Proučavanje povijesti diskova početak je putovanja do razumijevanja principa rada solid-state diskova. Prvi dio naše serije članaka, "Uvod u SSD-ove", odvest će vas u povijest i omogućiti vam da jasno razumijete razliku između SSD-a i njegovog najbližeg konkurenta, HDD-a.
Unatoč obilju raznih uređaja za pohranjivanje informacija, popularnost HDD-ova i SSD-ova u naše vrijeme je neporeciva. Razlika između ove dvije vrste diskova je očita prosječnoj osobi: SSD je skuplji i brži, dok je HDD jeftiniji i prostraniji.
Posebnu pozornost treba obratiti na mjernu jedinicu za kapacitet pohrane: povijesno gledano, decimalni prefiksi kao što su kilo i mega shvaćeni su u kontekstu informacijske tehnologije kao deseta i dvadeseta potencija dvojke. Kako bi se uklonila zabuna, uvedeni su binarni prefiksi kibi-, mebi- i drugi. Razlika između ovih set-top box uređaja postaje vidljiva kako se volumen povećava: kada kupujete disk od 240 gigabajta, na njega možete pohraniti 223.5 gigabajta informacija.
Uronite u povijest
IBM je 1952. započeo razvoj prvog tvrdog diska. 14. rujna 1956. objavljen je konačni rezultat razvoja - IBM 350 Model 1. Disk je sadržavao 3.75 mebibajta podataka vrlo neskromnih dimenzija: 172 centimetra visine, 152 centimetra dužine i 74 centimetra širine. Unutra je bilo 50 tankih diskova obloženih čistim željezom promjera 610 mm (24 inča). Prosječno vrijeme traženja podataka na disku iznosilo je ~600 ms.
Kako je vrijeme prolazilo, IBM je neprestano poboljšavao tehnologiju. Predstavljen 1961. godine s kapacitetom od 18.75 megabajta s glavama za čitanje na svakoj ploči. U pojavili su se izmjenjivi diskovi, a od 1970. u IBM 3330 uveden je sustav otkrivanja i ispravljanja grešaka. Tri godine kasnije pojavio se poznat kao "Winchester".
Winchester (od engleske puške Winchester) - opći naziv za puške i sačmarice koje je u drugoj polovici XNUMX. stoljeća proizvodila Winchester Repeating Arms Company u SAD-u. To su bile jedne od prvih repetitorskih sačmarica koje su postale iznimno popularne među kupcima. Svoje ime duguju osnivaču tvrtke, Oliveru Fisheru Winchesteru.
IBM 3340 sastojao se od dva vretena od po 30 MiB, zbog čega je inženjeri su ovaj disk nazvali "30-30". Naziv je podsjećao na pušku Winchester Model 1894 s nabojem .30-30 Winchester, što je navelo Kennetha Haughtona, koji je vodio razvoj IBM 3340, da kaže: "Ako je to 30-30, mora biti Winchester." a 30 -30, onda mora biti Winchester."). Od tada se ne samo puške, već i tvrdi diskovi nazivaju "tvrdi diskovi".
Još tri godine kasnije, IBM 3350 “Madrid” je izdan s pločama od 14 inča i vremenom pristupa od 25 ms.
Prvi SSD disk napravio je Dataram 1976. godine. Dataram BulkCore pogon sastojao se od kućišta s osam RAM memorijskih kartica kapaciteta 256 KiB svaki. U usporedbi s prvim tvrdim diskom, BulkCore je bio malen: 50,8 cm dug, 48,26 cm širok i 40 cm visok. Istodobno, vrijeme pristupa podacima u ovom modelu bilo je samo 750 ns, što je 30000 puta brže od najsuvremenijeg HDD pogona u to vrijeme.
Godine 1978. osnovana je tvrtka Shugart Technology, koja je godinu dana kasnije promijenila ime u Seagate Technology kako bi izbjegla sukobe sa Shugart Associates. Nakon dvije godine rada Seagate je izbacio ST-506 - prvi tvrdi disk za osobna računala u formatu od 5.25 inča i kapaciteta 5 MiB.
Osim pojave Shugart Technology, 1978. godina ostala je zapamćena po izlasku prvog Enterprise SSD-a tvrtke StorageTek. StorageTek STC 4305 držao je 45 MiB podataka. Ovaj SSD je razvijen kao zamjena za IBM 2305, imao je slične dimenzije i koštao je nevjerojatnih 400 dolara.
Godine 1982. SSD je ušao na tržište osobnih računala. Tvrtka Axlon posebno za Apple II razvija SSD disk na RAM čipovima pod nazivom RAMDISK 320. Budući da je pogon stvoren na temelju hlapljive memorije, baterija je isporučena u kompletu za održavanje sigurnosti informacija. Kapacitet baterije bio je dovoljan za 3 sata autonomnog rada u slučaju nestanka struje.
Godinu dana kasnije, Rodime će izdati prvi tvrdi disk RO352 od 10 MiB u 3.5-inčnom formatu poznatom modernim korisnicima. Unatoč činjenici da je ovo prvi komercijalni pogon u ovakvom formatu, Rodime suštinski nije napravio ništa inovativno.
Prvim proizvodom u ovom faktoru oblika smatra se disketni pogon koji su predstavili Tandon i Shugart Associates. Štoviše, Seagate i MiniScribe složili su se usvojiti industrijski standard od 3.5 inča, ostavljajući Rodime iza sebe, koji se suočio sa sudbinom "patentnog trola" i potpunim izlaskom iz industrije proizvodnje pogona.
Godine 1980. Toshibin inženjer, profesor Fujio Masuoka, registrirao je patent za novu vrstu memorije pod nazivom NOR Flash memorija. Razvoj je trajao 4 godine.
NOR memorija je klasična 2D matrica vodiča, u kojem je jedna ćelija instalirana na sjecištu redaka i stupaca (analogno memoriji na magnetskim jezgrama).
Godine 1984. profesor Masuoka govorio je o svom izumu na Međunarodnom sastanku razvojnih inženjera elektronike, gdje je Intel brzo prepoznao obećanje ovog razvoja. Toshiba, u kojoj je radio profesor Masuoka, Flash memoriju nije smatrala nečim posebnim, pa je udovoljila Intelovom zahtjevu da napravi nekoliko prototipova za proučavanje.
Intelov interes za Fujiov razvoj potaknuo je Toshibu da dodijeli pet inženjera koji će profesoru pomoći riješiti problem komercijalizacije izuma. Intel je pak angažirao tri stotine zaposlenika u stvaranju vlastite verzije Flash memorije.
Dok su Intel i Toshiba razvijali razvoj na području Flash pohrane, dva su se važna događaja dogodila 1986. Prvo, SCSI, skup konvencija za komunikaciju između računala i perifernih uređaja, službeno je standardiziran. Drugo, razvijeno je AT Attachment (ATA) sučelje, poznato pod robnom markom Integrated Drive Electronics (IDE), zahvaljujući kojem je upravljač pogona premješten unutar pogona.
Tri godine je Fujio Mausoka radio na poboljšanju tehnologije Flash memorije i do 1987. razvio NAND memoriju.
NAND memorija je ista NOR memorija, organizirana u trodimenzionalni niz. Glavna razlika bila je u tome što je algoritam za pristup svakoj ćeliji postao složeniji, površina ćelije postala je manja, a ukupni kapacitet značajno povećan.
Godinu dana kasnije, Intel je razvio vlastitu NOR Flash memoriju, a Digipro je napravio disk na njoj pod nazivom Flashdisk. Prva verzija Flashdiska u maksimalnoj konfiguraciji sadržavala je 16 MiB podataka i koštala manje od 500 USD
Kasnih 80-ih i ranih 90-ih proizvođači tvrdih diskova natjecali su se koji će napraviti manje diskove. Godine 1989. PrairieTek je izdao PrairieTek 220 20 MiB pogon u 2.5-inčnom obliku. Dvije godine kasnije, Integral Peripherals stvara disk Integral Peripherals 1820 “Mustang” istog volumena, ali već 1.8 inča. Godinu dana kasnije Hewlett-Packard je smanjio veličinu diska na 1.3 inča.
Seagate je ostao vjeran diskovima u formatu od 3.5 inča i oslanjao se na sve veće brzine vrtnje, pa je 1992. izbacio svoj poznati model Barracuda, prvi tvrdi disk s brzinom vretena od 7200 okretaja u minuti. Ali Seagate nije namjeravao tu stati. Godine 1996. pogoni iz linije Seagate Cheetah dosegli su brzinu rotacije od 10000 okretaja u minuti, a četiri godine kasnije modifikacija X15 vrtjela se do 15000 okretaja u minuti.
Godine 2000. ATA sučelje postalo je poznato kao PATA. Razlog tome bila je pojava Serial ATA (SATA) sučelja s kompaktnijim žicama, podrškom za zamjenu bez rada i povećanom brzinom prijenosa podataka. Seagate je i tu preuzeo vodstvo, izdavši prvi tvrdi disk s takvim sučeljem 2002. godine.
Flash memorija je u početku bila vrlo skupa za proizvodnju, ali troškovi su naglo pali početkom 2000-ih. Transcend je to iskoristio i 2003. izdao SSD diskove kapaciteta od 16 do 512 MiB. Tri godine kasnije, masovnoj proizvodnji pridružili su se Samsung i SanDisk. Iste godine IBM je prodao svoj odjel za diskove Hitachiju.
Solid State diskovi dobivali su zamah i postojao je očit problem: SATA sučelje bilo je sporije od samih SSD-ova. Kako bi riješio ovaj problem, NVM Express Workgroup počeo je razvijati NVMe - specifikaciju za pristupne protokole za SSD-ove izravno preko PCIe sabirnice, zaobilazeći "posrednika" u obliku SATA kontrolera. To bi omogućilo pristup podacima pri brzinama sabirnice PCIe. Dvije godine kasnije bila je spremna prva verzija specifikacije, a godinu dana kasnije pojavio se prvi NVMe disk.
Razlike između modernih SSD-ova i HDD-ova
Na fizičkoj razini razlika između SSD-a i HDD-a je lako uočljiva: SSD nema mehaničkih elemenata, a informacije se pohranjuju u memorijske ćelije. Odsutnost pokretnih elemenata dovodi do brzog pristupa podacima u bilo kojem dijelu memorije, međutim, postoji ograničenje broja ciklusa ponovnog pisanja. Zbog ograničenog broja ciklusa ponovnog pisanja za svaku memorijsku ćeliju, postoji potreba za mehanizmom za balansiranje - izravnavanje trošenja ćelije prijenosom podataka između ćelija. Ovaj posao obavlja upravljač diska.
Da bi izvršio balansiranje, SSD kontroler mora znati koje su ćelije zauzete, a koje slobodne. Kontroler može pratiti snimanje podataka u samu ćeliju, što se ne može reći za brisanje. Kao što znate, operativni sustavi (OS) ne brišu podatke s diska kada korisnik izbriše datoteku, već označavaju odgovarajuća memorijska područja kao slobodna. Ovo rješenje eliminira potrebu čekanja na operaciju diska kada se koristi HDD, ali je potpuno neprikladno za rad sa SSD-om. Kontroler SSD pogona radi s bajtovima, a ne sa datotečnim sustavima, i stoga zahtijeva zasebnu poruku kada se datoteka izbriše.
Tako se pojavila naredba TRIM (engleski - trim) kojom OS obavještava kontroler SSD diska da oslobodi određeno memorijsko područje. Naredba TRIM trajno briše podatke s diska. Ne znaju svi operativni sustavi slati ovu naredbu solid-state pogonima, a hardverski RAID kontroleri u načinu diskovnog niza nikada ne šalju TRIM na diskove.
Da bi se nastavio ...
U sljedećim dijelovima govorit ćemo o faktorima oblika, sučeljima povezivanja i unutarnjoj organizaciji SSD diskova.
U našem laboratoriju Možete samostalno testirati moderne HDD i SSD pogone i izvući vlastite zaključke.
U anketi mogu sudjelovati samo registrirani korisnici. , molim.
Mislite li da će SSD moći istisnuti HDD?
-
71.2%Da, SSD-ovi su budućnost396
-
7.5%Ne, era magneto-optičkog HDD42 je pred nama
-
21.2%Hibridna verzija HDD + SSD118 će pobijediti
Glasovalo je 556 korisnika. Suzdržana su bila 72 korisnika.
Izvor: www.habr.com