम से जाना जाता है।

विनचेस्टर (अंग्रेजी विनचेस्टर राइफल से) - XNUMXवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में संयुक्त राज्य अमेरिका में विनचेस्टर रिपीटिंग आर्म्स कंपनी द्वारा निर्मित राइफलों और शॉटगनों का सामान्य नाम। ये पहली बार दोहराई जाने वाली बन्दूकों में से एक थीं जो खरीदारों के बीच बेहद लोकप्रिय हुईं। उनका नाम कंपनी के संस्थापक ओलिवर फिशर विनचेस्टर के नाम पर पड़ा।

IBM 3340 में प्रत्येक 30 MiB के दो स्पिंडल शामिल थे, यही कारण है इंजीनियरों ने इस डिस्क को "30-30" कहा. यह नाम .1894-30 विनचेस्टर में स्थित विनचेस्टर मॉडल 30 राइफल की याद दिलाता है, जिसके कारण आईबीएम 3340 के विकास का नेतृत्व करने वाले केनेथ हॉटन ने कहा था, "यदि यह 30-30 है, तो यह अवश्य ही विनचेस्टर होना चाहिए।" 30 -30, तो यह विनचेस्टर होना चाहिए।")। तब से, न केवल राइफलें, बल्कि हार्ड ड्राइव को भी "हार्ड ड्राइव" कहा जाने लगा है।

तीन और साल बाद, आईबीएम 3350 "मैड्रिड" को 14-इंच प्लेटर्स और 25 एमएस के एक्सेस टाइम के साथ जारी किया गया।

पहली SSD ड्राइव दाताराम द्वारा 1976 में बनाई गई थी। डेटाराम बल्ककोर ड्राइव में 256 KiB की क्षमता वाली आठ रैम मेमोरी स्टिक वाली चेसिस शामिल थी। पहली हार्ड ड्राइव की तुलना में, बल्ककोर छोटा था: 50,8 सेमी लंबा, 48,26 सेमी चौड़ा और 40 सेमी ऊंचा। वहीं, इस मॉडल में डेटा एक्सेस टाइम केवल 750 ns था, जो उस समय की सबसे आधुनिक HDD ड्राइव से 30000 गुना तेज है।

1978 में, शुगार्ट टेक्नोलॉजी की स्थापना की गई, जिसने शुगार्ट एसोसिएट्स के साथ टकराव से बचने के लिए एक साल बाद इसका नाम बदलकर सीगेट टेक्नोलॉजी कर दिया। दो साल के काम के बाद, सीगेट ने ST-506 जारी किया - 5.25-इंच फॉर्म फैक्टर और 5 MiB की क्षमता के साथ पर्सनल कंप्यूटर के लिए पहली हार्ड ड्राइव।

शुगार्ट टेक्नोलॉजी के उद्भव के अलावा, 1978 को स्टोरेजटेक के पहले एंटरप्राइज एसएसडी की रिलीज के लिए याद किया गया था। स्टोरेजटेक एसटीसी 4305 में 45 MiB डेटा था। इस SSD को IBM 2305 के प्रतिस्थापन के रूप में विकसित किया गया था, इसके आयाम समान थे और इसकी लागत अविश्वसनीय $400 थी।

1982 में, SSD ने पर्सनल कंप्यूटर बाज़ार में प्रवेश किया। एक्सलॉन कंपनी विशेष रूप से Apple II के लिए RAMDISK 320 नामक RAM चिप्स पर एक SSD डिस्क विकसित कर रही है। चूंकि ड्राइव को अस्थिर मेमोरी के आधार पर बनाया गया था, इसलिए जानकारी की सुरक्षा बनाए रखने के लिए किट में एक बैटरी की आपूर्ति की गई थी। बिजली की हानि की स्थिति में बैटरी की क्षमता 3 घंटे के स्वायत्त संचालन के लिए पर्याप्त थी।

एक साल बाद, रोडाइम आधुनिक उपयोगकर्ताओं से परिचित 352-इंच फॉर्म फैक्टर में पहला RO10 3.5 MiB हार्ड ड्राइव जारी करेगा। इस तथ्य के बावजूद कि इस फॉर्म फैक्टर में यह पहली व्यावसायिक ड्राइव है, रोडाइम ने मूलतः कुछ भी नवीन नहीं किया।

इस फॉर्म फैक्टर में पहला उत्पाद टंडन और शुगार्ट एसोसिएट्स द्वारा शुरू की गई फ्लॉपी ड्राइव माना जाता है। इसके अलावा, सीगेट और मिनीस्क्राइब ने रॉडाइम को पीछे छोड़ते हुए 3.5-इंच उद्योग मानक को अपनाने पर सहमति व्यक्त की, जिसे "पेटेंट ट्रोल" के भाग्य और ड्राइव उत्पादन उद्योग से पूरी तरह बाहर निकलने का सामना करना पड़ा।

1980 में, तोशिबा के इंजीनियर, प्रोफेसर फुजियो मासुओका ने NOR फ्लैश मेमोरी नामक एक नई प्रकार की मेमोरी के लिए एक पेटेंट पंजीकृत किया। विकास में 4 साल लगे.

NOR मेमोरी कंडक्टरों का एक क्लासिक 2D मैट्रिक्स है, जिसमें पंक्तियों और स्तंभों के चौराहे पर एक सेल स्थापित किया जाता है (चुंबकीय कोर पर मेमोरी के अनुरूप)।

1984 में, प्रोफेसर मासुओका ने अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रॉनिक्स डेवलपर्स मीटिंग में अपने आविष्कार के बारे में बात की, जहाँ इंटेल ने तुरंत इस विकास के वादे को पहचाना। तोशिबा, जहां प्रोफेसर मासुओका ने काम किया था, ने फ्लैश मेमोरी को कुछ खास नहीं माना, और इसलिए अध्ययन के लिए कई प्रोटोटाइप बनाने के इंटेल के अनुरोध का अनुपालन किया।

फुजियो के विकास में इंटेल की रुचि ने तोशिबा को प्रोफेसर को आविष्कार के व्यावसायीकरण की समस्या को हल करने में मदद करने के लिए पांच इंजीनियरों को आवंटित करने के लिए प्रेरित किया। बदले में, इंटेल ने फ्लैश मेमोरी का अपना संस्करण बनाने में तीन सौ कर्मचारियों को लगा दिया।

जब इंटेल और तोशिबा फ़्लैश स्टोरेज के क्षेत्र में विकास कर रहे थे, 1986 में दो महत्वपूर्ण घटनाएँ घटीं। सबसे पहले, एससीएसआई, कंप्यूटर और परिधीय उपकरणों के बीच संचार के लिए सम्मेलनों का एक सेट, आधिकारिक तौर पर मानकीकृत किया गया है। दूसरे, एटी अटैचमेंट (एटीए) इंटरफ़ेस, जिसे ब्रांड नाम इंटीग्रेटेड ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स (आईडीई) के तहत जाना जाता है, विकसित किया गया था, जिसकी बदौलत ड्राइव कंट्रोलर को ड्राइव के अंदर ले जाया गया।

तीन वर्षों तक, फुजियो मौसोका ने फ्लैश मेमोरी तकनीक को बेहतर बनाने के लिए काम किया और 1987 तक NAND मेमोरी विकसित की।

NAND मेमोरी वही NOR मेमोरी है, जो त्रि-आयामी सरणी में व्यवस्थित होती है. मुख्य अंतर यह था कि प्रत्येक सेल तक पहुँचने के लिए एल्गोरिदम अधिक जटिल हो गया, सेल क्षेत्र छोटा हो गया और कुल क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि हुई।

एक साल बाद, इंटेल ने अपनी स्वयं की NOR फ्लैश मेमोरी विकसित की, और डिजीप्रो ने फ्लैशडिस्क नामक इस पर एक ड्राइव बनाई। फ्लैशडिस्क के पहले संस्करण में इसके अधिकतम कॉन्फ़िगरेशन में 16 MiB डेटा था और इसकी लागत $500 से कम थी

80 के दशक के अंत और 90 के दशक की शुरुआत में, हार्ड ड्राइव निर्माताओं ने ड्राइव को छोटा बनाने की होड़ की। 1989 में, प्रेयरीटेक ने 220-इंच फॉर्म फैक्टर में प्रेयरीटेक 20 2.5 MiB ड्राइव जारी किया। दो साल बाद, इंटीग्रल पेरिफेरल्स ने समान वॉल्यूम के साथ इंटीग्रल पेरिफेरल्स 1820 "मस्टैंग" डिस्क बनाई, लेकिन पहले से ही 1.8 इंच। एक साल बाद, हेवलेट-पैकार्ड ने डिस्क का आकार घटाकर 1.3 इंच कर दिया।

सीगेट 3.5-इंच फॉर्म फैक्टर में ड्राइव के प्रति वफादार रहा और बढ़ती रोटेशन गति पर भरोसा किया, 1992 में अपना प्रसिद्ध बाराकुडा मॉडल जारी किया, जो 7200 आरपीएम की स्पिंडल स्पीड वाली पहली हार्ड ड्राइव थी। लेकिन सीगेट यहीं रुकने वाला नहीं था। 1996 में, सीगेट चीता लाइन से ड्राइव 10000 आरपीएम की रोटेशन गति तक पहुंच गई, और चार साल बाद एक्स15 संशोधन 15000 आरपीएम तक पहुंच गया।

2000 में, ATA इंटरफ़ेस को PATA के नाम से जाना जाने लगा। इसका कारण अधिक कॉम्पैक्ट तारों, हॉट-स्वैप समर्थन और बढ़ी हुई डेटा ट्रांसफर गति के साथ सीरियल एटीए (एसएटीए) इंटरफ़ेस का उद्भव था। सीगेट ने 2002 में इस तरह के इंटरफ़ेस के साथ पहली हार्ड ड्राइव जारी करके यहां भी बढ़त ले ली।

शुरू में फ्लैश मेमोरी का उत्पादन बहुत महंगा था, लेकिन 2000 के दशक की शुरुआत में लागत में तेजी से गिरावट आई। ट्रांसेंड ने इसका फायदा उठाया और 2003 में 16 से 512 एमआईबी तक की क्षमता वाले एसएसडी ड्राइव जारी किए। तीन साल बाद, सैमसंग और सैनडिस्क बड़े पैमाने पर उत्पादन में शामिल हो गए। उसी वर्ष, IBM ने अपना डिस्क डिवीजन हिताची को बेच दिया।

सॉलिड स्टेट ड्राइव गति पकड़ रहे थे और एक स्पष्ट समस्या थी: SATA इंटरफ़ेस SSDs की तुलना में धीमा था। इस समस्या को हल करने के लिए, एनवीएम एक्सप्रेस वर्कग्रुप ने एनवीएमई विकसित करना शुरू किया - जो कि एसएटीए नियंत्रक के रूप में "मध्यस्थ" को दरकिनार करते हुए सीधे पीसीआईई बस पर एसएसडी के लिए एक्सेस प्रोटोकॉल के लिए एक विनिर्देश है। यह PCIe बस गति पर डेटा एक्सेस की अनुमति देगा। दो साल बाद, विनिर्देश का पहला संस्करण तैयार हो गया, और एक साल बाद पहली एनवीएमई ड्राइव सामने आई।

आधुनिक SSDs और HDDs के बीच अंतर

भौतिक स्तर पर, SSD और HDD के बीच अंतर आसानी से ध्यान देने योग्य है: SSD में कोई यांत्रिक तत्व नहीं होते हैं, और जानकारी मेमोरी कोशिकाओं में संग्रहीत होती है। गतिमान तत्वों की अनुपस्थिति से मेमोरी के किसी भी हिस्से में डेटा तक त्वरित पहुंच हो जाती है, हालांकि, पुनर्लेखन चक्रों की संख्या पर एक सीमा होती है। प्रत्येक मेमोरी सेल के लिए पुनर्लेखन चक्रों की सीमित संख्या के कारण, एक संतुलन तंत्र की आवश्यकता होती है - कोशिकाओं के बीच डेटा स्थानांतरित करके सेल की टूट-फूट को कम करना। यह कार्य डिस्क नियंत्रक द्वारा किया जाता है।

संतुलन बनाने के लिए, एसएसडी नियंत्रक को यह जानना होगा कि कौन से सेल व्याप्त हैं और कौन से मुक्त हैं। नियंत्रक किसी सेल में ही डेटा की रिकॉर्डिंग को ट्रैक करने में सक्षम है, जिसे हटाने के बारे में नहीं कहा जा सकता है। जैसा कि आप जानते हैं, जब उपयोगकर्ता किसी फ़ाइल को हटाता है तो ऑपरेटिंग सिस्टम (ओएस) डिस्क से डेटा नहीं मिटाते हैं, बल्कि संबंधित मेमोरी क्षेत्रों को मुक्त के रूप में चिह्नित करते हैं। यह समाधान HDD का उपयोग करते समय डिस्क संचालन के लिए प्रतीक्षा करने की आवश्यकता को समाप्त करता है, लेकिन SSD संचालन के लिए पूरी तरह से अनुपयुक्त है। SSD ड्राइव नियंत्रक बाइट्स के साथ काम करता है, फ़ाइल सिस्टम के साथ नहीं, और इसलिए फ़ाइल हटाए जाने पर एक अलग संदेश की आवश्यकता होती है।

इस प्रकार TRIM (अंग्रेजी - ट्रिम) कमांड दिखाई दिया, जिसके साथ OS एक निश्चित मेमोरी क्षेत्र को मुक्त करने के लिए SSD डिस्क नियंत्रक को सूचित करता है। TRIM कमांड डिस्क से डेटा को स्थायी रूप से मिटा देता है। सभी ऑपरेटिंग सिस्टम इस कमांड को सॉलिड-स्टेट ड्राइव पर भेजना नहीं जानते हैं, और डिस्क ऐरे मोड में हार्डवेयर RAID नियंत्रक कभी भी डिस्क पर TRIM नहीं भेजते हैं।

को जारी रखा जाएगा ...

निम्नलिखित भागों में हम फॉर्म फैक्टर, कनेक्शन इंटरफेस और सॉलिड-स्टेट ड्राइव के आंतरिक संगठन के बारे में बात करेंगे।

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स्रोत: www.habr.com