Het bestuderen van de geschiedenis van schijven is het begin van de reis naar het begrijpen van de werkingsprincipes van solid-state drives. In het eerste deel van onze serie artikelen, ‘Inleiding tot SSD’s’, maak je een reis door de geschiedenis en kun je duidelijk het verschil begrijpen tussen een SSD en zijn naaste concurrent, de HDD.
Ondanks de overvloed aan verschillende apparaten voor het opslaan van informatie, valt de populariteit van HDD's en SSD's in onze tijd niet te ontkennen. Het verschil tussen deze twee soorten schijven is voor de gemiddelde persoon duidelijk: SSD is duurder en sneller, terwijl HDD goedkoper en ruimer is.
Speciale aandacht moet worden besteed aan de meeteenheid voor opslagcapaciteit: historisch gezien worden decimale voorvoegsels zoals kilo en mega in de context van de informatietechnologie opgevat als de tiende en twintigste macht van twee. Om verwarring uit te sluiten, werden de binaire voorvoegsels kibi-, mebi- en andere geïntroduceerd. Het verschil tussen deze settopboxen wordt merkbaar naarmate het volume toeneemt: als je een schijf van 240 gigabyte koopt, kun je er 223.5 gigabyte aan informatie op opslaan.
Duik 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: de IBM 350 Model 1. De schijf bevatte 3.75 mebibytes aan gegevens met zeer onbescheiden afmetingen: 172 centimeter hoog, 152 centimeter lang en 74 centimeter breed. Binnenin zaten 50 dunne schijven bedekt met puur ijzer met een diameter van 610 mm (24 inch). De gemiddelde tijd om naar gegevens op schijf te zoeken duurde ~600 ms.
Naarmate de tijd verstreek, verbeterde IBM de technologie gestaag. Geïntroduceerd in 1961 met een capaciteit van 18.75 megabytes met leeskoppen op elke schotel. IN Er verschenen verwisselbare schijfcartridges en sinds 1970 werd een foutdetectie- en correctiesysteem in de IBM 3330 geïntroduceerd. Drie jaar later verscheen hij bekend als "Winchester".
Winchester (van het Engelse Winchester-geweer) - de algemene naam voor geweren en jachtgeweren vervaardigd door de Winchester Repeating Arms Company in de VS in de tweede helft van de XNUMXe eeuw. Dit was een van de eerste repeterende jachtgeweren die enorm populair werd onder kopers. Ze hadden hun naam te danken aan de oprichter van het bedrijf, Oliver Fisher Winchester.
De IBM 3340 bestond daarom uit twee spindels van elk 30 MiB ingenieurs noemden deze schijf "30-30". De naam deed denken aan het Winchester Model 1894-geweer in de .30-30 Winchester, waardoor Kenneth Haughton, die leiding gaf aan de ontwikkeling van de IBM 3340, zei: "Als het een 30-30 is, moet het een Winchester zijn." -30, dan moet het een Winchester zijn."). Sindsdien worden niet alleen geweren, maar ook harde schijven ‘harde schijven’ genoemd.
Nog drie jaar later werd de IBM 3350 “Madrid” uitgebracht met 14-inch platters en een toegangstijd van 25 ms.
De eerste SSD-schijf werd in 1976 door Dataram gemaakt. De Dataram BulkCore-schijf bestond uit een chassis met acht RAM-geheugensticks met een capaciteit van elk 256 KiB. Vergeleken met de eerste harde schijf was BulkCore klein: 50,8 cm lang, 48,26 cm breed en 40 cm hoog. Tegelijkertijd bedroeg de gegevenstoegangstijd in dit model slechts 750 ns, wat 30000 keer sneller is dan de modernste HDD-schijf van dat moment.
In 1978 werd Shugart Technology opgericht, dat een jaar later de naam veranderde in Seagate Technology om conflicten met Shugart Associates te voorkomen. Na twee jaar werken bracht Seagate de ST-506 uit - de eerste harde schijf voor personal computers in de 5.25-inch vormfactor en met een capaciteit van 5 MiB.
Naast de opkomst van de Shugart-technologie werd 1978 herinnerd voor de release van de eerste Enterprise SSD van StorageTek. De StorageTek STC 4305 bevatte 45 MiB aan gegevens. Deze SSD is ontwikkeld ter vervanging van de IBM 2305, had vergelijkbare afmetingen en kostte maar liefst $ 400.
In 1982 betrad SSD de pc-markt. Het bedrijf Axlon ontwikkelt speciaal voor de Apple II een SSD-schijf op RAM-chips genaamd RAMDISK 320. Omdat de schijf is gemaakt op basis van vluchtig geheugen, werd er een batterij in de kit meegeleverd om de veiligheid van informatie te behouden. De batterijcapaciteit was voldoende voor 3 uur autonoom gebruik bij stroomuitval.
Een jaar later zal Rodime de eerste RO352 10 MiB harde schijf uitbrengen in de 3.5-inch vormfactor die bekend is bij moderne gebruikers. Ondanks dat dit de eerste commerciële drive in deze vormfactor is, heeft Rodime in wezen niets vernieuwends gedaan.
Het eerste product in deze vormfactor wordt beschouwd als een diskettestation geïntroduceerd door Tandon en Shugart Associates. Bovendien kwamen Seagate en MiniScribe overeen om de 3.5-inch industriestandaard over te nemen, waardoor Rodime achter zich bleef, dat het lot van een “patenttrol” te wachten stond en een volledige exit uit de productie-industrie van aandrijvingen.
In 1980 registreerde Toshiba-ingenieur, professor Fujio Masuoka, een patent voor een nieuw type geheugen genaamd NOR Flash-geheugen. De ontwikkeling duurde 4 jaar.
NOR-geheugen is een klassieke 2D-matrix van geleiders, waarbij één cel is geïnstalleerd op het kruispunt van rijen en kolommen (analoog aan geheugen op magnetische kernen).
In 1984 sprak professor Masuoka over zijn uitvinding op de International Electronics Developers Meeting, waar Intel al snel de belofte van deze ontwikkeling inzag. Toshiba, waar professor Masuoka werkte, beschouwde Flash-geheugen niet als iets bijzonders en voldeed daarom aan het verzoek van Intel om verschillende prototypes voor onderzoek te maken.
Intel's interesse in de ontwikkeling van Fujio was voor Toshiba aanleiding om vijf ingenieurs aan te wijzen om de professor te helpen het probleem van het commercialiseren van de uitvinding op te lossen. Intel heeft op zijn beurt driehonderd werknemers ingezet om zijn eigen versie van Flash-geheugen te creëren.
Terwijl Intel en Toshiba ontwikkelingen op het gebied van Flash-opslag ontwikkelden, vonden er in 1986 twee belangrijke gebeurtenissen plaats. Ten eerste is SCSI, een reeks conventies voor de communicatie tussen computers en randapparatuur, officieel gestandaardiseerd. Ten tweede werd de AT Attachment (ATA) -interface ontwikkeld, bekend onder de merknaam Integrated Drive Electronics (IDE), waardoor de schijfcontroller in de schijf werd verplaatst.
Drie jaar lang werkte Fujio Mausoka aan het verbeteren van de Flash-geheugentechnologie en in 1987 ontwikkelde hij NAND-geheugen.
NAND-geheugen is hetzelfde NOR-geheugen, georganiseerd in een driedimensionale array. Het belangrijkste verschil was dat het algoritme voor toegang tot elke cel complexer werd, het celoppervlak kleiner werd en de totale capaciteit aanzienlijk toenam.
Een jaar later ontwikkelde Intel zijn eigen NOR Flash-geheugen, en Digipro maakte er een drive op genaamd Flashdisk. De eerste versie van Flashdisk in de maximale configuratie bevatte 16 MiB aan gegevens en kostte minder dan $ 500
Eind jaren 80 en begin jaren 90 streden fabrikanten van harde schijven om schijven kleiner te maken. In 1989 bracht PrairieTek de PrairieTek 220 20 MiB-schijf uit in een 2.5-inch vormfactor. Twee jaar later creëert Integral Peripherals de Integral Peripherals 1820 "Mustang" -schijf met hetzelfde volume, maar al 1.8 inch. Een jaar later verkleinde Hewlett-Packard de schijfgrootte tot 1.3 inch.
Seagate bleef trouw aan schijven in de 3.5-inch vormfactor en vertrouwde op toenemende rotatiesnelheden, en bracht in 1992 zijn beroemde Barracuda-model uit, de eerste harde schijf met een spiltoerental van 7200 tpm. Maar Seagate wilde het daar niet bij laten. In 1996 bereikten aandrijvingen uit de Seagate Cheetah-lijn een rotatiesnelheid van 10000 tpm, en vier jaar later draaide de X15-modificatie tot 15000 tpm.
In 2000 werd de ATA-interface bekend als PATA. De reden hiervoor was de opkomst van de Serial ATA (SATA)-interface met compactere draden, hot-swap-ondersteuning en hogere gegevensoverdrachtsnelheid. Ook hier nam Seagate het voortouw en bracht in 2002 de eerste harde schijf met een dergelijke interface uit.
Flash-geheugen was aanvankelijk erg duur om te produceren, maar de kosten daalden begin jaren 2000 sterk. Transcend profiteerde hiervan en bracht in 2003 SSD-schijven uit met een capaciteit van 16 tot 512 MiB. Drie jaar later voegden Samsung en SanDisk zich bij de massaproductie. In hetzelfde jaar verkocht IBM zijn schijfdivisie aan Hitachi.
Solid State Drives wonnen aan kracht en er was een duidelijk probleem: de SATA-interface was langzamer dan de SSD's zelf. Om dit probleem op te lossen, begon de NVM Express Workgroup NVMe te ontwikkelen - een specificatie voor toegangsprotocollen voor SSD's rechtstreeks via de PCIe-bus, waarbij de 'tussenpersoon' in de vorm van een SATA-controller wordt omzeild. Dit zou gegevenstoegang mogelijk maken met PCIe-bussnelheden. Twee jaar later was de eerste versie van de specificatie klaar en een jaar later verscheen de eerste NVMe-schijf.
Verschillen tussen moderne SSD's en HDD's
Op fysiek niveau is het verschil tussen een SSD en een HDD gemakkelijk merkbaar: een SSD heeft geen mechanische elementen en informatie wordt opgeslagen in geheugencellen. De afwezigheid van bewegende elementen leidt tot snelle toegang tot gegevens in elk deel van het geheugen, maar er is een limiet aan het aantal herschrijfcycli. Vanwege het beperkte aantal herschrijfcycli voor elke geheugencel is er behoefte aan een balanceringsmechanisme dat celslijtage nivelleert door gegevens tussen cellen over te dragen. Dit werk wordt uitgevoerd door de schijfcontroller.
Om de balancering uit te voeren, moet de SSD-controller weten welke cellen bezet zijn en welke vrij zijn. De controller kan de registratie van gegevens in een cel zelf volgen, wat niet gezegd kan worden over verwijdering. Zoals u weet, wissen besturingssystemen (OS) geen gegevens van de schijf wanneer de gebruiker een bestand verwijdert, maar markeren ze de overeenkomstige geheugengebieden als vrij. Deze oplossing elimineert de noodzaak om te wachten op een schijfbewerking bij gebruik van een HDD, maar is volledig ongeschikt voor het bedienen van een SSD. De SSD-schijfcontroller werkt met bytes, niet met bestandssystemen, en vereist daarom een apart bericht wanneer een bestand wordt verwijderd.
Zo verscheen de opdracht TRIM (Engels - trim), waarmee het besturingssysteem de SSD-schijfcontroller waarschuwt om een bepaald geheugengebied vrij te maken. Met het TRIM-commando worden gegevens permanent van een schijf gewist. Niet alle besturingssystemen weten hoe ze deze opdracht naar solid-state drives moeten sturen, en hardware RAID-controllers in disk-array-modus sturen TRIM nooit naar schijven.
Wordt vervolgd ...
In de volgende delen zullen we het hebben over vormfactoren, verbindingsinterfaces en de interne organisatie van solid-state drives.
In ons laboratorium U kunt moderne HDD- en SSD-schijven zelfstandig testen en uw eigen conclusies trekken.
Alleen geregistreerde gebruikers kunnen deelnemen aan het onderzoek. , Alsjeblieft.
Denkt u dat SSD de HDD kan vervangen?
-
71.2%Ja, SSD's zijn de toekomst396
-
7.5%Nee, het tijdperk van de magneto-optische HDD42 staat voor de deur
-
21.2%De hybride versie HDD + SSD118 zal winnen
556 gebruikers hebben gestemd. 72 gebruikers onthielden zich van stemming.
Bron: www.habr.com