מבוא לכונני SSD. חלק 1. היסטורי

לימוד ההיסטוריה של הדיסקים הוא תחילתו של המסע להבנת עקרונות הפעולה של כונני מצב מוצק. החלק הראשון של סדרת המאמרים שלנו, "מבוא לכונני SSD", יערוך סיור בהיסטוריה ויאפשר לכם להבין בבירור את ההבדל בין SSD למתחרה הקרוב ביותר שלו, ה-HDD.

למרות השפע של מכשירים שונים לאחסון מידע, הפופולריות של כונני HDD ו-SSD בזמננו אינה ניתנת להכחשה. ההבדל בין שני סוגי הכוננים הללו ברור לאדם הממוצע: SSD יקר ומהיר יותר, בעוד HDD זול ומרווח יותר.

יש להקדיש תשומת לב מיוחדת ליחידת המדידה של קיבולת האחסון: מבחינה היסטורית, קידומות עשרוניות כמו קילו ומגה מובנות בהקשר של טכנולוגיית המידע בתור החזקה העשירית והעשרים של שתיים. כדי למנוע בלבול, הוצגו הקידומות הבינאריות kibi-, mebi- ואחרות. ההבדל בין הממירים הללו מורגש ככל שהנפח גדל: בקניית דיסק של 240 גיגה-בייט, ניתן לאחסן בו 223.5 גיגה-בייט של מידע.

לצלול לתוך ההיסטוריה

פיתוח הכונן הקשיח הראשון החל בשנת 1952 על ידי IBM. ב-14 בספטמבר 1956 הוכרזה התוצאה הסופית של הפיתוח - ה-IBM 350 דגם 1. הכונן הכיל 3.75 מבייט של נתונים בממדים מאוד לא צנועים: 172 סנטימטר גובה, 152 סנטימטר אורך ו-74 סנטימטר רוחב. בפנים היו 50 דיסקים דקים מצופים ברזל טהור בקוטר של 610 מ"מ (24 אינץ'). הזמן הממוצע לחיפוש נתונים בדיסק לקח ~600 אלפיות השנייה.

ככל שחלף הזמן, IBM שיפרה בהתמדה את הטכנולוגיה. הוצג בשנת 1961 יבמ 1301 עם קיבולת של 18.75 מגה בייט עם ראשי קריאה על כל מגש. IN יבמ 1311 מחסניות דיסקים נשלפות הופיעו, ומאז 1970, מערכת זיהוי ותיקון שגיאות הוכנסה ל-IBM 3330. שלוש שנים לאחר מכן הוא הופיע יבמ 3340 המכונה "ווינצ'סטר".

ווינצ'סטר (מהרובה האנגלי של ווינצ'סטר) - השם הכללי לרובים ורובי ציד שיוצרו על ידי חברת Winchester Repeating Arms בארה"ב במחצית השנייה של המאה ה-XNUMX. אלה היו אחד מהרובי הציד החוזרים הראשונים שהפכו פופולריים ביותר בקרב קונים. הם היו חייבים את שמם למייסד החברה, אוליבר פישר ווינצ'סטר.

ה-IBM 3340 כלל שני צירים של 30 MiB כל אחד, וזו הסיבה מהנדסים קראו לדיסק הזה "30-30". השם הזכיר את רובה וינצ'סטר דגם 1894 ששכן ב-.30-30 וינצ'סטר, מה שהוביל את קנת' יוטון, שהוביל את פיתוח ה-IBM 3340, לומר "אם זה 30-30, זה חייב להיות ווינצ'סטר." -30, אז זה חייב להיות ווינצ'סטר."). מאז, לא רק רובים, אלא גם כוננים קשיחים נקראו "כוננים קשיחים".

שלוש שנים נוספות לאחר מכן, ה-IBM 3350 "מדריד" שוחרר עם לוחות 14 אינץ' וזמן גישה של 25 אלפיות השנייה.

כונן ה-SSD הראשון נוצר על ידי Dataram בשנת 1976. כונן Dataram BulkCore כלל מארז עם שמונה מקלות זיכרון RAM בקיבולת של 256 KiB כל אחד. בהשוואה לכונן הקשיח הראשון, BulkCore היה זעיר: 50,8 ס"מ אורך, 48,26 ס"מ רוחב ו-40 ס"מ גובה. יחד עם זאת, זמן הגישה לנתונים בדגם זה היה רק ​​750 ns, שזה פי 30000 מהיר יותר מכונן HDD המודרני ביותר באותה תקופה.

ב-1978 נוסדה Shugart Technology, ששנה לאחר מכן שינתה את שמה ל- Seagate Technology כדי למנוע סכסוכים עם Shugart Associates. לאחר שנתיים של עבודה, סייגייט הוציאה את ה-ST-506 - הכונן הקשיח הראשון למחשבים אישיים בפורמט 5.25 אינץ' ובקיבולת של 5 MiB.

בנוסף להופעתה של Shugart Technology, 1978 נזכרה בזכות שחרורו של ה- SSD הארגוני הראשון מ- StorageTek. ה-StorageTek STC 4305 החזיק 45 MiB של נתונים. SSD זה פותח כתחליף ל-IBM 2305, היה בעל ממדים דומים ועלה 400 דולר מדהימים.

בשנת 1982, SSD נכנס לשוק המחשבים האישיים. חברת Axlon מפתחת דיסק SSD על שבבי RAM בשם RAMDISK 320 במיוחד עבור ה-Apple II. מאחר והכונן נוצר על בסיס זיכרון נדיף, סופקה סוללה בערכה לשמירה על בטיחות המידע. קיבולת הסוללה הספיקה ל-3 שעות של פעולה אוטונומית במקרה של הפסקת חשמל.

שנה לאחר מכן, Rodime תשחרר את הכונן הקשיח הראשון RO352 10 MiB בפורמט 3.5 אינץ' המוכר למשתמשים מודרניים. למרות העובדה שזהו הכונן המסחרי הראשון בפורמט גורם זה, רודים למעשה לא עשה שום דבר חדשני.

המוצר הראשון בצורת גורם זה נחשב לכונן תקליטונים שהוצג על ידי Tandon ו- Shugart Associates. יתרה מכך, Seagate ו-MiniScribe הסכימו לאמץ את תקן התעשייה של 3.5 אינץ', והותירו מאחור את Rodime, שעמד בפני גורלו של "טרול פטנטים" ויציאה מוחלטת מתעשיית ייצור הכוננים.

בשנת 1980, מהנדס טושיבה, פרופסור פוג'יו מאסווקה, רשם פטנט על סוג חדש של זיכרון בשם NOR Flash memory. הפיתוח נמשך 4 שנים.

זיכרון NOR הוא מטריצה ​​דו-ממדית קלאסית של מוליכים, שבו תא אחד מותקן בהצטלבות שורות ועמודות (בדומה לזיכרון על ליבות מגנטיות).

בשנת 1984, פרופסור מאסווקה דיבר על המצאתו במפגש מפתחי האלקטרוניקה הבינלאומית, שם זיהתה אינטל במהירות את ההבטחה של פיתוח זה. טושיבה, שבה עבד פרופסור מאסווקה, לא ראתה בזיכרון פלאש משהו מיוחד, ולכן נענתה לבקשתה של אינטל לייצר כמה אבות טיפוס למחקר.

העניין של אינטל בפיתוח של פוג'יו הניע את טושיבה להקצות חמישה מהנדסים שיעזרו לפרופסור לפתור את בעיית מסחור ההמצאה. אינטל, בתורה, זרקה שלוש מאות עובדים ליצור גרסה משלה של זיכרון פלאש.

בזמן שאינטל וטושיבה פיתחו פיתוחים בתחום אחסון הפלאש, שני אירועים חשובים התרחשו ב-1986. ראשית, SCSI, קבוצה של מוסכמות לתקשורת בין מחשבים והתקנים היקפיים, עברה סטנדרטיזציה רשמית. שנית, פותח ממשק AT Attachment (ATA), הידוע תחת שם המותג Integrated Drive Electronics (IDE), שבזכותו הועבר בקר הכונן לתוך הכונן.

במשך שלוש שנים, Fujio Mausoka פעל לשיפור טכנולוגיית זיכרון הפלאש ועד 1987 פיתח זיכרון NAND.

זיכרון NAND הוא אותו זיכרון NOR, המאורגן במערך תלת מימדי. ההבדל העיקרי היה שהאלגוריתם לגישה לכל תא הפך למורכב יותר, שטח התא נעשה קטן יותר והקיבולת הכוללת גדלה באופן משמעותי.

שנה לאחר מכן, אינטל פיתחה זיכרון פלאש NOR משלה, ודיגיפרו יצרה עליו כונן בשם Flashdisk. הגרסה הראשונה של Flashdisk בתצורתה המקסימלית הכילה 16 MiB של נתונים ועלתה פחות מ-$500

בסוף שנות ה-80 ותחילת שנות ה-90, יצרני כוננים קשיחים התחרו כדי להקטין את הכוננים. בשנת 1989, הוציאה PrairieTek את הכונן PrairieTek 220 20 MiB בפורמט 2.5 אינץ'. שנתיים לאחר מכן, Integral Peripherals יוצר את הדיסק Integral Peripherals 1820 "Mustang" עם אותו נפח, אבל כבר 1.8 אינץ'. שנה לאחר מכן, Hewlett-Packard הפחיתה את גודל הדיסק ל-1.3 אינץ'.

Seagate נשארה נאמנה לכוננים בפורמט 3.5 אינץ' והסתמכה על הגדלת מהירויות הסיבוב, והוציאה את דגם ה-Barracuda המפורסם שלה ב-1992, הכונן הקשיח הראשון עם מהירות ציר של 7200 סל"ד. אבל סיגייט לא התכוון לעצור שם. בשנת 1996, כוננים מקו הצ'יטה של ​​Seagate הגיעו למהירות סיבוב של 10000 סל"ד, וארבע שנים לאחר מכן השינוי X15 הסתובב עד 15000 סל"ד.

בשנת 2000, ממשק ה-ATA נודע בשם PATA. הסיבה לכך הייתה הופעתו של ממשק Serial ATA (SATA) עם חוטים קומפקטיים יותר, תמיכה בהחלפה חמה ומהירות העברת נתונים מוגברת. Seagate לקחה את ההובלה גם כאן, והוציאה את הכונן הקשיח הראשון עם ממשק כזה ב-2002.

זיכרון פלאש היה בהתחלה יקר מאוד לייצור, אבל העלויות ירדו בחדות בתחילת שנות ה-2000. Transcend ניצלה זאת, והוציאה כונני SSD עם קיבולות שנעות בין 2003 ל-16 MiB בשנת 512. שלוש שנים מאוחר יותר, סמסונג וסנדיסק הצטרפו לייצור המוני. באותה שנה מכרה יבמ את חטיבת הדיסקים שלה להיטאצ'י.

כונני Solid State צברו תאוצה והייתה בעיה ברורה: ממשק ה-SATA היה איטי יותר מה-SSD עצמם. כדי לפתור בעיה זו, NVM Express Workgroup החלה לפתח NVMe - מפרט לפרוטוקולי גישה עבור SSDs ישירות על אפיק ה-PCIe, תוך עקיפת ה"מתווך" בצורה של בקר SATA. זה יאפשר גישה לנתונים במהירויות אוטובוס PCIe. שנתיים לאחר מכן, הגרסה הראשונה של המפרט הייתה מוכנה, ושנה לאחר מכן הופיע כונן ה-NVMe הראשון.

הבדלים בין כונני SSD מודרניים לבין כונני HDD

ברמה הפיזית, ההבדל בין SSD ל-HDD מורגש בקלות: ל-SSD אין אלמנטים מכניים, ומידע מאוחסן בתאי זיכרון. היעדר אלמנטים נעים מוביל לגישה מהירה לנתונים בכל חלק של הזיכרון, עם זאת, קיימת הגבלה על מספר מחזורי השכתוב. בשל המספר המצומצם של מחזורי שכתוב לכל תא זיכרון, יש צורך במנגנון איזון - יישור בלאי התא על ידי העברת נתונים בין תאים. עבודה זו מבוצעת על ידי בקר הדיסק.

כדי לבצע איזון, בקר ה-SSD צריך לדעת אילו תאים תפוסים ואילו פנויים. הבקר מסוגל לעקוב אחר הקלטת הנתונים לתא עצמו, מה שלא ניתן לומר על מחיקה. כידוע, מערכות ההפעלה (OS) אינן מוחקות נתונים מהדיסק כאשר המשתמש מוחק קובץ, אלא מסמנות את אזורי הזיכרון המתאימים כפנויים. פתרון זה מבטל את הצורך להמתין לפעולת דיסק בעת שימוש ב-HDD, אך אינו מתאים לחלוטין להפעלת SSD. בקר כונן ה-SSD עובד עם בתים, לא עם מערכות קבצים, ולכן דורש הודעה נפרדת כאשר קובץ נמחק.

כך הופיעה הפקודה TRIM (אנגלית - trim), שבאמצעותה מערכת ההפעלה מודיעה לבקר דיסק SSD לפנות אזור זיכרון מסוים. הפקודה TRIM מוחקת לצמיתות נתונים מהדיסק. לא כל מערכות ההפעלה יודעות לשלוח את הפקודה הזו לכונני מצב מוצק, ובקרי RAID של חומרה במצב מערך דיסקים לעולם לא שולחים TRIM לדיסקים.

להמשך ...

בחלקים הבאים נדבר על גורמי צורה, ממשקי חיבור והארגון הפנימי של כונני מצב מוצק.

במעבדה שלנו Selectel Lab אתה יכול לבדוק באופן עצמאי כונני HDD ו-SSD מודרניים ולהסיק מסקנות משלך.

רק משתמשים רשומים יכולים להשתתף בסקר. להתחברבבקשה.

האם לדעתך SSD יוכל לעקור את הדיסק הקשיח?

• 71.2%כן, כונני SSD הם העתיד396

• 7.5%לא, עידן HDD42 המגנטו-אופטי לפנינו

• 21.2%הגרסה ההיברידית HDD + SSD118 תנצח

556 משתמשים הצביעו. 72 משתמשים נמנעו.

מקור: www.habr.com