STUDIUL istoriei discurilor reprezintă începutul călătoriei către înțelegerea principiilor de funcționare a unităților de stocare cu stare solidă. Prima parte a ciclului nostru de articole „Introducere în SSD” va face o excursie în istorie și va permite o înțelegere clară a diferenței dintre SSD și cel mai apropiat competitor al său - HDD.
În ciuda abundenței de dispozitive de stocare a informațiilor, popularitatea HDD-urilor și SSD-urilor în ziua de azi este indiscutabilă. Diferența dintre aceste două tipuri de unități este evidentă pentru utilizatorul obișnuit: SSD-urile sunt mai scumpe și mai rapide, în timp ce HDD-urile sunt mai ieftine și mai spațioase.
O atenție specială trebuie acordată unității de măsură a capacității unităților de stocare: istoric, prefixele decimale, cum ar fi kilo și mega, în contextul tehnologiilor informației, se referă la a zecea și a douăzeci a putere a două. Pentru a evita confuziile, au fost introduse prefixuri binare precum kibi, mebi și altele. Diferența acestor prefixuri devine evidentă pe măsură ce volumul crește: atunci când achiziționați un disc de 240 de gigabaiți, puteți salva pe acesta 223.5 gibibaiți de informație.
Explorarea istoriei
Dezvoltarea primului hard disk a fost realizată din 1952 de compania IBM. Pe 14 septembrie 1956 a fost anunțat rezultatul final al proiectului - IBM 350 Model 1. Unitatea putea stocare 3.75 mebibai de date, având dimensiuni considerabile: 172 centimetri înălțime, 152 centimetri lungime și 74 centimetri lățime. În interior se aflau 50 de discuri subțiri acoperite cu fier pur, având un diametru de 610 mm (24 de inci). Timpul mediu de căutare a datelor pe disc dura aproximativ 600 ms.
Timpul a trecut, iar IBM a îmbunătățit tehnologia cu încredere. În 1961 a fost prezentat cu o capacitate de 18.75 megabaiți, având capete de citire pe fiecare disc. În au apărut cartușe de disc removabile, iar din 1970, în IBM 3330 a fost implementat un sistem de detectare și corectare a erorilor. Trei ani mai târziu a apărut cunoscut sub numele de „Winchester”.
Winchester (de la eng. Winchester rifle) este un nume general folosit pentru armele și puștile fabricate de Winchester Repeating Arms Company în SUA în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Acestea au fost printre primele puști cu încărcare multiplă care au câștigat o popularitate imensă în rândul cumpărătorilor. Numele lor provine de la fondatorul companiei - Oliver Fisher Winchester.
IBM 3340 era format din două axuri de câte 30 MiB fiecare, motiv pentru care inginerii numeau acest disc „30-30”Numele acesta amintea de pușca Winchester Model 1894 cu cartușe .30-30 Winchester, motiv pentru care Kenneth Haughton, care conducea dezvoltarea IBM 3340, a spus „Dacă este .30-30, atunci trebuie să fie un Winchester.”. De atunci, „winchester” se referă nu doar la puști, ci și la hard disk-uri.
După încă trei ani, a fost lansat IBM 3350 „Madrid” cu plăci de 14 inchi și un timp de acces de 25 ms.
Primul SSD a fost creat de compania Dataram în 1976. Discul Dataram BulkCore era format dintr-un șasiu cu opt module RAM de 256 KiB fiecare. Comparativ cu primul hard disk, BulkCore era microscopic: 50,8 cm lungime, 48,26 cm lățime și 40 cm înălțime. În plus, timpul de acces la date pe acest model era de doar 750 ns, ceea ce era de 30000 de ori mai rapid decât cel al celui mai modern HDD de la acea vreme.
În 1978 a fost fondată compania Shugart Technology, care un an mai târziu își schimbă numele în Seagate Technology pentru a evita conflictele cu Shugart Associates. După doi ani de activitate, Seagate lansa ST-506 — primul hard disk pentru computere personale în format de 5.25 inchi și cu o capacitate de 5 MiB.
Pe lângă apariția Shugart Technology, anul 1978 a fost marcat de lansarea primului SSD Enterprise de către StorageTek. StorageTek STC 4305 putea stoca 45 MiB de date. Acest SSD a fost dezvoltat ca o înlocuire pentru IBM 2305, avea dimensiuni similare și costa incredibile 400.000$.
În 1982, SSD-urile ajung pe piața computerelor personale. Compania Axlon a dezvoltat special pentru Apple II un SSD pe chipuri RAM numit RAMDISK 320. Deoarece unitatea era realizată pe baza memoriei volatile, era inclusă o baterie pentru menținerea integrității informațiilor. Capacitatea bateriei era suficientă pentru 3 ore de utilizare autonomă în caz de întrerupere a alimentării.
Un an mai târziu, compania Rodime va lansa primul hard disk RO352 de 10 MiB în formatul familiar pentru utilizatorii moderni de 3.5 inchi. Deși acesta a fost primul disc comercial într-un astfel de format, Rodime, de fapt, nu a realizat nimic inovator.
Primul produs în acest format este considerat a fi unitatea de dischetă, prezentată de companiile Tandon și Shugart Associates. Mai mult decât atât, companiile Seagate și MiniScribe au convenit asupra adoptării standardului industrial de 3.5 inchi, „lăsând deoparte” Rodime, care a avut soarta de „trol al brevetelor” și o ieșire completă din industria producției de dispozitive de stocare.
În 1980, inginerul Toshiba, profesorul Fujio Masuoka, a obținut un brevet pentru un nou tip de memorie numit memorie Flash de tip NOR. Dezvoltarea a durat 4 ani.
Memoria NOR reprezintă o matrice clasică 2D de conductori, în care la intersecția rândurilor și coloanelor este instalată câte o celulă (analogă cu memoria pe nuclee magnetice).
În 1984, profesorul Masuoka a prezentat invenția sa la conferința International Electronics Developers Meeting, unde compania Intel a evaluat rapid potențialul acestei dezvoltări. Compania Toshiba, unde lucra profesorul Masuoka, nu considera memoria Flash ceva special și, prin urmare, a acceptat cererea Intel de a face câteva prototipuri pentru studiu.
Interesul manifestat de Intel față de dezvoltarea lui Fujio a determinat Toshiba să aloce cinci ingineri pentru a-l ajuta pe profesor să rezolve problema comercializării invenției. Intel, la rândul său, și-a dedicat trei sute de angajați pentru a crea propria variantă de memorie Flash.
Pe când Intel și Toshiba dezvoltau memoriile Flash, în 1986 au avut loc două evenimente importante. În primul rând, a fost standardizat oficial SCSI – un set de convenții pentru interacțiunea dintre computere și dispozitivele periferice. În al doilea rând, a fost dezvoltat interfața AT Attachment (ATA), cunoscută sub numele de Integrated Drive Electronics (IDE), care a mutat controlerul discului în interiorul discului.
Trei ani, Fujio Masuoka a muncit la îmbunătățirea tehnologiei memoriei Flash și, până în 1987, a dezvoltat memoria NAND.
Memoria NAND este aceeaşi memorie NOR, organizată într-un aranjament tridimensional. Principala diferență a fost că algoritmul de acces la fiecare celulă a devenit mai complex, suprafața celulelor a devenit mai mică, iar capacitatea totală a crescut semnificativ.
Un an mai târziu, compania Intel a dezvoltat propria sa memorie Flash de tip NOR, iar compania Digipro a creat un dispozitiv bazat pe aceasta numit Flashdisk. Prima versiune a Flashdisk-ului, în configurația maximă, avea o capacitate de 16 MiB de date și costa mai puțin de 500$.
La sfârșitul anilor '80 și începutul anilor '90, producătorii de hard disk-uri concurau pentru a micșora dimensiunile discurilor. În 1989, compania PrairieTek lansează discul PrairieTek 220 de 20 MiB în format de 2.5 inch. Două ani mai târziu, Integral Peripherals realizează discul Integral Peripherals 1820 „Mustang” cu aceeași capacitate, dar acum de 1.8 inch. Un an mai târziu, Hewlett-Packard a redus dimensiunea discului la 1.3 inch.
Compania Seagate a rămas fidelă discurilor de 3,5 inci și a mizat pe creșterea vitezei de rotație, lansând în 1992 modelul său celebru Barracuda, primul hard disk cu viteza de rotație a axului de 7200 rotații pe minut. Dar Seagate nu avea de gând să se oprească aici. În 1996, discurile din linia Seagate Cheetah au atins viteza de rotație de 10.000 rotații pe minut, iar patru ani mai târziu, modificarea X15 a ajuns până la 15.000 rotații pe minut.
În 2000, interfața ATA a început să fie denumită PATA. Motivul a fost apariția interfeței Serial ATA (SATA), cu cabluri mai compacte, suport pentru „înlocuire la cald” și o viteză de transfer a datelor crescută. Seagate a fost din nou în frunte, lansând primul hard disk cu astfel de interfață în 2002.
Producția de memorie Flash a fost inițial foarte costisitoare, dar la începutul anilor 2000, prețul a scăzut brusc. Aceasta a fost o oportunitate pe care a folosit-o compania Transcend, care în 2003 a lansat SSD-uri cu capacități cuprinse între 16 și 512 MiB. Trei ani mai târziu, companiile Samsung și SanDisk au început producția în masă. În același an, IBM a vândut divizia sa de discuri companiei Hitachi.
Unitățile de stocare solid-state au câștigat popularitate, iar o problemă evidentă s-a ivit: interfața SATA era mai lentă decât unitățile SSD în sine. Pentru a rezolva această problemă, grupul de lucru NVM Express a început dezvoltarea NVMe — o specificație pentru protocoalele de acces la SSD-uri direct prin magistrala PCIe, ocolind „intermediarul” reprezentat de controlerul SATA. Aceasta ar permite accesarea datelor cu viteza magistralei PCIe. Două ani mai târziu, prima versiune a specificației a fost finalizată, iar un an mai târziu a apărut primul SSD NVMe.
Diferențele între SSD-urile moderne și HDD-uri
La nivel fizic, diferența dintre SSD-uri și HDD-uri este ușor de observat: SSD-urile nu au elemente mecanice, iar informația este stocată în celule de memorie. Absența elementelor mobile permite accesul rapid la date din orice parte a memoriei, însă există o limitare a numărului de cicluri de scriere. Din cauza numărului limitat de cicluri de scriere pentru fiecare celulă de memorie, există necesitatea unui mecanism de echilibrare — uniformizarea uzurii celulelor prin transferul de date între celule. Această muncă este realizată de controlerul discului.
Pentru a efectua echilibrarea, controlerul SSD trebuie să știe ce celule sunt ocupate și ce celule sunt libere. Controlerul poate urmări singur scrierea datelor într-o celulă, însă nu și ștergerea. După cum se știe, sistemele de operare (SO) nu șterg datele de pe disc atunci când utilizatorul șterge un fișier, ci marchează zonele corespunzătoare ale memoriei ca fiind libere. Această soluție elimină așteptarea unei operațiuni de disc atunci când se folosește un HDD, însă nu se potrivește deloc pentru utilizarea SSD-urilor. Controlerul SSD lucrează cu octeți, nu cu sisteme de fișiere, și prin urmare necesită un mesaj separat pentru a șterge un fișier.
Astfel a apărut comanda TRIM (în engleză – a tăia), prin care SO-ul notifică controlerul SSD despre eliberarea unei anumite zone de memorie. Comanda TRIM șterge permanent datele de pe disc. Nu toate sistemele de operare știu despre necesitatea de a trimite această comandă unităților de stocare cu stare solidă, iar controlerele RAID hardware în modul de unități de disc nu trimit niciodată TRIM unităților.
Continuarea urmează...
În părțile următoare, vom vorbi despre factorii de formă, interfețele de conectare și despre organizarea internă a unităților de stocare cu stare solidă.
În laboratorul nostru Puteți testa singuri discurile HDD și SSD moderne și să trasați propriile concluzii.
Numai utilizatorii înregistrați pot participa la sondaj. , vă rugăm.
Ce părere aveți, va reuși SSD-ul să înlocuiască HDD-ul?
71.2%Da, viitorul aparține SSD-urilor396
7.5%Nu, înainte este era HDD-urilor magnetooptice42
21.2%Va câștiga varianta hibrid HDD + SSD118
Au votat 556 de utilizatori. 72 de utilizatori s-au abținut.
Sursa: habr.com
