Het bestuderen van de geschiedenis van schijven is de eerste stap naar het begrijpen van de principes van solid-state drives. Het eerste deel van onze artikelenreeks "Inleiding tot SSD" biedt een overzicht van de geschiedenis en maakt het mogelijk om het verschil tussen een SSD en zijn dichtste concurrent, de HDD, visueel te begrijpen.
Ondanks de overvloed aan verschillende opslagapparaten, is de populariteit van HDD's en SSD's in onze tijd onbetwistbaar. Het verschil tussen deze twee soorten opslag is voor de gemiddelde gebruiker duidelijk: SSD's zijn duurder en sneller, terwijl HDD's goedkoper en ruimte-efficiƫnter zijn.
Bijzondere aandacht moet worden geschonken aan de eenheid van opslagcapaciteit: historisch gezien is het zo dat de decimale voorvoegsels, zoals kilo- en mega-, in de context van informatietechnologie de tiende en twintigste macht van twee impliceren. Om verwarring te voorkomen zijn binaire voorvoegsels zoals kibi- en mebi- geĆÆntroduceerd. Het verschil tussen deze voorvoegsels wordt duidelijker bij toenemende volumes: als je een schijf van 240 gigabyte koopt, kun je erop 223,5 gibibyte informatie opslaan.
Duiken in de geschiedenis
De ontwikkeling van de eerste harde schijf begon in 1952 door IBM. Op 14 september 1956 werd het eindresultaat van de ontwikkeling aangekondigd ā de IBM 350 Model 1. Deze opslagmedia had een capaciteit van 3,75 mebibyte en had vrij indrukwekkende afmetingen: 172 centimeter hoog, 152 centimeter lang en 74 centimeter breed. Binnenin bevonden zich 50 dunne schijven, bedekt met puur ijzer, met een diameter van 610 mm (24 inch). De gemiddelde zoektijd voor gegevens op de schijf was ongeveer 600 ms.
De tijd verstreek en IBM verbeterde de technologie gestaag. In 1961 werd de gelanceerd met een capaciteit van 18,75 megabyte, met leeskoppen op elke schijf. In de werden verwisselbare schijfcartridges geĆÆntroduceerd, en sinds 1970 werd er in de IBM 3330 een systeem voor foutdetectie en -correctie geĆÆmplementeerd. Drie jaar later verscheen de bekend onder de naam "Winchester".
Winchester (van het Engelse Winchester rifle) is de algemene naam voor geweren en carbines geproduceerd door de Winchester Repeating Arms Company in de VS in het tweede helft van de 19e eeuw. Dit waren een van de eerste herlaadbare geweren, die enorme populariteit onder kopers verwierven. Hun naam komt van de oprichter van het bedrijf ā Oliver Fisher Winchester.
De IBM 3340 bestond uit twee spindels van elk 30 MiB, waardoor ingenieurs deze schijf "30-30" noemden.Deze naam deed denken aan het Winchester Model 1894 met .30-30 Winchester patronen, waardoor Kenneth Haughton, verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de IBM 3340, zei: "Als het een 30-30 is, dan moet het een Winchester zijn." Sindsdien worden met 'Winchester' niet alleen geweren aangeduid, maar ook harde schijven.
Drie jaar later kwam de IBM 3350 "Madrid" uit, met 14-inch schijven en een toegangstijd van 25 ms.
De eerste SSD-schijf werd in 1976 door Dataram gemaakt. De Dataram BulkCore bestond uit een chassis met acht RAM-modules van elk 256 KiB. In vergelijking met de eerste harde schijf was de BulkCore minieme: 50,8 cm lang, 48,26 cm breed en 40 cm hoog. De toegangstijd voor gegevens in dit model was slechts 750 ns, wat 30.000 keer sneller was dan die van de meest geavanceerde HDD op dat moment.
In 1978 werd het bedrijf Shugart Technology opgericht, dat het jaar daarop zijn naam wijzigde in Seagate Technology om conflicten met Shugart Associates te voorkomen. Twee jaar later kwam Seagate met de ST-506 ā de eerste harde schijf voor personal computers in het 5.25-inch form factor met een capaciteit van 5 MiB.
Naast de oprichting van Shugart Technology zal 1978 ook herinnerd worden als het jaar waarin de eerste Enterprise SSD van StorageTek werd uitgebracht. De StorageTek STC 4305 had een opslagcapaciteit van 45 MiB. Deze SSD werd ontwikkeld als vervanging voor de IBM 2305, had vergelijkbare afmetingen en kostte een ongelooflijke $400.000.
In 1982 komt de SSD op de markt voor personal computers. Het bedrijf Axlon ontwikkelde een SSD-schijf op RAM-chips voor de Apple II, genaamd RAMDISK 320. Aangezien de schijf was gebaseerd op vluchtige opslag, werd er een batterij meegeleverd om de gegevens te behouden. De batterij had voldoende capaciteit voor 3 uur continu gebruik in geval van stroomuitval.
Een jaar later zou Rodime de eerste harde schijf RO352 op de markt brengen, met een capaciteit van 10 MiB in het voor de moderne gebruiker bekende 3.5-inch form factor. Ondanks dat dit de eerste commerciƫle schijf in deze afmeting was, had Rodime eigenlijk niets innovatiefs gedaan.
Het eerste product in deze form factor wordt beschouwd als de floppy disk drive, geĆÆntroduceerd door Tandon en Shugart Associates. Bovendien kwamen Seagate en MiniScribe overeen om een industriestandaard van 3.5 inch vast te stellen, waarmee Rodime gedoemd was om de rol van 'patent troll' te vervullen en volledig uit de opslagindustrie te verdwijnen.
In 1980, Toshiba engineer Professor Fujio Masuoka registered a patent for a new type of memory called NOR Flash memory. The development took 4 years.
NOR memory is a classic 2D matrix of conductors, where each intersection of rows and columns has one cell (similar to magnetic core memory).
In 1984, Professor Masuoka presented his invention at the International Electronics Developers Meeting, where Intel quickly recognized the potential of this technology. Toshiba, where Professor Masuoka worked, did not view Flash memory as something special, and therefore complied with Intel's request to produce several prototypes for study.
Intel's interest in Fujio's development encouraged Toshiba to allocate five engineers to assist the professor with the commercialization of the invention. Intel, in turn, assigned three hundred employees to create its own version of Flash memory.
While Intel and Toshiba were working on Flash drives, two important events occurred in 1986. First, SCSI was officially standardized ā a set of agreements for interaction between computers and peripheral devices. Second, the AT Attachment (ATA) interface was developed, known by the brand name Integrated Drive Electronics (IDE), which moved the disk controller inside the disk.
For three years, Fujio Masuoka worked on improving Flash memory technology and by 1987 developed NAND memory.
NAND memory is the same as NOR memory, organized in a three-dimensional array. The main difference was that the access algorithm to each cell became more complex, the area of the cells became smaller, and the overall capacity increased significantly.
A year later, Intel developed its own NOR Flash memory, and Digipro created a storage device based on it called Flashdisk. The first version of Flashdisk in maximum configuration could hold 16 MiB of data and cost less than $500.
In the late 1980s and early 1990s, hard drive manufacturers competed to reduce the size of disks. In 1989, PrairieTek released the PrairieTek 220 disk with 20 MiB in a 2.5-inch form factor. Two years later, Integral Peripherals created the Integral Peripherals 1820 "Mustang" disk with the same capacity, but already 1.8 inches. A year later, Hewlett-Packard reduced the disk size to 1.3 inches.
Het bedrijf Seagate bleef trouw aan 3,5-inch schijven en concentreerde zich op het verhogen van de rotatiesnelheid, met de lancering in 1992 van het beroemde model Barracuda, de eerste harde schijf met een rotatiesnelheid van 7200 toeren per minuut. Maar Seagate was niet van plan om daar te stoppen. In 1996 bereikten de schijven uit de Seagate Cheetah-lijn een rotatiesnelheid van 10000 toeren per minuut, en vier jaar later draaide de X15 zelfs tot 15000 toeren per minuut.
In 2000 werd de ATA-interface PATA genoemd. Dit kwam door de opkomst van de Serial ATA (SATA) interface, met compactere kabels, ondersteuning voor hot-swapping en hogere gegevensoverdrachtssnelheden. Seagate nam ook hierin de leiding, met de introductie van de eerste harde schijf met deze interface in 2002.
De productie van Flash-geheugen was aanvankelijk erg duur, maar in het begin van de jaren 2000 daalden de kosten drastisch. Dit werd benut door Transcend, die in 2003 SSD-schijven uitbracht variƫrend van 16 tot 512 MiB. Drie jaar later sloten bedrijven als Samsung en SanDisk zich aan bij de massaproductie. In datzelfde jaar verkocht IBM zijn schijfdivisie aan Hitachi.
Solid-state drives (SSD's) kregen snel populariteit en er ontstond een duidelijk probleem: de SATA-interface was langzamer dan de SSD's zelf. Om dit probleem op te lossen, begon de NVM Express Workgroup met de ontwikkeling van NVMe - de specificatie voor protocollen voor directe toegang tot SSD's via de PCIe-bus, zonder de 'tussenpersoon' van de SATA-controller. Dit zou toegang tot gegevens met de snelheid van de PCIe-bus mogelijk maken. Twee jaar later was de eerste versie van de specificatie klaar, en een jaar later verscheen de eerste NVMe-opslag.
Verschillen tussen moderne SSD's en HDD's
Op fysiek niveau is het verschil tussen SSD's en HDD's duidelijk zichtbaar: SSD's hebben geen mechanische onderdelen en de informatie wordt opgeslagen in geheugencellen. Het ontbreken van bewegende onderdelen zorgt voor snelle toegang tot gegevens in elk geheugensegment, maar er is een beperking aan het aantal herprogrammeringscycli. Vanwege het beperkte aantal herprogrammeringscycli van elke geheugencel is er een mechanisme nodig voor balans - het gelijkmaken van de slijtage van cellen door gegevens tussen cellen te verplaatsen. Deze taak wordt uitgevoerd door de schijfcontroller.
Voor de balans van de SSD-controller is het noodzakelijk te weten welke cellen in gebruik zijn en welke vrij zijn. De controller kan zelf gegevens in een cel schrijven, maar dat geldt niet voor het verwijderen. Zoals bekend wissen besturingssystemen (OS) geen gegevens van de schijf wanneer de gebruiker een bestand verwijdert, maar markeren ze de bijbehorende geheugensegmenten als vrij. Deze oplossing voorkomt de noodzaak om te wachten op een schijfoperatie bij het gebruik van HDD, maar is volkomen ongeschikt voor SSD's. De SSD-controller werkt met bytes in plaats van met bestandssystemen, en vereist daarom een aparte melding over het verwijderen van een bestand.
Zo ontstond het TRIM-commando, dat het besturingssysteem in staat stelt de SSD-controller te informeren over het vrijgeven van een bepaald geheugengebied. Het TRIM-commando wist gegevens onomkeerbaar van de schijf. Niet alle besturingssystemen zijn zich bewust van de noodzaak om dit commando naar solid-state drives te sturen, en hardware RAID-controllers sturen dit commando nooit naar drives in schijfarraymodus.
Wordt vervolgdā¦
In de volgende delen zullen we het hebben over form factors, aansluitinterfaces en de interne organisatie van solid-state drives.
In ons laboratorium Je kunt zelf moderne HDD's en SSD's testen en je eigen conclusies trekken.
Alleen geregistreerde gebruikers kunnen deelnemen aan de enquĆŖte. , alstublieft.
Wat denk jij, zal SSD HDD vervangen?
71.2%Ja, SSD is de toekomst396
7.5%Nee, de toekomst is voor magneto-optische HDD42
21.2%De hybride optie HDD + SSD wint118
Er hebben 556 gebruikers gestemd. 72 gebruikers hebben zich onthouden.
Bron: habr.com
