SSDの紹介。 パート 1. 歴史的

ディスクの歴史を学ぶことは、ソリッド ステート ドライブの動作原理を理解する旅の始まりです。 シリーズ記事の最初のパート「SSD の概要」では、歴史を振り返り、SSD とその最も近い競合製品である HDD の違いを明確に理解できるようにします。

情報を保存するためのさまざまなデバイスが豊富にあるにもかかわらず、現代では HDD と SSD の人気が高まっていることは否定できません。 これら XNUMX 種類のドライブの違いは一般の人には明らかです。SSD はより高価で高速ですが、HDD はより安価でより広い容量を持っています。

ストレージ容量の測定単位には特別な注意を払う必要があります。歴史的に、キロやメガなどの小数接頭語は、情報技術の文脈では 240 の 223.5 乗および XNUMX 乗として理解されてきました。 混乱を避けるために、バイナリ接頭辞 kibi- 、 mebi- などが導入されました。 これらのセットトップ ボックスの違いは、容量が大きくなるにつれて顕著になります。XNUMX ギガバイトのディスクを購入すると、XNUMX ギガバイトの情報を保存できます。

歴史に飛び込む

最初のハードドライブの開発は 1952 年に IBM によって開始されました。 14 年 1956 月 350 日、開発の最終結果である IBM 1 モデル 3.75 が発表されました。ドライブには、高さ 172 センチメートル、長さ 152 センチメートル、幅 74 センチメートルという非常に控えめな寸法で、50 メビバイトのデータが格納されていました。 中には、純鉄でコーティングされた直径 610 mm (24 インチ) の薄い円盤が 600 枚ありました。 ディスク上のデータの検索にかかる平均時間は約 XNUMX ミリ秒でした。

時間が経つにつれて、IBM は着実にテクノロジーを改善しました。 1961年に導入 IBM 1301 容量は 18.75 メガバイトで、各プラッターに読み取りヘッドが付いています。 で IBM 1311 リムーバブル ディスク カートリッジが登場し、1970 年以降、エラー検出および訂正システムが IBM 3330 に導入されました。 XNUMX年後彼は現れた IBM 3340 通称「ウィンチェスター」。

ウィンチェスター (英語のウィンチェスターライフルに由来) - XNUMX世紀後半にアメリカのウィンチェスター・リピーティング・アームズ社によって製造されたライフル銃と散弾銃の総称。 これらはバイヤーの間で非常に人気となった最初の反復散弾銃の XNUMX つでした。 彼らの名前は、会社の創設者であるオリバー・フィッシャー・ウィンチェスターに由来しています。

IBM 3340 は、それぞれ 30 MiB の XNUMX つのスピンドルで構成されていました。 エンジニアはこのディスクを「30-30」と呼びました。 この名前は、.1894-30 ウィンチェスターの薬室を備えたウィンチェスター モデル 30 ライフルを彷彿とさせ、IBM 3340 の開発を主導したケネス ホートンに「30-30 ならウィンチェスターに違いない」と言わせました。 -30 なら、それはウィンチェスターに違いありません。」) それ以来、ライフルだけでなくハードディスクも「ハードドライブ」と呼ばれるようになりました。

さらに 3350 年後、14 インチ プラッターと 25 ミリ秒のアクセス時間を備えた IBM XNUMX “Madrid” がリリースされました。

最初の SSD ドライブは 1976 年に Dataram によって作成されました。 Dataram BulkCore ドライブは、それぞれ 256 KiB の容量を持つ 50,8 つの RAM メモリ スティックを備えたシャーシで構成されていました。 最初のハード ドライブと比較すると、BulkCore は長さ 48,26 cm、幅 40 cm、高さ 750 cm と非常に小型でした。 同時に、このモデルのデータ アクセス時間はわずか 30000 ns で、これは当時の最新の HDD ドライブよりも XNUMX 倍高速です。

1978 年に Shugart Technology が設立され、506 年後に Shugart Associates との競合を避けるために社名を Seagate Technology に変更しました。 5.25 年間の開発期間を経て、Seagate は ST-5 をリリースしました。ST-XNUMX は、XNUMX インチ フォーム ファクタで XNUMX MiB の容量を備えた最初のパーソナル コンピュータ用ハード ドライブです。

Shugart Technology の出現に加え、1978 年は StorageTek から最初の Enterprise SSD がリリースされたことで記憶されています。 StorageTek STC 4305 は 45 MiB のデータを保持しました。 この SSD は IBM 2305 の代替品として開発され、同様の寸法を持ち、価格は 400 万ドルと信じられないほどでした。

SSD は 1982 年にパソコン市場に参入しました。 Axlon 社は、Apple II 専用に RAMDISK 320 と呼ばれる RAM チップ上の SSD ディスクを開発しています。ドライブは揮発性メモリに基づいて作成されているため、情報の安全性を維持するためにキットにバッテリーが付属しています。 バッテリー容量は、停電時にも 3 時間の自律動作を可能にするのに十分でした。

352 年後、Rodime は、現代のユーザーに馴染みのある 10 インチのフォーム ファクターで最初の RO3.5 XNUMX MiB ハード ドライブをリリースします。 これがこのフォームファクターでの最初の商用ドライブであるという事実にもかかわらず、Rodime は本質的に何も革新的なことを行いませんでした。

このフォームファクタの最初の製品は、Tandon および Shugart Associates によって導入されたフロッピー ドライブであると考えられています。 さらに、Seagate と MiniScribe は 3.5 インチの業界標準を採用することに合意し、Rodime は取り残され、Rodime は「特許トロール」の運命とドライブ製造業界からの完全撤退に直面しました。

1980 年、東芝のエンジニア、増岡富士夫教授は、NOR フラッシュ メモリと呼ばれる新しいタイプのメモリの特許を登録しました。 開発には4年かかりました。

NOR メモリは古典的な導体の 2D マトリックスです、行と列の交差点に XNUMX つのセルが設置されます (磁気コア上のメモリに似ています)。

1984 年、増岡教授は国際エレクトロニクス開発者会議で自身の発明について講演し、そこでインテルはこの開発の可能性をすぐに認識しました。 舛岡教授が勤務していた東芝は、フラッシュメモリを特別なものとは考えていなかったため、研究のためにいくつかの試作機を作るというインテルの要求に応じた。

藤尾氏の開発に対するインテルの関心により、東芝は藤尾氏の発明の商業化の問題解決を支援するために XNUMX 人のエンジニアを割り当てることになった。 一方、Intel は、XNUMX 人の従業員を自社バージョンのフラッシュ メモリの開発に投入しました。

Intel と東芝がフラッシュ ストレージ分野の開発を進めていたとき、1986 年に XNUMX つの重要な出来事が起こりました。 まず、コンピュータと周辺機器間の通信のための一連の規則である SCSI が正式に標準化されました。 次に、Integrated Drive Electronics (IDE) というブランド名で知られる AT Attachment (ATA) インターフェイスが開発され、これによりドライブ コントローラーがドライブ内に移動されました。

Fujio Mausoka は 1987 年間、フラッシュ メモリ技術の向上に取り組み、XNUMX 年までに NAND メモリを開発しました。

NAND メモリは同じ NOR メモリであり、XNUMX 次元配列に構成されています。。 主な違いは、各セルにアクセスするアルゴリズムがより複雑になり、セル面積が小さくなり、総容量が大幅に増加したことです。

16 年後、Intel は独自の NOR フラッシュ メモリを開発し、Digipro はその上にフラッシュディスクと呼ばれるドライブを作成しました。 最大構成のフラッシュディスクの最初のバージョンには 500 MiB のデータが含まれており、価格は XNUMX ドル未満でした

80 年代後半から 90 年代前半にかけて、ハード ドライブ メーカーはドライブの小型化を競い合いました。 1989 年に、PrairieTek は 220 インチ フォーム ファクターの PrairieTek 20 2.5 MiB ドライブをリリースしました。 1820 年後、Integral Peripherals は、同じ容量で既に 1.8 インチの Integral Peripherals 1.3「Mustang」ディスクを作成しました。 XNUMX 年後、Hewlett-Packard はディスク サイズを XNUMX インチに縮小しました。

Seagate は 3.5 インチ フォーム ファクタのドライブに忠実であり続け、回転速度の向上に依存し、1992 年にスピンドル速度 7200 rpm の最初のハード ドライブである有名な Barracuda モデルをリリースしました。 しかし、シーゲイトはそこで止まるつもりはありませんでした。 1996 年に、Seagate Cheetah 製品ラインのドライブは 10000 rpm の回転速度に達し、15 年後には X15000 モディファイドの回転速度が XNUMX rpm に達しました。

2000 年に、ATA インターフェイスは PATA として知られるようになりました。 その理由は、よりコンパクトなワイヤ、ホットスワップのサポート、およびデータ転送速度の向上を備えたシリアル ATA (SATA) インターフェイスの登場でした。 Seagate はここでも先陣を切り、2002 年にそのようなインターフェイスを備えた最初のハードドライブをリリースしました。

フラッシュ メモリは当初製造コストが非常に高かったですが、2000 年代初頭にはコストが急激に下がりました。 トランセンドはこれを利用し、2003 年に 16 ～ 512 MiB の容量の SSD ドライブをリリースしました。 XNUMX 年後、サムスンとサンディスクが量産に加わりました。 同年、IBMはディスク部門を日立に売却した。

ソリッド ステート ドライブの勢いが増していましたが、明らかな問題がありました。それは、SATA インターフェイスが SSD 自体よりも遅いということでした。 この問題を解決するために、NVM Express ワークグループは NVMe の開発を開始しました。これは、SATA コントローラーの形式の「仲介」をバイパスし、PCIe バスを介して直接 SSD にアクセスするプロトコルの仕様です。 これにより、PCIe バス速度でのデータ アクセスが可能になります。 XNUMX 年後、仕様の最初のバージョンが完成し、XNUMX 年後には最初の NVMe ドライブが登場しました。

最新の SSD と HDD の違い

物理レベルでは、SSD と HDD の違いは簡単にわかります。SSD には機械要素がなく、情報はメモリ セルに保存されます。 可動要素がないため、メモリのどの部分でもデータに迅速にアクセスできますが、書き換えサイクルの数には制限があります。 各メモリセルの再書き込みサイクル数には制限があるため、セル間でデータを転送してセルの磨耗を平準化するバランス機構が必要です。 この作業はディスク コントローラーによって実行されます。

バランシングを実行するには、SSD コントローラーはどのセルが占有されており、どのセルが空いているかを知る必要があります。 コントローラーはセル自体へのデータの記録を追跡できますが、削除については言えません。 ご存知のとおり、オペレーティング システム (OS) は、ユーザーがファイルを削除してもディスクからデータを消去しませんが、対応するメモリ領域を空きとしてマークします。 このソリューションは、HDD の使用時にディスク操作を待つ必要がなくなりますが、SSD の操作にはまったく適していません。 SSD ドライブ コントローラーはファイル システムではなくバイトを処理するため、ファイルが削除されるときは別のメッセージが必要です。

これは、OS が SSD ディスク コントローラーに特定のメモリ領域を解放するように通知する TRIM (英語 - トリム) コマンドの登場です。 TRIM コマンドは、ディスクからデータを永久に消去します。 すべてのオペレーティング システムがこのコマンドをソリッド ステート ドライブに送信できるわけではなく、ディスク アレイ モードのハードウェア RAID コントローラは TRIM をディスクに送信しません。

継続するには...

次のパートでは、フォーム ファクター、接続インターフェイス、およびソリッド ステート ドライブの内部構成について説明します。

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出所： habr.com