SSD-ների ներածություն. Մաս 1. Պատմական

Սկավառակների պատմության ուսումնասիրությունը պինդ վիճակում գտնվող կրիչների շահագործման սկզբունքները հասկանալու ճանապարհի սկիզբն է: Մեր հոդվածաշարի առաջին մասը՝ «Ներածություն SSD-ներին», կանցնի պատմության շրջագայություն և թույլ կտա ձեզ հստակ հասկանալ SSD-ի և նրա ամենամոտ մրցակցի՝ HDD-ի տարբերությունը:

Չնայած տեղեկատվության պահպանման տարբեր սարքերի առատությանը, HDD-ների և SSD-ների հանրաճանաչությունը մեր ժամանակներում անհերքելի է: Այս երկու տեսակի սկավառակների միջև տարբերությունն ակնհայտ է սովորական մարդու համար. SSD-ն ավելի թանկ է և արագ, մինչդեռ HDD-ն ավելի էժան է և ընդարձակ:

Հատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել պահեստավորման հզորության չափման միավորին. պատմականորեն տասնորդական նախածանցները, ինչպիսիք են կիլոգրամը և մեգա-ն, տեղեկատվական տեխնոլոգիաների համատեքստում հասկացվում են որպես երկուսի տասներորդ և քսաներորդ ուժեր: Խառնաշփոթը վերացնելու համար ներկայացվեցին երկուական նախածանցները kibi-, mebi- և այլն: Այս set-top box-ների միջև տարբերությունը նկատելի է դառնում, քանի որ ծավալը մեծանում է. 240 գիգաբայթ սկավառակ գնելիս կարող եք դրա վրա պահել 223.5 գիգաբայթ տեղեկատվություն:

Սուզվեք պատմության մեջ

Առաջին կոշտ սկավառակի մշակումը սկսվել է 1952 թվականին IBM-ի կողմից։ 14 թվականի սեպտեմբերի 1956-ին հայտարարվեց մշակման վերջնական արդյունքը՝ IBM 350 Model 1: Սկավառակը պարունակում էր 3.75 մեգաբայթ տվյալներ՝ շատ անհամեստ չափսերով՝ 172 սանտիմետր բարձրություն, 152 սանտիմետր երկարություն և 74 սանտիմետր լայնություն: Ներսում 50 մմ (610 դյույմ) տրամագծով մաքուր երկաթով պատված 24 բարակ սկավառակ էր։ Սկավառակի վրա տվյալներ փնտրելու միջին ժամանակը տևել է ~ 600 ms:

Ժամանակի ընթացքում IBM-ն անշեղորեն բարելավեց տեխնոլոգիան: Ներկայացվել է 1961 թ IBM 1301 18.75 մեգաբայթ տարողությամբ՝ յուրաքանչյուր սկուտեղի վրա կարդալու գլուխներով: IN IBM 1311 Հայտնվեցին շարժական սկավառակի փամփուշտներ, և 1970 թվականից IBM 3330-ում ներդրվեց սխալների հայտնաբերման և ուղղման համակարգ: Երեք տարի անց նա հայտնվեց IBM 3340 հայտնի է որպես «Վինչեստեր»:

Վինչեստեր (անգլիական Winchester հրացանից) - XNUMX-րդ դարի երկրորդ կեսին ԱՄՆ-ում Winchester Repeating Arms ընկերության կողմից արտադրված հրացանների և որսորդական հրացանների ընդհանուր անվանումը։ Սրանք առաջին կրկնվող որսորդական հրացաններից էին, որոնք չափազանց տարածված դարձան գնորդների շրջանում: Նրանք իրենց անունը պարտական ​​էին ընկերության հիմնադիր Օլիվեր Ֆիշեր Վինչեստերին։

IBM 3340-ը բաղկացած էր երկու spindles-ից՝ յուրաքանչյուրը 30 ՄԲ, այդ իսկ պատճառով ինժեներներն այս սկավառակն անվանել են «30-30». Անունը հիշեցնում էր Winchester Model 1894 հրացանը, որը պահվում էր .30-30 Winchester-ում, ինչի արդյունքում Քենեթ Հեթոնը, ով ղեկավարում էր IBM 3340-ի մշակումը, ասաց. -30, ուրեմն դա պետք է լինի Վինչեստեր»): Այդ ժամանակից ի վեր ոչ միայն հրացանները, այլև կոշտ սկավառակները կոչվում են «կոշտ սկավառակներ»:

Եվս երեք տարի անց IBM 3350 «Madrid»-ը թողարկվեց 14 դյույմանոց սկուտեղներով և 25 ms մուտքի ժամանակով:

Առաջին SSD սկավառակը ստեղծվել է Dataram-ի կողմից 1976 թվականին։ Dataram BulkCore սկավառակը բաղկացած էր ութ RAM հիշողության կրիչով շասսիից՝ յուրաքանչյուրը 256 ԿԲ հզորությամբ: Առաջին կոշտ սկավառակի համեմատ BulkCore-ը փոքր էր՝ 50,8 սմ երկարություն, 48,26 սմ լայնություն և 40 սմ բարձրություն: Միևնույն ժամանակ տվյալների հասանելիության ժամանակը այս մոդելում կազմել է ընդամենը 750 ns, ինչը 30000 անգամ ավելի արագ է, քան այն ժամանակվա ամենաժամանակակից HDD սկավառակը:

1978 թվականին հիմնադրվել է Shugart Technology ընկերությունը, որը մեկ տարի անց փոխել է իր անունը՝ դառնալով Seagate Technology՝ Shugart Associates-ի հետ կոնֆլիկտներից խուսափելու համար։ Երկու տարվա աշխատանքից հետո Seagate-ը թողարկեց ST-506-ը՝ 5.25 դյույմանոց ձևի գործոնով և 5 ՄԲ հզորությամբ անհատական ​​համակարգիչների առաջին կոշտ սկավառակը:

Ի լրումն Shugart Technology-ի առաջացմանը, 1978 թվականը հիշվեց StorageTek-ից առաջին Enterprise SSD-ի թողարկմամբ: StorageTek STC 4305-ը պահում էր 45 ՄԲ տվյալ: Այս SSD-ը մշակվել է որպես IBM 2305-ի փոխարինում, ուներ նմանատիպ չափսեր և արժեր անհավանական $400:

1982 թվականին SSD-ը մտավ անհատական ​​համակարգիչների շուկա։ Axlon ընկերությունը մշակում է SSD սկավառակ RAM-ի չիպերի վրա, որը կոչվում է RAMDISK 320 հատուկ Apple II-ի համար: Քանի որ սկավառակը ստեղծվել է անկայուն հիշողության հիման վրա, տեղեկատվության անվտանգությունը պահպանելու համար փաթեթում մարտկոց է մատակարարվել: Մարտկոցի հզորությունը բավարար էր էլեկտրաէներգիայի կորստի դեպքում 3 ժամ ինքնավար աշխատանքի համար։

Մեկ տարի անց Rodime-ը կթողարկի առաջին RO352 10 MiB կոշտ սկավառակը 3.5 դյույմանոց ձևով, որը ծանոթ է ժամանակակից օգտատերերին: Չնայած այն հանգամանքին, որ սա առաջին առևտրային դրայվն է այս ձևի գործոնով, Ռոդիմեն, ըստ էության, ոչ մի նորարարական բան չի արել:

Այս ձևի գործոնով առաջին արտադրանքը համարվում է «Tandon» և «Shugart Associates» ընկերությունների կողմից ներկայացված անգործունյա սկավառակը: Ավելին, Seagate-ը և MiniScribe-ը համաձայնեցին ընդունել 3.5 դյույմանոց արդյունաբերության ստանդարտը՝ հետևում թողնելով Ռոդիմին, որը բախվեց «արտոնագրային տրոլի» և սկավառակների արտադրության արդյունաբերությունից ամբողջական դուրս գալու ճակատագրին:

1980 թվականին Toshiba-ի ինժեներ, պրոֆեսոր Ֆուջիո Մասուոկան գրանցեց նոր տեսակի հիշողության արտոնագիր, որը կոչվում էր NOR Flash հիշողություն: Զարգացումը տևեց 4 տարի։

NOR հիշողությունը դիրիժորների դասական 2D մատրիցա է, որում մեկ բջիջ տեղադրված է տողերի և սյունակների հատման կետում (մագնիսական միջուկների վրա հիշողության անալոգը)։

1984 թվականին պրոֆեսոր Մասուոկան խոսեց իր գյուտի մասին Էլեկտրոնիկայի մշակողների միջազգային հանդիպման ժամանակ, որտեղ Intel-ը արագ ճանաչեց այս զարգացման խոստումը: Toshiba-ն, որտեղ աշխատում էր պրոֆեսոր Մասուոկան, Flash հիշողությունը առանձնահատուկ բան չէր համարում և հետևաբար կատարեց Intel-ի խնդրանքը՝ մի քանի նախատիպեր ուսումնասիրելու համար:

Intel-ի հետաքրքրությունը Fujio-ի զարգացման նկատմամբ դրդեց Toshiba-ին հատկացնել հինգ ինժեներների, որոնք կօգնեն պրոֆեսորին լուծել գյուտի առևտրայնացման խնդիրը: Intel-ն, իր հերթին, երեք հարյուր աշխատակիցների է նետել Flash հիշողության սեփական տարբերակը ստեղծելու համար:

Մինչ Intel-ը և Toshiba-ն զարգացնում էին Flash պահեստավորման ոլորտում զարգացումները, 1986-ին տեղի ունեցավ երկու կարևոր իրադարձություն. Նախ, SCSI-ն՝ համակարգիչների և ծայրամասային սարքերի միջև հաղորդակցման կոնվենցիաների մի շարք, պաշտոնապես ստանդարտացվել է: Երկրորդ, մշակվել է AT Attachment (ATA) ինտերֆեյսը, որը հայտնի է Integrated Drive Electronics (IDE) ապրանքանիշի ներքո, որի շնորհիվ սկավառակի կարգավորիչը տեղափոխվեց սկավառակի ներսում:

Երեք տարի Fujio Mausoka-ն աշխատել է բարելավել Flash հիշողության տեխնոլոգիան և մինչև 1987 թվականը մշակել է NAND հիշողությունը:

NAND հիշողությունը նույն NOR հիշողությունն է՝ կազմակերպված եռաչափ զանգվածի մեջ. Հիմնական տարբերությունն այն էր, որ յուրաքանչյուր բջիջ մուտք գործելու ալգորիթմը դարձավ ավելի բարդ, բջիջների տարածքը փոքրացավ, իսկ ընդհանուր հզորությունը զգալիորեն ավելացավ:

Մեկ տարի անց Intel-ը մշակեց սեփական NOR Flash հիշողությունը, և Digipro-ն դրա վրա դրայվ պատրաստեց Flashdisk անունով: Flashdisk-ի առաջին տարբերակն իր առավելագույն կազմաձևով պարունակում էր 16 ՄԲ տվյալ և արժեր 500 դոլարից պակաս:

80-ականների վերջին և 90-ականների սկզբին կոշտ սկավառակների արտադրողները մրցում էին կրիչներն ավելի փոքրացնելու համար: 1989 թվականին PrairieTek-ը թողարկեց PrairieTek 220 20 MiB սկավառակը 2.5 դյույմ ձևաչափով: Երկու տարի անց Integral Peripherals-ը ստեղծում է Integral Peripherals 1820 «Mustang» սկավառակը նույն ծավալով, բայց արդեն 1.8 դյույմ: Մեկ տարի անց Hewlett-Packard-ը նվազեցրեց սկավառակի չափը մինչև 1.3 դյույմ:

Seagate-ը հավատարիմ մնաց 3.5 դյույմանոց ձևի գործոնով սկավառակներին և հույսը դրեց պտտման արագության բարձրացման վրա՝ 1992 թվականին թողարկելով իր հայտնի Barracuda մոդելը՝ առաջին կոշտ սկավառակը՝ 7200 պտ/րոպե արագությամբ: Բայց Seagate-ը չէր պատրաստվում դրանով կանգ առնել։ 1996թ.-ին Seagate Cheetah գծից շարժիչները հասել են 10000 պտույտ/րոպե արագության, իսկ չորս տարի անց X15 մոդիֆիկացիան պտտվել է մինչև 15000 պտ/րոպ:

2000 թվականին ATA ինտերֆեյսը հայտնի դարձավ որպես PATA: Սրա պատճառն ավելի կոմպակտ լարերով Serial ATA (SATA) ինտերֆեյսի առաջացումն էր, hot-swap աջակցությունը և տվյալների փոխանցման արագությունը: Seagate-ն այստեղ նույնպես առաջատար դիրք է գրավել՝ 2002 թվականին թողարկելով նման ինտերֆեյսով առաջին կոշտ սկավառակը։

Ֆլեշ հիշողության արտադրությունը սկզբում շատ թանկ էր, սակայն 2000-ականների սկզբին ծախսերը կտրուկ նվազեցին: Transcend-ն օգտվեց դրանից՝ 2003 թվականին թողարկելով 16-ից մինչև 512 ՄԲ հզորությամբ SSD կրիչներ: Երեք տարի անց Samsung-ը և SanDisk-ը միացան զանգվածային արտադրությանը: Նույն թվականին IBM-ը վաճառեց իր սկավառակների բաժինը Hitachi-ին։

Solid State Drive-ները թափ էին հավաքում, և կար մի ակնհայտ խնդիր՝ SATA ինտերֆեյսը ավելի դանդաղ էր, քան իրենք՝ SSD-ները: Այս խնդիրը լուծելու համար NVM Express Workgroup-ը սկսեց մշակել NVMe - SSD-ների մուտքի արձանագրությունների հստակեցում անմիջապես PCIe ավտոբուսի միջոցով՝ շրջանցելով «միջնորդին» SATA կարգավորիչի տեսքով: Սա թույլ կտա տվյալների հասանելիություն PCIe ավտոբուսի արագությամբ: Երկու տարի անց հստակեցման առաջին տարբերակը պատրաստ էր, իսկ մեկ տարի անց հայտնվեց առաջին NVMe սկավառակը:

Տարբերությունները ժամանակակից SSD-ների և HDD-ների միջև

Ֆիզիկական մակարդակում SSD-ի և HDD-ի տարբերությունը հեշտությամբ նկատելի է. SSD-ը չունի մեխանիկական տարրեր, և տեղեկատվությունը պահվում է հիշողության բջիջներում: Շարժվող տարրերի բացակայությունը հանգեցնում է հիշողության ցանկացած մասում տվյալների արագ մուտքի, սակայն վերագրման ցիկլերի քանակի սահմանափակում կա: Յուրաքանչյուր հիշողության բջիջի համար վերագրման ցիկլերի սահմանափակ քանակի պատճառով անհրաժեշտ է հավասարակշռող մեխանիզմ՝ հարթեցնել բջիջների մաշվածությունը՝ տվյալների փոխանցման միջոցով բջիջների միջև: Այս աշխատանքը կատարվում է սկավառակի վերահսկիչի կողմից:

Հավասարակշռումն իրականացնելու համար SSD կարգավորիչը պետք է իմանա, թե որ բջիջներն են զբաղված և որոնք են անվճար: Կարգավորիչը ի վիճակի է հետևել տվյալների գրանցմանը հենց բջիջում, ինչը չի կարելի ասել ջնջման մասին: Ինչպես գիտեք, օպերացիոն համակարգերը (ՕՀ) չեն ջնջում տվյալները սկավառակից, երբ օգտատերը ջնջում է ֆայլը, այլ նշում են համապատասխան հիշողության տարածքները որպես ազատ: Այս լուծումը վերացնում է սկավառակի աշխատանքին սպասելու անհրաժեշտությունը HDD-ի օգտագործման ժամանակ, սակայն լիովին անպիտան է SSD-ի գործարկման համար: SSD սկավառակի կարգավորիչը աշխատում է բայթերով, ոչ թե ֆայլային համակարգերով, և, հետևաբար, պահանջում է առանձին հաղորդագրություն, երբ ֆայլը ջնջվում է:

Այսպես հայտնվեց TRIM (անգլերեն - trim) հրամանը, որով ՕՀ-ն ծանուցում է SSD սկավառակի կարգավորիչին որոշակի հիշողության տարածք ազատելու համար։ TRIM հրամանը մշտապես ջնջում է տվյալները սկավառակից: Ոչ բոլոր օպերացիոն համակարգերը գիտեն այս հրամանն ուղարկել պինդ վիճակի կրիչներ, իսկ ապարատային RAID կարգավորիչները սկավառակի զանգվածի ռեժիմում երբեք TRIM-ը սկավառակների վրա չեն ուղարկում:

Շարունակելի…

Հետևյալ մասերում մենք կխոսենք ձևի գործոնների, կապի միջերեսների և պինդ վիճակում գտնվող կրիչների ներքին կազմակերպման մասին:

Մեր լաբորատորիայում Selectel Lab Դուք կարող եք ինքնուրույն փորձարկել ժամանակակից HDD և SSD կրիչներ և անել ձեր սեփական եզրակացությունները:

Հարցմանը կարող են մասնակցել միայն գրանցված օգտվողները։ Մուտք գործել, խնդրում եմ:

Ի՞նչ եք կարծում, SSD-ը կկարողանա՞ տեղաշարժել HDD-ը:

• 71.2%Այո, SSD-ները ապագան են396

• 7.5%Ոչ, առջեւում մագնիս-օպտիկական HDD42-ի դարաշրջանն է

• 21.2%Հաղթելու է HDD + SSD118 հիբրիդային տարբերակը

Քվեարկել է 556 օգտատեր։ 72 օգտատեր ձեռնպահ է մնացել։

Source: www.habr.com