Å studere historien til disker er begynnelsen på reisen til å forstå prinsippene for drift av solid-state-stasjoner. Den første delen av vår serie med artikler, "Introduksjon til SSD-er," vil ta en omvisning i historien og lar deg tydelig forstå forskjellen mellom en SSD og dens nærmeste konkurrent, HDD.
Til tross for overfloden av forskjellige enheter for lagring av informasjon, er populariteten til HDD-er og SSD-er i vår tid ubestridelig. Forskjellen mellom disse to typene stasjoner er åpenbar for den vanlige person: SSD er dyrere og raskere, mens HDD er billigere og romsligere.
Spesiell oppmerksomhet bør rettes mot måleenheten for lagringskapasitet: Historisk sett er desimalprefikser som kilo og mega forstått i sammenheng med informasjonsteknologi som den tiende og tjuende potens av to. For å eliminere forvirring ble de binære prefiksene kibi-, mebi- og andre introdusert. Forskjellen mellom disse set-top-boksene blir merkbar når volumet øker: når du kjøper en 240 gigabyte disk, kan du lagre 223.5 gigabyte med informasjon på den.
Dykk ned i historien
Utviklingen av den første harddisken begynte i 1952 av IBM. Den 14. september 1956 ble det endelige resultatet av utviklingen offentliggjort - IBM 350 Model 1. Stasjonen inneholdt 3.75 mebibyte med data med svært ubeskjedne dimensjoner: 172 centimeter i høyden, 152 centimeter i lengden og 74 centimeter i bredden. Inni var det 50 tynne skiver belagt med rent jern med en diameter på 610 mm (24 tommer). Gjennomsnittlig tid for å søke etter data på disk tok ~600 ms.
Etter hvert som tiden gikk, forbedret IBM teknologien stadig. Introdusert i 1961 med en kapasitet på 18.75 megabyte med lesehoder på hver tallerken. I flyttbare diskkassetter dukket opp, og siden 1970 ble et feildeteksjons- og korrigeringssystem introdusert i IBM 3330. Tre år senere dukket han opp kjent som "Winchester".
Winchester (fra den engelske Winchester-riflen) - det generelle navnet på rifler og hagler produsert av Winchester Repeating Arms Company i USA i andre halvdel av XNUMX-tallet. Disse var en av de første repeterende haglene som ble ekstremt populære blant kjøpere. De skyldte navnet sitt til selskapets grunnlegger, Oliver Fisher Winchester.
IBM 3340 besto av to spindler på 30 MiB hver, og det er derfor ingeniører kalte denne platen "30-30". Navnet minnet om Winchester Model 1894-riflen i .30-30 Winchester, noe som førte til at Kenneth Haughton, som ledet utviklingen av IBM 3340, sa «Hvis det er en 30-30, må det være en Winchester.» en 30 -30, da må det være en Winchester."). Siden den gang har ikke bare rifler, men også harddisker blitt kalt "harddisker."
Tre år senere ble IBM 3350 "Madrid" utgitt med 14-tommers tallerkener og en tilgangstid på 25 ms.
Den første SSD-stasjonen ble laget av Dataram i 1976. Dataram BulkCore-stasjonen besto av et chassis med åtte RAM-minnepinner med en kapasitet på 256 KiB hver. Sammenlignet med den første harddisken var BulkCore bittesmå: 50,8 cm lang, 48,26 cm bred og 40 cm høy. Samtidig var datatilgangstiden i denne modellen bare 750 ns, som er 30000 XNUMX ganger raskere enn den mest moderne HDD-stasjonen på den tiden.
I 1978 ble Shugart Technology grunnlagt, som et år senere skiftet navn til Seagate Technology for å unngå konflikter med Shugart Associates. Etter to års arbeid slapp Seagate ST-506 – den første harddisken for personlige datamaskiner i 5.25-tommers formfaktor og med en kapasitet på 5 MiB.
I tillegg til fremveksten av Shugart Technology, ble 1978 husket for utgivelsen av den første Enterprise SSD-en fra StorageTek. StorageTek STC 4305 inneholdt 45 MiB data. Denne SSD-en ble utviklet som en erstatning for IBM 2305, hadde lignende dimensjoner og kostet utrolige $400 000.
I 1982 kom SSD inn på markedet for personlige datamaskiner. Axlon-selskapet utvikler en SSD-disk på RAM-brikker kalt RAMDISK 320 spesielt for Apple II. Siden stasjonen ble laget på grunnlag av flyktig minne, ble det levert et batteri i settet for å opprettholde informasjonssikkerheten. Batterikapasiteten var nok til 3 timers autonom drift ved strømtap.
Et år senere vil Rodime gi ut den første RO352 10 MiB-harddisken i den 3.5-tommers formfaktoren som er kjent for moderne brukere. Til tross for at dette er den første kommersielle stasjonen i denne formfaktoren, gjorde Rodime i hovedsak ingenting nyskapende.
Det første produktet i denne formfaktoren anses å være en diskettstasjon introdusert av Tandon og Shugart Associates. I tillegg ble Seagate og MiniScribe enige om å ta i bruk 3.5-tommers industristandard, og etterlot Rodime, som møtte skjebnen til et "patent-troll" og en fullstendig utgang fra drivproduksjonsindustrien.
I 1980 registrerte Toshibas ingeniør, professor Fujio Masuoka, patent på en ny type minne kalt NOR Flash-minne. Utviklingen tok 4 år.
NOR-minne er en klassisk 2D-matrise av ledere, der en celle er installert i skjæringspunktet mellom rader og kolonner (analogt med minne på magnetiske kjerner).
I 1984 snakket professor Masuoka om oppfinnelsen sin på International Electronics Developers Meeting, hvor Intel raskt anerkjente løftet om denne utviklingen. Toshiba, hvor professor Masuoka jobbet, anså ikke Flash-minne som noe spesielt, og etterkom derfor Intels forespørsel om å lage flere prototyper for studier.
Intels interesse for Fujios utvikling fikk Toshiba til å bevilge fem ingeniører for å hjelpe professoren med å løse problemet med kommersialisering av oppfinnelsen. Intel på sin side kastet tre hundre ansatte til å lage sin egen versjon av Flash-minne.
Mens Intel og Toshiba utviklet utviklingen innen Flash-lagring, skjedde to viktige hendelser i 1986. For det første har SCSI, et sett med konvensjoner for kommunikasjon mellom datamaskiner og eksterne enheter, blitt offisielt standardisert. For det andre ble AT Attachment (ATA)-grensesnittet, kjent under merkenavnet Integrated Drive Electronics (IDE), utviklet, takket være at stasjonskontrolleren ble flyttet inn i stasjonen.
I tre år jobbet Fujio Mausoka for å forbedre Flash-minneteknologi og utviklet i 1987 NAND-minne.
NAND-minne er det samme NOR-minnet, organisert i en tredimensjonal matrise. Hovedforskjellen var at algoritmen for å få tilgang til hver celle ble mer kompleks, cellearealet ble mindre, og den totale kapasiteten økte betydelig.
Et år senere utviklet Intel sitt eget NOR Flash-minne, og Digipro laget en stasjon på det kalt Flashdisk. Den første versjonen av Flashdisk i sin maksimale konfigurasjon inneholdt 16 MiB data og kostet mindre enn $500
På slutten av 80-tallet og begynnelsen av 90-tallet konkurrerte harddiskprodusenter om å gjøre stasjonene mindre. I 1989 ga PrairieTek ut PrairieTek 220 20 MiB-stasjonen i en 2.5-tommers formfaktor. To år senere lager Integral Peripherals Integral Peripherals 1820 "Mustang"-platen med samme volum, men allerede 1.8 tommer. Et år senere reduserte Hewlett-Packard diskstørrelsen til 1.3 tommer.
Seagate forble trofast mot stasjoner i 3.5-tommers formfaktor og stolte på økende rotasjonshastigheter, og ga ut sin berømte Barracuda-modell i 1992, den første harddisken med en spindelhastighet på 7200 rpm. Men Seagate hadde ikke tenkt å stoppe der. I 1996 nådde stasjonene fra Seagate Cheetah-linjen en rotasjonshastighet på 10000 15 rpm, og fire år senere snurret X15000-modifikasjonen opp til XNUMX XNUMX rpm.
I 2000 ble ATA-grensesnittet kjent som PATA. Årsaken til dette var fremveksten av Serial ATA (SATA)-grensesnittet med mer kompakte ledninger, hot-swap-støtte og økt dataoverføringshastighet. Seagate tok ledelsen også her, og ga ut den første harddisken med et slikt grensesnitt i 2002.
Flash-minne var i utgangspunktet veldig dyrt å produsere, men kostnadene falt kraftig på begynnelsen av 2000-tallet. Transcend utnyttet dette, og ga ut SSD-stasjoner med kapasiteter fra 2003 til 16 MiB i 512. Tre år senere ble Samsung og SanDisk med i masseproduksjonen. Samme år solgte IBM sin diskavdeling til Hitachi.
Solid State Drives tok fart, og det var et åpenbart problem: SATA-grensesnittet var tregere enn SSD-ene selv. For å løse dette problemet begynte NVM Express Workgroup å utvikle NVMe - en spesifikasjon for tilgangsprotokoller for SSD-er direkte over PCIe-bussen, og omgå "mellomleddet" i form av en SATA-kontroller. Dette vil tillate datatilgang ved PCIe-busshastigheter. To år senere var den første versjonen av spesifikasjonen klar, og et år senere dukket den første NVMe-stasjonen opp.
Forskjeller mellom moderne SSD-er og HDD-er
På det fysiske nivået er forskjellen mellom en SSD og en HDD lett merkbar: en SSD har ingen mekaniske elementer, og informasjon lagres i minneceller. Fraværet av bevegelige elementer fører til rask tilgang til data i hvilken som helst del av minnet, men det er en begrensning på antall omskrivingssykluser. På grunn av det begrensede antallet omskrivingssykluser for hver minnecelle, er det behov for en balansemekanisme – utjevning av celleslitasje ved å overføre data mellom celler. Dette arbeidet utføres av diskkontrolleren.
For å utføre balansering må SSD-kontrolleren vite hvilke celler som er opptatt og hvilke som er ledige. Kontrolløren er i stand til å spore opptak av data inn i en celle selv, noe som ikke kan sies om sletting. Som du vet sletter ikke operativsystemer (OS) data fra disken når brukeren sletter en fil, men merker de tilsvarende minneområdene som ledige. Denne løsningen eliminerer behovet for å vente på en diskoperasjon når du bruker en HDD, men er helt uegnet for drift av en SSD. SSD-stasjonskontrolleren fungerer med byte, ikke filsystemer, og krever derfor en egen melding når en fil slettes.
Dette er hvordan TRIM (engelsk - trim)-kommandoen dukket opp, med hvilken OS varsler SSD-diskkontrolleren om å frigjøre et bestemt minneområde. TRIM-kommandoen sletter data permanent fra en disk. Ikke alle operativsystemer vet å sende denne kommandoen til solid-state-stasjoner, og maskinvare-RAID-kontrollere i diskarray-modus sender aldri TRIM til disker.
To be continued ...
I de følgende delene vil vi snakke om formfaktorer, tilkoblingsgrensesnitt og den interne organiseringen av solid-state-stasjoner.
I vårt laboratorium Du kan uavhengig teste moderne HDD- og SSD-stasjoner og trekke dine egne konklusjoner.
Kun registrerte brukere kan delta i undersøkelsen. , vær så snill.
Tror du SSD vil kunne fortrenge HDD?
-
71.2%Ja, SSD-er er fremtiden396
-
7.5%Nei, epoken med magneto-optisk HDD42 er foran oss
-
21.2%Hybridversjonen HDD + SSD118 vil vinne
556 brukere stemte. 72 brukere avsto.
Kilde: www.habr.com