A lemezek történetének tanulmányozása a szilárdtestalapú meghajtók működési elveinek megértéséhez vezető út kezdete. Cikksorozatunk első része, „Bevezetés az SSD-kbe” egy körutat tesz a történelemben, és lehetővé teszi, hogy világosan megértse az SSD és legközelebbi versenytársa, a HDD közötti különbséget.
Annak ellenére, hogy rengeteg különféle információtároló eszköz van, a HDD-k és az SSD-k népszerűsége korunkban tagadhatatlan. A kétféle meghajtó közötti különbség az átlagember számára nyilvánvaló: az SSD drágább és gyorsabb, míg a HDD olcsóbb és tágasabb.
Különös figyelmet kell fordítani a tárolókapacitás mértékegységére: történelmileg a decimális előtagokat, mint a kilo és a mega, az információtechnológia kontextusában a kettő tizedik és huszadik hatványaként értjük. A zűrzavar kiküszöbölésére bevezették a kibi-, mebi- és mások bináris előtagjait. A hangerő növekedésével válik szembetűnővé a különbség ezen set-top boxok között: 240 gigabájtos lemez vásárlásakor 223.5 gigabájtnyi információ tárolható rajta.
Merüljön el a történelemben
Az első merevlemez fejlesztését 1952-ben kezdte meg az IBM. 14. szeptember 1956-én jelentették be a fejlesztés végeredményét - az IBM 350 Model 1-et. A meghajtó 3.75 mebibyte adatot tartalmazott, nagyon szerénytelen méretekkel: 172 centiméter magas, 152 centiméter hosszú és 74 centiméter szélesség. A belsejében 50 vékony, tiszta vassal bevont korong volt, amelyek átmérője 610 mm (24 hüvelyk). A lemezen lévő adatok keresésének átlagos ideje ~600 ms.
Az idő előrehaladtával az IBM folyamatosan fejlesztette a technológiát. 1961-ben mutatták be 18.75 megabájt kapacitással, minden tányéron olvasófejjel. BAN BEN megjelentek a cserélhető lemezkazetták, és 1970 óta hibaérzékelő és -javító rendszert vezettek be az IBM 3330-ba. Három évvel később megjelent Winchester néven ismert.
Winchester (az angol Winchester puskából) - a 19. század második felében az USA-ban a Winchester Repeating Arms Company által gyártott puskák és sörétes puskák általános elnevezése. Ezek voltak az egyik első ismétlődő sörétes puskák, amelyek rendkívül népszerűvé váltak a vásárlók körében. Nevüket a cég alapítójának, Oliver Fisher Winchesternek köszönhették.
Az IBM 3340 két, egyenként 30 MiB-os orsóból állt, ezért a mérnökök ezt a lemezt „30-30”-nak nevezték. A név a Winchester Model 1894-es puskára emlékeztetett, 30-30 Winchesterben, így Kenneth Haughton, aki az IBM 3340 fejlesztését vezette, azt mondta: "Ha 30-30-as, akkor Winchesternek kell lennie." a 30. -30, akkor biztosan Winchester."). Azóta nemcsak a puskákat, hanem a merevlemezeket is „merevlemeznek” nevezik.
További három évvel később megjelent az IBM 3350 „Madrid” 14 hüvelykes tálcákkal és 25 ms-os hozzáférési idővel.
Az első SSD-meghajtót a Dataram készítette 1976-ban. A Dataram BulkCore meghajtó nyolc darab, egyenként 256 KiB kapacitású RAM memóriakártyát tartalmazó házból állt. Az első merevlemezhez képest a BulkCore pici volt: 50,8 cm hosszú, 48,26 cm széles és 40 cm magas. Ugyanakkor az adatelérési idő ebben a modellben mindössze 750 ns volt, ami 30000 XNUMX-szer gyorsabb, mint az akkori legmodernebb HDD meghajtó.
1978-ban megalapították a Shugart Technology-t, amely egy évvel később Seagate Technology-ra változtatta a nevét, hogy elkerülje a konfliktusokat a Shugart Associates-szel. Két év munka után a Seagate kiadta az ST-506-ot – az első merevlemezt személyi számítógépekhez 5.25 hüvelykes méretben és 5 MiB kapacitással.
A Shugart Technology megjelenése mellett 1978-ra emlékeztek az első Enterprise SSD kibocsátására a StorageTek-től. A StorageTek STC 4305 45 MiB adatot tartalmazott. Ezt az SSD-t az IBM 2305 helyettesítésére fejlesztették ki, hasonló méretű volt, és hihetetlen 400 000 dollárba került.
1982-ben az SSD belépett a személyi számítógépek piacára. Az Axlon cég kifejezetten az Apple II-hez fejleszt egy RAM-chipeken lévő SSD lemezt RAMDISK 320 néven.Mivel a meghajtót illékony memória alapján hozták létre, a készletben akkumulátort is kapott az információbiztonság megőrzése érdekében. Az akkumulátor kapacitása 3 órás önálló működésre volt elegendő áramkimaradás esetén.
Egy évvel később a Rodime kiadja az első RO352 10 MiB merevlemezt a modern felhasználók számára megszokott 3.5 hüvelykes formátumban. Annak ellenére, hogy ez az első kereskedelmi meghajtó ebben a formában, Rodime lényegében nem tett semmi újítást.
Az első termék ebben a formában a Tandon és a Shugart Associates által bemutatott hajlékonylemez-meghajtó. Sőt, a Seagate és a MiniScribe megegyezett a 3.5 hüvelykes ipari szabvány elfogadásában, hátrahagyva Rodime-ot, aki egy „szabadalmi troll” sorsára és a meghajtógyártó iparból való teljes kilépésre jutott.
1980-ban a Toshiba mérnöke, Fujio Masuoka professzor szabadalmat jegyeztetett be egy új típusú memóriára, a NOR Flash memóriára. A fejlesztés 4 évig tartott.
A NOR memória a vezetők klasszikus 2D-s mátrixa, amelyben egy cella van telepítve a sorok és oszlopok metszéspontjára (a mágneses magokon lévő memóriával analóg módon).
1984-ben Masuoka professzor az International Electronics Developers Meeting-en beszélt találmányáról, ahol az Intel gyorsan felismerte a fejlesztés ígéretét. A Toshiba, ahol Masuoka professzor dolgozott, nem tartotta semmi különösnek a Flash memóriát, ezért eleget tett az Intel kérésének, hogy több prototípust is készítsen tanulmányozás céljából.
Az Intel érdeklődése a Fujio fejlesztése iránt arra késztette a Toshibát, hogy öt mérnököt jelölt ki, hogy segítsenek a professzornak megoldani a találmány kereskedelmi forgalomba hozatalának problémáját. Az Intel pedig háromszáz alkalmazottat vetett bele a Flash memória saját verziójának létrehozásába.
Miközben az Intel és a Toshiba fejlesztéseket dolgozott ki a Flash-tárolók területén, két fontos esemény történt 1986-ban. Először is, az SCSI-t, a számítógépek és a perifériás eszközök közötti kommunikációra vonatkozó konvenciók halmazát hivatalosan szabványosították. Másodszor, az Integrated Drive Electronics (IDE) márkanéven ismert AT Attachment (ATA) interfészt fejlesztették ki, amelynek köszönhetően a meghajtóvezérlő a meghajtó belsejébe került.
Fujio Mausoka három évig dolgozott a Flash memória technológia fejlesztésén, és 1987-re kifejlesztette a NAND memóriát.
A NAND memória ugyanaz a NOR memória, háromdimenziós tömbbe rendezve. A fő különbség az volt, hogy az egyes cellák elérésének algoritmusa bonyolultabbá vált, a cella területe kisebb lett, és a teljes kapacitás jelentősen megnőtt.
Egy évvel később az Intel kifejlesztette saját NOR Flash memóriáját, a Digipro pedig egy meghajtót készített rá Flashdisk néven. A Flashdisk első verziója maximális konfigurációjában 16 MiB adatot tartalmazott, és kevesebb, mint 500 dollárba került.
A 80-as évek végén és a 90-es évek elején a merevlemez-gyártók versenyeztek a meghajtók kicsinyítéséért. 1989-ben a PrairieTek kiadta a PrairieTek 220 20 MiB meghajtót 2.5 hüvelykes méretben. Két évvel később az Integral Peripherals megalkotja az Integral Peripherals 1820 „Mustang” lemezt ugyanolyan hangerővel, de már 1.8 hüvelykes. Egy évvel később a Hewlett-Packard 1.3 hüvelykre csökkentette a lemez méretét.
A Seagate hű maradt a 3.5 hüvelykes meghajtókhoz, és a növekvő forgási sebességre támaszkodott, és 1992-ben kiadta híres Barracuda modelljét, az első merevlemezt 7200 ford./perc orsófordulatszámmal. De a Seagate nem állt meg itt. 1996-ban a Seagate Cheetah sorozat meghajtói 10000 15 ford./perc fordulatszámot értek el, négy évvel később pedig az X15000 módosítása XNUMX XNUMX fordulat/perc sebességre pörög fel.
2000-ben az ATA interfész PATA néven vált ismertté. Ennek oka a Serial ATA (SATA) interfész megjelenése volt kompaktabb vezetékekkel, hot-swap támogatással és megnövelt adatátviteli sebességgel. A Seagate itt is átvette a vezetést, 2002-ben kiadta az első ilyen interfésszel ellátott merevlemezt.
A flash memória gyártása kezdetben nagyon drága volt, de a költségek a 2000-es évek elején meredeken csökkentek. A Transcend kihasználta ezt, és 2003-ban 16 és 512 MiB közötti kapacitású SSD-meghajtókat adott ki. Három évvel később a Samsung és a SanDisk csatlakozott a tömeggyártáshoz. Ugyanebben az évben az IBM eladta lemezrészlegét a Hitachinak.
A szilárdtestalapú meghajtók egyre nagyobb lendületet kaptak, és volt egy nyilvánvaló probléma: a SATA interfész lassabb volt, mint maguk az SSD-k. A probléma megoldása érdekében az NVM Express Workgroup elkezdte fejleszteni az NVMe-t – egy specifikációt az SSD-k hozzáférési protokolljaihoz közvetlenül a PCIe buszon keresztül, megkerülve a „közvetítőt” egy SATA vezérlő formájában. Ez lehetővé tenné az adathozzáférést PCIe buszsebességgel. Két évvel később elkészült a specifikáció első verziója, egy évvel később pedig megjelent az első NVMe meghajtó.
A modern SSD-k és HDD-k közötti különbségek
Fizikai szinten könnyen észrevehető a különbség az SSD és a HDD között: az SSD-nek nincsenek mechanikus elemei, az információkat memóriacellákban tárolják. A mozgó elemek hiánya gyors hozzáférést biztosít az adatokhoz a memória bármely részében, azonban az újraírási ciklusok száma korlátozott. Az egyes memóriacellák átírási ciklusainak korlátozott száma miatt szükség van egy kiegyenlítő mechanizmusra - a cellák kopásának kiegyenlítésére a cellák közötti adatátvitel révén. Ezt a munkát a lemezvezérlő végzi.
A kiegyenlítés végrehajtásához az SSD-vezérlőnek tudnia kell, hogy mely cellák foglaltak és melyek szabadok. A vezérlő maga is képes nyomon követni az adatok cellába történő rögzítését, ami nem mondható el a törlésről. Mint ismeretes, az operációs rendszerek (OS) nem törlik az adatokat a lemezről, amikor a felhasználó töröl egy fájlt, hanem a megfelelő memóriaterületeket szabadként jelöli meg. Ezzel a megoldással HDD használatakor nem kell várni a lemezműveletre, de SSD működtetésére teljesen alkalmatlan. Az SSD-meghajtóvezérlő bájtokkal működik, nem fájlrendszerekkel, ezért külön üzenetet igényel egy fájl törlésekor.
Így jelent meg a TRIM (angolul - trim) parancs, amellyel az OS értesíti az SSD lemezvezérlőt, hogy szabadítson fel egy bizonyos memóriaterületet. A TRIM parancs véglegesen törli az adatokat a lemezről. Nem minden operációs rendszer tudja elküldeni ezt a parancsot szilárdtestalapú meghajtóknak, és a hardveres RAID-vezérlők lemeztömb módban soha nem küldik el a TRIM-et a lemezekre.
Folytatás ...
A következő részekben a formai tényezőkről, a csatlakozási felületekről és a szilárdtestalapú meghajtók belső felépítéséről lesz szó.
Laboratóriumunkban Önállóan tesztelheti a modern HDD- és SSD-meghajtókat, és levonhatja a saját következtetéseit.
A felmérésben csak regisztrált felhasználók vehetnek részt. , kérem.
Szerinted az SSD képes lesz kiszorítani a HDD-t?
-
71.2%Igen, az SSD-k jelentik a jövőt396
-
7.5%Nem, a magneto-optikai HDD42 korszaka előttünk áll
-
21.2%A HDD + SSD118 hibrid változat nyer
556 felhasználó szavazott. 72 felhasználó tartózkodott.
Forrás: will.com